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环氧乙烷(EtO)灭菌

1940
医疗器械微生物实验室的环氧乙烷灭菌室。

一种使用环氧乙烷气体的低温化学灭菌方法。该方法可有效灭菌塑料、电子设备和光学仪器等热敏性和湿敏性材料。该过程涉及烷基化,其中环氧乙烷会破坏微生物的DNA和蛋白质,从而阻止其复制。该方法需要严格控制气体浓度、温度、湿度和暴露时间。

环氧乙烷 (C2H4O) 是一种无色、易燃且反应性极强的气体。其作为灭菌剂的有效性在于其作为强效烷化剂的能力。该过程在分子水平上进行。环氧乙烷分子的三元环结构易于打开,并与细胞必需成分中的亲核基团发生反应。它主要作用于蛋白质和核酸(DNA 和 RNA)中的巯基 (-SH)、氨基 (-NH2)、羧基 (-COOH) 和羟基 (-OH)。通过在这些位点添加烷基,环氧乙烷会永久性地修饰分子,阻断反应位点,引起交联,最终阻止微生物的代谢和复制。该机制对所有形式的微生物都有效,包括高抗性的细菌孢子。典型的环氧乙烷灭菌周期非常复杂,必须严格控制。它包含几个阶段:预处理(调节温度和湿度)、注气(引入 EtO)、暴露或停留时间(将负载在指定条件下保持数小时)和曝气(去除残留的 EtO 气体)。关键参数是气体浓度(通常为 400–1200 mg/L)、温度(通常为 37–63 °C)、相对湿度 (40–80%) 和暴露时间(1–6 小时)。较低的温度范围使其非常适合那些会被高压灭菌热量损坏的材料,例如聚合物、电子产品和设计复杂的医疗器械。然而,EtO 有毒、致癌且易爆,需要严格的安全规程和较长的曝气时间,以确保将灭菌物品中的残留气体去除到安全水平后才能使用。

虽然环氧乙烷最早于 1859 年由 Charles-Adolphe Wurtz 合成,但其强大的生物活性直到很久以后才被充分认识。20 世纪 20 年代,Lloyd L. Schrader 为其杀虫熏蒸剂申请了专利。20 世纪 40 年代,人们率先将其用作医疗用品的灭菌剂,并在 20 世纪 50 年代广泛应用,尤其是随着一次性塑料医疗器械的兴起。据报道,美国军方开发了设备灭菌工艺。这项创新具有革命性,因为它填补了一个关键的空白;在 EtO 出现之前,没有可靠的方法来对越来越多的热敏仪器和用品进行灭菌,而这些仪器和用品对现代医学至关重要。它实现了预包装、无菌、一次性设备的大规模生产和使用,从而显著降低了医疗相关感染的风险。

UNESCO Nomenclature: 2401
- 微生物学

类型

化学工艺

中断

革命

使用方法

广泛使用

前体

  • 环氧乙烷的发现
  • 了解化学消毒剂和烷化剂
  • 需要对不兼容热或蒸汽的材料进行灭菌

应用

  • 一次性医疗器械(如注射器、导管)的灭菌
  • 加工香料以减少微生物负荷
  • 精密手术器械的灭菌
  • 档案和博物馆文物保存

专利:

NA

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