Att jobba under press är inte roligt. Deadlines, stress, huvudvärk, en krävande chef. Men om du'en autoklav, arbetar du bäst under tryck. Faktum är att du bara arbetar under högtrycksförhållanden. I det här inlägget kommer vi att utforska hur autoklaver fungerar under de högtryckta förhållandena av ånga och värme för att döda mikroorganismer. Vi kommer också att titta på hur autoklaven's funktion liknar en tryckkokare, och vad de grundläggande faserna i en autoklav cykel är.
Värme dödar allt
Som vi förklarade i vårt första inlägg om mikrobiologi behöver mikroorganismer mat, rätt temperatur och tillräckligt med fukt för att överleva och reproducera. Så varför inte bara svälta ut dem eller torka ut dem? Eftersom mikroorganismer kan överleva på små mängder näringsämnen och fukt, är dessa metoder inte tillräckligt effektiva. Dessutom kan sporen, en typ av bakterier som lever i ett kvasi-viloläge tillstånd, överleva under extremt ogästvänliga förhållanden.
Så om ingen av dessa metoder fungerar, hur kan vi förstöra mikroorganismer? Svaret är värme. Värme förstör proteinerna inuti mikroorganismerna, en process som kallas denaturalisering. För att förstå hur detta fungerar, låt's ta en titt på de två sätten vi kan laga ett ägg.
Om du tar ett ägg, knäcker det och släpper det i en kruka med kokande vatten, kommer du att laga ägget genom att tjuvjaga det. Den vita delen av ägget börjar hålla ihop och blir hård, en process som kallas koagulering, som sker vid 52℃. När ägget koagulerar blir det denaturaliserat, vilket dödar alla proteiner inuti äggets celler.
Ett annat sätt att laga ett ägg är att steka det i en stekpanna. Först koagulerar ägget, men om du lämnar ägget i pannan och låter det fortsätta steka, kommer allt så småningom att bli svart. Denna bränning kallas oxidation och sker vid mycket högre temperaturer än koagulering. Oxidation är en kemisk process där elektroner avlägsnas från atomen, och slutresultatet är organismens död.
Ett exempel på oxidation - Steriliseringsgrunder - Tuttnauer
(L) Det pocherade ägget gör att ägget blir vitt och hårt, vilket koagulerar. (R) Här bränns två ägg i stekpannan, ett exempel på oxidation
Ångsterilisering, i form av en autoklav, använder den första metoden, koagulering, för att döda mikroorganismer. Det betyder att autoklavkammaren fungerar på samma sätt som den kruka med kokande vatten som pocherade ägget. Den viktigaste ingrediensen som de båda delar är närvaron av ånga eller det gasformiga tillståndet för vatten. Ångan inuti autoklaven är det medel genom vilket den fuktiga värmen attackerar mikroorganismerna, vilket gör att de koagulerar och dör.
För att förstå hur autoklaver använder ångan för att döda mikroorganismer kommer vi att utforska hur en tryckkokare fungerar.
En uppsoppad tryckkokare
Ordet"Autoklav"kommer från latinska"Auto"(jaget) och"Clavis"(nyckel), med andra ord en självlåsande enhet. Autoklaven's grundläggande funktionalitet är ganska lik en tryckkokare, en typ av kastrull som kan laga mat 50-70% snabbare än vanliga tillagningsmetoder.
Vy över insidan av en tryckkokare - Tuttnauer - Steriliseringsgrunder
Vy över insidan av en tryckkokare
Ta lite rå mat, till exempel bönor, och placera den inuti tryckkokaren med vatten eller annan vätska och försegla sedan kärlet med det speciella låslocket, som innehåller en rund gummipackning som används för att försegla i ångan. Placera på elden vid hög värme och vänta på att temperaturen stiger och ångan börjar fly. Inuti den förseglade kammaren kommer ångan att expandera och trycka ut den återstående luften genom luftavgasventilen.
Sänk lågan och låt tryckkokaren fortsätta att koka utan att vidröra ventilen eller locket. Observera att luftavgasventilen gör att en del av ångan kan komma ut, så att trycket inte'bygga upp för mycket, vilket förhindrar en explosion.
Detta"effektiv köksglädje"tvingar bokstavligen värmen inuti maten genom att använda:
Högtryckt ånga, som är en bättre värmeledare än luft.
Högtemperaturvärme (över 100℃), vilket gör att maten tillagas snabbare.
Här kommer autoklaven
Liksom tryckkokaren är en autoklav en maskin som använder kombinationen av högt tryck och ånga för att överföra värme till de föremål som placeras inuti. Den första autoklaven uppfanns 1879 av Charles Chamberland och var i huvudsak en förhärligad tryckkokare. Och precis som tryckkokaren har gått igenom otaliga designuppgraderingar under de senaste århundradena, så har autoklaven också. Från grundläggande, mekaniska maskiner till helt datoriserade, sofistikerade mästerverk av sterilisering har autoklaver kommit långt.
Idag, sjukhus, laboratorier och läkare'kontor använder autoklaver för att sterilisera fast och ihålig utrustning, förnödenheter, vätskor och avfall. Och i de kemiska industrierna vulcaniserar autoklaver gummi, härdar beläggningar och syntetiserar kristaller - som vid odling av syntetisk kvarts och ädelstenar.
Även om autoklaver finns i en mängd olika storlekar och modeller, kvarstår grundprincipen: att utnyttja kraften i tryck och ånga för att döda mikroorganismer.
Bakterier före och efter sterilisering
(L) Före sterilisering ser bakterierna friska och starka ut. (R) Efter sterilisering sprack membranen och slits från exponering för högtemperaturånga, vilket gör att bakterierna dör
Autoklaven, en grundläggande översikt
Som vi diskuterade ovan tvingar tryckkokaren den fuktiga värmen inuti maten för att laga den. Föreställ dig att istället för mat hade du en bricka med kirurgiska förnödenheter redo att steriliseras för morgondagen's kirurgi. Att placera dem inuti autoklaven och köra en cykel skulle tvinga den fuktiga värmen i alla möjliga skrymslen och vrår på utrustningens ytor.
Här's den grundläggande översikten över en autoklavcykel, som naturligtvis varierar beroende på vad och hur många material som autoklaveras:
Först värmer vi upp vatten till kokpunkten för att generera ånga som kommer in i autoklavkammaren. När ångan kommer in i kammaren avlägsnas luften från kammaren och fortsätter att skjutas ut när ångan expanderar. Luften måste avlägsnas från kammaren antingen genom en vakuumprocess (som i stora autoklaver som använder en pump eller en ejektor) eller genom en deplacementprocess (som i vissa mindre bords autoklaver).
Nu när luften är borttagen ökar vi temperaturen och trycket genom att stänga kammarens avgasventil samtidigt som vi fortsätter att tillsätta ånga i kammaren. Temperaturen och trycket stiger till den nivå som krävs för sterilisering. Den önskade temperaturen är vanligtvis inställd på 121℃eller 134℃.
Denna fas kallas steriliseringstid, eller hålltid, eftersom det nu är den tid då den faktiska steriliseringen äger rum. Detta kan ta cirka 3-20 minuter, beroende på belastningens storlek och innehåll. Hej då mikroorganismer!
Nu när steriliseringen är klar,'s tid att minska trycket, vilket vi gör genom att öppna avgasventilen och släppa ånga. (Kommer du ihåg hur tryckkokare har en säkerhetsventil av samma anledning?)
Slutligen kyler vi ner lasten, vilket gör det säkert att hantera när vi öppnar autoklavdörren.
Få inte på Ånga... Vi har precis börjat!
Låt's recension: vi lärde oss att värme, och specifikt fuktig värme, är det bästa sättet att döda bakterier. Det finns två sätt att döda med hjälp av värme, koagulering eller genom oxidation. Autoklavsterilisering använder koagulering i form av högpressad ånga för att denaturera proteinerna inuti mikroorganismerna. Vi jämförde sedan hur en tryckkokare fungerar med hur en autoklav fungerar. Precis som tryckkokaren använder ångaens intensiva kraft för att tvinga värmen till mat, använder autoklaven också ånga för att"Kraft"ånga in i utrustningen, döda alla former av mikrobiologiskt liv som lever på denna utrustning. Och slutligen tittade vi på de grundläggande faserna i en autoklavcykel, från uppvärmning av vatten och byggnadstryck till att hålla tid och kyla ner.
