Tiệt trùng là gì? Các phương pháp tiệt trùng cơ bản và ứng dụng

MỤC LỤC

Tiệt trùng là gì

Tiệt trùng là quá trình loại bỏ, tiêu diệt hoặc vô hiệu hóa tất cả các dạng sống (đặc biệt là các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn, bào tử và sinh vật nhân chuẩn đơn bào) và các tác nhân sinh học khác như prion có trong hoặc trên một bề mặt, vật thể hoặc chất lỏng cụ thể. Tiệt trùng có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào loại vật liệu, loại sinh vật và mục đích sử dụng, bao gồm nhiệt, hóa chất, chiếu xạ, áp suất cao và lọc. Sau khi tiệt trùng, một vật thể được coi là vô trùng.

Các phương pháp tiệt trùng cơ bản

Tiệt trùng bằng nhiệt

- Tiệt trùng bằng hơi nước:

Đây là phương pháp tiệt trùng phổ biến nhất hiện nay. Tiệt trùng bằng hơi nước, còn được gọi là tiệt trùng bằng nhiệt ẩm, sử dụng hơi nước bão hòa nóng dưới áp suất để bất hoạt hoặc tiêu diệt vi sinh vật thông qua sự biến tính của các đại phân tử, chủ yếu là protein. Phương pháp này là có thời gian thực hiện nhanh hơn so với tiệt trùng bằng nhiệt khô. Tiệt trùng bằng hơi nước được thực hiện bằng nồi hấp tiệt trùng, đôi khi được gọi là bộ chuyển đổi hoặc máy tiệt trùng hơi nước. Thời gian và nhiệt độ tiệt trùng phụ thuộc vào loại vi sinh vật và vật liệu cần tiệt trùng. Thông thường, nhiệt độ từ 121 đến 134 độ C, với áp suất dư từ 0,5 đến 2,0 bar và thời gian từ 15 đến 30 phút là đủ để tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật.

- Tiệt trùng bằng nhiệt khô: Đây là phương pháp tiệt trùng dựa trên nguyên lý truyền nhiệt từ không khí đến vật liệu cần tiệt trùng. Phương pháp này sử dụng tủ sấy tiệt trùng để tạo ra khí nóng ở nhiệt độ cao. Khí nóng sẽ làm giảm độ ẩm của vật liệu và tiêu diệt vi sinh vật. Phương pháp này yêu cầu nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn so với tiệt trùng bằng hơi nước. Thông thường, nhiệt độ từ 160 đến 180 độ C và thời gian từ 1 đến 2 giờ là cần thiết để tiêu diệt các vi sinh vật. Phương pháp này sử dụng chủ yếu cho các vật liệu không chứa nước mà không thể sử dụng tiệt trùng hơi nước.

- Phương pháp đốt: vật dụng cần tiệt trùng được đốt trực tiếp trên ngọn lửa hoặc đốt bằng cồn. Phương pháp này chủ yếu được dùng cho các vật dụng không cháy (kim loại, thủy tinh) có kích thước nhỏ.

- Phương pháp Tyndallization: đây là phương pháp lỗi thời, tốn thời gian, được đặt theo tên của nhà vật lý John Tyndall. Quy trình này bao gồm đun sôi trong một khoảng thời gian (thường là 20 phút) ở áp suất khí quyển, làm mát, ủ trong một ngày và sau đó lặp lại quá trình tổng cộng ba đến bốn lần. Thời gian ủ là để cho phép các bào tử chịu nhiệt sống sót qua quá trình sôi trước đó phát triên để tạo thành giai đoạn sinh dưỡng nhạy cảm với nhiệt, có thể bị tiêu diệt bởi bước sôi tiếp theo. Quy trình này chỉ hoạt động đối với môi trường có thể hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn và sẽ không hiệu quả đối với prion.

- Tiệt trùng hạt thủy tinh: hoạt động bằng cách làm nóng hạt thủy tinh đến 250°C. Các dụng cụ sau đó nhanh chóng được nhúng vào các hạt thủy tinh này, làm nóng vật thể trong khi lấy đi vật chất gây ô nhiễm khỏi bề mặt của chúng. Máy tiệt trùng hạt thủy tinh đã từng là một phương pháp tiệt trùng phổ biến, nhưng không được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) và Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC) chấp thuận để sử dụng làm máy tiệt trùng từ năm 1997.

Tiệt trùng bằng hóa chất

Phương pháp tiệt trùng bằng hóa chất thường được sử dụng cho những vật liệu nhạy cảm với nhiệt, để tránh những vấn đề hư hỏng do nhiệt có thể xảy ra. Khi sử dụng hóa chất để tiệt trùng, phải đảm bảo rằng vật phẩm cần tiệt trùng tương thích về mặt hóa học với chất tiệt trùng được sử dụng. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là có thể gây độc hại cho người sử dụng, môi trường và vật liệu, cần thời gian liên tục để duy trì hiệu quả và có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ pH, độ ẩm và nồng độ vi sinh vật.

Một số hóa chất thường được sử dụng để tiệt trùng: ethylene oxide (EO, EtO), nito dioxide (NO₂), Ozone (O₃), Hydrogen peroxide (H₂O₂), Axit peracetic (C₂H₄O₃).

Tiệt trùng bằng bức xạ

Tiệt trùng có thể đạt được bằng cách sử dụng bức xạ điện từ, chẳng hạn như ánh sáng cực tím, tia X và tia gamma, hoặc chiếu xạ bởi các hạt hạ nguyên tử như chùm electron để chiếu vào vật liệu cần tiệt trùng. Phương pháp này có ưu điểm là không cần nhiệt độ cao, không gây biến dạng cho vật liệu và có thể tiêu diệt được các vi sinh vật khó tiêu diệt như prion. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là tốn kém, nguy hiểm và có thể gây ra các biến đổi hóa học không mong muốn cho vật liệu.

Tiệt trùng bức xạ bằng tia cực tím (UV): rất hữu ích để tiệt trùng bề mặt và một số vật thể trong suốt. Chiếu tia cực tím thường được sử dụng để tiệt trùng bên trong tủ an toàn sinh học giữa các lần sử dụng

Tiệt trùng bằng bức xạ ion hóa (chùm electron, tia X, tia gamma)

Lọc vô trùng

Chất lỏng sẽ bị hư hỏng do nhiệt, chiếu xạ hoặc tiệt trùng hóa học, chẳng hạn như dung dịch thuốc, có thể được tiệt trùng bằng vi lọc bằng bộ lọc màng. Phương pháp này thường được sử dụng cho các dược phẩm, protein không bền nhiệt trong chế biến thuốc chữa bệnh. Một bộ vi lọc có kích thước lỗ thường là 0,22 μm sẽ loại bỏ vi sinh vật một cách hiệu quả.

Ứng dụng của tiệt trùng

Thực phẩm

Một trong những bước đầu tiên hướng tới tiệt trùng hiện đại hóa được thực hiện bởi Nicolas Appert, người đã phát hiện ra rằng việc áp dụng nhiệt trong một khoảng thời gian thích hợp làm chậm sự phân hủy của thực phẩm và các chất lỏng khác nhau, bảo quản chúng để tiêu thụ an toàn trong một thời gian dài hơn so với thông thường. Đóng hộp thực phẩm là một phần mở rộng của nguyên tắc tương tự và đã giúp giảm bệnh truyền qua thực phẩm ("ngộ độc thực phẩm"). Các phương pháp tiệt trùng thực phẩm khác bao gồm chiếu xạ thực phẩm và áp suất cao (pascalization).

Y học và phẫu thuật

Dụng cụ phẫu thuật và thuốc xâm nhập vào của cơ thể (như máu, hoặc xâm nhập vào da) phải được vô trùng. Ví dụ về các dụng cụ như vậy bao gồm dao mổ, kim tiêm và máy tạo nhịp tim nhân tạo. Điều này cũng rất cần thiết trong sản xuất thuốc tiêm.

Hầu hết các thiết bị y tế và phẫu thuật được sử dụng trong các cơ sở chăm sóc sức khỏe được làm bằng vật liệu có khả năng tiệt trùng bằng hơi nước. Tuy nhiên, kể từ năm 1950, đã có sự gia tăng các thiết bị và dụng cụ y tế làm bằng vật liệu (ví dụ: nhựa) cần tiệt trùng ở nhiệt độ thấp. Tiệt trùng bằng khí ethylene oxide đã được sử dụng từ những năm 1950 cho các thiết bị y tế nhạy cảm với nhiệt và độ ẩm. Trong vòng 15 năm qua, một số hệ thống tiệt trùng mới, ở nhiệt độ thấp (ví dụ: hydro peroxide hóa hơi, axit peracetic, ozone) đã được phát triển và đang được sử dụng để tiệt trùng các thiết bị y tế.