电离辐射消毒

电离辐射消毒是指利用可引起物质分子或原子电离的射线杀灭传播媒介上微生物以防疾病传播的处理。早在1898年，Rieder即证明电离辐射中的X射线可杀菌。1900年，Strebel又证明镭的放射性有抑菌作用。第二次世界大战后，照射装置得到发展，乃开始其实用研究。最早消毒对象为食物和药品，60年代起大规模用于医疗用品灭菌。目前，其使用范围逐年扩大，已为原子能利用的重要方面之一。
常用于消毒的电离辐射为β射线与γ射线。β射线属粒子辐射。各种粒子辐射均可引起电离，但有的穿透力太弱，有的可使照射对象产生有害的诱生放射性，故一般仅将低能量的β射线用于消毒。γ射线属电磁辐射。具有电离作用的电磁辐射尚有X射线，但因杀菌效率低而少用。
消毒用电离辐射装置有实验室或医院用的小型装置，或工业用大型装置。γ射线多以60钴或137铯为放射源，工业用者容量可达3MCi。放射源多做成圆柱状，密封于不锈钢管内。不用时放入壁厚约1.7m的水泥井中，用时提出。被消毒物品须由传送带送至放射源周围照射。消毒用β射线常以下列两种电子加速器产生，一为直线加速器，现工业用者所产生的能量可达6～13MeV，输出功率达5～15kW; 另一为范登格拉夫静电加速器，现工业用者所产生的电子能量为3～4MeV，输出功率为6～8kW。实际工作中，γ射线的使用较β射线广泛。两种射线及其装置的主要特点如下：

	γ射线	β射线
性质 电离作用 穿透力	电磁波，不带电荷 弱 比β射线约强100倍	电子流，带负电荷 比γ射线约强100倍 弱
剂量率 利用系数 使用时间	低，灭菌所需时间长 >30% 可连续不断	高，灭菌所需时间短 60% <30min

电离辐射对微生物的致死作用有直接和间接两种。直接作用是射线的光子或电子直接轰击微生物的分子或原子，特别是轰击与微生物生命攸关的DNA，使之激发或电离，产生自由基，甚至使化学键发生交联或断裂。
间接作用是射线的光子或电子先轰击微生物邻近之分子，特别是水分子，使激发或电离。水分子经照射后产生的激发状态分子或电离状态分子(H₂O⁺,H₂O^-) 皆可迅速分解成自由基H·及·OH; 若有游离氧存在，尚可产生强氧化自由基·HO2和H2O2等。此类自由基或H2O2均为强氧化剂或还原剂，可与核酸、酶或蛋白质结合，使嘌呤的咪唑环断开，嘧啶形成氧化物，或使核酸与蛋白质脱磷、脱氨。微生物分子结构被破坏，代谢被干扰，以至死亡。
电离辐射对微生物的杀灭作用，一般对细菌繁殖体最强，其下依次为霉菌、酵母菌及细菌芽胞（见表）。细菌中，革兰阴性菌较革兰阳性菌，需氧芽胞较厌氧芽胞易杀灭。对病毒的杀灭作用和对芽胞相差不多或更弱。单股病毒比双股病毒，大病毒比小病毒易杀灭。肉毒毒素较肉毒杆菌芽胞抵抗力强，须2.1Mrad才能破坏。个别细菌，如耐辐射微球菌较细菌芽胞抵抗力强，须3～4Mrad才能完全杀灭。
影响电离辐射灭菌作用的因素较多。不同种类微生物对电离辐射的抵抗力有所不同。不同血清型的同种微生物间亦可有差别。生长静止期微生物的抵抗力较对数期强。微生物于干粉状态下较于悬液中抵抗力强； 于真空中干燥者较于大气中干燥者强。微生物浓度大，所需灭菌剂量也大。环境有氧时照射的杀菌作用较缺氧时强数倍以至十余倍，含氧量于1～10mg/L时影响最突出。冰冻条件下照射的杀菌作用较室温下弱一倍左右。微生物所在介质中如含可与辐射产生的自由基起反应的物质，如氨基酸、蛋白质及其他硫基化合物均可降低电离辐射杀菌效果。病毒于培养液中的抵抗力即比于水中强三倍。另外一些化合物，如维生素K5、氨基萘酚、氟腺甙及碘乙酰胺等，则可加强电离辐射的杀菌作用。照射时，如剂量率太高，又不能很快补充消耗的氧，其灭菌作用将减弱。故高速电子流杀菌作用较γ射线为差。照射后，若微生物处于含有有利于核酸代谢物质，如嘌呤、嘧啶、谷氨酸、丝氨酸和蛋氨酸等环境中，在低于其适宜生长温度下培养，则较易复苏。

常见微生物电离辐射D₁₀值

微生物	D10(Mrad)
病毒：
柯萨奇病毒 人肠细胞病变孤病毒 脊髓灰质炎病毒 口蹄疫病毒 圣路易脑炎病毒 委内瑞拉马脑炎病毒 西部马脑炎病毒 风疹病毒 新城鸡瘟病毒 呼肠病毒 流感病毒 多瘤病毒 腺病毒 单纯疱疹病毒 牛痘病毒 细菌：	0.08～0.55 0.11～0.68 0.07～0.65 0.62 0.55 0.40 0.45 0.44～0.67 0.49～0.56 0.41～0.49 0.05～0.56 0.07～5.30 0.38～0.61 0.39～0.41 0.09～0.53
肉毒杆菌芽胞 破伤风杆菌芽胞 产气荚膜杆菌芽胞 枯草杆菌芽胞 嗜热脂肪芽胞杆菌芽胞 短小芽胞杆菌芽胞 藤黄八叠球菌 肺炎双球菌 化脓性链球菌 金黄色葡萄球菌 鼠伤寒杆菌 肺炎杆菌 乙型副伤寒杆菌 大肠杆菌 绿脓杆菌 酵母：	0.13～0.34 0.22～0.33 0.12～0.27 0.17～0.25 0.21 0.26～0.33 0.09 0.05 0.03 0.02 0.02～0.13 0.02 0.02 0.01 0.01
酿酒酵母 白色球拟酵母 霉菌：	0.05 0.04
黑曲霉 特异青霉	0.05 0.02

注： 电离辐射D₁₀值为杀灭90%微生物所需的照射剂量。
电离辐射消毒的优点为：
❶温度升高不超过4℃，适于处理易被热损坏的物品；
❷穿透力强，物品可预先包装密封，有利长期保持无菌；
❸物品受形状和结构的限制不大；
❹消毒后立即可用；
❺操作简单，设备一旦安装好，只需控制照射时间即可；
❻可连续对大批物品消毒，便于消毒工业化和自动化。目前，不少国家已用于处理各种灭菌后随时可用或只用一次的医疗用品，以及某些移植物、食品和药品等。近年也试用于污水、污物的消毒。
灭菌剂量多规定为2.5Mrad，但也有根据微生物种类和数量确定剂量者。食品罐头处理剂量，有按12D原则计算者，即以测定杀灭90%微生物所需剂量(D10)的12倍作为正式处理剂量。若测定的D10值为0.37Mrad，则处理剂量即为4.5Mrad。从理论上推算，经12D剂量照射后，可使微生物数量减至原有的10-12。
电离辐射对某些物品有破坏作用。如棉织品和某些塑料（如聚四氟乙烯）经照射，抗强度降低； 普通玻璃变黄；某些食品变色、变味或营养价值降低；某些水果失去原有香味； 某些药品失效等。一般在冰冻、干燥及无氧情况下，用小剂量照射可减少物品损害。为减少物品吸收剂量，有电离辐射巴氏消毒法和电离辐射杀菌法。前者(多用1Mrad以下剂量)使食品中细菌繁殖体减至很少后冷藏，以延长保存时间； 后者仅杀灭与卫生有关的微生物，如用亚灭菌剂量杀灭食物中的沙门氏菌。对食品与药物的电离辐射处理，须经试验证明不致形成对人有害物质者，才可用于生产。