过滤除菌sterilization by filtration

通过过滤除去液体或气体中的微生物而使其达到无菌状态的方法。主要用于一些受热易破坏的液体，如糖溶液、血清、细胞提取液和酶液等。滤器的孔径小于0.5μm以及滤器表面电荷作用，使微生物体保留在滤器上面，而达到过滤除菌的目的。现在常用的细菌滤器是

微孔滤膜滤器，孔径大小在0.2～0.45μm，可以阻止细胞微生物的通过，但不能阻止病毒粒子通过，要想除去液体中的病毒，则需用孔径更小的滤膜。过滤除菌在工业生产中也被广泛采用，主要是制备无菌空气。

过滤除菌

用物理阻留法去除悬浮于介质中的微生物，称为过滤除菌。过滤须通过致密的滤材，仅适于液体与气体等流动物质的处理。于液体处理方面，人们早知用沙滤法洁治饮水。1884年，Pasteur与Chamberland首创素磁滤器。20世纪初，Bechhold制成薄膜滤器，为液体过滤除菌的应用开辟了新的局面。于气体处理方面，19世纪末，外科医生已用纱布口罩防止呼出的细菌污染患者伤口。随医疗卫生与工业生产的需要，又逐步发展了各型空气与气体过滤装置。超高效滤材的使用，更使气体过滤达到一新水平。过滤除菌，不需加热，不用化学药物，应用范围日益扩大。
液体过滤 液体过滤设备包括： 滤器、管道、阀门、液体容器以及加压泵或抽气机。除滤器外，其他皆可使用一般通用设备。过滤机制主要有三：
❶机械筛除，即将大于滤材微孔直径的微生物颗粒阻留于表面；
❷毛细管阻留，即由滤材中无数微孔参差重叠串连成曲折狭窄的毛细管式通道阻留较小的微生物颗粒；
❸静电吸附，即带有正电荷的滤材将带有负电荷的微生物吸附阻留。此三种作用于不同滤器中各有所侧重。
滤器按滤材结构，可分深床滤器与薄膜滤器两大类。深床滤器的滤材一般厚于2mm。此类滤器除沿用最久的砂滤装置(见“生活饮用水消毒”条)外，常用的尚有：由磁土与白陶土混合烧制的素磁滤器(图1)，又称尚氏滤器；用硅藻碎片烧制的硅藻土滤器(图2)，又称贝氏滤器；用石棉等纤维压制成的石棉板滤器(图3)，又称赛茨滤器；用硬质玻璃粉熔融制成的垂熔玻璃滤器(图4)等。深床滤器的优点为： 存垢能力大，不易堵塞； 毛细管阻留效果好，可滤除较孔径为小的颗粒。缺点是： 滤材纤维或颗粒常脱落至滤液中； 吸存滤液的量较大； 阻留于滤床中的微生物在条件适宜时，可繁殖生长逐渐进入滤液。
薄膜滤器的滤材呈膜状，厚约0.15mm，由纤维素酯或高分子聚合物制成，主要呈机械筛除作用，仅滤除较孔径为大的颗粒。滤材孔径随制做材料、方法与条件而异，最大为14μm，最小可达0.01μm。小于0.1μm者称超微滤膜，可滤除细菌L型体、立克次体与病毒。薄膜滤器的存垢能力差，易堵塞，但孔径均匀，使用简便，品种多样，可满足不同需要，故使用益广，有取代其他滤器之势。

图1 素磁滤器过滤装置

1.滤柱 2.出液口 3.滤器 4.抽气口

图2 硅藻土滤器过滤装置

1.滤柱 2.玻璃罩 3.金属帽4.出液口 5.抽气口 6.滤器 7.出液口

图3 石棉板滤器

1.滤板 2.筛孔垫板 3.接压缩空气4. 加液口

图4 垂熔玻璃滤器

滤材孔径大小决定滤效高低。其孔径多用气泡压力试验间接测定。测定时，置滤器于水中，自一端通以空气，逐渐增压。水中刚出现气泡时的压力即为该滤材的气泡压力。气泡压力愈大说明滤材孔径愈小，由此可推算孔径概值。滤器效果多用微生物法直接测定。测定时，将已知浓度的微生物悬液通过滤器，收集部分滤液进行微生物学定量检验，并计算其阻留率。
滤器使用时，为加快滤速，可用多个滤器并联； 为延长小孔径滤器的使用期限，可先联接大孔径滤器进行预滤。根据需要亦可将深层滤器与薄膜滤器串联使用，增进滤效。滤材若有裂隙或折皱，过滤压力过高，均可降低滤效。石油、液体石蜡、油质液体以及可降低表面张力的物质，如胆汁、肥皂、十二烷基苯磺酸钠等，因减弱滤材静电效应，可使微生物易于通过。过滤液体与滤器的酸碱度亦可影响滤效，宜尽量控制于中性条件。
气体过滤 气体过滤设备包括有： 滤器、管道、阀门、风机等。除滤器外，其他用一般通风设备即可。气体滤器由支架与滤材组成。支架多用金属或塑料制做，其大小形状随用途而定。滤材可折叠呈波纹状固定于支架，以扩大单位体积内的过滤面积。
气体中微生物被滤除的机制为：
❶随流阻挡，即颗粒随气流运动直接碰撞于纤维上而被阻留，多见于低速并大而轻的颗粒；
❷重力沉降，即颗粒通过滤材时，因重力作用下沉而粘附于纤维之上，多见于低速并大而重的颗粒；
❸惯性碰撞，即颗粒因惯性作用，不能随气流通过曲折的纤维间空隙而被阻留，多见于高速并大而重的颗粒；
❹扩散粘留，即颗粒在气流中不断进行布朗运动而粘附于纤维之上，仅见于低速的小颗粒；
❺静电吸附，即颗粒被带有异电荷的纤维吸附，多见于低速带电小颗粒。
空气滤器按滤效可分为四级：
❶粗滤器： 对微生物仅有10～60%滤效，滤材多由动植物纤维或合成纤维组成，一般用于预滤；
❷中效滤器：对微生物滤效为60～90%，滤材多用泡沫塑料、玻璃纤维或纸浆做成，用于通风量较大，滤效要求不高的场合；
❸高效滤器： 对微生物滤效为90～99%，滤材多用玻璃棉、纸浆与石棉纤维制成，用于通风量小，要求较严场合；
❹超高效滤器： 滤材多由石棉纤维、超细玻璃棉、矿渣棉或带静电的过氯乙烯纤维制成，对微生物的滤效超过99.9%，多用于要求最严的场合，如对生物战剂气溶胶的防护，微生物强毒实验室空气的消毒，饲养无菌动物的通风和工业生产中气体的灭菌等。口罩亦有滤除微生物的作用，当佩戴良好，周边紧贴面部时，临床用6层纱布口罩的效果，相当于中效滤器； 鼠疫疫区用纱布棉花口罩(图5)，相当于高效滤器； 以带静电之过氯乙烯纤维制做的64型防护口罩(图6)，滤效可达99.9%以上，相当于超高效滤器。
滤材纤维直径愈小，分布愈均匀，滤效愈好。滤材增厚或装填紧密可提高滤效，但有极限，过厚或过紧反而无益，且气流阻力增大，容尘量降低，故应适当。颗粒大小不同，滤除原理相异，故当用单一滤器时，微生物粒谱愈广，滤效愈差。为增加滤效或总过滤量，可先用粗或中效预滤器将较大颗粒去除，以缩小粒谱范围，提高滤效，延长滤器使用时间。过滤系统中的气流速度可影响滤效。直径小于1μm的微生物颗粒宜用低速过滤 (15～16cm/s)直径大于1μm的颗粒，用高速过滤(60cm/s以上)效果较好。潮湿可增加滤器阻力，并可使纤维凝并，于滤材中形成甬道，降低滤效。故滤器用前不宜湿热灭菌，过滤的气体应保持干燥。

图5 纱布棉花口罩

(取长100cm，宽50cm纱布一块，中央铺以1.5cm厚。25×15cm大小脱脂棉垫。将上下边的纱布折过来包住棉花，作为口罩主体，再将纱布左右两端剪开作为口罩带。)
(用过氯乙烯滤材制做，呈圆形，周边装有松紧带，中央有塑料支架，鼻梁处加有铝片。用时，抽紧松紧带，使口罩隆起呈半球形。戴好后，按捏铝片使贴紧鼻梁，并将下端拉到颌下，使四周边缘与皮肤密合。)

图6 64型防护口罩

空气滤器的滤效可用微生物学或非微生物学法测定。前者将微生物悬液喷成气溶胶，使之按规定条件通过滤器，并在滤器两侧分别抽气采样，进行微生物学定量检验，以计算其滤效。后者则以其他物质代替微生物进行测定，操作简单，即时可获结果，但因试验颗粒的性质与微生物不同，不能表示真正的除菌效果，故多仅作为参考。

气体滤器非微生物滤效测定法

方 法	雾粒种类	样品对比方法
美蓝法 尘点法 尘重法 烟雾系数法 同位素法	美蓝液滴 标准尘粒 标准尘粒 二辛基邻苯二酸酯烟雾 放射性磷酸三苯酯	比色 尘点比色 比重 烟雾折光系数对比 盖革计数器测定