探索微生物与无菌科学：基础知识全面解读
我们生活的环境中到处都存在着大量的微生物，一般空气中微生物数量达到800~3500个/m3，土壤中达到1~500108/g，污染严重的水中可达107/毫升。 （饮用水要求细菌总数100个/ml，大肠杆菌3个/ml。存放在水塔或水库后，短时间内可繁殖至100,000~1,000,000/ml。）人类头皮上每毫升有140 万个细菌。 cm2，每只手上约有4万至40万个，1克指甲污垢有38亿个，1克粪便可达10至1000亿个。可以说，微生物无处不在。许多以前被认为是极端的（高温、高压、强酸、强碱、低温等）甚至致命的环境现在被发现是各种类型的微生物（称为极端微生物）的家园。事实证明，微生物具有特别顽强的生存、繁殖、变异适应环境的能力。
微生物有很多种，有的对人类有益，有的有害，有的既无益又无害。然而，在药物生产过程中，不可能对环境中的各种微生物进行区别对待。为了确保药物的安全性和有效性，需要对其进行控制。空气中的大多数微生物附着在灰尘上或以孢子的形式悬浮在空气中。 1m以下呈悬浮状态，10m以上则逐渐沉降形成细菌粉尘。因此，灰尘颗粒也必须受到控制。
大量临床数据表明，注射剂（特别是静脉注射剂）若被712m的粉尘颗粒污染，可导致热原反应、肺动脉炎、微血栓或异物肉芽肿，严重时可导致死亡。而如果被细菌污染，可能会导致局部红肿流脓，也可能引起全身细菌感染。因此，对微生物和粉尘颗粒进行更严格的控制对于注塑生产洁净室来说非常重要。
人是洁净室最大的污染源，约占90%。一般来说，男性每分钟向周围环境排放超过1000个含细菌颗粒，女性排放超过750个颗粒。穿着无菌服装时，静止时产生的细菌量为10~300个细菌/分钟，一般活动时产生的细菌量为150~1000个细菌/分钟，行走时产生的细菌量为900~2500个细菌/分钟分钟。咳嗽/分钟可产生70-700个细菌，打喷嚏/分钟可产生4,000-60,000个细菌。因此，在洁净室中，人员的数量和活动要特别严格。
二。微生物简介
微生物是自然界中广泛存在的一类微小（直径小于1毫米）、结构简单、肉眼看不见、只能借助放大数百倍的光学或电子显微镜才能观察到的生物体。数万次。需要注意的是，微生物是一个比较笼统的概念，界限有时很模糊。例如，单细胞藻类和一些原生动物也应该被视为微生物，但它们通常不在微生物中进行研究。
微生物具有以下特点：体积小、面积大； 吸收量大、转化快（2000倍体重/h）； 生长旺盛，繁殖快（每20分钟分一次）； 易变异、适应性强； 分布广、品种多（10万种以上）。
微生物按结构、化学成分和生活习性可分为三大类：
1、真核细胞类型：细胞核高度分化，有核膜、核仁和染色体；细胞质含有完整的细胞器（如内质网、核糖体和线粒体等）。真菌就属于这一类微生物。
2、原核细胞型：核分化程度低，只有原始核质，无核膜和核仁；细胞器不是很完整。此类微生物的种类很多，包括细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体和放线菌等。
3非细胞型：没有典型的细胞结构，也没有产生能量的酶系统。它只能在活细胞内生长和繁殖。体积小，可通过除菌过滤器。病毒就属于这一类微生物。
微生物在自然界中分布广泛。空气、土壤、河流、湖泊、海洋等中存在着不同数量和类型的微生物。人类、动植物的体表以及与外界相通的体腔内也存在着多种微生物。
绝大多数微生物对于人类、动物和植物的生存是有益的和必需的。自然界中氮、碳、硫等元素的循环是通过微生物的代谢活动进行的。例如，空气中大量的氮气只能通过微生物的作用被植物吸收。土壤中的微生物可以将动植物蛋白质转化为无机含氮化合物，以满足植物生长的需要，植物被人类和动物利用。因此，没有微生物，植物就无法代谢，人类和动物就无法生存。
另一方面，由极少数微生物引起的传染病，发病快、死亡率高、传播快、传播范围广，严重危害人民健康。
三。微生物的形态结构
1.细菌（原核单细胞生物）
细菌按形状可分为：球菌（0.5~2m）、杆菌（长1~5m，宽0.3~1m）和螺旋菌（大小与杆菌相似）。
根据革兰氏染色方法的不同，分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌细胞壁表面含有较多磷壁酸，产生外毒素，如金黄色葡萄球菌；革兰氏阴性菌的细胞壁表面主要含有脂蛋白和脂多糖，产生内毒素（即耐热菌）。原），例如大肠杆菌。
细菌一般有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核，有的还具有荚膜、鞭毛、菌毛、孢子等特殊结构。
细菌一般无性繁殖，并以二分法繁殖，每数十分钟或12小时分裂一次。
事实：关于孢子
当温度逐渐降低或营养缺乏时，芽孢杆菌属（如炭疽杆菌）和梭状芽孢杆菌属（如破伤风芽孢杆菌）可在体内形成一种高折射且难以着色的体，称为孢子。孢子是处于休眠状态的细菌，而不是细菌繁殖体。当环境合适时，它们就能恢复生长和繁殖。
孢子在自然界分布广泛，应注意防止污染。孢子对热、干燥、辐射、化学消毒剂等物理和化学因素有很强的抵抗力，用普通方法不易杀死。有些孢子可以承受100C 的沸水几个小时。杀死孢子最可靠的方法是高压蒸汽灭菌。消毒灭菌时，常以芽孢是否被杀灭作为判断灭菌效果的指标。
2.霉菌（丝状真菌、真核多细胞生物的总称）
霉菌是真菌的一部分。在培养基上长成绒状或棉花状菌丝体的真菌统称为霉菌。
霉菌细胞呈细长管状，称为菌丝。菌丝直径比细菌和放线菌大，约为2~10m。菌丝由分枝连接，交错在一起。整个身体称为菌丝体。
大多数霉菌是多细胞微生物。菌丝细胞由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核和各种细胞器组成。细胞壁非常薄，表面常产生色素，导致菌落呈现各种颜色。
霉菌通过孢子繁殖，有无性繁殖和有性繁殖两种方式，其中以无性繁殖为主。
有些真菌可用来制作酱料，或用于发酵生产柠檬酸、葡萄糖酸、酶和抗生素（如青霉素、头孢菌素）；少数真菌可引起多种真菌病害。真菌产生的霉菌毒素（如黄曲霉毒素）具有毒性。
3酵母（真核单细胞生物、真菌）
酵母以单细胞形式存在，呈圆形、椭圆形或香肠形。它比细菌还要大。细胞长5~30m，宽1~5m。细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核和各种细胞器。
酵母的增殖分为两个阶段：无性繁殖和有性繁殖。有出芽、裂变和孢子形成三种方法。
酵母是重要的工业微生物，用于酿造和生产单细胞蛋白、B族维生素、核酸、辅酶A、细胞色素C等，一般对人体无害。
4.放线菌（原核单细胞生物）
放线菌菌丝发达，呈分枝状，菌丝宽度0.2~1.2m，革兰氏阳性。其内部结构与细菌相似，没有完整的细胞核。菌落常呈放射状，故称为放线菌。
繁殖方式为无性孢子繁殖。最适pH为6.7~7.5，温度为25~30。
放线菌可用于生产抗生素、维生素和酶，少数可引起人和动物的放线菌病。
5. 病毒
病毒粒子主要由核酸和蛋白质组成。病毒体积较小，最大直径为300nm（如牛痘病毒），最小直径为20nm（如口蹄疫病毒）。大部分都在150nm以下。它们可以穿过细菌过滤器，用普通光学显微镜无法看到。必须用电子显微镜将它们放大数千至数千。你可以看一万遍。形状多为球形，少数为棒状或砖状。噬菌体（细菌病毒）呈蝌蚪状。
四。微生物营养
1、水：水占细胞质的70%90%，是细胞的重要组成部分。更普遍的观点是微生物只能在有水的环境中生存。然而，有人发现微生物可以在无水碳氢化合物中存活很长时间。
2、碳源：碳源是构成细胞的重要物质。有些微生物的碳源必须来自糖、蛋白质、脂肪、有机酸等有机碳化合物（同时利用其化学能），它们是异养的；有些微生物不需要有机碳化合物，以CO2为碳源，是自养的。型（分为光合自养型和化能自养型）。
3氮源：氮是蛋白质和核酸的重要元素。
4、无机盐：细菌所需的无机盐有磷、硫、镁、铁、钾、钠、钙、氯、锰、锌、钴、铜等。其中，磷、硫、镁、钾、钠和铁的需求量很大，而其他的则只需要微量。
5、生长因子：生长因子是某些微生物生长发育所必需但自身不能合成的营养物质。包括维生素、嘌呤和嘧啶等。
五。影响微生物生长的因素
1. 营养成分
2、pH值：各种微生物都有其最适宜的pH值。大多数细菌的最适pH值为6.8~7.4，但一般具有较大的耐受性，在4~9下也能生存和生长。一些细菌可以在极端pH 水平下生存。在pH范围内生长。真菌适合pH值为3至6的微酸性环境，但也可以在pH值2至10下生长。
3温度：微生物必须有适宜的温度才能生长繁殖。当超过最低或最高可耐受温度时，它们将停止生长或死亡。一般细菌最适温度为30~40，真菌最适温度为20~30。
4、氧气：大多数细菌和所有霉菌都是需氧菌（可以在有氧环境中生长），少数细菌是厌氧菌（可以在无氧环境中生长），还有一些细菌和酵母菌是兼性需氧厌氧菌。氧气可以在有氧或无氧环境中生长和繁殖。
5、渗透压：微生物细胞膜与所有生物膜一样，是一种半透膜，允许水自由通过，但对溶质有选择性。由于细胞壁的保护，微生物可以在低渗透压的水中生存。在高渗溶液（如高浓度盐溶液或糖溶液、40%甘油）中，细胞会脱水并停止生长和繁殖。但也有一些专性耐高盐细菌，只能在高盐（10~15%）条件下生长。
6表面张力：表面活性剂可降低表面张力，这是影响细菌生长的因素之一。许多革兰氏阴性菌，特别是大肠菌群，可以在表面活性剂包围的介质中良好生长，而大多数革兰氏阳性菌在表面张力较低（0.05N/m）时不能良好生长。阳离子表面活性剂对许多生物体有毒，阴离子表面活性剂毒性很小，非离子表面活性剂几乎没有毒性，可以成为某些微生物的营养物质。
六。消毒灭菌
消毒灭菌是微生物实验技术中最基本的操作。从事药品生产、检验的人员应当了解消毒灭菌的方法和意义，严格遵守操作规程。否则，将影响产品质量，危及患者安全。
1. 概念
o 无菌—— 不含活生物体（GMP 指南）。
“无菌”从定义上来说是一个绝对的概念，但遗憾的是，在科学技术高度发达的今天，药物的绝对无菌无法实现或证明。然而，无菌制剂的安全性要求制定相对的无菌标准。
FDA和欧洲制药行业均以百万分之一的微生物污染率作为灭菌产品“无菌”的相对标准。它和蒸汽灭菌后产品中微生物存活的概率为10-6（即产品的无菌保证值为6），是同一标准的不同表示。该标准自1980年起被纳入USP XX，现已被世界各国普遍接受和采用。
灭菌—— 达到无菌的方法（GMP 指南）。采用物理或化学方法杀灭传输介质上的所有微生物，达到无菌（GB）。通常指杀死或除去所有活的微生物（包括繁殖体和孢子）。
消毒——采用物理或化学方法杀灭或清除传输介质上的病原微生物，使其无害（GB）。通常指杀死病原微生物的繁殖体，但不破坏其孢子。因此，消毒并不彻底，不能代替灭菌。
o 无菌制剂—— 不含活微生物的制剂（GMP 指南）。
非无菌制剂——是含有活微生物的制剂，符合卫生标准（GMP指南）。
2.常用消毒剂
消毒剂
常用量
使用
乙醇
70%~75%水溶液
将0.5%洗必泰溶解于70%乙醇中，然后加入2%甘油
用于皮肤、器械等消毒。
洗手消毒
异丙醇
75%水溶液
用于皮肤、器械等消毒。
甲醛
37%~40%甲醛溶液8~9ml，然后加入4~5g高锰酸钾
每立方米熏蒸量，密封12~24小时。刺激性强
戊二醛
2%水溶液
用于空气、器具等消毒。广谱、高效、低毒，可杀灭孢子和病毒。不那么刺激。
苯扎溴铵（苯扎溴铵）
0.1%水溶液
用于皮肤、粘膜、器械等消毒，具有清洁和消毒双重功能。抗菌谱较窄。
杜芬芬（消毒剂）
0.05%~0.1%水溶液
用于皮肤、器械等消毒。
过氧乙酸
0.2%~0.5%水溶液
配制新的0.5%水溶液
用于器皿消毒等，抗菌谱广，可
用于皮肤消毒和杀灭某些病毒
已熏蒸但不稳定
乳酸
1~1.5ml/m3熏蒸或与等量苯酚合用熏蒸
喷雾，用于空气消毒，杀菌作用强
熏蒸、密封12小时以上
百里酚
5% 百里酚溶解在50% 乙醇中
喷洒墙壁和地板以杀死霉菌
3常用的灭菌方法
1）干热灭菌方法：常见的有火焰、燃烧、干烤和红外线灭菌等。
火焰和烧灼：通常用于实验室无菌操作中对金属或其他耐火材料制成的器械的灭菌。
干烤和红外线：利用干热空气或热辐射进行灭菌。一般135~145需3~5h，160~170需2h以上，170~180需1h以上，180~200需0.5~1h。排热原则要求25030min，或20045min，1802h。
空气导热慢，穿透力弱，干热灭菌时间较长。干热灭菌时，放入物品时应留有间隙，以利于空气流通。否则会导致箱内温度不均匀，导致部分物品无法彻底灭菌。
2）湿热灭菌法：用热蒸汽或沸水使蛋白质变性而杀灭微生物的方法。湿热穿透力强，比干热杀菌效果更好。
煮沸或循环蒸汽灭菌：常压下沸水和蒸汽的温度为100。一般处理3060分钟即可杀死细菌繁殖体，但不能完全杀死芽孢。此方法适用于不能用高压蒸汽灭菌的物品。
低温间隙灭菌（巴斯德灭菌法）：将物品在60~80加热（或煮沸）1小时，然后在20~25保存24小时（或室温过夜），以达到灭菌目的。让剩余的孢子萌发成繁殖体，然后在上述条件下灭菌，重复3次。这种方法适用于不耐高温或在高温下容易变质的物品，但非常耗时。
高压蒸汽灭菌（热压灭菌法）：当压力超过1个大气压时，水的沸点高于100，反之亦然。高压蒸汽灭菌是通过压力提高蒸汽温度，灭菌效果最佳。它简单、经济、可靠、无毒。它是最可靠、应用最广泛的灭菌方法。此方法适用于耐高温、耐潮湿的物品。常用的条件有：
注意事项：
一个。灭菌器内的空气必须完全排出。否则会影响灭菌器内的温度达到规定要求。
b.注意被消毒物品的温度。灭菌器内部的温度和被灭菌物品的温度一般是相同的，但当蒸汽输入太快时，后者可能会低于前者，所以升温时必须有一定的预热时间。此外，冷却太快可能会导致玻璃破裂。因此，对于灭菌产品，应制定固定的灭菌曲线（如冻干曲线）。
c.定期检查灭菌器内部温度的准确性。
3）化学灭菌法：利用化学试剂形成的气体杀灭微生物的方法。常用的灭菌剂是环氧乙烷（又称环氧乙烷）。环氧乙烷是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌、孢子和多种病毒，以及昆虫和虫卵。但由于环氧乙烷易燃、易爆、有毒（具有致突变性），其在药品中的用途极为有限，多用于医疗器械、塑料制品等的灭菌（不能用于橡胶、乳胶手套、因为它们可以溶解。）
4）过滤灭菌法：该方法利用细菌不能通过致密多孔过滤材料的原理，从热不稳定的药液或液体物质中去除细菌。过滤方法一般只能去除细菌，而不能去除支原体和病毒。
过滤除菌的效果与滤膜的性能、孔径大小、滤膜的密度、厚度等因素有关。
过滤除菌方法要求最终过滤膜的孔径为0.22m。由于各个厂家生产的相同规格的滤膜质量并不一致，为保证灭菌效果，在使用前和使用后应检查过滤器的完整性（如保压测试或泡点测试）。
过滤器的使用时间应根据品种审定确定，一般不应超过8小时。
5）辐射灭菌法辐射有两种：一种是电磁波辐射，如紫外线、红外线、微波等；另一种是电磁波辐射，如紫外线、红外线、微波等。另一种是电离辐射，如X射线、伽马射线等，能引起被照射物体电离。
紫外线：紫外线的波长在136390nm之间，其中260nm左右可以破坏核酸，杀菌作用最强。另外，经紫外线照射后，空气中的氧气可转化为微量的臭氧，共同发挥杀菌作用。紫外线消毒的效果与光源的功率、光源与照射物体的距离、照射时间、温度和湿度等因素有关。我国规定紫外线灯在1m距离处的照射强度不应低于70W/cm2（用紫外线强度计测量）。操作面上要求光强在40W/cm2以上。一般每10平方米安装一盏30W的灯，工作前应开启30~60分钟。
紫外线灯的输出功率随着使用时间的延长而降低。国产UV灯的平均寿命（达到70%额定功率的时间）一般为2000小时。当超过平均寿命时，就不能达到预期效果，必须更换。
紫外线的穿透力很弱，不能穿透一般的包装材料，如玻璃、塑料薄膜、纸张等。玻璃能强烈吸收小于350nm的紫外线，石英玻璃能吸收小于200nm的紫外线。因此主要用于空气和表面消毒。特殊的紫外线灯装置也可用于水消毒。
紫外线会损伤眼睛和皮肤，照射过程中产生的臭氧会刺激眼睛和鼻腔。过多的臭氧会导致头晕、胸闷和血压下降。
红外线：利用碳化硅板加热时产生的辐射热能，通过空气传导进行加热灭菌。如红外线烤箱，温度可达180左右。热效应的特征是从外到内。
微波：微波杀菌主要是利用其热效应。微波加热升温快，温度高且均匀，杀菌效果强。热效应的特征是从内到外。不同性质的物品吸收微波的能力不同，其热效应和消毒效果也不同。
微波有一定的穿透力，但不强。微波炉对人体有危害，请注意防护。
60Co杀菌：放射性同位素60Co（或137Cs）衰变时，能放出伽马射线。伽马射线能量高、穿透力强，能引起细胞内各种活性物质发生化学变化，从而破坏或杀死细菌。
经60Co辐射灭菌的物品温度升高很少，一般仅5左右，故又称“冷灭菌”。
60Co辐射有两个安全问题：一是辐射的直接影响。伽马射线对人体细胞也有害；二是辐照食品和药品的安全性。 1984年，美国农业部食品安全实验室给小鼠喂食受辐射的鸡肉，发现睾丸肿瘤增加，包括癌症损伤增加。因此，60Co辐射用于食品、药品时，应进行安全性试验，并进行科学、全面的评价。大剂量放射药物更应谨慎。
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用户评论
这篇文章真是太棒了！微生物的世界原来如此神奇，尤其是无菌知识的部分，让我对日常生活中的卫生习惯有了更深的理解。感谢分享！
有14位网友表示赞同！
我一直觉得微生物就是坏东西，但看完这篇文章后，我才意识到它们在生态系统中扮演的角色有多重要。希望更多人能了解到这些知识。
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文章写得很详细，但我觉得可以再加入一些实际案例，比如医院里的无菌操作是如何进行的，这样会让内容更生动。
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微生物和无菌知识的结合让我对科学产生了更大的兴趣！我以前从未想过这些微小的生物能对我们的健康产生如此巨大的影响。
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这篇文章让我对微生物的看法完全改变了！以前只知道它们可能会引发疾病，现在才明白它们在消化和免疫中也有重要作用。
有20位网友表示赞同！
虽然文章内容丰富，但我觉得有些地方表达得不够清晰，特别是无菌技术的部分，可能对普通读者来说有点难懂。
有11位网友表示赞同！
我觉得这篇文章非常适合学生和家长阅读，能够帮助他们更好地理解微生物在生活中的重要性，值得推荐给身边的人。
有20位网友表示赞同！
文章的科学性很强，但我希望能看到一些更轻松的内容，比如微生物在食品制作中的趣味应用，这样会更吸引人。
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这篇关于微生物和无菌知识的文章让我受益匪浅，尤其是对家庭卫生的建议，真是太实用了！
有19位网友表示赞同！
我对这篇文章的内容感到有些失望，感觉缺乏新意，很多信息在其他地方都能找到，希望下次能有更深入的分析。
有15位网友表示赞同！
微生物的知识确实很重要，尤其是在这个疫情时代，了解无菌的概念可以帮助我们更好地保护自己和家人。
有13位网友表示赞同！
文章写得不错，但有些地方的术语让我有点摸不着头脑，建议增加一些简单易懂的解释，让更多人能理解。
有18位网友表示赞同！
我觉得这篇文章的结构很清晰，特别是关于无菌环境的重要性，读完后让我对保持环境卫生有了新的认识。
有11位网友表示赞同！
微生物的世界真是迷人！我一直对这些小生物充满好奇，看到这篇文章后更想深入研究了，期待更多类似的内容。
有8位网友表示赞同！
虽然内容很有趣，但我觉得文章的长度稍微有点长，能不能精简一下，让读者更容易吸收信息呢？
有17位网友表示赞同！
这篇文章让我想到了我小时候的科学课，微生物的知识真的是基础中的基础，希望能有更多这样的科普文章！
有17位网友表示赞同！
我对微生物的了解一直很肤浅，这篇文章让我意识到无菌知识的重要性，尤其是在饮食和生活习惯上。
有15位网友表示赞同！
虽然我对微生物有一定了解，但文章中的一些细节让我有些困惑，尤其是无菌技术的具体应用，希望能有更多实例。
有9位网友表示赞同！
这篇文章让我对微生物的世界有了更深的认识，尤其是它们在环境中的作用，真是让人惊叹的自然法则！
有20位网友表示赞同！
我觉得这篇文章的观点很有启发性，尤其是在无菌知识的应用方面，希望能在实际生活中多加运用。
有12位网友表示赞同！