高功率微波对细菌杀灭效应的实验研究
http://www.100md.com
37c医学网
作者：席晓莉 金友煌 任斌 吴道澄
单位：席晓莉(西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048)；金友煌 任斌(西安石油学院 采油工程系，西安 710065)；吴道澄(第四军医大学 基础部化学室，西安 710032)
关键词：高功率微波；灭菌；非热效应；细菌
生物医学工程学杂志000228 摘要 为研究高功率微波对细菌的杀灭效果及 其可 能存在的非热效应。采用频率2 450 MHz，功率0～3 kW的连续高功率微波，对干湿状态 的细菌进行不同强度及时间的辐照，比较其杀灭率，并同时与单纯的加热灭菌相对比，研究 高功率微波对细菌的杀灭规律。结果显示：不同强度及辐照时间的微波对干菌作用后，其温 度无 显著变化，但活菌显著减少(P<0.05)；对湿菌的杀灭效果则显著高于干菌，而单纯加 热灭菌率则低于微波对湿菌的杀灭。提示微波对湿菌的杀灭强于单纯的加热干菌，且可杀 灭干菌，说明微波对细菌的杀灭除热效应外还有非热效应。
, http://www.100md.com
An Experiment on Disinfection Using High Power Microwave
Xi Xiaoli
(School of Automation and information Engineering, Xi'an University o f Technology, Xi'an 710048)
Jin Youhuang Ren Bing
(Department of Oil Engineering, Xi'an Institute of Oil Technology, Xi'an 710065)
Wu Daocheng
(Department of Chemistry, The Fourth Military Medical University, Xi'an 710032)
, 百拇医药
Abstract This experimental disinfection was intended to ex amin e the effect of high power microwave on bacteria, and the putative nonthermal ef fect. The bacteria of the experimental groups were irradiated by high power mic rowave in different intensities and time and were compared with the controls—— bacteria heated only. The principles of disinfection by means of high power micr owave were studied. The results showed that the temperature did not change after the dry bacteria were irradiated by high power microwave in different intensiti es and time, but the number of bacteria alive decreased significantly(P<0.05) . The high power microwave's effect of disinfection was grater in the wet bact eria group than in the dry bacteria group and the bacteria heated group. These d ata indicate that the disinfection effect of high power microwave is higher than that of heating. High power microwave can kill dry bacteria, and it has the non thermal effect in addition to its thermal effect.
, http://www.100md.com
Key words High power microwave Disinfection Nonthermal effe ct Bacteria
1 引 言
灭菌一直是工业生产，医疗卫生及食品生产等领域研究的重点课题之一，采用什么样的方法 能达到高效、经济、快速的灭菌效果，是该领域的研究重点。微波灭菌以其具有的安全，方 便、经济、可重复，灭菌速度快等优点而受到广泛重视[1]。国内外以对医疗器械 的研究为主，使用的微波源频率大多为2 450 MHz，功率在500～750 W之间，并已有微波 灭菌 装置投入使用[2]。但这些装置仍存在灭菌效果不理想，对有些细菌无法杀灭以及 无法对干燥状态的细菌进行灭菌的问题[3]。而对微波灭菌机理的研究，特别与热 效应相伴存在的非热效应研究的报道不多[4]。本实验将对连续高功率波(3 KW)的 灭菌效果进行初步研究，为其在生产、生活及医学临床的广泛应用提供依据。
, 百拇医药
2 材料和方法
2.1 材料
2.1.1 仪器 WY5000，2-1C程控连续微波源，西安石油学院提供； 无菌台、培养箱、高温烘箱、微量可调加样器、分光光度计等，第四军医大学提供。
2.1.2 菌种 金黄葡萄球菌25923，大肠杆菌055B5，大肠杆 菌0128B12，第四军医大学西京医院检验科提供。
2.1.3 主要培养基及培养液 基础培养基，基础肉 汤培养液，按常规方法配置并高压消毒。
2.2 方法
2.2.1 实验菌样的制作 干菌板的制作采用细菌培养用24 孔板， 经中性洗洁剂清洗，用蒸馏水及去离子水冲洗，37 ℃度恒温箱干燥，60Co辐照灭菌 后， 接入处于对数生长期的25923菌液，每孔涂菌数约为106cfu/孔，放入37 ℃培养箱内干燥 。湿菌板的制作：把对数生长期的细菌，按每块50～500cuf的 浓度接种放于9 cm细菌培养皿的适量纱布上，细菌浓度的选择按正好使纱布湿透为宜。
, 百拇医药
2.2.2 灭菌实验 对作用时间和输出功率两因素采用均匀设 计，微波对干菌、湿菌的杀灭实验选择了五水平时间和五水平微波功率进行，单纯的加热湿 菌实验温度选择为100℃，时间取五水平。把经过微波或加热作用的实验菌用一定量的培养 液洗出，作适当稀释后接种于基础培养平板上，放37℃恒温箱培养过夜，计数菌落数，并与 对照组对比，求出各组的细菌杀灭率。杀灭率等于对照组菌落数与实验组菌落数之差比对照 组细菌落数。
3 结 果
3.1 微波对干菌的杀灭效果
微波作用干菌实验中无可测量的温度变化。从表1数据可以看出，微波对干菌的作用效 率较低。作用时间长时，杀灭率高，功率高时杀灭率也高，但不同菌种的规律不同。
表1 微波对干菌的杀灭效果
Table 1 The results of disinfection after dry bacteria irradiated by mi crowave 编号
, http://www.100md.com
功率
(KW)
作用时间
(S)
055B5
杀灭率(%)
0128B12
杀灭率(%)
259232
杀灭率(%)
0
0
0
, http://www.100md.com
0
0
0
1
0.8
60
80
33.6
56.3
2
1.4
600
98
93.9
, http://www.100md.com
73.5
3
1.5
35
73.5
17.5
22.5
4
2.0
300
98.5
98.5
64.6
, http://www.100md.com
5
3.0
30
56.7
15.6
44.9
3.2 微波对湿菌的杀灭效果
从表2结果可以看出，微波对湿菌的杀灭明显高于其他组。其杀灭效果随作用时间和功 率的增加而增加，但不同的菌种规律不同，25923菌的杀灭率与时间的相关性强，而与功率 则无明显的相关性。表2 微波对湿菌的杀灭效果
Table 2 The results of disinfection after wet bacteria irradiated by mi crowave
, http://www.100md.com
编号
功率
(KW)
作用时间
(S)
055B5
杀灭率(%)
0128B12
杀灭率(%)
259232
杀灭率(%)
0
0
, 百拇医药
0
0
0
0
1
0.9
10
55
56
82.8
2
1.4
20
65
, 百拇医药
67
100
3
1.7
5
98
90
13.3
4
2.2
15
100
100
89.7
, http://www.100md.com
5
1.2
30
100
100
100
3.3 单纯加热对湿菌的杀灭效果
从表3可看出，单纯的加热灭菌对细菌的杀灭率与作用时间成线性关系，作用时间为160 s时，杀灭率才达到100%，比微波对湿菌的杀灭效率低。表3 单纯加热对湿菌的杀灭效果
Table 3 The results of disinfection after wet bacteria heating 编号
, 百拇医药 作用时间
(S)
B55B5
杀灭率(%)
0128B5
杀灭率(%)
25928
杀灭率(%)
0
0
0
0
0
, 百拇医药
1
20
21
13.8
1
2
40
48
35.6
12.8
3
60
60
50.4
, 百拇医药
29.4
4
120
100
87.9
88.2
5
160
100
100
100
4 结 论
微波对干菌和湿菌均有显著的杀灭作用，但对湿菌的杀灭明显强于对干菌的杀灭，说明微波 灭菌时热效应为主要因素：本实验中微波对干菌的作用无明显的热效应，但对细菌也存在杀 灭，说明微波除了通过加热使细菌死亡外，还通过其它途径影响细菌的生存。例如对细菌细 胞膜可能的破坏、对细胞内离子平衡可能的影响等非热作用；单纯的加热灭菌显示了明显的 随时间增加而增加的线性关系，而微波对湿菌的杀灭效果明显强于单纯的加热，说明有水存 在情况下，微波的灭菌效果除与加热而引起的热效应有关，同时可能还存在非热效应，该非 热效应可能与水的参与有关。
, 百拇医药
参考文献
1，Baqai R, Hafiz S. Microwave oven in microbiology laborat ory. J.Park.Med Asso, 1992; 42(1)∶2-3
2，Griffith D, Nacry J，Robinson R et al. Microwave sterilizati on of polyethylene catheters for intermittent self-catheterization. Aust N.J.Su rg, 1993; 63(3)∶203
3，Gates WD, Goldschmidt M, Kramer D. Microbial contamination in fou r commercially availble denture adhesives. J. Prosthet. Dent, 1994; 71(2)∶154
4，杨华明.微波用于医学消毒的进展.中国消毒学杂志，1994；11(2)∶103
(收稿：1998-12-15 修回：1999-05-26), http://www.100md.com
单位：席晓莉(西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048)；金友煌 任斌(西安石油学院 采油工程系，西安 710065)；吴道澄(第四军医大学 基础部化学室，西安 710032)
关键词：高功率微波；灭菌；非热效应；细菌
生物医学工程学杂志000228 摘要 为研究高功率微波对细菌的杀灭效果及 其可 能存在的非热效应。采用频率2 450 MHz，功率0～3 kW的连续高功率微波，对干湿状态 的细菌进行不同强度及时间的辐照，比较其杀灭率，并同时与单纯的加热灭菌相对比，研究 高功率微波对细菌的杀灭规律。结果显示：不同强度及辐照时间的微波对干菌作用后，其温 度无 显著变化，但活菌显著减少(P<0.05)；对湿菌的杀灭效果则显著高于干菌，而单纯加 热灭菌率则低于微波对湿菌的杀灭。提示微波对湿菌的杀灭强于单纯的加热干菌，且可杀 灭干菌，说明微波对细菌的杀灭除热效应外还有非热效应。
, http://www.100md.com
An Experiment on Disinfection Using High Power Microwave
Xi Xiaoli
(School of Automation and information Engineering, Xi'an University o f Technology, Xi'an 710048)
Jin Youhuang Ren Bing
(Department of Oil Engineering, Xi'an Institute of Oil Technology, Xi'an 710065)
Wu Daocheng
(Department of Chemistry, The Fourth Military Medical University, Xi'an 710032)
, 百拇医药
Abstract This experimental disinfection was intended to ex amin e the effect of high power microwave on bacteria, and the putative nonthermal ef fect. The bacteria of the experimental groups were irradiated by high power mic rowave in different intensities and time and were compared with the controls—— bacteria heated only. The principles of disinfection by means of high power micr owave were studied. The results showed that the temperature did not change after the dry bacteria were irradiated by high power microwave in different intensiti es and time, but the number of bacteria alive decreased significantly(P<0.05) . The high power microwave's effect of disinfection was grater in the wet bact eria group than in the dry bacteria group and the bacteria heated group. These d ata indicate that the disinfection effect of high power microwave is higher than that of heating. High power microwave can kill dry bacteria, and it has the non thermal effect in addition to its thermal effect.
, http://www.100md.com
Key words High power microwave Disinfection Nonthermal effe ct Bacteria
1 引 言
灭菌一直是工业生产，医疗卫生及食品生产等领域研究的重点课题之一，采用什么样的方法 能达到高效、经济、快速的灭菌效果，是该领域的研究重点。微波灭菌以其具有的安全，方 便、经济、可重复，灭菌速度快等优点而受到广泛重视[1]。国内外以对医疗器械 的研究为主，使用的微波源频率大多为2 450 MHz，功率在500～750 W之间，并已有微波 灭菌 装置投入使用[2]。但这些装置仍存在灭菌效果不理想，对有些细菌无法杀灭以及 无法对干燥状态的细菌进行灭菌的问题[3]。而对微波灭菌机理的研究，特别与热 效应相伴存在的非热效应研究的报道不多[4]。本实验将对连续高功率波(3 KW)的 灭菌效果进行初步研究，为其在生产、生活及医学临床的广泛应用提供依据。
, 百拇医药
2 材料和方法
2.1 材料
2.1.1 仪器 WY5000，2-1C程控连续微波源，西安石油学院提供； 无菌台、培养箱、高温烘箱、微量可调加样器、分光光度计等，第四军医大学提供。
2.1.2 菌种 金黄葡萄球菌25923，大肠杆菌055B5，大肠杆 菌0128B12，第四军医大学西京医院检验科提供。
2.1.3 主要培养基及培养液 基础培养基，基础肉 汤培养液，按常规方法配置并高压消毒。
2.2 方法
2.2.1 实验菌样的制作 干菌板的制作采用细菌培养用24 孔板， 经中性洗洁剂清洗，用蒸馏水及去离子水冲洗，37 ℃度恒温箱干燥，60Co辐照灭菌 后， 接入处于对数生长期的25923菌液，每孔涂菌数约为106cfu/孔，放入37 ℃培养箱内干燥 。湿菌板的制作：把对数生长期的细菌，按每块50～500cuf的 浓度接种放于9 cm细菌培养皿的适量纱布上，细菌浓度的选择按正好使纱布湿透为宜。
, 百拇医药
2.2.2 灭菌实验 对作用时间和输出功率两因素采用均匀设 计，微波对干菌、湿菌的杀灭实验选择了五水平时间和五水平微波功率进行，单纯的加热湿 菌实验温度选择为100℃，时间取五水平。把经过微波或加热作用的实验菌用一定量的培养 液洗出，作适当稀释后接种于基础培养平板上，放37℃恒温箱培养过夜，计数菌落数，并与 对照组对比，求出各组的细菌杀灭率。杀灭率等于对照组菌落数与实验组菌落数之差比对照 组细菌落数。
3 结 果
3.1 微波对干菌的杀灭效果
微波作用干菌实验中无可测量的温度变化。从表1数据可以看出，微波对干菌的作用效 率较低。作用时间长时，杀灭率高，功率高时杀灭率也高，但不同菌种的规律不同。
表1 微波对干菌的杀灭效果
Table 1 The results of disinfection after dry bacteria irradiated by mi crowave 编号
, http://www.100md.com
功率
(KW)
作用时间
(S)
055B5
杀灭率(%)
0128B12
杀灭率(%)
259232
杀灭率(%)
0
0
0
, http://www.100md.com
0
0
0
1
0.8
60
80
33.6
56.3
2
1.4
600
98
93.9
, http://www.100md.com
73.5
3
1.5
35
73.5
17.5
22.5
4
2.0
300
98.5
98.5
64.6
, http://www.100md.com
5
3.0
30
56.7
15.6
44.9
3.2 微波对湿菌的杀灭效果
从表2结果可以看出，微波对湿菌的杀灭明显高于其他组。其杀灭效果随作用时间和功 率的增加而增加，但不同的菌种规律不同，25923菌的杀灭率与时间的相关性强，而与功率 则无明显的相关性。表2 微波对湿菌的杀灭效果
Table 2 The results of disinfection after wet bacteria irradiated by mi crowave
, http://www.100md.com
编号
功率
(KW)
作用时间
(S)
055B5
杀灭率(%)
0128B12
杀灭率(%)
259232
杀灭率(%)
0
0
, 百拇医药
0
0
0
0
1
0.9
10
55
56
82.8
2
1.4
20
65
, 百拇医药
67
100
3
1.7
5
98
90
13.3
4
2.2
15
100
100
89.7
, http://www.100md.com
5
1.2
30
100
100
100
3.3 单纯加热对湿菌的杀灭效果
从表3可看出，单纯的加热灭菌对细菌的杀灭率与作用时间成线性关系，作用时间为160 s时，杀灭率才达到100%，比微波对湿菌的杀灭效率低。表3 单纯加热对湿菌的杀灭效果
Table 3 The results of disinfection after wet bacteria heating 编号
, 百拇医药 作用时间
(S)
B55B5
杀灭率(%)
0128B5
杀灭率(%)
25928
杀灭率(%)
0
0
0
0
0
, 百拇医药
1
20
21
13.8
1
2
40
48
35.6
12.8
3
60
60
50.4
, 百拇医药
29.4
4
120
100
87.9
88.2
5
160
100
100
100
4 结 论
微波对干菌和湿菌均有显著的杀灭作用，但对湿菌的杀灭明显强于对干菌的杀灭，说明微波 灭菌时热效应为主要因素：本实验中微波对干菌的作用无明显的热效应，但对细菌也存在杀 灭，说明微波除了通过加热使细菌死亡外，还通过其它途径影响细菌的生存。例如对细菌细 胞膜可能的破坏、对细胞内离子平衡可能的影响等非热作用；单纯的加热灭菌显示了明显的 随时间增加而增加的线性关系，而微波对湿菌的杀灭效果明显强于单纯的加热，说明有水存 在情况下，微波的灭菌效果除与加热而引起的热效应有关，同时可能还存在非热效应，该非 热效应可能与水的参与有关。
, 百拇医药
参考文献
1，Baqai R, Hafiz S. Microwave oven in microbiology laborat ory. J.Park.Med Asso, 1992; 42(1)∶2-3
2，Griffith D, Nacry J，Robinson R et al. Microwave sterilizati on of polyethylene catheters for intermittent self-catheterization. Aust N.J.Su rg, 1993; 63(3)∶203
3，Gates WD, Goldschmidt M, Kramer D. Microbial contamination in fou r commercially availble denture adhesives. J. Prosthet. Dent, 1994; 71(2)∶154
4，杨华明.微波用于医学消毒的进展.中国消毒学杂志，1994；11(2)∶103
(收稿：1998-12-15 修回：1999-05-26), http://www.100md.com