滅菌（微生物学）
寒天培地上で増殖する微生物

滅菌（イギリス英語：sterilisation）とは、液体中または特定の表面や物体上に存在するあらゆる形態の生命（特に真菌、細菌、胞子、単細胞真核生物などの微生物）および他の生物学的因子（プリオンまたはウイルスなど）を除去、殺す、または不活性化するあらゆるプロセスを指す。[ 1 ]滅菌は、熱、化学物質、放射線照射、高圧、ろ過など、さまざまな手段で達成できる。滅菌は、存在するあらゆる形態の生命および生物学的因子を除去するのではなく、減らすという点で、消毒、衛生化、および低温殺菌とは異なる。滅菌後、液体または物体は無菌または無菌であると言われる。

用途

食品

近代的な殺菌への最初の一歩は、ニコラ・アペールによってなされました。彼は、適切な時間にわたって熱を加えることで、食品や様々な液体の腐敗を遅らせ、通常よりも長い期間安全に消費できるように保存できることを発見しました。食品の缶詰も同じ原理の延長であり、食中毒の減少に役立っています。食品を殺菌する他の方法には、超高温処理（加熱時間を短縮）、食品照射、[ 2 ] [ 3 ]、高圧（パスカリゼーション）などがあります。[ 4 ]

食品の文脈において、無菌性は通常、商業的無菌性を指し、コーデックス食品規格によれば「流通および保管中に食品が保管される可能性のある通常の非冷蔵条件下では、食品中に増殖できる微生物が存在しない」と定義されています。[ 5 ]

医学と外科

防腐手術の先駆者、ジョセフ・リスター
手術器具を滅菌する装置（1914～1918年）

一般的に、既に無菌状態の体内部位（血流や皮膚への浸透など）に挿入される外科器具や薬剤は滅菌されていなければなりません。このような器具の例としては、メス、皮下注射針、人工ペースメーカーなどが挙げられます。これは、非経口医薬品の製造においても不可欠です。[ 6 ]

輸液補充療法のための注射薬や静脈内液の調製には、無菌性だけでなく、初期の製品滅菌後に外来物質の侵入を防ぐための適切に設計された容器も必要です。 [ 6 ]

医療施設で使用される医療機器や外科機器のほとんどは、蒸気滅菌が可能な材料で作られています。[ 7 ]しかし、1950年代以降、低温滅菌を必要とする材料（例：プラスチック）で作られた医療機器や器具が増加しています。エチレンオキシドガスは、1950年代から熱や湿気に敏感な医療機器に使用されてきました。過去15年間で、多くの新しい低温滅菌システム（例：気化過酸化水素、過酢酸浸漬、オゾン）が開発され、医療機器の滅菌に使用されています。[ 8 ]

宇宙船

地球からの生物学的物質による太陽系の天体の汚染を防ぐための厳格な国際規則があります。基準はミッションの種類と目的地によって異なります。惑星が居住可能である可能性が高いほど、要件は厳しくなります。[ 9 ]

宇宙船で使用される機器の多くの部品は非常に高い温度に耐えられないため、少なくとも120℃（248℉）への加熱、化学滅菌、酸化、紫外線、放射線照射など、過度の温度を必要としない技術が許容範囲内で使用されます。[ 10 ]

定量化

滅菌は、材料中に存在する微生物やその他の潜在的な病原体を減らす、または除去することを目的としています。実験室および産業現場では、熱に不安定な成分を処理する場合を除き、培養培地には蒸気滅菌が一般的に使用されています[ 11 ]。熱による微生物の死滅は、一般的に一次速度論に従い、次のように表すことができます −dNdt＝kN{\displaystyle -{dN \over dt}=kN}

ここで、は生存微生物数、は滅菌時間、は比死滅率定数である。積分すると以下の式が得られる。 N{\displaystyle N}t{\displaystyle t}k{\displaystyle k}

ln（NN0）＝−kt{\displaystyle ln({\frac {N}{N_{0}}})=-kt}

ここで​は微生物の初期数です。 N0{\displaystyle N_{0}}

不妊化の程度は、しばしば小数減少時間、すなわちD値を用いて定量化されます。D値は、対数単位の1つ（つまり まで）減少するのに必要な時間、または初期個体群が10分の1（ ）減少するのに必要な時間として定義されます。時間t後の生存個体群は、以下のように表されます。 N0{\displaystyle N_{0}}10−1×N0{\displaystyle 10^{-1}\times N_{0}}10−1{\displaystyle 10^{-1}}

N＝N0×10（−tD）{\displaystyle N=N_{0}\times 10^{\left(-{\frac {t}{D}}\right)}}

D 値は滅菌条件の関数であり、微生物の種類、温度、水分活性、pHなどによって異なります。

あらゆる一次反応と同様に、反応速度は温度とともに速度定数の増加により増加します。微生物の熱分解においては、比死滅率は一定温度では一定です。 の温度依存性は、アレニウスの関係式に従います。 k{\displaystyle k}k{\displaystyle k}

k＝Ae−ERT{\displaystyle k=Ae^{\frac {-E}{RT}}}

ここで、はアレニウス因子として知られる定数、は活性化エネルギー、は気体定数、は絶対温度です。一次死滅速度論とアレニウスの式を組み合わせると、一定温度における純粋培養物の加熱殺菌について以下の式が得られます。 A{\displaystyle A}E{\displaystyle E}R{\displaystyle R}T{\displaystyle T}

ln(NN0)=−Ate−ERT{\displaystyle ln\!\left({\frac {N}{N_{0}}}\right)=-\,A\,t\,e^{\frac {-E}{RT}}}

またはln(N)=ln(N0)−Ate(−ERT){\displaystyle ln(N)=ln(N_{0})-Ate^{({\frac {-E}{RT}})}}

理論的には、個々の微生物が生存する可能性は決してゼロではありません。これを補うために、オーバーキル法がよく用いられます。オーバーキル法では、滅菌対象物の表面または内部に存在するバイオバーデンを殺すのに必要な時間よりも長く滅菌することで滅菌が行われます[ 12 ]。これにより、非滅菌ユニットの確率に等しい 無菌性保証レベル（SAL）が得られます

医療機器や注射剤などの高リスク用途では、米国食品医薬品局（FDA）によって少なくとも10-6の無菌性保証レベルが要求されている。[ 13 ]

熱

蒸気

蒸気滅菌は湿熱滅菌とも呼ばれ、加圧された加熱飽和蒸気を使用して、主にタンパク質などの高分子を変性させることで微生物を不活性化または殺します。 [ 14 ]この方法は、乾熱滅菌よりも高速です。蒸気滅菌は、コンバーターまたは蒸気滅菌器と呼ばれることもあるオートクレーブを使用して行われます。物体または液体はオートクレーブチャンバーに入れられ、密閉された後、加圧蒸気を使用して設定された温度まで定義された時間加熱されます。蒸気滅菌サイクルは、プレ真空または重力置換のいずれかに分類できます。重力置換サイクルは、注入された蒸気の密度が低いことを利用して、より冷たく密度の高い空気をチャンバーのドレンから押し出します。[ 15 ]これに比べて、プレ真空サイクルでは、飽和蒸気を注入する前にチャンバー内を真空にして冷たい乾燥空気を除去するため、加熱が高速になり、サイクル時間が短くなります。典型的な蒸気滅菌サイクルは、121～134℃（250～273°F）、100kPa（15psi）で3～30分ですが、滅菌対象物のバイオバーデン、蒸気滅菌に対する耐性（ D値）、対象物の耐熱性、および要求される滅菌保証レベルに応じて調整される場合があります。サイクル終了後、加圧オートクレーブ内の液体は、圧力解放時に沸騰を防ぐため、ゆっくりと冷却する必要があります。これは、滅菌チャンバー内の圧力を徐々に下げ、内容物を冷却しながら負圧下で液体を蒸発させることで実現できます。

適切なオートクレーブ処理は、真菌、細菌、ウイルスに加え、耐性細菌胞子をすべて不活化しますが、耐熱性が異なるプリオンをすべて除去できるとは期待できません。プリオンの除去には、121～132℃（250～270°F）で60分、または134℃（273°F）で18分以上という様々な推奨条件があります。[ 16 ] 263Kスクレイピープリオンはこのような滅菌処理によって比較的速やかに不活化されますが、他のスクレイピー株やクロイツフェルト・ヤコブ病（CKD）株、牛海綿状脳症（BSE）株はより耐性が強いです。マウスを実験動物として用いたある実験では、BSE陽性脳組織を134～138℃（273～280℉）で18分間加熱しても、プリオンの感染性はわずか2.5 logしか減少しないことが示されました。[ 17 ]

ほとんどのオートクレーブには、特に温度と圧力の時間的変化などの情報を記録または表示するメーターとチャートが備わっています。これらの情報は、滅菌に必要な条件が満たされていることを確認するためにチェックされます。オートクレーブ処理前に製品のパッケージにインジケーターテープが貼られることが多く、一部のパッケージにはインジケーターが組み込まれています。インジケーターは蒸気にさらされると色が変わり、視覚的に確認できます。[ 18 ]

生物学的指標は、オートクレーブの性能を独立して確認するためにも使用できます。微生物の胞子をベースとした簡便な生物学的指標装置が市販されています。ほとんどの製品には、蒸気滅菌に対して極めて耐性のある耐熱性微生物、ジオバチルス・ステアロサーモフィルス（旧称バチルス・ステアロサーモフィルス）の胞子が含まれています。生物学的指標は、胞子と液体培地が入ったガラスバイアル、またはガラス紙製の封筒に入れられた細長い紙片に胞子が付着した形態をとることがあります。これらの指標は、蒸気が届きにくい場所に設置し、その領域への蒸気の浸透を確認します。

オートクレーブ処理では、洗浄が非常に重要です。異物や汚れが蒸気の浸透を阻害する可能性があります。適切な洗浄は、物理的な洗浄、超音波処理、超音波、またはパルスエアによって行うことができます。[ 19 ]

圧力調理と缶詰はオートクレーブ処理に似ており、正しく行えば食品を無菌状態にすることができます。[ 20 ]

主に液体で構成される廃棄物の滅菌には、専用の排水除染システムを利用することができます。これらの装置は様々な滅菌剤を使用できますが、最も一般的なのは蒸気による加熱です。

乾式

乾熱殺菌装置

乾熱は最初の殺菌方法であり、湿熱殺菌よりも長いプロセスです。乾熱による微生物の破壊は徐々に進行します。致死温度への曝露時間が長いほど、殺菌された微生物の数が増加します。熱風の強制換気により、微生物への熱伝達速度を高め、無菌状態を達成するために必要な温度と時間を低減できます。温度が高いほど、微生物を殺すために必要な曝露時間は短くなります。これにより、食品への熱による損傷を軽減できます。[ 21 ]

熱風炉の標準的な設定は、160℃（320℉）で少なくとも2時間です。急速加熱法では、包装されていない物体の場合は6分間、包装された物体の場合は12分間、空気を463.15 K（190.00℃、374.00℉）まで加熱します。[ 22 ] [ 23 ]乾熱加熱の利点は、蒸気の影響を受けやすい粉末などの耐熱性物質に使用できることです（例えば、鋼鉄製品に錆を発生させません）。

炎上

微生物学研究室では、接種ループや直線ワイヤーにストリーキング（画線培養）を行うために、フレーミング（炎照射）が行われます。ブンゼンバーナーまたはアルコールバーナーの炎にループを赤く燃えるまで放置することで、感染性物質を不活性化または殺菌することができます。これは小さな金属やガラスの物体によく使用されますが、大きな物体には使用されません（下記の焼却を参照）。しかし、最初の加熱中に、感染性物質が殺菌される前にワイヤー表面から噴霧され、近くの表面や物体を汚染する可能性があります。そのため、接種ループを加熱ケージで囲む特殊なヒーターが開発され、噴霧された物質がその領域をさらに汚染しないようにしています。もう1つの問題は、物体が十分に加熱されていない場合、ガス炎によって物体に炭素などの残留物が残る可能性があることです。フレーミングのバリエーションとして、物体を70%以上の濃度のエタノール溶液に浸し、ブンゼンバーナーの炎に短時間放置する方法があります。エタノールは発火して急速に燃え尽きるため、ガス炎よりも残留物が少なくなります

焼却

焼却は、廃棄物に含まれる有機物質を燃焼させる廃棄物処理プロセスです。この方法では、あらゆる生物も灰になります。医療廃棄物やその他のバイオハザード廃棄物を、非有害廃棄物と一緒に廃棄する前に滅菌するために使用されます。細菌焼却炉は、接種ループまたはワイヤーに付着している可能性のある微生物を焼却して死滅させる小型炉です。[ 24 ]

チンダル化

ジョン・ティンダルにちなんで名付けられたティンダル化法[ 25 ]は、単純な沸騰水法によって残った胞子形成微生物の活動レベルを下げるために設計された、時代遅れで時間のかかるプロセスです。このプロセスは、一定時間（通常20分）大気圧で沸騰させ、冷却し、1日間培養し、その後、このプロセスを合計3～4回繰り返すことを含みます。培養により、前回の煮沸期間を生き延びた耐熱性胞子が発芽して熱に敏感な栄養（成長）段階を形成し、次の煮沸ステップで死滅させることができます。多くの胞子が熱ショックによって成長を刺激されるため、これは効果的です。この手順は、細菌の増殖をサポートできる培地でのみ機能し、水などの非栄養基質を滅菌しません。ティンダル化はプリオンに対しても効果がありません。

ガラスビーズ滅菌器

ガラスビーズ滅菌器は、ガラスビーズを250℃（482℉）に加熱することで機能します。器具をこれらのガラスビーズに素早く浸すことで、物体を加熱しながら表面の汚染物質を物理的に削り取ります。ガラスビーズ滅菌器はかつて歯科医院や生物学研究所で一般的に使用されていた滅菌方法でしたが[ 26 ] 、1997年以降、米国食品医薬品局（FDA）と疾病管理予防センター（CDC）によって滅菌器として使用することが承認されていません。 [ 27 ]ヨーロッパやイスラエルの歯科診療所では依然として人気がありますが、この滅菌器の使用に関するエビデンスに基づいたガイドラインは現在ありません。[ 26 ]

化学滅菌

ケミクラフ

化学物質は滅菌にも使用されます。加熱は、物体からすべての伝染性物質を除去する確実な方法ですが、生物材料、光ファイバー、電子機器、多くのプラスチックなど、熱に弱い材料に損傷を与える場合は、必ずしも適切ではありません。このような状況では、ガス状または液体状の化学物質を滅菌剤として使用できます。ガス状および液体状の化学滅菌剤を使用すると熱による損傷の問題を回避できますが、ユーザーは滅菌対象物が使用する滅菌剤と化学的に適合していること、および滅菌剤が滅菌が必要なすべての表面に到達できること（通常は包装を貫通できない）を確認する必要があります。さらに、化学滅菌剤の使用は、化学物質を効果的な滅菌剤にする特性が通常、人体に有害となるため、職場の安全性に新たな課題をもたらします。滅菌された材料から滅菌剤の残留物を除去する手順は、使用する化学物質とプロセスによって異なります

エチレンオキシド

医療用品の箱に貼られたEO滅菌ステッカー。EOが存在すると、色が赤から青に永久的に変化します

エチレンオキシド（EO、EtO）ガス処理は、幅広い材料との適合性から、滅菌、低温殺菌、消毒に広く用いられる方法の一つです。また、放射線（ガンマ線、電子線、X線）、熱（湿潤または乾燥）、その他の化学薬品など、他の処理方法に敏感な物品の処理にも用いられます。エチレンオキシド処理は最も一般的な化学滅菌方法であり、全滅菌処理の約70%、使い捨て医療機器の50%以上に使用されています。[ 28 ] [ 29 ]

エチレンオキシド処理は通常、相対湿度30%以上、ガス濃度200～800 mg/Lで、30～60 °C（86～140 °F）で行われます。[ 30 ]通常、この処理は数時間続きます。エチレンオキシドは、すべての多孔質材料を透過するため非常に効果的であり、一部のプラスチック材料やフィルムも透過できます。エチレンオキシドは、細菌（胞子を含む）、ウイルス、真菌（酵母やカビを含む）など、既知のすべての微生物を殺し、繰り返し使用してもほとんどすべての材料に適合します。可燃性、毒性、発がん性がありますが、公表されている要件に準拠せずに使用した場合にのみ、健康への悪影響が報告されています。エチレンオキシド滅菌器およびプロセスは、滅菌器の設置、大規模な修理、またはプロセス変更後に 生物学的検証が必要です。

従来のプロセスは、前処理段階（別室またはセル内）、処理段階（通常は真空容器内、場合によっては耐圧容器内）、そしてEO残留物とエチレンクロロヒドリン（ECまたはECH）などの低級副産物、そしてそれほど重要ではないエチレングリコール（EG）を除去するためのエアレーション段階（別室またはセル内）で構成されています。一部の製品では、3つの段階すべてを真空または耐圧容器内で実行するオールインワン処理と呼ばれる代替プロセスも存在します。この後者のオプションは、全体的な処理時間と残留物の消散を短縮するのに役立ちます。

最も一般的なEO処理方法はガスチャンバー法です。スケールメリットを享受するため、EOは従来、ガス状EO（純粋なEO、または希釈剤として使用される他のガス）を大きなチャンバーに充填することによって供給されてきました。希釈剤としては、クロロフルオロカーボン（CFC）、ハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）、二酸化炭素などがあります。[ 31 ]

エチレンオキシドは、医療機器メーカーによって今でも広く使用されています。[ 32 ] EOは濃度が3%を超えると爆発性があるため、[ 33 ] EOは伝統的にCFCやHCFCなどの不活性キャリアガスとともに供給されていました。CFCやHCFCをキャリアガスとして使用することは、オゾン層破壊の懸念から禁止されました。[ 34 ]これらのハロゲン化炭化水素は、規制と混合物の高コストのため、100% EOを使用するシステムに置き換えられています。病院では、ほとんどのEO滅菌器は、以前のEO混合物の配管されたガスシリンダーに比べて便利で使いやすいため、使い捨てカートリッジを使用しています。

加工製品内および/または加工製品上の EO 残留物、加工後、EO ガスシリンダーの保管および取り扱い中の作業者の曝露、および EO 使用時に生成される環境排出物に関して、患者および医療従事者の政府が指定した制限を遵守することが重要です。

米国労働安全衛生局（OSHA）は、許容暴露限界（PEL）を8時間加重平均（TWA）で1ppm、15分間の逸脱限界（EL）で5ppmと定めています。米国国立労働安全衛生研究所（NIOSH）によるEOの生命・健康に対する即時危険限界（IDLH）は800ppmです。[ 35 ]臭気閾値は約500ppmであるため、[ 36 ] EOは濃度がOSHAのPELをはるかに上回るまで感知できません。そのため、OSHAは、EOを加工に使用する労働者を保護するために、連続ガス監視システムの使用を推奨しています。[ 37 ]

二酸化窒素

二酸化窒素（NO 2）ガスは、一般細菌、ウイルス、胞子など広範囲の微生物に対して使用できる迅速かつ効果的な殺菌剤です。NO 2ガスのユニークな物理的特性により、室温および大気圧の密閉環境下で殺菌剤を拡散させることができます。致死メカニズムは、リン酸骨格のニトロ化による胞子核のDNAの分解であり、曝露された生物はNO 2を吸収する際に死滅します。この分解はガスの濃度が非常に低い場合でも発生します。[ 38 ] NO 2 の沸点は海面で21 °C（70 °F）であるため、室温では飽和蒸気圧が比較的高くなります。このため、液体NO 2 は殺菌ガスの便利な供給源として使用できます。液体NO 2 は、その二量体である四酸化二窒素（N 2 O 4 ）という名前で呼ばれることがよくあります。さらに、必要な濃度が低く、高い蒸気圧と相まって、滅菌対象の機器に結露が発生しないことが保証されます。つまり、滅菌サイクル直後に機器にエアレーションを行う必要はありません。 [ 39 ] NO₂は他の滅菌ガスよりも腐食性が低く、ほとんどの医療材料や接着剤と適合します。[ 39 ]

NO2ガスによる滅菌に対して最も耐性のある微生物（MRO）は、ジオバチルス・ステアロサーモフィルスの胞子であり、これは蒸気滅菌プロセスと過酸化水素滅菌プロセスの両方に対して同じMROです。G . stearothermophilusの胞子型は、滅菌用途の生物学的指標として長年にわたってよく特徴付けられてきました。NO2ガスによるG. stearothermophilusの微生物不活性化は、他の滅菌プロセスで一般的であるように、対数線形様式で急速に進行します。Noxilizer, Inc.は、この技術を商品化し、メリーランド州ボルチモア（米国）の施設で医療機器の契約滅菌サービスを提供しています。 [ 40 ]これは、Noxilizerの研究室で複数の研究で実証されており、他の研究室からの発表レポートによって裏付けられています。これらの同じ特性により、密閉環境の曝気を通じて滅菌剤と残留ガスをより速く除去することもできます。迅速な殺菌効果とガスの容易な除去の組み合わせにより、滅菌（または除染）プロセス中の全体的なサイクル時間が短縮され、他の滅菌方法よりも滅菌剤残留レベルが低くなります。[ 39 ]エニウェアLLCは、電気、熱、水を使用しないポータブルで電源不要の滅菌器を開発しました。[ 41 ] 25リットルのユニットにより、世界中の断続的または電力のない医療センター、災害救助および人道的危機の状況で、厳しい前線外科チームのための手術器具の滅菌が可能になります。4時間のサイクルでは、使い捨てのガス発生アンプルと使い捨てのスクラバーを使用してNO2ガスを除去します。[ 42 ]

オゾン

オゾンは、工業用途において水や空気の殺菌、表面の消毒剤として使用されています。ほとんどの有機物を酸化できるという利点があります。しかし、有毒で不安定なガスであり、現場で生成する必要があるため、多くの用途での使用は現実的ではありません。[ 43 ]

オゾンは滅菌ガスとして多くの利点がある。オゾンは強力な酸化特性（SHE [ 44 ]に対してE =2.076 ）を持つため非常に効率的な滅菌剤であり、医療用酸素から滅菌器内で生成されるため危険な化学物質を扱う必要がなく、プリオンを含むさまざまな病原体を破壊できる。オゾンは反応性が高いため、廃オゾンは簡単な触媒を通過させて酸素に戻すことで破壊でき、サイクル時間が比較的短くなる。オゾンを使用する欠点は、ガスの反応性が高く、非常に危険なことである。NIOSH のオゾンの IDLH は5 ppm で、エチレンオキシドの IDLH 800 ppm の160 分の 1である。NIOSH [ 45 ]と OSHA は、8 時間加重平均で計算されたオゾンの PEL を0.1 ppmに設定している。滅菌ガスメーカーは製品に多くの安全機能を組み込んでいますが、漏洩が発生した場合に迅速に警告を発するために、オゾンへの曝露量を継続的に監視することが賢明です。職場におけるオゾン曝露量を測定できるモニターは市販されています。

グルタルアルデヒドとホルムアルデヒド

グルタルアルデヒドおよびホルムアルデヒド溶液 (固定剤としても使用) は、浸漬時間が十分に長ければ、液体殺菌剤として認められます。透明な液体ですべての胞子を殺すには、グルタルアルデヒドで最大 22 時間、ホルムアルデヒドではさらに長い時間がかかります。固体粒子が存在すると、必要な時間が長くなったり、処理が無効になったりする場合があります。組織ブロックの殺菌は、固定剤が浸透するのに必要な時間のため、はるかに長い時間がかかります。グルタルアルデヒドとホルムアルデヒドは揮発性があり、皮膚接触と吸入の両方で毒性があります。グルタルアルデヒドの保存期間は短く (2 週間未満)、高価です。ホルムアルデヒドは安価で、メタノールを少し加えてパラホルムアルデヒドへの重合を抑制すれば保存期間がはるかに長くなりますが、揮発性が非常に高いです。ホルムアルデヒドは気体殺菌剤としても使用され、この場合は固体パラホルムアルデヒドを脱重合して現場で製造されます。オリジナルのソークポリオワクチンなど、多くのワクチンはホルムアルデヒドで滅菌されています。

過酸化水素

過酸化水素は、液体、気化過酸化水素（VHP）、イオン化過酸化水素（IHP）のいずれの形態でも、化学滅菌剤です。過酸化水素は強力な酸化剤であり、幅広い病原体を破壊することができます。過酸化水素は、硬性内視鏡などの熱や温度に敏感な物品の滅菌に使用されます。医療用滅菌では、過酸化水素は約35％から最大90％までの高濃度で使用されます。滅菌剤としての過酸化水素の最大の利点は、サイクルタイムが短いことです。エチレンオキシドのサイクルタイムは10～15時間であるのに対し、最新の過酸化水素滅菌器の中には、サイクルタイムが28分と短いものもあります。[ 46 ]

過酸化水素の欠点としては、材質適合性、浸透力の低さ、作業者の健康リスクなどがあげられる。紙などのセルロースを含む製品はVHPでは滅菌できず、ナイロンを含む製品は脆くなることがある。[ 47 ]過酸化水素の浸透力はエチレンオキシドほど高くないため、効果的に滅菌できる物体の内腔の長さと直径には制限がある。過酸化水素は主要な刺激物であり、溶液が皮膚に接触すると、濃度と接触時間に応じて脱色または潰瘍を引き起こす。低濃度に希釈した場合は比較的無毒であるが、高濃度（> 10% w/w）では危険な酸化剤である。蒸気も有害であり、主に目と呼吸器系に影響を与える。短期間の暴露でも危険な場合があり、NIOSHはIDLHを75 ppmに設定している。[ 35 ]これはエチレンオキシドのIDLH（800 ppm）の1/10未満である。低濃度への長期暴露は永久的な肺損傷を引き起こす可能性があるため、OSHAは許容暴露限界を8時間加重平均で1.0 ppmに設定しました。[ 48 ]滅菌器メーカーは、慎重な設計と多くの安全機能を組み込むことで製品の安全性を高めるために多大な努力を払っていますが、FDAの製造業者およびユーザー施設機器エクスペリエンス（MAUDE）データベースには、ガス滅菌器による過酸化水素の職場暴露が依然として記録されています。[ 49 ]どのようなタイプのガス滅菌器を使用する場合でも、慎重な作業慣行には、十分な換気、過酸化水素の連続ガスモニター、適切な作業慣行とトレーニングが含まれます。[ 50 ] [ 51 ]

蒸気化過酸化水素(VHP) とイオン化過酸化水素 (iHP) は、部屋全体や航空機の内部など、広い密閉された領域の殺菌に使用されます。

VHP と iHP は短時間で水と酸素に分解されます。

過酢酸

過酢酸（0.2%）は、内視鏡などの医療機器の滅菌に使用するためにFDAに認められた滅菌剤です[ 52 ]。過酢酸はペルオキシ酢酸としても知られ、消毒剤などの消毒薬によく使用される化合物です。最も一般的には、酸触媒を用いて酢酸と過酸化水素を反応させることで生成されます。過酢酸は安定化されていない溶液で販売されることはないため、環境に優しいと考えられています。[ 53 ]過酢酸は無色の液体であり、過酢酸の分子式はC 2 H 4 O 3またはCH 3 COOOHです。[ 54 ]最近では、COVID-19やその他の病気のリスクを減らすために燻蒸法で表面を除染する人が増えているため、過酢酸は世界中で使用されています。[ 55 ]

プリオンの化学的滅菌の可能性

プリオンは化学滅菌に対して高い耐性を示す。[ 56 ]ホルムアルデヒドなどのアルデヒドを用いた処理は、実際にプリオンの耐性を高めることが示されている。過酸化水素（3%）を1時間使用しても効果がなく、汚染の減少は3 log（10 -3 ）未満であった。ヨウ素、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、過酢酸もこの試験（1時間処理）では不合格であった。[ 57 ]塩素、フェノール化合物、チオシアン酸グアニジン、水酸化ナトリウムのみがプリオン濃度を4 log以上減少させ、塩素（特定の物体には腐食性が強すぎる）と水酸化ナトリウムが最も安定している。多くの研究で水酸化ナトリウムの有効性が示されている。[ 58 ]

放射線滅菌

滅菌は、紫外線（UV）、X線、ガンマ線などの電磁放射線、または電子線などの素粒子による放射線を用いて行うことができます。[ 59 ]電磁放射線または粒子放射線は、原子または分子を電離させるのに十分なエネルギーを持つもの（電離放射線）もあれば、エネルギーが低いもの（非電離放射線） もあります

非電離放射線滅菌

紫外線照射（殺菌灯から）は、表面や一部の透明物体の殺菌に有効です。可視光を透過する物体の多くは紫外線を吸収します。紫外線照射は、生物学的安全キャビネット内の使用前後の殺菌に日常的に使用されていますが、汚れの下など日陰の部分では効果がありません（汚れは長時間照射すると重合し、除去が非常に困難になる場合があります）。[ 60 ]また、長時間照射すると、 発泡スチロールなどの一部のプラスチックにダメージを与えます。

電離放射線滅菌

さまざまな放射線技術（電子線、X線、ガンマ線）の効率図

照射施設の安全性は、国連の国際原子力機関（IAEA）によって規制され、各国の原子力規制委員会（NRC）によって監視されています。過去に発生した放射線被ばく事故はIAEAによって記録され、原因と改善の可能性を特定するために徹底的に分析されます。そして、これらの改善は、既存の施設の改修や将来の設計に反映されます。

ガンマ線は透過性が非常に高く、注射器、針、カニューレ、点滴セットなどの使い捨て医療機器や食品の滅菌に広く利用されています。ガンマ線は、通常コバルト60（60 Co）またはセシウム137（137 Cs）などの放射性同位元素から放出され、光子エネルギーはそれぞれ最大1.3 MeVと0.66 MeVです。

放射性同位元素を使用する場合、使用中および保管中の作業者の安全のために遮蔽が必要である。ほとんどの設計では、放射性同位元素は水で満たされた線源貯蔵プールに降ろされ、そこで放射線が吸収され、保守作業員が放射線遮蔽部に入ることができる。ある変種では、放射性同位元素を常に水中に保管し、照射する製品を密閉されたベルに入れて水中に降ろす。このような設計ではそれ以上の遮蔽は必要ない。他にあまり使用されない設計として乾式貯蔵があり、これは照射室などの領域の放射線レベルを下げる可動遮蔽を提供する。米国ジョージア州ディケーターで水溶性のセシウム137が線源貯蔵プールに漏れた事故では、原子力規制委員会（NRC）の介入が必要となり[ 61 ]、この放射性同位元素の使用はほぼ完全に中止され、より高価な非水溶性のコバルト60が使用されることとなった。コバルト60のガンマ光子はセシウム137が生成する放射線の約2倍のエネルギーを持ち、そのため透過範囲も広くなります。

電子線処理は滅菌にも広く用いられています。電子線はオンオフ技術を採用しており、ガンマ線やX線よりもはるかに高い線量率を実現します。線量率が高いため、必要な照射時間が短く、ポリマーの劣化リスクも低減されます。電子は電荷を帯びているため、電子線はガンマ線やX線よりも透過性が低くなります。施設では、作業員と環境を放射線被曝から保護するために、堅牢なコンクリート製の遮蔽物が設置されています。[ 62 ]

高エネルギーX線（制動放射線によって発生）は、大型の梱包物やパレットに積まれた医療機器への照射を可能にします。X線は透過性が非常に高く、低密度の梱包物をパレットに積んだ複数パレットを非常に良好な線量均一性で処理できます。X線滅菌には化学物質や放射性物質は必要ありません。高エネルギーX線は、使用していないときに遮蔽を必要としないX線発生装置によって高強度で発生します。X線は、制動放射線変換と呼ばれるプロセスで、タンタルやタングステンなどの高密度材料（ターゲット）に高エネルギー電子を照射することによって生成されます。これらのシステムはエネルギー効率が低く、同じ結果を得るために他のシステムよりもはるかに多くの電気エネルギーを必要とします。

X線、ガンマ線、電子線などの照射では、使用されるエネルギーが低すぎるため、物質は放射性になりません。一般的に、物質に放射能を誘導するには、少なくとも10MeVのエネルギーが必要です。 [ 63 ]中性子や非常に高エネルギーの粒子は物質を放射性にすることができますが、透過性は良好です。一方、低エネルギー粒子（中性子以外）は物質を放射性にすることはできませんが、透過性は低くなります。

しかしながら、ガンマ線照射による滅菌は材料特性に影響を及ぼす可能性がある。[ 64 ] [ 65 ]

米国郵便公社はワシントンD.C.地域で郵便物の殺菌に放射線照射を利用しています。一部の食品（スパイスやひき肉など）も放射線照射によって殺菌されています。[ 66 ]

素粒子は、粒子の種類に応じて、多かれ少なかれ透過性があり、放射性同位元素または装置によって生成される場合があります。

滅菌ろ過

薬液など、熱、放射線、化学滅菌によって損傷を受ける液体は、メンブレンフィルターを用いた精密ろ過によって滅菌できます。この方法は、医薬品処理において、熱に不安定な医薬品やタンパク質溶液に一般的に使用されています。通常0.22μmの孔径を持つマイクロフィルターは、微生物を効果的に除去します。[ 67 ]しかし、一部のブドウ球菌種は、0.22μmのフィルターを通過できるほど柔軟であることが示されています。[ 68 ]生物製剤の処理では、ウイルスを除去または不活性化する必要があり、より小さな孔径（20～50nm ）のナノフィルターを使用する必要があります。孔径が小さいほど流量が低下するため、総スループットを向上させるため、または早期の詰まりを回避するために、プレフィルターを使用して小孔メンブレンフィルターを保護する場合がありますタンジェンシャルフロー濾過(TFF) および交互タンジェンシャルフロー (ATF) システムも、粒子の蓄積と詰まりを軽減します。

製造工程で使用されるメンブレンフィルターは、一般的に混合セルロースエステルやポリエーテルスルホン（PES）などの材料で作られています。ろ過装置とフィルター自体は、密封包装された滅菌済みの使い捨てユニットとして購入できますが、ユーザー自身で滅菌する必要があります。滅菌は通常、壊れやすいフィルターメンブレンを損傷しない温度でオートクレーブ処理されます。フィルターが適切に機能することを保証するために、メンブレンフィルターは使用後、場合によっては使用前に完全性試験が行われます。非破壊完全性試験は、フィルターが損傷していないことを確認するものであり、規制要件となっています。[ 67 ]通常、最終医薬品の無菌ろ過は、汚染を防ぐためにクリーンルーム内で行われます。

無菌性の保持

滅菌包装されたキュレット

滅菌された器具は、使用されるまで密封包装に収容することにより、滅菌された状態で維持することができます。

無菌技術とは、処置中に無菌性を維持する行為です。

参照

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出典

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sterilization_(microbiology)&oldid=1334222018#Sterile_filtration」より引用