대부분의 액체를 멸균하기 위해 표준 기기는 특정 "액체 사이클"을 사용하는 오토클레이브입니다. 이 과정은 121°C(250°F)의 고압 포화 증기를 사용하여 멸균을 달성합니다. 그러나 열에 민감한 액체의 경우 무균 여과(sterile filtration)라는 완전히 다른 방법이 필요합니다.
액체 멸균의 핵심 과제는 단순히 요구되는 온도에 도달하는 것이 아니라 냉각 과정을 관리하는 것입니다. 급격한 압력 변화는 끓어 넘침(boil-over)이라고 하는 격렬한 끓음을 유발하여 액체를 손상시키고 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다.
오토클레이브: 액체 멸균의 표준
오토클레이브는 본질적으로 매우 정교한 압력솥입니다. 이는 실험실 배지, 물, 생리 식염수 용액 및 기타 열에 안정한 액체를 멸균하는 황금 표준입니다.
오토클레이브 작동 방식
오토클레이브는 고압 증기를 밀봉된 챔버로 주입하여 공기를 밀어냅니다. 이 증기는 내부 온도와 압력을 모두 극적으로 높여 단백질 및 기타 필수 생체 분자를 변성시켜 저항성이 강한 박테리아 포자를 포함한 모든 미생물을 사멸시킵니다.
필수적인 "액체 사이클"
고체 기구와 동일한 사이클로 액체를 멸균할 수 없습니다. 액체 사이클(또는 "느린 배기" 사이클이라고도 함)이 필수적입니다.
멸균 시간이 완료된 후, 이 사이클은 압력을 매우 느리고 점진적으로 방출합니다. 이 느린 감압은 챔버가 정상 대기압으로 돌아가기 전에 과열된 액체가 끓는점 이하로 냉각되도록 하여 끓어 넘침을 방지합니다.
성공을 위한 주요 매개변수
액체 오토클레이브의 표준은 최소 20분 동안 15 PSI에서 121°C의 온도를 유지하는 것입니다. 그러나 이 시간은 챔버뿐만 아니라 액체 자체가 온도에 도달하는 데 필요합니다. 더 많은 양의 액체는 액체의 중심부가 적절하게 멸균되도록 보장하기 위해 훨씬 더 긴 사이클 시간이 필요합니다.
주요 과제 이해: 끓어 넘침
액체를 오토클레이브할 때 가장 큰 위험은 끓어 넘침입니다. 이 현상은 오토클레이브 챔버에서 압력이 너무 빨리 방출될 때 발생합니다.
끓어 넘침의 물리학
오토클레이브 내부에서 액체는 높은 압력 하에 있기 때문에 정상 끓는점인 100°C보다 훨씬 높게 가열됩니다. 그 압력이 갑자기 방출되면 액체의 끓는점이 즉시 떨어져 전체 부피가 격렬하게 증기로 변합니다. 이는 탄산음료 캔을 흔들었다가 갑자기 여는 것과 유사합니다.
결과
끓어 넘침은 사소한 불편함이 아닙니다. 이는 다음을 초래합니다.
- 부피 손실: 신중하게 측정된 용액이 부정확해집니다.
- 농도 변화: 수증기 손실로 인해 용질의 농도가 변경됩니다.
- 오염 위험: 액체가 용기 밖으로 거품이 일어 비멸균 표면에 접촉할 수 있습니다.
- 안전 위험: 유리 제품이 깨지거나 끓는 증기와 액체로 인한 심각한 화상 위험을 초래할 수 있습니다.
오토클레이브가 답이 아닐 때: 열에 민감한 액체
단백질 용액, 보충제가 첨가된 세포 배양 배지, 비타민 또는 특정 항생제와 같은 많은 생물학적 용액은 고열에 의해 파괴됩니다. 이러한 경우 오토클레이브는 선택 사항이 아닙니다.
무균 여과의 소개
열에 불안정한 액체에 대한 해결책은 무균 여과입니다. 이는 살균 방법이 아닌 물리적 제거 방법입니다.
액체는 미생물이 통과하기에는 너무 작은 기공 크기를 가진 멤브레인 필터를 통과합니다. 멸균을 위한 표준 기공 크기는 0.22마이크로미터(µm)이며, 이는 모든 박테리아와 곰팡이를 효과적으로 제거합니다.
여과 과정
멸균 상태를 유지하기 위해 여과는 일반적으로 층류 후드 내에서 수행됩니다. 액체는 진공 펌프, 주사기 또는 양압을 사용하여 멸균된 수집 용기로 여과됩니다.
상충 관계 이해
오토클레이브와 여과 중 선택은 액체의 특성과 목표에 전적으로 달려 있습니다.
오토클레이브 대 무균 여과
오토클레이브는 최종 멸균(terminal sterility)을 제공합니다. 즉, 용기 내의 거의 모든 생명체를 사멸시킵니다. 그러나 고온 및 고압에서 안정적인 액체에만 사용할 수 있습니다.
무균 여과는 박테리아를 제거하지만 바이러스나 내독소(죽은 박테리아에서 방출되는 독성 물질)를 비활성화하지는 않습니다. 이 과정은 열에 민감한 구성 요소의 무결성을 보존하지만 재오염을 방지하기 위해 엄격한 무균 기술이 필요합니다.
액체 오토클레이브의 일반적인 실수
- 잘못된 사이클 사용: 빠른 배기 "중력" 또는 "포장된 물품" 사이클을 사용하는 것이 끓어 넘침의 가장 흔한 원인입니다.
- 용기 밀봉: 뚜껑은 헐겁게 하거나 통풍구를 열어야 합니다. 완전히 밀봉된 용기는 압력 하에서 폭발합니다.
- 병 과다 채우기: 액체 팽창을 위한 충분한 공간을 남기기 위해 용기를 75% 이상 채우지 마십시오.
- 2차 용기 미사용: 잠재적인 유출이나 끓어 넘침을 담기 위해 항상 액체 용기를 얕은 오토클레이브 가능한 플라스틱 또는 스테인리스 스틸 트레이 안에 넣으십시오.
액체에 대한 올바른 선택하기
올바른 방법을 선택하려면 먼저 용액의 특성을 정의해야 합니다.
- 열에 안정한 배지, 완충액 또는 물을 최종 멸균하는 것이 주된 목표인 경우: 전용 느린 배기 액체 사이클이 있는 오토클레이브를 사용하십시오.
- 단백질이나 비타민과 같은 열에 민감한 구성 요소가 있는 용액을 멸균하는 것이 주된 목표인 경우: 무균 조건 하에서 0.22 µm 멤브레인 필터를 사용하여 무균 여과를 수행하십시오.
- 안전과 재현성이 주된 목표인 경우: 항상 2차 용기 트레이를 사용하고, 병을 과다 채우지 않으며, 모든 오토클레이브 사이클 전에 뚜껑을 헐겁게 했는지 확인하십시오.
액체 멸균을 마스터하는 것은 단순히 열을 관리하는 것이 아니라 온도와 압력을 관리한다는 것을 이해하는 데서 비롯됩니다.
요약표:
| 방법 | 최적의 용도 | 주요 고려 사항 |
|---|---|---|
| 오토클레이브 (액체 사이클) | 열에 안정한 액체 (배지, 완충액, 물) | 끓어 넘침 방지를 위해 느린 감압 필요 |
| 무균 여과 (0.22 µm) | 열에 민감한 액체 (단백질, 항생제) | 박테리아는 제거하지만 바이러스는 제거하지 않음; 무균 기술 필요 |
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