蒸汽灭菌是在 19 世纪开发的，此后已得到完善，但仍然是当今生命科学领域实现无菌的最常见方法。
无菌和灭菌的定义
无菌
无菌的定义是不存在存活的微生物。
灭菌
灭菌是达到无活微生物状态的过程。
微生物
灭菌过程必须达到无菌，即无菌范围内不存在微生物。要消除的微生物通常是病毒或细菌。最困难的是孢子形成细菌，它们可以休眠多年，免受脱水或高温等压力。嗜热脂肪地芽孢杆菌是最耐热的细菌之一，被用作试验微生物来测试蒸汽灭菌过程的有效性。
湿热灭菌/蒸汽灭菌
定义
蒸汽不仅很常见，而且如果要消毒的物品能够承受高温，它也是首选方法。灭菌通常在高压灭菌器中进行，压力比大气压高 1-2 巴，饱和蒸汽温度为 121-134°C。温度和暴露时间将保证致死效果，较高的温度会导致致死效果呈指数级增加。
什么是饱和水蒸气
饱和水蒸气是处于冷凝和蒸发平衡状态的水蒸气。一旦遇到较冷的表面，它就会凝结并释放蒸发潜热。
过热蒸汽
过热蒸汽是温度高于相应压力下水的沸点的水蒸气。在移除足够的能量使其达到饱和之前，过热的热量不会凝结。
为什么以及何时使用饱和蒸汽
蒸汽是可预测的
饱和蒸汽在温度和压力之间具有相关性，从而能够控制和监测压力和温度。对于给定的温度，有一个特定的压力，即 121°C – 1 bar(s)、134C – 2 bar(s)，压力较低的偏差表明蒸汽过热。
蒸汽是优良的热载体
蒸汽是优良的热载体；大部分热量潜伏在气相中，并在冷凝时转移到炉料中。这种热传递是通过使微生物的细胞结构变性来消灭微生物的机制。
蒸汽遇到冷点
当蒸汽在冷点冷凝并释放热量时，它从气相变成液相，体积减小到蒸汽体积的 1/1000。这会导致局部压力较低，并且蒸汽将朝该方向移动。这些蒸汽将冷凝并被新蒸汽取代，直到温度均衡。这种机制确保了蒸汽灭菌循环的温度分布。
使用蒸汽作为灭菌方法时面临的挑战
抽气
为了使注入的蒸汽到达灭菌室内的各处，抽气至关重要。蒸汽和空气不能很好地混合，剩余的空气将阻止饱和蒸汽冷凝并随后释放其能量并确保此时的无菌性。
空气去除通常通过以下方式完成：
重力抽气：蒸汽和空气的不同性质，利用蒸汽将空气排出。效率很大程度上取决于注入蒸汽的分布和装料配置（类型、包络线、形状、方向和位置）。
正压脉冲——注入蒸汽以产生超压，然后再次释放到大气压力。每次脉冲都会抽出一点空气。
真空脉冲——使用喷射器或真空泵去除腔室中的空气，此时通过注入蒸汽来平衡真空条件。重复脉动直至实现足够的空气抽取。
对于现代灭菌器来说，用真空泵抽气是最有效的方法，尽管它有时与正压脉冲结合使用，特别是对于多孔负载。
蒸汽质量
蒸汽质量对于蒸汽灭菌过程的成功至关重要，通常定义为：
不凝性气体
干燥
过热
污染物
EN 285:2016 第 13.3 节提供了蒸汽质量验证方法的指南；这主要是医疗保健领域蒸汽灭菌器的标准，但也经常用作实验室或其他生命科学应用的参考。
蒸汽分布
为了避免形成蒸汽袋，正确分布腔室中的蒸汽非常重要。较高的空气密度以
及空气和蒸汽的低混合导致了一种设计，其中进入的蒸汽尽可能均匀地导向室的顶部。
货物特性
不同类型的货物必须进行不同的处理和加工。
对于玻璃器皿和器皿等固体负载，优选预真空循环。
多孔负载，例如过滤器或包装产品，通常也在预真空循环中进行处理，但真空率可能会降低以保护负载。
液体装载循环包括重力空气去除和冷却，具体取决于液体容器是通风（打开）还是关闭。可以通过以受控方式将灭菌阶段的压力降低至大气压来冷却通风容器，并控制沸腾。对于密闭容器，通常采用冷水夹套冷却。
湿货物
为了防止货物在处理包裹或多孔货物时受潮，蒸汽的干燥度至关重要，蒸汽必须饱和且干燥。蒸汽干燥度应 >97% 才不会引起问题。为了帮助并尽量减少水的存在，还可以使用夹套间接加热。将夹套加热到接近灭菌温度的温度，以防止加热过程中室壁上出现凝结。
热点
如果采用蒸汽加热夹套进行间接加热或使用蒸汽作为驱动介质密封门封，则存在出现热点的风险。如果这些区域的温度较高，蒸汽将不会在这些表面上凝结，并且蒸汽的热传递将受到限制。将温度精确控制在腔室温度以下是关键。
干燥灭菌后的干燥
可以通过将压力降低到相应的饱和温度以下来实现，这将导致负载中的水分蒸发。通过使用真空泵或喷射器达到低于大气压的压力可以增强效果。
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