In questo post scopriremo le autoclavi da laboratorio per i liquidi, note anche come sterilizzatori a vapore. Se vi siete persi l'ultimo post del nostro blog in cui presentavamo le autoclavi da laboratorio e le modalità di lavorazione di solidi/vuoti e isoterme, date un'occhiata a Sterilizzazione di solidi/vuoti e lavorazione isotermica.
Liquidi
La sterilizzazione in autoclave dei liquidi presenta alcune problematiche uniche. La sterilizzazione dei liquidi è più lunga di quella di altri supporti, poiché i liquidi hanno un'elevata capacità termica. A differenza dei solidi, i liquidi impiegano molto più tempo per riscaldarsi e raffreddarsi, con un conseguente aumento del tempo totale del ciclo.
Con i liquidi, non è necessario rimuovere l'aria dalla camera per garantire una sterilizzazione efficace, mentre con i solidi è necessario rimuovere tutta l'aria a causa di possibili spazi vuoti all'interno del carico. Nel caso dei solidi, il vapore è il mezzo di sterilizzazione e deve penetrare all'interno del carico ed entrare in contatto con tutte le superfici, per cui è necessario rimuovere tutta l'aria. Se l'aria dovesse rimanere all'interno del carico (ad esempio, in un becher o in una bottiglietta alta), comprometterebbe la capacità del vapore di raggiungere tutte le superfici del carico.
I liquidi, invece, che non hanno spazi vuoti, utilizzano il vapore come mezzo per riscaldare il liquido, ma la sterilizzazione vera e propria avviene grazie all'aumento della temperatura del liquido stesso. Pertanto, non è necessario rimuovere l'aria della camera.
Inoltre, a causa della natura delicata dei liquidi che si riscaldano e si raffreddano rapidamente, è necessario prendere particolari precauzioni per evitare che essi bollano all'interno dell'autoclave. L'effetto boil-over, come viene comunemente chiamato, è problematico perché provoca la perdita di liquidi e perché crea disordine all'interno dell'autoclave. Ovviamente, nessun ricercatore ama pulire gli schizzi di liquido caldo o la vetreria esplosa alla fine di un ciclo di liquidi, che sono sgradevoli e potenzialmente pericolosi.
Raffreddamento a liquido
Reducing the cooling times for liquid sterilization is of paramount importance not only to save time, but more importantly, to protect the integrity of the load and ensure the liquids are not “overcooked” (except for water, which cannot be overcooked). There are two cooling applications available for liquid cooling:
- Il raffreddamento rapido a liquido raffredda il carico il 75% più velocemente rispetto al raffreddamento in condizioni ambientali (temperatura ambiente). Al termine della fase di sterilizzazione, la pressione della camera viene aumentata forzando l'aria compressa attraverso un filtro microbiologico. L'aumento della pressione impedisce la formazione di bolle, fuoriuscite e crepe nei contenitori che normalmente si verificherebbero in condizioni di bassa pressione. Poiché la pressione è aumentata, la temperatura può essere ridotta in modo sicuro. L'acqua fredda viene fatta circolare attraverso la camicia della camera per raffreddare la camera e il carico [link di ancoraggio alla grande sezione dell'articolo sui rivestimenti dell'autoclave]. Questa combinazione di introduzione di acqua fredda e aria pressurizzata contribuisce a ridurre la temperatura del carico liquido in modo rapido e sicuro.
- Raffreddamento liquido superveloce Oltre all'introduzione di aria ad alta pressione all'interno della camera e di acqua fredda che circola nelle pareti della camera, è possibile utilizzare una ventola per accelerare ulteriormente il raffreddamento velocizzando la circolazione dell'aria, che trasferisce il calore dal carico alle pareti fredde della camera in modo più efficiente. Il raffreddamento a liquido superveloce può ridurre i tempi di ciclo del liquido fino al 90%.
Due sensori di temperatura
La temperatura nella camera può raggiungere la temperatura di sterilizzazione di 121℃ molto prima che il liquido all'interno del contenitore raggiunga la stessa temperatura. È vero anche il contrario: la camera si raffredda molto più velocemente del carico liquido. Per ovviare a questa disparità, utilizziamo due sensori di temperatura flessibili, che vengono posizionati all'interno del carico di liquido, per fornire una lettura accurata della temperatura del liquido, consentendoci così di sapere quando la temperatura del liquido raggiunge effettivamente il livello adeguato per la sterilizzazione. I due sensori di temperatura flessibili sono utilizzati anche per controllare le condizioni all'interno della camera durante la fase di raffreddamento. In questo modo, siamo in grado di evitare i pericolosi disordini causati dall'ebollizione e di garantire condizioni sicure per l'apertura della porta. Il motivo per cui utilizziamo due sensori di temperatura (in recipienti diversi) è la sicurezza. Se dovesse accadere qualcosa a uno di essi, ad esempio la rottura del contenitore, si verificherà una differenza tra le due letture, inducendo così l'operatore dell'autoclave a interrompere il ciclo e a tenere la porta bloccata fino a quando la temperatura e la pressione all'interno della camera non torneranno alle condizioni di sicurezza per l'apertura della porta.
Caratteristica Fo per liquidi sensibili al calore
Un'ultima osservazione sulla sterilizzazione dei liquidi. Le autoclavi da laboratorio sono progettate per essere in grado di eseguire la funzione Fo(si pronunciata "F-zero"). Si tratta di una funzione che riduce il tempo di esposizione del carico alle alte temperature, in questo caso di liquidi delicati e sensibili al calore. Riducendo al minimo il tempo complessivo di esposizione dei liquidi alle alte temperature, si mantiene l'integrità del carico e si riducono i tempi di ciclo e i costi energetici del laboratorio. Consente all'operatore dell'autoclave di considerare l'energia termica apportata durante il tempo di riscaldamento come un contributo alla sterilizzazione. Questo viene calcolato con tabelle di valori Fo testate empiricamente.
Ad esempio, la funzione Fo è utile per un liquido molto delicato, che può essere facilmente caramellato e quindi senza i requisiti per l'uso. L'operatore dell'autoclave può calcolare un tempo di ciclo inferiore per la sterilizzazione del liquido in base alle tabelle empiriche Fo. Se un normale tempo di mantenimento della sterilizzazione è impostato su 15 minuti, può essere ridotto di secondi/minuti in base al calcolo Fo. In questo modo si evita una cottura eccessiva del liquido, pur garantendo una sterilizzazione adeguata.
Per chi è interessato alla scienza che sta dietro a questo concetto, ecco l'equazione vera e propria che viene utilizzata per calcolare i tempi Fo:
Fo = ΔtΣ10(T-121)/Z I valori di Fo sono calcolati con questa equazione. Δt è l'intervallo di tempo tra le misure di Fo. T è la temperatura del carico al tempo t e Z = 10oC. Il Fo è un termine cumulativo, rappresentato da Σ nell'equazione, che viene determinato dalle misurazioni della temperatura di carico (T) per il periodo del processo di sterilizzazione.
Sterilizzazione dei fluidi
Abbiamo discusso le problematiche uniche dell'autoclavaggio dei liquidi, prima fra tutte la prevenzione dell'effetto boil-over. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo studiato il raffreddamento rapido dei liquidi e il raffreddamento superveloce, che riducono il tempo di ciclo complessivo per la lavorazione dei liquidi. Abbiamo poi visto come i due sensori di temperatura prevengono pericolose fuoriuscite e garantiscono una corretta sterilizzazione dei liquidi. Infine, abbiamo analizzato la funzione Fo per i liquidi sensibili al calore, che mantiene l'integrità del carico durante la lavorazione e consente di risparmiare tempo prezioso e costi energetici.
Rimanete sintonizzati per il prossimo post di blog, in cui analizzeremo le caratteristiche di base delle autoclavi da laboratorio.
1 In alcune autoclavi da laboratorio da banco non viene utilizzata una camicia per il raffreddamento, bensì due tubi di raffreddamento all'interno della camera. L'acqua viene pompata attraverso i tubi di raffreddamento per raffreddare la camera.
