高压灭菌生物指示剂的原理、种类及市场需求

一、引言

  灭菌操作是医疗、制药、食品等领域保障产品安全与质量的核心环节，而灭菌效果的验证则是把控无菌屏障的关键步骤。高压蒸汽灭菌因高效、低成本、适用性广等优势，成为目前应用最广泛的灭菌技术之一。相较于化学指示剂、物理监测等方法，高压灭菌生物指示剂（Biological Indicator，BI）以微生物芽孢的存活情况直接反映灭菌效果，是国际公认的灭菌验证“金标准”。本文将围绕高压灭菌生物指示剂的核心原理、主要种类及市场需求趋势展开综述，为相关行业的应用与研发提供参考。

二、高压灭菌生物指示剂的核心原理

  高压灭菌生物指示剂的设计基于极端耐热微生物芽孢的抗力特性，其核心逻辑是利用对高压蒸汽灭菌条件耐受性最强的芽孢，作为灭菌过程的“挑战菌”，通过灭菌后芽孢的存活与否，判断灭菌工艺是否达到无菌要求。

  目前，高压蒸汽灭菌生物指示剂的标准指示菌为嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus，ATCC 7953），该菌株芽孢在121℃饱和蒸汽条件下的D值（杀灭90%微生物所需的时间）约为1.5min～3.0 min，含菌量需严格控制在1×10⁵ CFU～5×10⁶ CFU/片，具备稳定且极强的耐热性，远超常规灭菌对象中的污染微生物。使用时，将生物指示剂放置于灭菌器内最难灭菌的位置（如器械包内部、液体培养基底部），随待灭菌物品一同经历完整灭菌流程。

  灭菌结束后，对生物指示剂进行无菌复苏培养。若芽孢存活，其代谢过程会产生有机酸，使培养基中的pH指示剂发生颜色变化（如从紫色变为黄色），同时培养基出现浑浊，提示灭菌失败；若芽孢全部被杀灭，培养基则保持澄清且无颜色变化，证明灭菌效果达标。

  与化学指示剂仅能反映灭菌过程的物理参数（温度、压力、时间）不同，生物指示剂直接模拟微生物的杀灭效果，能够有效规避因灭菌器故障、待灭菌物品摆放不当等导致的“假合格”现象，是确保灭菌可靠性的核心手段。

三、高压灭菌生物指示剂的主要种类

  根据结构形式、使用场景及检测效率的差异，高压灭菌生物指示剂可分为以下四类，不同类型的产品在操作便捷性、适用范围上各具优势：

（1）载体型生物指示剂

  载体型生物指示剂是最早商业化的生物指示剂类型，其核心结构为芽孢负载载体+独立复苏培养基。制备时，将嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢混悬液均匀涂布于滤纸、玻璃片、塑料片等载体表面，干燥后制成菌片。使用时，菌片随物品灭菌后，需在无菌条件下转移至液体培养基中进行培养。

  该类产品的优势在于成本低廉、稳定性强，适合固体灭菌对象（如手术器械、医用织物、玻璃器皿）的灭菌验证；缺点是操作步骤繁琐，无菌转移过程中易引入污染，影响检测结果准确性。

（2）芽孢悬液型生物指示剂

  芽孢悬液型生物指示剂是将嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢混悬于无菌生理盐水或缓冲液中制成的液体剂型。使用时，将悬液直接接种于待灭菌的液体产品（如培养基、注射液）中，灭菌后取样进行平板涂布或液体培养，通过菌落计数或浑浊度判断灭菌效果。

  这类指示剂的核心优势是模拟液体灭菌对象的污染状态，检测结果更贴合实际灭菌场景；缺点是需严格控制接种量，且无菌操作要求高，主要应用于制药行业的液体药剂、生物制品灭菌验证。

（3）自含式生物指示剂

  自含式生物指示剂（Self-contained Biological Indicator, SCBI）是目前市场应用最广泛的类型，其结构为一体化密封装置，内部集成芽孢载体+复苏培养基，部分产品还内置玻璃管，将培养基与菌片隔离。灭菌后，通过挤压装置破碎玻璃管，使培养基与菌片充分接触，无需额外的无菌转移操作。

  该类产品的核心优势是操作简便、污染风险极低，检测结果的重复性与准确性大幅提升，同时可直接观察颜色变化，无需专业设备辅助，广泛应用于医院、制药厂、实验室的常规灭菌验证，是目前市场的主流产品。

（4）快速型生物指示剂

  快速型生物指示剂是基于酶促反应技术的新型产品，其设计原理是利用嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢内特有的酶（如α-葡萄糖苷酶），在灭菌后与特异性底物反应产生荧光信号。若芽孢存活，酶活性保留，荧光强度随时间增强；若芽孢被杀灭，酶失活，无荧光产生。

  传统生物指示剂的培养时间需18 h-72 h，而快速型生物指示剂可在3 h-4 h内得出检测结果，极大缩短了灭菌验证周期，适用于手术器械快速周转、制药生产线连续生产等对时间敏感的场景。目前，快速型产品的技术壁垒较高，主要由国际龙头企业主导，是未来生物指示剂的核心发展方向。

四、高压灭菌生物指示剂的市场需求与发展趋势

（1）市场核心驱动因素

  全球高压灭菌生物指示剂市场的增长，主要依托医疗、制药两大核心领域的需求拉动。

  在医疗领域，医院手术室、消毒供应中心的手术器械、植入性医疗器械灭菌验证是刚需场景。随着全球人口老龄化加剧，手术量逐年上升，对灭菌验证的合规性要求不断提高，直接推动生物指示剂的需求增长。据行业数据显示，医疗领域的需求占全球生物指示剂市场的70%以上，是市场的核心支柱。

  在制药领域，GMP（药品生产质量管理规范）明确要求无菌药品的灭菌工艺必须通过生物指示剂验证。近年来，疫苗、生物制剂、注射剂等无菌药品的产能扩张，叠加各国药监部门对药品质量监管的趋严，使得制药企业对生物指示剂的采购量持续增加。此外，食品、化妆品行业的灭菌工艺验证需求，也为市场增长提供了补充动力。

（2）市场格局与发展趋势

  目前，全球高压灭菌生物指示剂市场呈现国际龙头主导、国内品牌加速替代的格局。国际企业如3M、梅特勒-托利多、BD等凭借技术优势与品牌口碑，占据全球70%以上的市场份额，其产品覆盖自含式、快速型等高端品类。国内企业则以载体型、悬液型等中低端产品为主，近年来随着技术研发投入的加大，部分企业已实现自含式产品的量产，市场份额逐步提升。

  从发展趋势来看，高压灭菌生物指示剂市场将呈现三大方向：一是快速化，医疗机构与制药企业对灭菌周期的要求不断缩短，快速型生物指示剂的需求占比将持续提升；二是便携化，一体化、免操作的自含式产品将进一步取代传统载体型产品，成为市场主流；三是智能化，结合物联网技术的生物指示剂正在研发中，可实现培养过程的实时数据监测与远程报警，提升灭菌验证的智能化水平。

五、结语

  高压灭菌生物指示剂作为灭菌效果验证的“金标准”，在医疗、制药等领域的地位不可替代。随着行业合规要求的趋严与技术的不断创新，生物指示剂正朝着快速化、便携化、智能化的方向发展。未来，国内企业需加大高端产品的研发投入，突破技术壁垒，才能在全球市场竞争中占据更大份额，为行业的高质量发展提供支撑。

注:本文属海博生物原创,未经允许不得转载。

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