Mencapai Asepsis - Memilih Prosedur Sterilisasi.

Sterilisasi mikroorganisme dan bahan biologis merupakan prasyarat untuk pengendalian eksperimental dan lingkungan di laboratorium di berbagai disiplin ilmu. 

Baik untuk memastikan kondisi aseptik pada cawan kultur maupun menjaga area biokontainmen, tujuan sterilisasi selalu adalah pemberantasan agen biologis yang tidak diinginkan. Tujuan ini dapat dicapai melalui berbagai metode prosedural, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri.

Proses sterilisasi yang ideal harus cepat dan efektif; menonaktifkan mikroorganisme dan bahan biologis yang tidak diinginkan seperti prion. Proses tersebut juga harus memastikan toksisitas minimal, risiko kesehatan bagi operator, dan perubahan minimal pada objek yang disterilisasi, sekaligus memberikan fleksibilitas maksimal — mengakomodasi berbagai jenis bahan. Prosedur tersebut juga harus mampu mengatasi resistensi fisik terhadap sterilisasi yang ditunjukkan oleh bahan yang akan disterilisasi. Semua ini idealnya harus dicapai dengan cara yang efisien dari segi biaya, yang juga memungkinkan pemantauan yang konsisten [1] [2]. 

Namun, memenuhi semua kriteria ini seringkali tidak praktis. Akibatnya, banyak faktor tersebut menjadi pertimbangan sekunder yang bergantung pada situasi dan kebutuhan, dengan tujuan utama mencapai asepsis pada produk akhir yang berfungsi. Bagian berikut ini memberikan penilaian terhadap metode sterilisasi yang umum tersedia, bersama dengan kelebihan dan kekurangannya.

Filtrasi Steril

Jika bahan cair akan disterilisasi, filtrasi merupakan opsi yang patut dipertimbangkan. Cairan atau gas dapat dialirkan melalui membran filter sterilisasi, yang berfungsi sebagai penghalang mekanis bagi semua partikel berdiameter lebih besar daripada pori-pori pada membran. Mikroorganisme yang lebih besar dari pori-pori tersebut terperangkap di belakang filter, sehingga memastikan mereka tidak dapat masuk ke dalam filtrat. 

Panas, radiasi, dan bahan sterilisasi kimia bekerja dengan mengubah struktur fisik molekul dan organel di dalam mikroorganisme – suatu proses yang juga dapat mengubah komponen struktural zat-zat yang lebih sensitif. Filtrasi tidak menimbulkan efek semacam itu; metode ini hanya menghilangkan partikel yang berukuran melebihi batas tertentu. Oleh karena itu, filtrasi menjadi pilihan yang masuk akal untuk cairan yang lebih tidak stabil dan reaktif.

Berbeda dengan metode sterilisasi lain, filtrasi tidak menonaktifkan entitas mikrobiologis. Oleh karena itu, prosedur sterilisasi lain—biasanya panas atau radiasi—diperlukan untuk mensterilkan filter dan residu setelah pemrosesan.

Perhatian khusus juga harus diberikan pada ukuran pori pada filter. Seringkali, ukuran pori 0,2 μm digunakan — dan dengan mikoplasma terkecil berukuran sekitar 0,3 μm — hal ini cukup untuk menyaring sebagian besar bakteri. Namun, ultramikobakteri dapat berukuran kurang dari 0,1 μm [3] [4] [5], sementara virus dan prion seringkali berukuran lebih kecil lagi. Mengurangi ukuran pori menjadi 0,001 μm memastikan lebih sedikit entitas mikrobiologis yang dapat masuk ke dalam filtrat, meskipun hal ini semakin membatasi jenis cairan yang dapat disaring. Penurunan ukuran pori juga meningkatkan waktu pemrosesan — filter dengan pori 0,1 μm akan memiliki laju aliran sekitar 40% dari filter dengan pori 0,2 μm.

Radiasi

Sebagai agen sterilisasi, radiasi hadir dalam berbagai bentuk. Ambil contoh, agen sterilisasi radiasi pengion; termasuk sinar-X, sinar gamma, dan sinar elektron. Teknologi-teknologi ini melakukan sterilisasi dengan cara mengeksitasi partikel secara elektromagnetik di area yang disterilkan, sehingga partikel tersebut melepaskan radikal bebas. Radikal-radikal ini berikatan dengan ikatan ganda pada biomolekul (seperti DNA, RNA, dan enzim), mengubah bentuknya, menghentikan fungsinya, dan mengakibatkan mikroorganisme yang mengandungnya menjadi tidak aktif. Sterilan radiasi non-ionisasi bekerja dengan memicu pembentukan ikatan baru – dimer pirimidin – antara basa nukleotida dalam DNA, yang – seperti halnya radiasi ionisasi – mengubah struktur makromolekul dan menghentikan fungsinya. 

Oleh karena itu, agen sterilisasi radiasi dapat mendegradasi bahan kimia organik seperti plastik [6] [7] dan bahan biologis. Sayangnya, efek degradasi ini tidak berlaku untuk prion, yang sebagian besar terlalu stabil untuk terpengaruh oleh agen sterilisasi radiasi. [8] Namun, perlu dicatat bahwa beberapa studi menunjukkan kemungkinan denaturasi prion melalui radiasi gamma [9]. 

Pertimbangan penting lainnya adalah bahwa kemampuan penetrasi dan waktu pemrosesan agen sterilisasi radiasi bervariasi secara signifikan.  Sinar Ultraviolet (UV) hanya mampu menembus bahan transparan, sehingga menjadikannya agen sterilisasi yang cocok untuk udara dan air reverse osmosis yang dimurnikan, tetapi terbatas sebagai agen sterilisasi permukaan untuk zat yang tidak transparan. Waktu pemrosesan UV juga bisa memakan waktu berjam-jam, seperti halnya sinar-X dan gamma. Namun, kedua metode terakhir ini memiliki keunggulan tersendiri. 

Sinar gamma dan sinar-X memiliki daya penetrasi yang tinggi, sehingga dapat digunakan untuk mensterilkan benda-benda yang berada di dalam wadah yang tidak tembus sinar. Keunggulan utama sterilisasi sinar elektron adalah kemampuannya untuk mensterilkan secara nyaris seketika. Seringkali metode ini digunakan sebagai agen sterilisasi permukaan karena kemampuan penetrasi partikel elektron yang rendah – namun, dengan energi yang cukup, sinar elektron juga dapat menembus materi secara mendalam.

Biaya operasional sinar-X, sinar elektron, dan UV relatif rendah berkat efisiensi penggunaan listrik. Perangkat keras sinar-X, sinar elektron, dan sinar gamma memiliki biaya modal awal yang tinggi [10]. Sterilisasi gamma memiliki biaya berkelanjutan yang terkait dengan penggantian sumber radiasinya, yang umumnya berupa isotop kobalt-60. Perlu dicatat bahwa meskipun operator harus selalu terlindung dari efek merusak semua agen sterilisasi radiasi, keberadaan bahan radioaktif di dalam alat sterilisasi gamma berarti tindakan pencegahan ekstra harus dilakukan selama pemeliharaan perangkat.    

Kimia

Sterilan kimia mencakup berbagai macam cairan dan gas dengan satu ciri utama – kemampuannya untuk memusnahkan kehidupan mikroba. Karena karakteristik ini, sterilan kimia seringkali berbahaya bagi manusia, bahkan bisa mematikan. Sterilan kimia yang paling umum digunakan – etilen oksida – dapat menyebabkan sakit kepala, mual, muntah, diare, sesak napas, iritasi saluran pernapasan, cedera paru-paru, dan sianosis dalam jangka pendek, sedangkan paparan jangka panjang dikaitkan dengan terjadinya kanker, perubahan mutagenik, neurotoksisitas, dan sensitisasi [11]. 

Gas etilen oksida melakukan sterilisasi melalui proses alkilasi pada protein, DNA, dan RNA, yang menyebabkan mikroorganisme menjadi tidak dapat hidup [7]. Proses ini terjadi karena reaktivitas tinggi senyawa tersebut; sifat yang menimbulkan komplikasi logistik. Karena kombinasi toksisitas dan sifat mudah terbakarnya, disarankan agar etilen oksida disimpan di unit penyimpanan terpisah — dengan zona isolasi berdiameter 100 m yang ditetapkan untuk mengantisipasi kebocoran [12]. 

Sebagaimana bahan sterilisasi kimia pada umumnya, etilen oksida tidak efektif terhadap prion dan berpotensi meninggalkan residu pada permukaan yang disterilkan. Waktu sterilisasi relatif lama — antara 2 hingga 5 jam — dan waktu pemrosesan total bahkan lebih lama; seringkali melebihi 14 jam karena proses penghilangan uap pasca-sterilisasi. Namun, etilen oksida memiliki daya penetrasi yang tinggi, bekerja pada suhu rendah (antara 29–65°C), dan tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan plastik.  

Salah satu kemajuan menarik lainnya di bidang ini adalah sterilisasi plasma gas. Plasma gas hidrogen peroksida dihasilkan dengan mengeksitasi uap hidrogen peroksida menggunakan medan listrik, sehingga memicu pembentukan radikal bebas yang mendenaturasi bahan biologis, seperti halnya pada prosedur radiasi pengion. Plasma gas hidrogen peroksida telah terbukti efektif terhadap prion, beroperasi pada suhu rendah (37–44°C), dan memiliki waktu siklus kurang dari 75 menit, [13]. Namun, proses ini memiliki kemampuan penetrasi yang buruk dan hidrogen peroksida yang digunakannya merupakan zat beracun dan mudah meledak.

Panas

Sterilisasi panas adalah metode tertua dan paling sederhana, dengan dua varian: kering dan uap. Keunggulan utamanya mencakup kemampuan menghancurkan semua bahan biologis (termasuk prion) tanpa meninggalkan kontaminan atau residu [14]. Keuntungan lainnya adalah biaya operasional yang rendah, karena hanya memerlukan listrik dan air. Risiko bahaya yang terkait dengan sterilisasi panas relatif rendah, meskipun tetap ada potensi luka bakar jika menyentuh permukaan yang masih panas. 

Sterilisasi panas pertama-tama memengaruhi permukaan luar benda yang disterilkan, kemudian menyebar ke dalam hingga seluruh bahan telah disterilkan. Panas mendenaturasi protein yang terdapat dalam mikroorganisme dan bahan biologis, dan karena prion adalah protein, prion juga terpengaruh oleh sterilisasi panas. Proses denaturasi mengubah ikatan hidrogen dan disulfida, serta jembatan garam, dan mengubah struktur sekunder, tersier, dan kuaterner protein, sehingga membuatnya tidak berfungsi lagi untuk proses biologis [15].

Sterilisasi panas kering menciptakan lingkungan bersuhu 160°C hingga 170°C dan mempertahankannya selama dua hingga empat jam. Kombinasi waktu dan suhu ini tidak memungkinkan sterilisasi bahan yang sensitif terhadap panas seperti plastik tanpa menyebabkan degradasi bahan [16]. Pisau secara tradisional telah disterilkan dengan panas kering, karena adanya kekhawatiran bahwa uap akan membuatnya tumpul. Namun, penelitian menunjukkan bahwa pisau baja tahan karat yang disterilkan dengan uap hanya mengalami sedikit penurunan ketajaman [17].

Sterilisasi uap merupakan proses yang lebih cepat dan tidak memerlukan panas setinggi sterilisasi panas kering. Uap mentransfer energi panas lebih efektif daripada udara panas, yang berarti suhu yang lebih rendah (121°C – 134°C) dan waktu yang lebih singkat (3 hingga 15 menit) dapat digunakan untuk sterilisasi. Titik didih air pada tekanan atmosfer adalah 100°C, yang terlalu rendah untuk sterilisasi. Oleh karena itu, uap harus dihasilkan dalam lingkungan bertekanan agar titik didih air naik hingga mencapai suhu yang diperlukan. 

Benda-benda yang tahan terhadap panas hingga 134°C atau kurang dapat disterilkan dengan uap, tetapi harus mampu menahan kombinasi suhu, kelembapan, dan tekanan. Bagi benda-benda yang mampu menahannya, sterilisasi uap merupakan metode sterilisasi yang sangat efektif dan mampu menembus secara mendalam.

Ringkasan

Kesimpulan akhir mengenai sterilisasi tidaklah sederhana. Namun, dimungkinkan untuk menavigasi kompleksitas tersebut dan menemukan opsi yang tepat dengan tetap berfokus pada benda yang bersangkutan serta kondisi yang diperlukan setelah sterilisasi.

Filtrasi merupakan pilihan yang baik untuk mensterilkan volume cairan yang kecil, terutama cairan yang sensitif terhadap panas, radiasi, dan sterilisasi kimia. Namun, perlu dipahami bahwa metode ini bergantung pada bentuk sterilisasi lain untuk menonaktifkan mikroorganisme melalui mekanismenya.

Mencakup berbagai varian dengan kemampuan penetrasi yang berbeda-beda, radiasi merupakan pilihan yang baik jika bahan yang disterilkan sensitif terhadap panas dan dapat menahan efek merusaknya. Namun, metode ini mahal untuk dipasang dan bergantung pada skala penggunaannya agar menjadi hemat biaya.

Sterilisasi kimia, meskipun memiliki tantangan toksisitas, residu, dan logistik, serta biaya bahan habis pakai yang berkelanjutan, tetap memiliki perannya sendiri ketika objek yang disterilkan tidak kompatibel dengan teknik sterilisasi lain—misalnya bahan padat yang sensitif terhadap panas dan radiasi.

Untuk benda yang tidak sensitif terhadap panas, kelembapan, dan — hingga tingkat tertentu — tekanan, sterilisasi uap sering kali menjadi pilihan utama; menawarkan efisiensi biaya, efektivitas, dan kecepatan. Hal ini juga berlaku untuk limbah, di mana kondisi pasca-sterilisasi tidak menjadi masalah. Oleh karena itu, autoklaf tetap menjadi peralatan esensial bagi hampir semua laboratorium, sementara sistem dekontaminasi limbah cair yang dipanaskan dengan uap (EDS) menyediakan opsi yang sangat baik bagi mereka yang perlu membuang limbah cair yang secara biologis aktif. Hubungi Astell Scientific melalui Info@Astell.com jika Anda memerlukan informasi lebih lanjut mengenai sterilisasi panas berbasis uap.  

Melalui analisis bahan yang akan disterilisasi, dimungkinkan untuk menemukan teknik sterilisasi yang paling sesuai dengan model ideal. Kombinasi antara kecepatan, keefektifan, kompatibilitas bahan, non-toksisitas, kemampuan beradaptasi, dan kemampuan untuk dipantau dapat dievaluasi untuk situasi yang dibutuhkan, bersama dengan kemampuan untuk mengatasi resistensi bahan apa pun yang mungkin ditemukan pada bahan target. Tentu saja, efisiensi biaya akan menjadi faktor kunci di sebagian besar organisasi.

Referensi

1. Schneider, P. (1994). Alternatif sterilisasi suhu rendah pada tahun 1990-an. Tappi Journal;(Amerika Serikat), 77(1).

2. Rutala, William A., dan David J. Weber. "Efektivitas klinis teknologi sterilisasi suhu rendah." Infection Control & Hospital Epidemiology 19.10 (1998): 798-804.

3. Cavicchioli, Ricardo; Ostrowski, Martin (Juni 2003). Encyclopedia of Life Sciences. Nature Publishing Group. ISBN 9780470015902. Diakses pada 26 September 2017.

4. Duda, V; Suzina, N; Polivtseva, V; Boronin, A (2012). "Ultramikrobakteri: Pembentukan Konsep dan Kontribusi Ultramikrobakteri terhadap Biologi". Microbiology. 81 (4): 379–390. doi:10.1134/s0026261712040054. 

5. Janssen, Peter; Schuhmann, Alexandra; Mörschel, Erhard; Rainey, Frederick (April 1997). "Ultramikrobakteri anaerobik baru yang termasuk dalam garis keturunan bakteri verrucomicrobiales yang diisolasi melalui kultur pengenceran dari tanah sawah anoksik". Mikrobiologi Terapan dan Lingkungan. 63 (4): 1382–1388. PMC 168432.

6. Harrell CR, Djonov V, Fellabaum C, Volarevic V. Risiko Penggunaan Sterilisasi dengan Radiasi Gamma: Sisi Lain dari Koin. Int J Med Sci. 2018;15(3):274-279. Diterbitkan 18 Januari 2018. doi:10.7150/ijms.22644. 

7. Qiu, Q.-Q & Sun, Wendell & Connor, J. (2011). Sterilisasi Bahan Biomedis Berasal dari Sumber Sintetis dan Biologis. Comprehensive Biomaterials. 4. 127-144. 10.1016/B978-0-08-055294-1.00248-8.

8. Rutala, W. A., Weber, D. J., & Society for Healthcare Epidemiology of America. (2010). Pedoman desinfeksi dan sterilisasi alat medis yang terkontaminasi prion. Infect Control Hosp Epidemiol, 31(2), 107-17.

9. Gominet, M., Vadrot, C., Austruy, G., & Darbord, J. C. (2007). Inaktivasi infektivitas prion dengan sinar pengion. Radiation Physics and Chemistry, 76(11-12), 1760-1762.

10. Simmons, A. (2012). Tren masa depan untuk sterilisasi biomaterial dan perangkat medis. Dalam Sterilisasi Biomaterial dan Perangkat Medis (hlm. 310-320). Woodhead Publishing.

11. Departemen Tenaga Kerja Amerika Serikat, 2020. Etilen Oksida. [online] Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja. Tersedia di: [Diakses pada 25 September 2020].

12. National Center for Biotechnology Information (2020). PubChem Compound Summary for CID 6354, Ethylene oxide. Diakses pada 23 September 2020 dari https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Ethylene-oxide. )

13. Cdc.gov (2020) Plasma Gas Hidrogen Peroksida | Pedoman Desinfeksi & Sterilisasi | Perpustakaan Pedoman | Pengendalian Infeksi. Diakses pada 27 September 2020, dari https://www.cdc.gov/infectioncontrol/guidelines/disinfection/sterilization/hydrogen-peroxide-gas.html. 

14. Rogers, W. J. (2012). Sterilisasi biomaterial dan perangkat medis dengan uap dan panas kering. Dalam Sterilisasi Biomaterial dan Perangkat Medis (hlm. 20-55). Woodhead Publishing.

15. Mauer, L. (2003). PROTEIN| Perlakuan Panas untuk Protein Pangan.

16. Vinny R. Sastri (2014). Persyaratan Bahan untuk Plastik yang Digunakan dalam Alat Kesehatan, dalam *Plastik dalam Alat Kesehatan* (Edisi Kedua).

17. Vendrell, R. J., Hayden, C. L., & Taloumis, L. J. (2002). Pengaruh sterilisasi uap dibandingkan dengan panas kering terhadap keausan tang pemotong ligatur ortodontik. Jurnal Amerika Ortodontik dan Ortopedi Dentofasial, 121(5), 467-471.

Pertama kali diterbitkan dalam Labmate UK & Ireland, Volume 45, Edisi 7.