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我用力一握拳,会捏死手上的细菌吗?

丁香园

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灭菌操作是实验标配。离心管、试管等要放到灭菌锅里灭菌,操作台要提前紫外灭菌,操作时要戴无菌手套,手要用酒精消毒等等。

你觉得麻烦吗?有没有相过,要是用手一捏或用牙一咬就能咬死,那不是更方便?化学博士从专业的角度给你解释一下是否可以这样暴力灭菌。

捏死细菌?

「手掌用力一握」,这是一个宏观的物理描述,我们要知道宏观的力(压强)并不必然等于微观的力(压强)。只要保证接触面就足够小,手掌的力量挤破细菌完全是小菜一碟,因此宏观的受力分析在这个微观的问题上其实是失效的。

那么手掌用力一握的微观含义是什么呢?是人的肌细胞拉着骨骼以及大量其它细胞所进行的互相挤压。我们的身体在宏观上看是固体,但在微观上看却就变成了流体。因为每一个细胞都是磷脂双分子层(细胞膜,流体)所包裹的各种组分组成的细胞质(流体)所构成的,也就是说——都是软软的。

然后用力一握,实际上就变成了一大群软软的细胞握向了另一大群软软的细胞。然后有一些细菌,很不幸地,被挤在了这两坨细胞之间。不过不用担心,这些细菌也是由细胞膜所包裹起来的流体,不仅如此,它们表面更包裹了一层细胞壁,它是细菌最外部的一层坚韧、厚实的外被,其主要成分为肽聚糖。

也就是说,一大堆软软的细胞挤在一起,中间夹塞着一些「加固版」的软软的细菌。在这种情况下,如果这些细菌所承受的压力大到了能够破坏它们结构的程度,那么在相同的压强之下,人体手掌上的细胞更是会一个接一个噼里啪啦地死翘翘了。这是不太现实的。

所以宏观的力和微观的力是不同的,宏观的物态和微观的物态也是不同的,微观上施力者和受力者都是细胞膜包裹的流体,要死也得一起死才行。

再直观一些,用数据说明。高压蒸汽灭菌法,压强是 103.4 kPa,温度达 121.3 摄氏度。一般青年人握力在 400 N,算你比较牛逼,560 N。只考虑压强,想要杀灭细菌得做到 1.05 kg/cm2。粗略的算你的手掌是 100 cm2,若能产生的平均压强大约是 0.57 kg/cm2,这是最理想的情况。

并且,高压蒸汽灭菌可不是靠的压力,而是温度。在灭菌锅里,细菌不是被压死而是被活生生烤死的,细菌可是能承受 100 个大气压,用车撞都不一定撞死。

所以这个问题的结论是——基本捏不死。


咬死细菌

用牙齿能咬死细菌吗?这也是个很有意思的问题,很显然这种情况下就不是细胞挤细胞了,而变成「石头」挤细胞了。细菌的尺寸在微米尺度,牙齿的咬合肯定是存在大量的不严密之处的。因此绝大多数细菌是不会被真正咬住的。少数很不幸被牙齿咬住的细菌,它们会「滑溜溜」地逃出牙齿挤压之处,从而躲过一劫。极少数真正不幸的细菌没能逃出牙齿微观咬合处的话,则有可能被拦腰斩断,浆水流得一嘴。所以牙齿是有可能咬死细菌的,即使咬合不完全严密,也不可能全都是缝隙,否则就没有施力点了。

但是口腔细菌的真正敌人恐怕并不是牙齿而应当是人的口水,包含了很多杀菌成分的口水。它们从分子层面对细菌的细胞壁细胞膜发起进攻,攻势可要比你的牙齿猛烈得多了。

我们要注意到,牙齿的力量和手掌的力量,其实是在一个数量级上的,都是肌肉的力量。但是如果挤压材料和接触面积发生了变化,我们得到的结果就不大相同了。打个比方,如果我们用手拿着两个单晶面或者其他在分子级别平整的材料(例如单晶硅平整晶面)互相挤压,夹在中间的可怜细菌(数量不能太大)基本还是得死翘翘。

所以,还是有可能咬死细菌的。

看来,必要时候,灭菌条件不够,牙齿和口水都能派上用场。怎么样?是不是学到了一种新的灭菌方法?不鼓励尝试哈。

作者:知乎用户 @韩东燃,经其授权

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