在滅菌技術(shù)的廣闊天地里，輻照滅菌以其高效、無化學(xué)殘留等優(yōu)勢(shì)脫穎而出，備受眾多行業(yè)青睞。從醫(yī)療領(lǐng)域的器械消毒，到食品行業(yè)的保鮮，輻照滅菌都發(fā)揮著重要作用。然而，并非世間所有材料都能與輻照滅菌和諧共處。一些材料在輻照的“洗禮”下，會(huì)出現(xiàn)性能劣化甚至徹底損壞的情況。了解哪些材料不耐受輻照，對(duì)于各行業(yè)在選擇滅菌方式以及材料應(yīng)用方面，有著舉足輕重的意義。

化學(xué)結(jié)構(gòu)脆弱的材料

材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)猶如其內(nèi)在的“骨架”，決定了它對(duì)外界刺激的反應(yīng)。有些材料，因其化學(xué)結(jié)構(gòu)的特性，在輻照面前顯得異常脆弱。

聚氯乙烯（PVC）是我們生活中常見的塑料之一，被廣泛用于制造管材、塑料薄膜、人造革等產(chǎn)品。PVC的分子由氯乙烯單體聚合而成，分子鏈中含有氯原子。當(dāng)PVC遭遇輻照時(shí)，高能射線會(huì)無情地打破氯原子與分子鏈之間的化學(xué)鍵。氯原子脫離分子鏈后，會(huì)形成氯化氫氣體逐漸逸出。這一過程不僅破壞了PVC原本有序的分子結(jié)構(gòu)，還在材料內(nèi)部催生大量自由基。自由基極為活潑，它們會(huì)迅速引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致分子鏈斷裂或者相互交聯(lián)。原本具有良好柔韌性和強(qiáng)度的PVC制品，在輻照后，可能變得僵硬、脆裂，失去原有的使用性能。比如，原本柔軟可彎折的PVC塑料薄膜，輻照后可能一折就斷，完全無法再用于包裝等用途。

天然橡膠，作為一種重要的高分子材料，主要成分是聚異戊二烯。聚異戊二烯分子中的碳-碳雙鍵賦予了天然橡膠獨(dú)特的彈性，使其能夠廣泛應(yīng)用于輪胎、橡膠手套、密封圈等產(chǎn)品中。但成也蕭何敗蕭何，正是這些碳-碳雙鍵，讓天然橡膠對(duì)輻照極為敏感。輻照過程中，射線的能量會(huì)促使碳-碳雙鍵與周圍的氧分子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的過氧化物。過氧化物進(jìn)一步分解，產(chǎn)生大量自由基。這些自由基會(huì)肆意攻擊天然橡膠的分子鏈，造成分子鏈的降解與交聯(lián)。原本彈性十足的橡膠手套，經(jīng)過輻照后，可能會(huì)變得硬邦邦，失去彈性，無法緊密貼合手部，防護(hù)性能大打折扣。橡膠密封圈也可能因輻照而失去彈性，無法有效密封，導(dǎo)致泄漏等問題。

還有一些含不飽和鍵的聚合物，如聚丙烯酸酯類材料，也難以承受輻照的考驗(yàn)。不飽和鍵在輻照能量的作用下，會(huì)發(fā)生加成、聚合等反應(yīng)，使得材料的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性改變。以聚丙烯酸酯制成的光學(xué)鏡片為例，原本鏡片具有良好的透明度和光學(xué)性能，能夠清晰地折射光線。但經(jīng)過輻照后，鏡片內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)改變，可能會(huì)出現(xiàn)渾濁、變黃的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其光學(xué)性能，無法再滿足人們對(duì)清晰視覺的需求。

物理性質(zhì)敏感的材料

除了化學(xué)結(jié)構(gòu)，材料的物理性質(zhì)也在其對(duì)輻照的耐受性中扮演著關(guān)鍵角色。一些具有特定物理性質(zhì)的材料，在輻照環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)各種問題。

低熔點(diǎn)材料在輻照過程中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。許多熱塑性彈性體就屬于低熔點(diǎn)材料，它們的熔點(diǎn)一般在幾十?dāng)z氏度到一百多攝氏度之間。在輻照時(shí)，射線與材料相互作用，會(huì)將能量沉積在材料內(nèi)部，導(dǎo)致材料溫度升高。當(dāng)溫度超過其熔點(diǎn)時(shí)，材料就會(huì)如同受熱的蠟燭一般，開始軟化甚至熔化。比如，某些用于制作醫(yī)療器械外殼的熱塑性彈性體，在輻照滅菌過程中，由于溫度升高，可能會(huì)發(fā)生變形。原本設(shè)計(jì)精巧、尺寸精確的醫(yī)療器械外殼，可能會(huì)因?yàn)樽冃味鵁o法與內(nèi)部部件完美配合，影響器械的正常裝配和使用。

多孔材料同樣對(duì)輻照較為敏感。多孔材料內(nèi)部擁有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得射線更容易在孔隙內(nèi)發(fā)生散射和吸收，導(dǎo)致能量在局部過度集中。這一現(xiàn)象會(huì)引發(fā)材料內(nèi)部的熱效應(yīng)加劇，同時(shí)化學(xué)反應(yīng)也變得更加劇烈，從而對(duì)材料的結(jié)構(gòu)造成破壞。以用于空氣過濾的多孔陶瓷材料為例，在輻照后，其內(nèi)部的孔隙可能會(huì)被輻照產(chǎn)生的物質(zhì)堵塞，或者孔隙壁出現(xiàn)破裂。這將嚴(yán)重影響多孔陶瓷的過濾性能，使其無法有效地過濾空氣中的雜質(zhì)和微粒，無法滿足實(shí)際使用需求。而且，多孔材料內(nèi)部通常含有氣體，在輻照作用下，這些氣體可能發(fā)生電離和化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的氣體或者導(dǎo)致材料內(nèi)部壓力變化，進(jìn)一步破壞材料的穩(wěn)定性和性能。

具有特殊電學(xué)性能的材料，如一些電子元件中的壓電陶瓷材料，也不適宜采用輻照滅菌。壓電陶瓷材料的壓電性能，即能夠?qū)C(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的特性，依賴于其內(nèi)部規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的電荷分布。然而，輻照會(huì)對(duì)這種結(jié)構(gòu)和分布造成嚴(yán)重干擾。輻照可能導(dǎo)致壓電陶瓷晶體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)缺陷，電荷分布發(fā)生混亂。原本能夠精準(zhǔn)產(chǎn)生電信號(hào)的壓電陶瓷元件，在輻照后，其產(chǎn)生的電信號(hào)可能出現(xiàn)偏差，無法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而無法正常工作。

含特殊成分的材料

部分材料由于含有特殊成分，在輻照時(shí)會(huì)引發(fā)一系列不良反應(yīng)，使其不適合輻照滅菌。

含有金屬離子的材料在輻照下可能出現(xiàn)金屬離子價(jià)態(tài)變化的情況。例如，在一些材料中含有的亞鐵離子（Fe2?），輻照的高能射線會(huì)將其氧化為鐵離子（Fe3?）。這種價(jià)態(tài)的改變看似微小，卻可能引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，對(duì)材料性能產(chǎn)生重大影響。在某些以含鐵離子作為催化劑的高分子材料中，鐵離子價(jià)態(tài)的變化可能導(dǎo)致催化反應(yīng)的進(jìn)程失控。原本有序進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，可能會(huì)因?yàn)殍F離子價(jià)態(tài)的改變而加速或者減緩，甚至發(fā)生方向的改變，最終導(dǎo)致材料性能惡化。此外，金屬離子價(jià)態(tài)變化還可能影響材料的顏色、電學(xué)性能等。比如，含有銅離子的玻璃材料，在輻照后，銅離子價(jià)態(tài)的改變可能使玻璃的顏色發(fā)生明顯變化，從原本的透明無色變?yōu)閹в心撤N色調(diào)，嚴(yán)重影響其光學(xué)性能，無法再用于對(duì)光學(xué)性能要求較高的場(chǎng)合。

一些含有光敏劑或熱敏劑的材料也難以承受輻照。光敏劑在正常情況下相對(duì)穩(wěn)定，但在輻照環(huán)境中，射線產(chǎn)生的高能粒子和光子會(huì)如同“催化劑”一般，激發(fā)光敏劑分子。被激發(fā)的光敏劑會(huì)引發(fā)一系列光化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)可能導(dǎo)致材料的分解、變色或者性能改變。以某些含有光敏劑的涂料為例，在輻照后，可能會(huì)出現(xiàn)褪色現(xiàn)象，原本鮮艷的顏色逐漸變淡，影響美觀。同時(shí)，涂料的附著力等性能也可能受到影響，出現(xiàn)脫落等問題。熱敏劑也是如此，輻照產(chǎn)生的熱效應(yīng)可能會(huì)使熱敏劑過早觸發(fā)反應(yīng)。在一些含有熱敏劑的自修復(fù)材料中，正常情況下，熱敏劑應(yīng)在材料受到實(shí)際損傷且溫度達(dá)到一定閾值時(shí)才引發(fā)修復(fù)反應(yīng)。但輻照產(chǎn)生的熱量可能使熱敏劑提前啟動(dòng)修復(fù)過程，導(dǎo)致材料在未受到實(shí)際損傷時(shí)就發(fā)生不必要的結(jié)構(gòu)變化，從而影響其正常功能的發(fā)揮。

含有生物活性成分的材料，如一些生物可降解材料中添加的酶或蛋白質(zhì)等生物大分子，在輻照下更是“不堪一擊”。酶是一類具有高度特異性催化活性的蛋白質(zhì)，其活性中心由特定的氨基酸殘基組成。輻照會(huì)對(duì)這些氨基酸殘基造成氧化、脫氨等反應(yīng)，破壞酶的活性中心結(jié)構(gòu)，使酶失去催化活性。蛋白質(zhì)分子具有復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)，包括二級(jí)結(jié)構(gòu)（如α-螺旋、β-折疊）、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的功能。輻照會(huì)破壞蛋白質(zhì)分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)，使其變性，失去原有的生物活性。對(duì)于這類含有生物活性成分的材料，輻照滅菌會(huì)使其失去應(yīng)有的生物功能，無法滿足實(shí)際使用需求。

結(jié)語

不能耐受輻照的材料廣泛分布于不同類型中，無論是化學(xué)結(jié)構(gòu)脆弱的材料，還是物理性質(zhì)敏感的材料，亦或是含有特殊成分的材料，它們?cè)谳椪彰媲岸伎赡艹霈F(xiàn)性能劣化甚至完全失效的情況。各行業(yè)在選擇材料和滅菌方式時(shí)，必須充分考慮材料的輻照耐受性。對(duì)于不耐受輻照的材料，應(yīng)積極尋找合適的替代滅菌方法，如濕熱滅菌、環(huán)氧乙烷滅菌等。