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高压蒸汽灭菌器的历史
发布日期:2022/11/16 18:02:30
一、引言
尽管从古典时代开始就有学者提出微生物存在的假说,但直到19世纪,现代科学的发展才证明微生物的存在,让人认识到食物变质、人体感染和疾病传播等都由微生物导致。这一认识的结果是各种以现代微生物学为基础的杀菌或消毒方法诞生,并被应用于科学研究、教学实验、医疗操作和工业生产中。从那时起,最主要的消毒和灭菌方法分为物理和化学方法,其中物理灭菌又以高温灭菌用途最广。19世纪末期开始,工业生产的灭菌器种类繁多、式样丰富,其中应用最为广泛、最有效的便是高压蒸汽灭菌器(autoclave),它是医院和科学实验室的器具、衣物和环境消毒必不可少的工具,作为器物见证了灭菌技术和机构变迁的历史。
但遗憾的是,灭菌器作为日常使用且不可或缺的工具,在科学实验和科学活动中的历史意义并未得到普遍承认。一个重要的例证是,在国内的科学博物馆或者自然博物馆中很少见到它的身影(但在国外科学博物馆中灭菌器是常见之物,如伦敦的科学博物馆就藏有4台灭菌器);专业的科学史研究者也极少对作为工具和仪器的灭菌器进行专门研究。但这是否意味着在科学史和科学收藏中忽略它们是正当的?答案当然是否定的。新近科学仪器史的相关研究提醒我们,它们的意义至少可以从两个层面进行阐释。从宏观层面来看,器具的历史与科学、技术和工业的发展息息相关,它们的演化史是科技和工业发展之过程的见证;从微观层面来看,它们在大学、医院和实验室等具体情境和使用者个人手中的应用同样被赋予意义:它们是实验和操作中机构和私人历史以及日常生活的组成部分和积极参与者。
清华大学科学博物馆藏有一台美国生产的进口高压灭菌器(见图1)。首先,它是19世纪工业生产、科学技术发展以及商业运作的结果,见证了灭菌技术和设备的发展及其在中国的传播和使用;此外,它与清华大学著名土木工程学家陶葆楷先生以及其他使用者的联系,赋予了它作为一件特定仪器的微观历史。本文希望通过历史回顾和对这件仪器的具体分析,提醒国内学界和博物馆同行关注灭菌器及相关实验和科学仪器。
这台灭菌器来自清华大学环境学院,由我国土木工程和环境工程学家陶葆楷购买。它从形式上来说是一台卧式高压蒸汽灭菌器(horizontal autoclave),现存主体部分包括支架、灭菌仓、蒸汽发生器、安全阀、压力控制器、控制阀和另配的开关等,顶部压力表缺失。它的主体部分是圆桶形灭菌仓,横置于支架上,与下方蒸汽发生器一样通体紫铜材质,可加压并自动控压在15psi(103421N/m²),蒸汽温度可达121.6℃。灭菌仓底部一侧有销售铭牌,标识由纽约Bramhall-Deane公司(以下称布兰霍尔公司)制造、费城Arthur H Thomas公司销售,但未标明产品型号、专利日期或生产日期。此外,灭菌器顶部有油漆写就的“生化 2-3-6”字样。顶部的安全阀由Manning, Maxwell and Moore公司生产,型号为1445。这台灭菌器在美国生产、在清华大学使用数十年,经数代学人之手,辗转数个校内教学和科研单位,20世纪90年代才退役。追溯它的历史能为我们了解灭菌设备仪器的发展、演化和使用以及清华乃至中国近代微生物实验提供线索。
二、消毒与灭菌器:历史回顾
在医院、实验室和工业生产中使用的高压蒸汽灭菌器是现代科学技术和工业发展的产物[1]。从文明早期开始,人类就从经验中认识到高温在不同生活情境中的作用:烹煮是风干、腌制和熏制之外最重要的保存食物的手段;饮用开水可以避免生病;通过火焰烧灼外科操作中的器具可以避免感染发生。但直到19世纪,科学的进步才发现微生物是食物腐败、人体疾病和伤口感染的共同原因。在此之前,从古典时代到文艺复兴,不同时代和地区的学者都提出了微生物存在的假说;17世纪,显微镜的使用使科学工作者们确认了它们的存在,但当时生物学领域盛行的“自然发生论”认为这些微小的生物是自然形成,并且不参与任何生物学或者化学过程。这个学说虽然在17和18世纪逐渐被动摇,但其影响力一直持续到19世纪。
微生物学在19世纪得到了突破性发展。最重要的贡献者和奠基人之一是法国科学家路易·巴斯德(Louis Pasteur),他从酿酒和食品制造中获得了关于微生物的知识,并且通过科学实验、著述和辩论树立了生源说(Germ theory),证明微生物的存在和对有机体所产生的影响:它们导致了食物腐败、外伤感染和疾病传播。与此同时,他也是现代灭菌和消毒操作的先驱者,从科学上发现了高温在杀菌消毒方面的作用:他设计的巴氏消毒法(Pasteurization)如今仍然广泛应用于食品工业;而现代高压蒸汽灭菌器的起源也与他的工作息息相关。
现代高压蒸汽灭菌器的起源可以追溯到17世纪。1679年,波义尔的助手、法国发明家丹尼斯·帕潘(Denis Papin)发明了一个名为蒸汽蒸煮器(Steam digester)的装置。这个装置有一个密封的容器和盖子,密封容器内盛水加热之后可以避免蒸汽外泄,从而增加压强,令容器内温度保持在100摄氏度以上,以便能烹煮骨头。帕潘的蒸煮器被视为压力锅和蒸汽机的前身,同时也是高压灭菌器的前身。类似的装置在之后不断发展,但直到19世纪,高压蒸汽才被用于消毒和杀菌。1831年,威廉·亨利(William Henry),一位来自英国曼彻斯特的医生,发表了自己的实验结果,证明经过蒸汽高温处理的衣物和其他物品可以避免传播疾病,尽管他自己承认时人关于传染的原因和本质一无所知。19世纪70年代之后,随着微生物学和细菌学的发展,新一代的化学家和微生物学家如罗伯特·科赫(Robert Koch)和巴斯德等基于高温灭菌的原理发明了不同种类的灭菌器,这些灭菌器使用高温蒸汽或者干燥热气灭菌。巴斯德发现潮湿的热气,也就是蒸汽,比干燥的热气在灭菌和消毒方面更加高效,这直接导致了蒸汽灭菌方法和蒸汽灭菌器的流行。实际上,干燥的高温会破坏动物和植物的组织,与蒸汽高温相比,也更难以穿透需要杀菌的组织和材料,难以控制,因此蒸汽消毒法在实际使用中远较单纯的高温消毒更为广泛。1879年,巴斯德与他的学生和助手查尔斯·钱伯兰(Charles Chamberland)基于帕潘的高压锅原理发明了第一台现代高压蒸汽灭菌器,被称作Autoclave,并以钱伯兰的名字命名并注册商标出售。这个装置通过高压提升蒸汽的温度达到120摄氏度,从而保证了消毒和灭菌的速度和效力。
但钱伯兰和巴斯德的高压蒸汽灭菌器并不是当时唯一的灭菌器,至少科赫和他的团队也发明了相似的装置,并且得到了广泛的使用。科赫并不欣赏钱伯兰和巴斯德的发明,主要原因是他认为高压蒸汽温度过高,在实验室中会破坏物品和培养基。他在1881年设计制造了非高压的蒸汽灭菌器,主要原理是将需要杀菌消毒的物品放置在灭菌器内部的上层,加热下层的水,使蒸汽流通循环从而杀灭上层物品上的微生物。差不多是同一时代,英国物理学家约翰·丁达尔(John Tyndall)也设计装置利用高温蒸汽灭菌,但他采取的是重复、间隔加热的方法,被称为丁达尔灭菌法(Tyndallization)。这些利用高温蒸汽的不同灭菌方法和设备在19世纪80年代之后广为流行,在欧洲和北美洲都被使用。比如,1891年美国费城出版的一本《细菌学纲要》(Essentials of Bacteriology)为医学生的实验提供了实验方法和仪器设备的相关参考。作者在介绍蒸汽灭菌法的时候,对科赫的蒸汽灭菌器、丁达尔灭菌法以及钱伯兰的高压灭菌器都作了介绍。1897年,另一本细菌学教科书《细菌学手册》(Manual of Bacteriology)对比了科赫式蒸汽灭菌器和钱伯兰式灭菌器,认为科赫灭菌器所使用的不加压方法运用方便、广泛,但是钱伯兰式高压灭菌器则高效、迅速,但似乎操作复杂并且危险。
在19世纪90年代之后,普通蒸汽灭菌器仍然广泛使用,但是高压蒸汽灭菌器被认为是比普通灭菌器更有效也更昂贵的设备,逐渐成为医院、大学和政府部门相关实验室中的重要装置。早期如科赫所认为的高压蒸汽灭菌会破坏组织和培养基也已经被证明是错误的。1897年,尼亚加拉大学医学部开设了一门细菌学课程,课程的大部分内容是在实验中完成。尼亚加拉大学之所以能开这门课,是因为大学的细菌学实验室装备了“最现代的装置”,包括培养箱、显微镜,以及高压蒸汽灭菌器。1900年,宾夕法尼亚大学校医院的外科教授表示,在他所服务的校医院中,高压灭菌器被用于为外伤处理中用到的敷料和器具消毒杀菌。高压灭菌器甚至在海外殖民地也被使用。1905年,美国殖民地菲律宾政府的科学局(Bureau of Science)新建成了实验楼,实验楼中就为生物学实验配备了高压蒸汽灭菌器。
随着市场扩大,19世纪90年代之后,越来越多的公司开始生产与钱伯兰的设计相似或者改良的高压灭菌器,这些灭菌器的造型和设计也有了改变,功用也开始扩大。早期钱伯兰的设计是立式,将用作水仓和灭菌仓的容器竖直放置,水仓在容器底部、灭菌仓门在顶部,底部支架相对较矮(见图2);卧式灭菌器则由支架将作为水仓和灭菌仓的容器抬高,同时水平放置,仓门从容器底部打开;此外,还有的高压灭菌器将灭菌仓与水仓和加热器分离,将水加热后获得的蒸汽通过管道引入单独的灭菌仓。在20世纪早期,厂商生产高压灭菌器采取了不同形制并应用于不同场合,最重要的厂商之一就是美国纽约的Bramhall-Deane 公司,它就是清华大学科学博物馆馆藏灭菌器的生产厂。
三、Bramhall-Deane(布兰霍尔-迪恩):产品与生意
1913年,一本介绍现代医院管理、形式、建筑和设备的著作The Modern Hospital, ItsInspiration, Its Architecture, Its Equipment, Its Operation提到,在医院的手术室里,对床垫、敷料、器具等消毒杀菌要求不同的灭菌和消毒设备。高压蒸汽灭菌器,适合用于敷料的杀菌。此外,在谈到实验室的时候,作者认为,很多医院的实验室都配有单独的消毒室,为培养基杀菌。在这里,最好的消毒杀菌办法就是使用普通的高压蒸汽灭菌器,而“最令人满意的‘灭菌器’就是布兰霍尔-迪恩公司生产的。”这家公司生产的灭菌器“构造简单,操作简便,没有复杂的螺栓和轮轴系统。”这本书对布兰霍尔公司生产的高压灭菌器的赞誉表明该公司的产品已经非常流行,并且得到了市场的认可。的确,在20世纪初,布兰霍尔公司就已经拥有了完整的灭菌器产品系列,分别用于为水、敷料、器具、工具、衣物和床垫等不同物品的消毒灭菌,是灭菌器市场上的一大竞争者。在书内的附图(见图3)上我们看到,这台高压灭菌器在外部造型、主要部分和形制上已经与陶葆楷在清华使用的灭菌器相差无几。不过,布兰霍尔公司的高压灭菌器的市场认可也并非一蹴而就。
布兰霍尔-迪恩公司于1859年在纽约成立。不过很显然,鉴于微生物学和灭菌手段的发展历程,在公司成立早期并不生产灭菌器。在19世纪60年代,布兰霍尔公司最主要的生意其实是厨房用具。1865年,新泽西出版的一本宾夕法尼亚州工商名录中包含了宾州之外的一些公司,其中就有布兰霍尔。根据名录,布兰霍尔的生意范围主要是各种不同类型的炉灶(furnaces,stoves and ranges)。公司投放的广告页也表明公司主要的产品是供酒店、餐厅、医院和家庭使用的欧式厨灶、厨灶家具以及热水和蒸汽桌。1869年的一本覆盖纽约、费城、波士顿和巴尔的摩的工商名录也将布兰霍尔公司列为加热装置(heating apparatus)的主要生产商之一。在这个时期,布兰霍尔生产的厨房用具得到了业界和消费者的肯定。1867年,纽约州立妇女医院(The New York State Woman’s Hospital)新楼落成,它的厨房就装备了布兰霍尔公司生产的厨灶;1876年,康涅狄格疯病医院(The Connecticut Hospital for the Insane)的储藏室装备了布兰霍尔公司的一整套厨房设备,包括炉灶、水池以及热水管等。1871年,西宾夕法尼亚医院(The Western Pennsylvania Hospital)疯病科的厨房设备是由布兰霍尔捐助并负责装修的。在使用了一年之后,医院在年报里对这些设备赞誉有加,表示非常满意,认为它们无与伦比。
由此可见,在19世纪70年代末高压灭菌器发明之前,布兰霍尔公司虽然以厨具产品为主,但是他们在灭菌器市场上的进军已经有良好基础。一方面,通过生产、提供厨房设备,布兰霍尔公司与纽约周围的医院建立的广泛的商业联系;另一方面公司生产的炉灶、蒸汽和热水设备也为之后转向生产高压蒸汽灭菌器提供了技术基础。可以说,这两方面的条件使布兰霍尔的高压蒸汽灭菌器的生产和销售水到渠成。从19世纪90年代开始布兰霍尔就开始设计、制造并销售高压蒸汽灭菌器。1891年,一本全美工商名录就收录了他们生产的灭菌设备,并标明供医院使用。1895年,耶鲁医学院的手术室装备了布兰霍尔的灭菌设备。同一年,纽黑文医院也装备了布兰霍尔的设备:一个水灭菌器和一个为敷料、绷带和其他布料消毒的高压灭菌器。据描述,这个灭菌器有一个水平放置的铜制圆桶,在其底部加水之后加热产生高压蒸汽,能保持7磅压力20分钟,温度为228华氏度(约108摄氏度)。1896年的广告中,布兰霍尔公司声称自己的敷料灭菌器高效,并且易于操作,在美国的顶尖医院使用,能达到外科手术在灭菌消毒方面的所有要求。除此之外,公司还生产一系列灭菌器用于床垫、器具、水等的消毒和灭菌(见图4)。
进入20世纪,布兰霍尔的灭菌设备在各种场合都享有盛名。例如,1911年麦克米兰公司出版的《细菌学教科书》(A Text-book of General Bacteriology)认为相对于非加压的灭菌器,高压蒸汽灭菌器最近流行起来,代表产品就是布兰霍尔公司生产的灭菌器。纽约一个研究实验室于1916年发表的一篇关于传染病的论文,其培养皿就是用布兰霍尔的灭菌器杀菌消毒的。1914年,在一个考察微生物控制的食品工业实验中,布兰霍尔的高压灭菌器是实验人员选用的四种用于参照的实验器具之一。尤其值得注意的是,上文提到的1891年出版的《细菌学纲要》在1913年修订到第七版,在这一版中,科赫式和普通蒸汽灭菌器都退到了次要地位,高压蒸汽灭菌器则增加了篇幅,作者所举的例子就是布兰霍尔的产品。
布兰霍尔公司的灭菌器产品并不总是沿袭陈规,它们在生产中也改进设计,并登记了专利。早在1897年公司的拥有者罗伊尔·迪恩(Royal E. Deane)就为自己发明的消毒装置申请了专利,并于1900年获得了批准。这个装置是为高压蒸汽灭菌器所设计,它的开口能从内部关闭,并且自动密封,从而保证气体不外泄并确保内部压力。1915年,威廉·梅(William May)在迪恩的专利的基础上做了新的改进,并将专利转让给了布兰霍尔公司。这个专利的主要内容是在消毒仓中引入高压蒸汽的之前将消毒仓内空气抽空,以提高消毒的效力。如果放置应灭菌物品的消毒仓内有空气,高压蒸汽将不能渗透到被消毒物的材料内部,因此,事先将空气抽空就有助于完成消毒。这一原理在19世纪90年代就为人所知,不同的厂商采取了不同的解决办法。布兰霍尔公司最主要的特点是在消毒仓的开口处设置双层门,通过双层门控制消毒仓内外的气压。1915年之后,拥有这种双层门装置的灭菌器成为布兰霍尔公司的主打产品,这种门被称为eclipse door,而装置了此种门的灭菌器则被称为eclipse autoclave。装有这种设计的灭菌器在此后数十年之内畅行不衰,在各种实验室使用。1932年,布兰霍尔公司在《科学》杂志投放的广告声称它是“第一台装有eclipse door的高压灭菌器。从1900年开始就不断发展,以便能跟随实验技术的进步。”除了功能改进,布兰霍尔的灭菌器外形也有新的设计,30年代末就出现了方桶而非圆桶的灭菌仓。此外,值得注意的是,布兰霍尔公司的产品采用将灭菌仓与加热器和水仓分离的设计:置放应消毒物品的灭菌仓横置于支架上,蒸汽发生器(包括水仓和加热装置)则置于其下方,通过管道与灭菌仓连接,而不是将蒸汽发生器直接与灭菌仓一同置于同一个容器的不同层。清华大学科学博物馆的这件藏品也是此种设计(见图1)。
四、高压灭菌器在近代中国
到20世纪30年代,以布兰霍尔为代表的厂商生产的高压蒸汽灭菌器已经成为美国科学实验、食品工业以及医疗操作中不可或缺的灭菌设备。在20世纪上半叶的中国,也能看到高压灭菌器的使用。实际上,在此之前高温和蒸汽灭菌法就已经传入中国。比如1907年,《医药学报》杂志发表了一篇介绍消毒法(灭菌法)的文章,将灭菌法分为理学(物理学)和化学两种。其中理学消毒法就包括高温消毒法,但仅介绍了煮沸的办法,未提及蒸汽加热。但之后,蒸汽消毒法也得到了普遍的认知。比如,1920年《卫生报》介绍的消毒法中,就包括热气消毒法,推荐“将应消毒之物置釜中蒸至摄氏表一百度以上。”到20世纪30年代,面向普通民众的杂志《生活月刊》已经开始介绍高压蒸汽,并且表明高压蒸汽难以深入到组织内部,因此需要先抽干空气再用高压蒸汽灭菌。1935年出版的《微生物学纲要》中有关于消毒法的详细介绍,其中蒸汽消毒法被分为“流通蒸汽消毒法”和“紧张蒸汽消毒法”(高压蒸汽消毒法)。前者可用郭氏蒸汽消毒器(Koch’s,即科赫灭菌器)或爱氏蒸汽消毒器(Arnold’s,另一种普通蒸汽消毒器);后者则需要使用“紧张蒸汽消毒器”(即Autoclave)。作者承认,紧张蒸汽消毒法与流通蒸汽消毒法适用范围差不多,而且紧张蒸汽消毒法需要将器械内部空气驱除才能保证水蒸气饱和从而确保消毒有效。
随着相关知识的增长,普通蒸汽灭菌器和高压灭菌器在相关机构,尤其是医院中开始使用。比如1920年,由美国浸礼会传教士高福林(Francis Wayland Goddard)创办的绍兴福康医院(the Christian Hospital, Shaohing, Chekiang)从美国购入了一批消毒设备,包括一台敷料灭菌器、一台器具灭菌器以及两台水灭菌器。这些设备都由布兰霍尔公司生产。1919年,北洋政府成立中央防疫处,开始生产各种疫苗,设备中就包括高压灭菌器。1937年末,武汉各个医疗机构中,高压消毒器共有6台。不过,高压灭菌器在抗战之前并未在所有医院配置。例如,1934年浙江省立医药专科学校附属病院的消毒室,就没有此类装。
抗日战争爆发之后,灭菌器变得更加难以获取。1941年,孙吉洪在《中国季刊》(The China Quarterly)发表文章讨论中国战时的卫生事业。他承认,以中国现在的工业发展水平而言,很多医疗器械,包括显微镜、高压蒸汽灭菌器等都是无法制造的,必须要从海外获得,但交通却并不方便。在这种情况下,严福庆和爱泼斯坦都观察到,战时前线和后方的医院很多时候不得不依赖于当地的工匠用土法制作类似的消毒器和高压灭菌器。随着抗日战争结束,社会秩序得到了恢复,高压灭菌器在医院更加普及。比如,1946年,复员后的南京中央医院购置了新的仪器,其中就有高压消毒器。1949年5月,武汉解放时,虽然各医疗机构中的仪器很多被运走、盗卖和破坏,但仍剩下22台高压消毒器和17台普通蒸汽消毒器,比抗战爆发前增加了数倍。
但另一方面,尽管高压灭菌器作为必备设备逐渐在医院中普及,大学的相关实验室似乎并未在此类设备的购置上跟上医院的步伐,甚至最应当有此类设备的生物学系也是如此。1930年2月,植物生理学家罗宗洛抵达国立中山大学生物学系,他发现这个系没有一间实验室,图书不全,仪器更是阙如,仅有解剖使用的剪刀和刀子。罗宗洛到校半年之后,才设法买到一台旧式蒸汽灭菌器。即使该校在1933年改善了设备,拥有显微镜和切片机,仍然没有高压灭菌器。之后,罗宗洛辗转到中央大学任教,但中央大学的仪器设备也不敷使用。罗宗洛设法向校长罗家伦申请了大约1万美元用于添置仪器和试剂,才终于为中央大学的生物学系添置了高温灭菌器、恒温箱等设备。
当时的顶尖国立大学尚且如此,遑论其他学校。即使是在民国时代以经费充裕著称、在生物学研究领域占据领先地位的清华大学也并没有多少相关设备。清华大学生物学系成立于1926年,但早期经费、人员和仪器都不足。1929年生物学馆落成之后,仪器设备也差强人意。1931年,生物学系的仪器有恒温箱、显微镜、照相机等,但是并没有高压灭菌器。一直到1936年,系主任陈桢才报告有一台高压蒸汽灭菌器。
在生物学系之外,别的实验室,尤其是卫生工程实验室也开始购置有此类仪器。比如,1930年,交通大学唐山土木工程学院开始筹备建立卫生工程实验室,托礼和洋行从德国代购一批卫生工程实验仪器,价值千余元洋元,其中就有两种杀菌器:热气杀菌箱一具预算二百九十元;高压杀菌箱一具价值四百八十元,热度可达138摄氏度。这些设备于次年到校。同样,在20世纪30年代,清华大学的土木工程系也开始购入此类设备,博物馆现藏这台高压灭菌器就是土木工程系卫生工程实验室的遗产。
五、清华大学的高压灭菌器
清华大学科学博物馆馆藏的这台高压灭菌器为环境学院捐赠,但它的历史与清华土木工程系息息相关。清华大学土木工程肇始于1926年组建的工程学系,至1929年开始专办土木工程学系。1931年,陶葆楷受聘执教于土木工程学系,推动了清华卫生工程的发展。陶葆楷是中国土木工程和环境工程教育家和奠基人,1906年出生于江苏无锡,1920年考入清华学校,1926年毕业赴美,获哈佛大学卫生工程硕士学位后到德国柏林工业大学研修,1931年回国之后便到清华大学任教。在他的推动下,清华土木系与美国洛氏基金会合作在北平市东城区卫生事务所设立了环境卫生实验区,并在1933年建成了卫生工程实验室。这个实验室在当时国内领先,并且与美国的实验条件水平相当。根据1934年的统计,卫生工程试验室已经初具规模,所装备之仪器达到数十件,其中就包括一个“杀菌器”,其备注云:“pressure steam, gas heating, double wall.” 可见,这台杀菌器就是高压蒸汽灭菌器。但这并非现存的这台灭菌器。
抗战之中,清华南迁,西南联大工学院虽然有市政及卫生工程组,但是相关的试验并未开展。陶葆楷于1938—1940年任西南联大土木工程系教授,1940年—1946年任系主任。据其回忆,土木工程系仅有测量仪器室、水力实验室和材料试验室等,卫生工程实验室并未建立。1945年抗战胜利,清华大学于1946年到北平复员,陶葆楷任土木工程系系主任兼工学院院长,又开始着力建设卫生工程实验室。由于得到工学院的拨款,实验室得以购买一批新的仪器。清华大学环境科学院退休教授李国鼎在当时承担建设市政及卫生工程实验室的具体任务。据他回忆,陶葆楷利用这笔资金添置了恒温箱、细菌培养箱以及高温灭菌器等设备。这台高温灭菌器就是现在作为清华大学科学博物馆的藏品的布兰霍尔高温蒸汽灭菌器。1947年7月,李国鼎从清华大学毕业之后进入实验室工作,整理了实验室旧有和新购置的仪器。当时的课程“卫生工程实验”分为“物化”和“生化”两部分,由李国鼎负责;如果李国鼎的确是整理这批仪器的经手人,那极有可能灭菌器上的“生化2-3-6”字样便是他写上以区分两类实验仪器。不过遗憾的是,李国鼎已于2018年去世,其中的具体细节已经无法向其印证。
陶葆楷于1948年离开清华到哈佛大学做研究,之后辗转台湾、华南和北京大学任教,至1951年才重返清华。在他的领导下,清华土木工程持续发展,他所购置的用于卫生工程实验的仪器也一直在使用。清华大学环境学院蒋展鹏教授1955年考入清华大学土木工程系,1961年毕业留校任教,做“水化学与水微生物学”课程助教,并协助管理给排水实验室。据他回忆,当时实验室的仪器设备条件简陋,靠“手动摇摆天平”和“目视比色比浊”。但是,蒋展鹏回忆,“实验室有两件‘宝贝’:高压灭菌器和20摄氏度培养箱却很引人为羡。”据他所言,这两件仪器在当时相关院校和科研机构中十分稀罕,对清华教学质量和科研水平的提高起到了很大作用。但是,蒋展鹏并不清楚这两台设备的来源,他以为这是陶葆楷从美国带回来的。事实上,陶葆楷1948年出国后辗转多地,不可能随身携带这两件设备。
20世纪初的作者在谈到不同种类蒸汽灭菌器的时候,认为布兰霍尔的产品优点就是构造简单、不易损坏。的确,清华大学这台灭菌器,购买于1946年左右,使用数十年,见证了清华院系的更迭和调整,最终由1984年成立的环境工程系继承,一直使用到1990年。清华大学环境学院教授解跃峰1986—1989年在清华大学环境工程系攻读博士学位,研究医院废水处理。据他回忆,直到他毕业,这仍是整个实验室里唯一的一台灭菌器,偶尔用于本科生的微生物实验。他这样的研究生则是几乎每周都要用,当时从事微生物研究的学生也不多,仪器主要由他使用。1986年的某天,他开始实验时发现用于产生蒸汽的水已经烧干了。由于怀疑是自己前一天实验后忘关仪器,他还写了一篇检查。后来为了维修,他将仪器拆开,发现铜制电阻丝由于长时间使用已经被腐蚀,便骑车进城,前往前门附近的五金店购买零件。买回后才发现仪器需要使用英制电阻丝,我国出售的电阻丝无法搭配,最终请来专业的电工师傅帮忙,才修好了仪器。这台仪器正常工作至解跃峰毕业后,不久(约1990年)又因锅盖漏气而不能继续使用,最终报废。这台灭菌器报废之后,一直保存在环境工程系和环境学院。直到清华大学科学博物馆开始筹备,这台灭菌器才最终于2018年12月被收入博物馆馆藏,变成一件科学藏品,重获生命。
六、结语
这台高压灭菌器于2019年4月在清华大学108年校庆期间展出。作为一件在展览中出现的历史遗物,它能为观众讲述近代中国和清华大学自强和奋斗的历史:在数十年的生命周期中,它见证的是科学研究领域筚路蓝缕的开创,也是外寇荼毒之后一代学人面对战争疮痍重整河山的决心,更反映了新中国成立后自力更生、艰苦奋斗的精神。
但对一件具体的科学仪器而言,宏大的民族和国家叙事并不构成它的全部意义。首先,本文的历史回顾证明,灭菌器的发明和演化自有其脉络。它的发展与科学发现相关,但是也与技术、生产和商业相关。透过这个灭菌器,我们得以窥视早期细菌学说和灭菌方法在社会不同情境下的争论、传播和使用,同时也能够了解它作为一件工业产品和商品,如何进入市场并被消费者接受。在这方面,布兰霍尔的灭菌器提供了一个绝佳的例子:它在灭菌原理和技术上继承了19世纪末巴斯德和钱伯兰的灭菌方法,改进了设计和造型,并且通过公司早期的商业联系和技术基础进入灭菌器市场,成为20世纪上半叶美国最成功的灭菌器产品之一。它的影响力不但遍及美国,甚至远达中国:20世纪20年代的福康医院和40年代的清华大学都采购了这一产品。另一方面,科学仪器在维修和使用中往往也会显露它的本质及其与制造者、使用者的关系。在具体情境中,我们可以看到清华大学的这台灭菌器在与人的互动中作为一件器物的日常的和物质性的意义。它被购买、被搬运、被编号、被使用、被修理、被报废——从这个层面而言,它身上的销售铭牌、手书的“生化2-3-6”、解跃峰加上的电阻丝以及最后漏气的锅盖共同塑造了这台灭菌器的“物的生命史”(biographies of things),将它从一件产品和商品真正变成了实验室中的科学仪器。
在历史的阐释之外,这台高压灭菌器在国内博物馆藏品中也应有其地位。通过介绍和追溯这台高压灭菌器的历史,本文希望能够提醒科学史界与博物馆界重视相关或类似设备和仪器的收藏和研究。高压灭菌器是医学、科学和工业中的重要设备,它们也因此被广泛收藏于北美和欧洲的科学博物馆、历史博物馆以及工业遗产地等机构。比如,美国国家博物馆就收藏了数台不同年代的高压灭菌器,其中一台是由密歇根大学医学院细菌学系捐赠的钱伯兰式高压灭菌器;同样,位于伦敦的科学博物馆也收藏了来源于19和20世纪用于医疗、化学和生物学研究的普通蒸汽灭菌器和高压灭菌器数台;位于加拿大多伦多的国家历史遗存古酿酒厂区(TheDistillery District)保存了自维多利亚时代以来的建筑和设备,其中就包括一台由布兰霍尔公司生产的高压灭菌器(见图5)。与此形成鲜明对比的是国内的情形。虽然如今科学博物馆与自然博物馆事业在国内方兴未艾,但灭菌器仍然未广泛进入博物馆的馆藏。

如前文所言,至少从20世纪20年代开始,高压灭菌器就开始在国内的医疗和科研机构运用并被珍视。了解、收藏并介绍它们不但能勾勒灭菌方法和设备的历史,更能够揭示它们与近代中国经济、社会和科学的发展之间的勾连。从这个意义上而言,清华大学收藏的这台高压灭菌器是一个范例:它从形制和生产厂商上是20世纪早期的典型产品,可与世界范围内其他博物馆的藏品相互呼应;与此同时,它是国内现存较早的高压灭菌器,在清华大学也经数代学人使用数十年,能够揭示民国以来清华大学乃至全国卫生工程和环境科学研究的发展史。

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