СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ ПРЕДМЕТОВ В УПАКОВКАХ Российский патент 1995 года по МПК A61L2/14 

Изобретение относится к технике стерилизации и может быть использовано в медицине, микробиологии и других отраслях народного хозяйства, связанных с необходимостью стерилизации различных предметов.

Известен способ стерилизации изделий и материалов (патент СССР N 4914702/13, положительное решение ВНИИГПЭ по заявке от 3.01.92), в соответствии с которым стерилизуемый предмет помещается в сосуд, охваченный электродами, из него откачивается воздух и посредством высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого между электродами, в сосуде возбуждается газоразрядная плазма, обрабатывающая находящийся в сосуде предмет.

Недостатками данного способа являются низкая производительность и необходимость нахождения соответствующего устройства стерилизации непосредственно на месте использования стерильных предметов. В противном случае требуется перегрузка обработанных предметов в стерильную упаковку в стерильных условиях. Это повышает вероятность заражения обработанных предметов и снижает оперативность процесса.

Отмеченных недостатков лишен способ стерилизации предметов в упаковках [1] которые выполнены из пористого материала и загружаются в плазменный реактор, где с помощью электродов наводится высокочастотное электромагнитное поле, индуцирующее в реакторе газоразрядную плазму. Активные компоненты плазмы проникают сквозь пористый материал упаковок к поверхностям вложенных в них предметов и оказывают губительное влияние на микробиологические объекты.

Недостатками этого способа являются следующие: использование дополнительного газа; необходимость индивидуальной, обязательно пористой, упаковки для каждого предмета, что не всегда является целесообразным; наличие у предмета плоской поверхности; относительно большое время стерилизации, для кислородной плазмы превышающее 30 мин.

Перечисленные недостатки обусловлены прежде всего тем, что упаковки плотно охватывают вложенные в них предметы, и плазма может индуцироваться только вне упаковок в незанятом ими пространстве реактора. В результате поверхности обрабатываемых предметов подвергаются воздействию незначительного числа наиболее активных частиц, прошедших сквозь пористую упаковку и потерявших часть своей энергии. Для обеспечения доступа плазменным компонентам ко всем частям поверхности упаковок накладываются ограничения на форму предметов и характер заполнения упаковками плазменного реактора.

Целью изобретения является упрощение процедуры стерилизации предметов в упаковках, связанное с отказом от применения дополнительных газов, уменьшение времени стерилизации, снятие ограничений на форму обрабатываемых предметов и расширение номенклатуры используемых упаковок.

Это достигается тем, что подлежащие стерилизации предметы загружают в вакуумируемые упаковки, запечатывают их и выдерживают под воздействием переменного электромагнитного поля. Но в отличие от прототипа упаковки заполняют предметами частично, не более половины объема каждой упаковки, и выдерживают в переменном электромагнитном поле, индуцирующем газоразрядную плазму внутри упаковок.

Другие отличия заключаются в том, что во время выдержки упаковок в электромагнитном поле обеспечивают перемещение предметов относительно их стенок и друг друга; при использовании герметизируемых упаковок их после загрузки предметами вакуумируют и герметично запечатывают; при использовании газопроницаемых упаковок их после загрузки предметами и запечатывания размещают в вакуумной камере, где создают требуемое разрежение воздуха и переменное электромагнитное поле.

Благодаря частичному заполнению упаковок внутри них индуцируется газоразрядная плазма, все активные компоненты которой (возбужденные атомы и молекулы, электроны и ионы) непосредственно воздействуют на поверхности обрабатываемых предметов и обеспечивают существенно большую эффективность процесса стерилизации по сравнению с прототипом. В результате не требуются дополнительные газы или агрессивные среды, и обработка предметов происходит только в присутствии в упаковках незначительного количества остаточного воздуха.

В предлагаемом способе возможна загрузка в упаковки по несколько предметов произвольной формы. Чтобы обеспечить высокую вероятность стерилизации всех поверхностей предметов при малом времени обработки необходимо обеспечить взаимное перемещение (перемешивание) предметов внутри упаковок, устраняющее существование на предметах участков поверхности, постоянно "затененных" от воздействия плазмы.

Допустимая степень заполнения упаковок определяется конфигурацией упаковок и предметов, их материалом и количеством предметов в одной упаковке. Проведенные автором эксперименты с металлическими предметами, загружаемыми в стеклянные стандартные пробирки, показали, что при заполнении ими до половины объема последних в оставшейся его части обеспечивается устойчивое индуцирование плазмы. В случае реализации конкретного стерилизатора целесообразно с учетом его технических особенностей экспериментально уточнить допустимую степень заполнения упаковок для используемых групп предметов и упаковок.

Возможность стерилизации в упаковках различных типов обусловлена тем, что газоразрядная плазма индуцируется внутри упаковок и непосредственно воздействует на обрабатываемые предметы. Поэтому основные требования к упаковкам сводятся к тому, чтобы они были прозрачными для электромагнитного поля и являлись микробиологическим фильтром, препятствующим проникновению микроорганизмов внутрь упаковок.

Необходимо заметить, что предварительная стерилизация упаковок перед загрузкой в них предметов не требуется, так как в процессе индуцирования газоразрядной плазмы стерилизуются не только вложенные предметы, но и внутренние поверхности самих упаковок.

Использование герметизируемых упаковок обеспечивает долговременное хранение в них стерильных предметов и позволяет легко автоматизировать процесс стерилизации различных предметов в заводских условиях. Примером реализации такого процесса может служить стерилизация предметов на конвейере в термопластичных ампулах, которые после загрузки подвергаются откачке и запечатыванию путем отпайки или термокомпрессии. Затем вакуумированные ампулы, двигаясь по транспортеру, проходят зону действия электромагнитного поля, где в них индуцируется газоразрядная плазма, а ампулы подвергаются вибрации или встряхиванию.

Электромагнитное поле легко может быть создано системой электродов или с помощью объемного резонатора на СВЧ.

Применение газопроницаемых упаковок делает предлагаемый способ более универсальным. В этом случае тоже обеспечивается долговременное хранение стерильных предметов (например, при использовании пористых упаковок, как в прототипе), а также возможна стерилизация в оперативных условиях при многократном использовании предметов.

В последнем случае удобно применять диэлектрические сосуды, в которые загружают требующие обработки предметы и затем закупоривают (запечатывают) их газопроницаемой пробкой, являющейся одновременно и микробиологическим фильтром. Для вакуумирования упаковок и индуцирования в них плазмы, упаковки помещают в вакуумную камеру, являющуюся одновременно и индуктором электромагнитного поля. Откачка воздуха из упаковок осуществляется через газопроницаемые пробки, либо стенки сосудов, если они тоже газопроницаемы, путем откачки воздуха из вакуумной камеры. Необходимо заметить, что целесообразно заполнять упаковками все свободное пространство камеры для предотвращения генерации плазмы вне упаковок. В противном случае эффективность использования источника электромагнитных колебаний уменьшается.

Из патентной информации и экспериментальных исследований следует, что частота электромагнитных колебаний не оказывает практического влияния на вероятность выживания микробиологических объектов на обрабатываемых предметах. Эффект стерилизации получен в области от низких до сверхвысоких частот. Поэтому предлагаемый способ можно реализовать с источником электромагнитных колебаний, работающим на любой приемлемой частоте. В этой связи при выборе рабочей частоты целесообразно руководствоваться эксплуатационными и конструктивными особенностями всего устройства, а также частотами, отведенными для промышленных, медицинских и других установок.

Остаточное давление газа, по-видимому, также нельзя считать критерием эффективности воздействия плазмы на микроорганизмы. Согласно патентной информации стерилизация плазмой тлеющего разряда наблюдается в интервале давлений газа 10.0,01 мм рт.ст. что говорит скорее всего с наибольшей технической простоте получения газоразрядной плазмы в указанном интервале давлений для применяемых объемов камер и сосудов. Этот же вывод подтверждается законом Пашена, из которого минимум электрического потенциала для создания тлеющего разряда в воздухе получается при p ˙ d ≈ 1, где p давление воздуха, мм рт.ст. d расстояние между возбуждающими электродами, см. При безэлектродном индуцировании разряда в упаковках величина d определяется как расстояние между стенками упаковки, измеренное вдоль линии напряженности электрического поля, пронизывающего упаковку. В результате, для приемлемых размеров упаковок, лежащих в интервале значений 1.50 см, получают область оптимального остаточного давления воздуха 1.0,02 мм рт.ст.

Достоверно установленным фактором, определяющим вероятность выживания микроорганизмов, является мощность, вкладываемая от источника электромагнитных колебаний в индуцируемую газоразрядную плазму. Очевидно, что с увеличением вкладываемой мощности уменьшается вероятность выживания микроорганизмов, и может быть сокращено время обработки.

Проведенные эксперименты с тест-образцами, обработанными в стеклянных пробирках, показали, что при удельной объемной мощности 0,1.1 Вт/см³ обеспечивается практически полная гибель микроорганизмов за несколько минут воздействия на стекле, металле, батисте и других материалах без использования дополнительных газов при остаточном давлении воздуха 0,1.0,05 мм рт. ст. В лабораторных условиях экспериментально подтверждена возможность возбуждения газоразрядной плазмы одновременно в шести и двенадцати стандартных пробирках, загруженных предметами и закупоренных ватными тампонами. Вакуумирование и индуцирование газового разряда в пробирках производилось после их размещения в вакуумных камерах различной конфигурации, где с помощью системы электродов создавалось высокочастотное электромагнитное поле, действующее одновременно на все пробирки.

Использование: в медицине, микробиологии и других отраслях промышленности, в частности, для стерилизации низкотемпературной плазмой. Сущность изобретения: способ стерилизации предметов в упаковках включает размещение предметов в упаковке не более чем на половину ее обьема и выдержку ее в электромагнитном поле с индуцированием газоразрядной плазмы внутри упаковки. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ ПРЕДМЕТОВ В УПАКОВКАХ, включающий размещение предметов в упаковке и выдержку последних в электромагнитном поле, индуцирующем газоразрядную плазму, отличающийся тем, что используют упаковки, прозрачные для электромагнитного излучения, а размещают предметы в упаковке не более чем на половину ее объема, что обеспечивает индуцирование плазмы внутри ее. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время индуцирования плазмы обеспечивают перемещение предметов относительно друг друга и стенок упаковки.