СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2003 года по МПК A61L2/10 A61L2/14 

Изобретение относится к технике и технологии стерилизации материалов и предметов с использованием плазмы, то есть ионизированного газа, и ультрафиолетового излучения.

Уровень техники данной области характеризует реактор дистанционного воздействия RER MOD V (US), который представляет собой сообщающиеся между собой посредством замкнутой системы циркуляции транспортирующего воздуха камеру стерилизации, где помещают обрабатываемые объекты, и высокочастотный (f= 1,6-4,0 кГц) плазменный генератор (см. TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, vol. 28, N0.1 February 2000, "An Overview of Research Using the One Atmosphere Uniform Glow Discharge Plasma of Sleri1izalion of Surfaces and Materials" Thomas C. Montie, Kimberly Ketly - Wintenbers, and J.Reese Rohh, IEEE).

В воздухе, который проходит но лабиринтным панелям генератора плазмы, в результате ионизации образуется озон, который транспортируется воздушным потоком в дистанцированную камеру стерилизации, где озоно-воздушной смесью проводят обеззараживание обрабатываемого объекта.

Недостатками этого способа являются большие материальные и энергетические затраты при низкой производительности, что ограничивает практическое использование в хозяйственном обороте.

Указанные недостатки устранены в способе стерилизации объектов, помещенных в камере, по изобретению RU 2040935, A 61 L 2/14, 1995 г., который по технической сущности и большинству совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога, содержащем их обдув смесью воздуха с атомарным и молекулярным кислородом в возбужденном состоянии, получаемым посредством ультрафиолетового облучения из образующегося при импульсном искровом разряде озона.

В нагнетаемом в озонатор атмосферном воздухе, который проходит через факельный электрический разряд напряжением 220 В с промышленной частотой 50 Гц, образуется озон. Далее озоно-воздушную смесь подают в камеру стерилизации, к помещенному объекту обработки, где на озон воздействуют квантами ультрафиолетового света для его разложения на атомарный и молекулярный кислород.

Полученные при распаде озона и имеющиеся в воздухе молекулы кислорода не только переходят в возбужденное состояние, но и диссоциируют на атомы, которые затем также переходят в возбужденное состояние.

Возбужденные атомарный и молекулярный кислород являются очень активными окислителями и быстро уничтожают вредную микрофлору на поверхности обрабатываемого объекта (на два порядка быстрее озона).

При воздействии квантами ультрафиолетового света за несколько секунд практически весь озон диссоциирует на атомарный и молекулярный кислород в возбужденном состоянии, которые существует в течение долей секунды, поэтому их получают в непосредственной близости от поверхности обрабатываемого объекта.

Характерной особенностью способа является то, что обдув объекта производят непрерывно, а облучение периодически: в течение 2-5 с через 2-5 с. Это необходимо для того, чтобы в начале создать вокруг объекта смесь озона с воздухом, а затем ультрафиолетовым облучением практически мгновенно получить возбужденный атомарный и молекулярный кислород.

Далее использованную озоно-воздушную смесь заменяют на новую без воздействия ультрафиолетового облучения и вновь затем порцией ультрафиолетового облучения получают из озона вокруг объекта атомарный и молекулярный кислород для уничтожения жизнедеятельности микроорганизмов, бактерий, спор и т.п. на его поверхности.

К недостаткам известного способа можно отнести следующие.

Низкая концентрация активных частиц, которые генерируются в отдельном устройстве, отстоящем на дистанции от камеры стерилизации, в транспортируемой к обрабатываемому объекту озоно-воздушной смеси, предопределяет дискретность рабочего процесса, что снижает производительность и эффективность стерилизации.

Выброс в рабочее помещение возбужденных частиц атомарного и молекулярного кислорода из открытой камеры стерилизации создает предпосылки для накопления рекомбинированного из них озона в количестве, превышающем предельно допустимые нормы (0,1 мг/куб.м), что ограничивает промышленное использование способа.

Вынужденное дискретное облучение озоно-воздушной смеси ультрафиолетовым светом сопровождается сложным аппаратурным обеспечением синхронизации с искровыми разрядами для полного разрушения озона в непосредственной близости от обрабатываемой поверхности.

Технической задачей, положенной в основу настоящего изобретения, является разработка способа стерилизации объектов для промышленного использования, высокопроизводительного, эффективного и безопасного.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе стерилизации объектов, предусматривающем помещение их в камеру, обдув смесью воздуха с атомарным и молекулярным кислородом в возбужденном состоянии, полученным посредством ультрафиолетового облучения озона, образующегося при импульсном искровом разряде, согласно изобретению импульсный искровой разряд получают непосредственно в замкнутом объеме камеры стерилизации, а ультрафиолетовое облучение осуществляют непрерывно и направляют его на разрядник, при этом последний за 2 минуты до окончания обработки отключают, причем импульс тока искрового разряда формируют с фронтом 0,1-0,2 от общей его длительности.

Получение искровых импульсных разрядов, генерирующих озон, непосредственно в замкнутом объеме камеры стерилизации повышает концентрацию активных частиц в рабочей газовой смеси, которые образуются непрерывно непосредственно у обрабатываемой поверхности, что повышает производительность и эффективность стерилизации.

При этом на объект воздействует электромагнитное поле, создающее вблизи поверхности обрабатываемого объекта высокую напряженность (около 10 кВ/кв. см), что обеспечивает дополнительный бактерицидный эффект.

Обработка в замкнутом объеме камеры и отключение разрядника за 2 минуты до окончания обработки, исходя из того, что время жизни самых активных частиц разряда составляет 110 с, обеспечивает полную экологическую безопасность при выводе отработавшей газовой смеси в атмосферу.

Непрерывное ультрафиолетовое облучение принудительно циркулирующей в замкнутой камере стерилизации озоно-воздушной смеси повышенного объема интенсифицирует полное радиационное разрушение молекул озона непосредственно у объекта обработки, а при отключении разрядника завершает бактерицидную обработку его поверхности.

Будучи частично направленным на искровой разрядник, ультрафиолетовое облучение ионизирует воздух в межэлектродном пространстве, чем стабилизирует условия зажигания искрового импульсного разряда и уменьшает величину пробивного напряжения, в совокупности с формированием крутого фронта импульса разряда (0,1-0,2 от общей его длительности), обеспечившим снижение энергозатрат.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть получен эффект суммы, а не сумма эффектов.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом, где схематично изображена установка для стерилизации.

Устройство представляет собой герметично закрываемую рабочую камеру 1, в которой последовательно смонтированы вентилятор 2, электроды 3, электрически связанные с импульсным источником 4 высокого напряжения (U=30 кВ, f=20 Гц), и кварцевые лампы 5 в качестве источника квантов света с пиковой мощностью на длине волны λ=240-280 нм (ультрафиолетового диапазона). Между лампами 5, в непосредственной близости от электродов 3, установлены поворотные полки 6 под обрабатываемые объекты. Лампы 5 частично направлены на электроды 3.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В рабочей камере 1 на полках 6 размещают стерилизуемые объекты, после чего камеру 1 герметично закрывают и включают вентилятор 2, кварцевые лампы 5 и источник 4 высокого напряжения, который на электроды 3 подает высоковольтное импульсное напряжение с амплитудой 30 кВ и частотой следования импульсов 20 Гц.

При этом формируют импульсы с крутым фронтом: высоковольтная часть (0,1-0,2 от длительности импульса) для поджига разряда и далее низковольтная часть, развивающая разряд. Импульсы такого вида позволяют получать высокую удельную концентрацию активных частиц в объеме камеры 1 стерилизации.

После заданного времени обработки источник 4 отключают, снимая напряжение на электродах 3, и выдерживают объекты в камере 1 под ультрафиолетовым облучением ламп 5 при циркуляции рабочей газовой смеси в течение 2 минут до полного разложения озона и химической рекомбинации активных частиц.

Затем камеру 1 открывают и извлекают обработанные объекты.

Пример 1. В камеру 1 помещали силиконовые трубки, инфицированные жизнеспособными спорами Escherichia coli, Staphilococcus aureus, Pseudomas aeryginose, Стерилизацию этих объектов осуществляли в течение 15 мин. Качество стерилизации определяли концентрацией жизнеспособных спор путем экстракции в ростовую среду. Высев из полученного объема суспензии показал практически полную их инактивацию.

Пример 2. В камеру 1 помещали два биологических индикатора, один содержал споры Bacillus licheniformis, другой - Bacillus stearothermophilus. Проводили стерилизацию в разных режимах (см. таблицу), изменяя частоту следования импульсов искрового разряда - f, межэлектродные промежутки (катод-анод) - r, мощность ультрафиолетового облучения - УФ и общее время стерилизации - t.

Для стерилизации использовали отдельные носители с биологическими индикаторами (флакон со спорами Bacillus licheniformis и пробирка Эппендорфа со спорами Bacillus stearothermophilus).

После стерилизации каждый носитель закрывали пробкой и доставляли для последующей инкубации. В бактериологической лаборатории с помощью стерильного шприца вносили по 1 мл цветной питательной среды во флакон и по 0,5 мл в пробирку Эппендорфа в каждый носитель, начиная с подвергнутых стерилизации и заканчивая контрольными.

В качестве контроля использовали биологический индикатор, не подвергавшийся стерилизации. Для контроля питательной среды использовали стерильный флакон и стерильную пробирку Эппендорфа.

Далее осуществляли инкубацию в термостате при 37 градусах С для спор Bacillus licheniformis и при 55 градусах С для спор Bacillus stearothermophilus в течение 48 часов.

После термостатирования учитывали результат стерилизации, принимая во внимание, что учет результатов возможен лишь при условии изменения цвета питательной среды в индикаторе биологическом, не подвергавшемся стерилизации, на желтый, а в стерильном носителе останется без изменения - зеленым (Васillus licheniformis) или сиреневый (Bacillus stearothermophilus).

Основанием для оценки эффективности стерилизации служило изменение цвета питательной среды. Удовлетворительным результатом считалось неизменение цвета питательной среды (зеленого или сиреневого).

В результате стерилизации по предложенному способу цвет питательной среды не изменился, что подтверждает эффективность стерилизации.

Нестабильность результата стерилизации при испытаниях обеих культур на приведенных в таблице режимах зафиксирована в одном случае при длительности обработки 5 минут второй культуры.

Испытания подтвердили состоятельность предложенного способа по практическому использованию в медицине для стерилизации инструмента, материалов, для обеззараживания механизмов, приборов после контакта с вредными веществами, стерилизации посуды, упаковки, емкостей в пищевой промышленности, материалов высокой технологии, в сельском хозяйстве для обеззараживания при хранении продуктов питания и т.п.

Сопоставительный анализ предложенного способа с выявленными аналогами уровня техники показал, что он неизвестен и явным образом не следует для специалистов отрасли, способ стерилизации может быть промышленно реализован в простой и надежной установке, то есть можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение предназначено для использования в стерилизации материалов и предметов с использованием ионизированного газа и ультрафиолетового излучения. Способ стерилизации объектов предусматривает помещение объектов в камеру и их обдув смесью воздуха с автомарным и молекулярным кислородом в возбужденном состоянии. Последний получают посредством ультрафиолетового облучения из образующегося при искровом разряде озона. Импульсный искровой разряд получают непосредственно в замкнутом объеме камеры стерилизации. Непрерывное ультрафиолетовое облучение дополнительно направляют на искровой разрядник. За 2 мин до окончания обработки разрядник отключают. Импульс тока искрового разряда формируют с фронтом 0,1-0,2 от общей его длительности. Изобретение обеспечивает повышение производительности и эффективность стерилизации различных объектов в условиях промышленной технологии, экологическую безопасность способа со стабильными условиями возбуждения плазмы при общем снижении энергозатрат на обработку предметов и материалов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. , 1 табл.

1. Способ стерилизации объектов, предусматривающий помещение их в камеру, обдув смесью воздуха с атомарным и молекулярным кислородом в возбужденном состоянии, полученным посредством ультрафиолетового облучения озона, образующегося при импульсном искровом разряде, отличающийся тем, что импульсный искровой разряд получают непосредственно в замкнутом объеме камеры стерилизации, а ультрафиолетовое облучение осуществляют непрерывно и направляют его на искровой разрядник, при этом последний за 2 мин до окончания обработки отключают. 2. Способ стерилизации объектов по п.1, отличающийся тем, что импульс тока искрового разряда формируют с фронтом 0,1-0,2 от общей его длительности.