СПОСОБ АЭРОЗОЛЬНОЙ АНТИМИКРОБНОЙ ОБРАБОТКИ (СААО) Российский патент 2004 года по МПК A61L2/03 A61L2/22 A61L9/14 

Изобретение относится к области медицины, ветеринарии, микробиологии, экологии и может быть использовано в различных сферах деятельности человека: здравоохранении, сельском хозяйстве, пищевой и перерабатывающей промышленности, транспорте, городском хозяйстве; при чрезвычайных ситуациях - практически везде, где требуется биологическая защита человека и окружающей его среды.

Известны химические методы обеззараживания, основанные на применении традиционных биоцидных химических веществ (формальдегида, щелочного глутарового альдегида, солей ди- и трихлоризациануровой кислот, четвертичных аммониевых оснований, надуксусной кислоты, пероксида водорода, озона, фенольных, крезольных, иодоформных растворов, паров антисептиков и др.).

Недостатком химических методов воздействия является загрязнение обрабатываемых объектов остатками токсичных веществ, удаление которых требует дополнительных мер. Вместе с тем эти методы не являются экологически чистыми, поскольку сопряжены с применением медленно деградирующих во внешней среде химических агентов, одинаково вредных для всех форм белковой жизни - от бактерий до человека. Кроме того, после использования по назначению биоцидные растворы (а тем более аэрозоли) попадают различными путями в окружающую среду, загрязняя ее.

Известны способы обработки (дезинфекции), в которых в качестве дезинфектанта используется водный солевой раствор, обработанный в анодной зоне диафрагменного электролизера (анолит) - АС РФ № 1341743, 1437400, 1534772, 1677891 и т.д.

Однако недостатками вышеперечисленных способов являются низкая эффективность и степень надежности при дезинфекции труднодоступных мест, значительный расход дезинфектанта (анолита), что существенно увеличивает себестоимость дезинфекции. К тому же использование водного раствора дезинфектанта (анолита) значительно ограничивает области использования вышеперечисленных способов.

Известен способ стерилизации объектов медицинского назначения (см. патент РФ № 2008923), в котором суммарный эффект стерилизации (дезинфекции) достигается благодаря предварительной обработке объектов (предметов, материалов) в активной среде, содержащей кислоты низших степеней окисления с кислотностью рН 1-3, в течение 5-40 мин., полученные обработкой водных растворов солей, например поваренной соли с концентрацией 0,01-0,5 мас.%, в анодной зоне диафрагменного электролизера (анолит) с последующей обработкой объектов в газоразрядной плазме тлеющего разряда в течение 1-30 мин при удельной объемной мощности разряда 0,01-0,8 Вт/см³.

Недостатки данного способа - невозможность его использования для дезинфекции труднодоступных мест, сложность аппаратурного оформления из-за наличия в способе плазменной обработки - наличия как стерилизационной камеры (предварительная обработка), так и плазменной камеры, что значительно сужает круг (области применения) решаемых задач по дезинфекции (стерилизации) различных объектов - предметов, материалов, помещений.

Кроме того, необходимо обратить внимание, что даже в представленной таблице (см патент РФ № 2008923 - см. опыт 5 таблицы опытов - ТО) применение плазменной обработки по полной программе (30 мин) не приводит к высокой степени дезинфекции (стерилизации), если время предварительной обработки незначительно (1-5 мин), в то время как при увеличении времени предварительной обработки (см. опыт 6 ТО - до 4·10^-4, см. опыт 7 ТО до 1,5·10^-6) степень суммарной дезинфекции(стерилизации) значительно увеличивается. И как видно из таблицы опытов (см патент РФ №2008923), в первую очередь это достигается за счет проведения оптимальной по времени предварительной обработки анолитом.

Наиболее близким по технической сущности является способ дезинфекции помещений (см. патент РФ № 2148414 от 10.05.2000), включающий заполнение помещения аэрозолем, полученным путем распыления дезинфицирующего вещества, в качестве которого используют нейтральный анолит с рН 7,0-8,2 и значением окислительно-восстановительного потенциала от плюс 400 до плюс 1000 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, полученный с использованием последовательной обработки раствора хлорида щелочного металла в анодной и катодной камерах диафрагменной электрохимической ячейки при поддержании объемного расхода потока через анодную камеру на уровне 0,999-0,5 объемного расхода протока через катодную камеру, распыление ведут механическим дроблением нейтрального анолита, без смешивания его с воздухом до достижения дисперсности аэрозоля 5-50 мкм, причем распыление ведут не позже через 30 минут после получения нейтрального анолита, причем используют раствор хлорида натрия концентрацией 0,5-5,0 г/литр, при этом распыление ведут в нормальных климатических условиях в режиме массовой концентрации аэрозоля 50-100 мг/м³, причем механическое дробление нейтрального анолита осуществляют высокоскоростным вращением диска аэрозольного генератора со скоростью не менее 20000 об/мин.

Основные недостатки данного способа:

- узкий спектр характеристик рН и ОВП (окислительно-восстановительный потенциал) применяемых растворов, степень дисперсности;

- длительное время экспозиции (30 мин);

- пониженная экологическая чистота после обработки объектов в первую очередь за счет отсутствия компенсационного цикла обработки, сглаживающего и смягчающего воздействия активных оксидантов, например дополнительной обработки католитом.

И, как следствие вышесказанного, ограниченность применения ЭХА растворов на различные группы микроорганизмов, а также ограниченность сферы использования (практически одна медицина) в первую очередь из-за узкого спектра характеристик рН и ОВП.

Таким образом, основным недостатком данного способа является ограниченный спектр значений ОВП от плюс 400 мВ до плюс 1000 мВ и рН в пределах 7,9-8,2 (т.е. нейтральный анолит). И это значительно снижает возможности в части более широкого его использования для обработки объектов, в микрофлоре которых присутствует более широкий спектр микроорганизмов.

ПРИМЕЧАНИЕ: Вышеперечисленные значения ОВП и далее по тексту описания и формулы изобретения даны относительно хлорсеребряного электрода (ХСЭ) в диафрагменном электролизере. При использовании других типов электродов значения ОВП должны быть скорректированы.

По данным исследований американского ученого Т.М. Лоттс (см. “Физико-химические аспекты биологического воздействия электрохимически активированной воды”, авторы Б.И. Леонов, В.И. Прилуцкий. М.: ВНИИИМТ, 1999, стр.25) микроорганизмы различных типов и групп живут и размножаются на питательных средах в определенном диапазоне величин ОВП и рН.

Изменяя характеристики раствора, применяя ЭХА раствор в широким диапазоне его характеристик ОВП и рН, мы в конечном итоге изменяем среду обитания микроорганизмов (условия их дыхания, питания и размножения), создаем среду - обстановку (условия) для их подавления.

Цель изобретения, его технический результат - повышение эффективности и экологической чистоты при проведении аэрозольной обработки с одновременным расширением функциональных возможностей - увеличением круга (перечня) объектов обработки и перечня нежелательных и вредных для человека микроорганизмов, с возможностью присутствия биологических объектов, в том числе и человека, в зоне обработки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дезинфекции помещений, включающем получение нейтрального анолита методом электрохимической активации хлорида щелочного металла последовательно в анодной и катодной камерах диафрагменного электролизера, последующую обработку объектов аэрозолью данного раствора, дополнительно вводится получение анолита с ОВП (окислительно-восстановительный потенциал) относительно хлорсеребряного электрода сравнения от плюс 200 мВ до плюс 1250 мВ и рН 1,8-8,2, при этом одновременно с получением анолита получают католит в катодной камере диафрагменного электролизера с ОВП относительно хлорсеребряного электрода сравнения от минус 300 мВ до минус 900 мВ и рН 8,2-12,9 и последовательно одним раствором за другим производят обработку объектов, причем распыление полученных в диафрагменном электролизере растворов производят в режиме массовой концентрации аэрозоля в пределах 5,0-700 мг/м³, с дисперсностью аэрозоля в пределах 2,0-100 мкм, причем температура аэрозоля должна быть выше температуры обрабатываемого объекта, при этом скорость частиц аэрозоля должна быть не менее 100 м/сек, а концентрация оксидантов в растворе должна находиться в пределах 200-600 мг/литр, при этом каждый раствор должен быть использован не позднее чем через 20 минут после его получения в диафрагменном электролизере.

Периодичность воздействия на обрабатываемые объекты по данной технологии и интервалы времени между каждым проведением обработки, а также выбор конкретных указанных характеристик как при получении растворов, так и при использовании растворов в фазе аэрозоля определяется количеством микроорганизмов (вирусов, бактерий и т.д.), с которыми ведется борьба. Количество микроорганизмов до и после проведения обработки определяется, например, по методикам, регламентированным "Инструкцией по определению бактерицидных свойств новых дезинфицирующих средств" МЗ № 739-68).

Сущность изобретения заключается

в направленном (в зависимости от микробиологической ситуации) изменении в самом широком диапазоне характеристик аэрозольной системы: параметров электроактивированных растворов (анолита, католита), параметров аэрозоля, процедур обработки, для эффективного подавления микрофлоры любой этиологии (бактериальной, вирусной, грибковой);

в возможности изменения направления воздействия: ни на человека, ни на животное, а на микрофлору.

Раствор анолита после проведения электрохимической активации обладает высокой бактерицидной активностью за счет появления высокоактивных биоцидных агентов. А в процессе распыления высокая скорость частиц аэрозоля обеспечивает быстрое заполнение обрабатываемого пространства, при этом за счет энергии частиц усиливается активность мицелл аэрозоля, что в конечном итоге повышает эффективность обработки. За счет этого происходит лакальное ослабление оболочек микроорганизмов, а затем за счет физико-химического воздействия биоцидных агентов аэрозоля происходит полное разрушение микроорганизмов и, следовательно, полное обеззараживание объекта.

Повышению эффективности и надежности предлагаемого способа также способствует выполнение следующих условий:

- скорость частиц аэрозоля должна быть не менее 100 м/сек;

- температура используемого для обработки аэрозоля должна быть выше температуры обрабатываемых объектов (его поверхности).

В прототипе для распыления используется специальный аэрозольный генератор, скорость вращения которого указана - не менее 20000 об/мин. Однако результаты испытаний показали, что нижний предел скорости частиц может быть установлен - 100 м/сек (не менее), что обеспечивает быстрое заполнение частицами аэрозоля объема обрабатываемого пространства и обеспечивает необходимую энергетику частиц аэрозоля. Т.е. для дисковых эрозольных распылителей (с радиусом 0,1 м) эта скорость может быть уменьшена до 10000 об/мин. При этом для распыления растворов может быть выбран не только и необязательно высокоскоростной дисковый аэрозольный генератор. Это может быть обеспечено и с помощью других типов распылителей, например с использованием насосов высокого давления, обеспечивающих требуемую скорость частиц аэрозоля для обрабатываемых объектов.

Требование повышенной температуры частиц аэрозоля относительно температуры обрабатываемого объекта повышает эффективность и надежность процесса обработки по очевидной причине - степень активности частиц аэрозоля выше активности частиц микроорганизмов, температура которых определяется температурой объектов, в которых или у которых эти микроорганизмы находятся, тем самым это априори создает более благоприятные возможности для усиления воздействия частиц аэрозоля на микроорганизмы.

Кроме того, сокращение времени по использованию аэрозоля после получения ЭХА раствора (не более 20 мин) в диафрагменном электролизере приводит к повышению эффективности использования предлагаемого способа. Так как практика показала, что увеличение времени неиспользования ЭХА раствора после его получения - более чем 20 мин приводит к снижению эффективности проведения обработки.

Применение растворов анолита и католита при обработке объектов (объемов, площадей) приводит к повышению эффективности обработки, но в большей степени это обеспечивает повышение экологической чистоты обработки, особенно в последовательности - анолит - католит, последний из который смягчает (устраняет) некоторые повышенные значения степени активности биоцидных агентов аэрозоля (например, мицелл аэрозоля, содержащих в своем составе хлор или водород).

Введение пределов концентрации оксидантов (200-600 мг/литр) улучшает экологическую чистоту обработки при использовании данного способа, определяя антимикробную достаточность оксидантов.

Кроме того, необходимо отметить, что элетрохимически активированные анолиты обладают универсальным спектром действия, т.е. оказывают повреждающее влияние на все крупные систематические группы микроорганизмов (бактерии, вирусы, грибы, простейшие), не причиняя вреда клеткам тканей человека и других высших организмов, т.е. соматическим животным клеткам в составе многоклеточной системы. (см. “Электрохимическая активация - очистка воды и получение полезных растворов” под ред. В.М. Бахира, ВНИИИМТ, 2001, стр. 85-86). Введение пределов концентрации активного хлора (200-600 мг/литр) позволяет ограничить возможное превышение использования при обработке активного хлора, что значительно улучшает экологическую чистоту обработки при использовании данного способа.

Расширение функциональных возможностей предлагаемого способа обеспечивается за счет:

- расширения пределов используемых значений при получении электрохимически активированных растворов, а именно рН и ОВП по сравнению с прототипом (для анолита рН 0,8-8,2 и ОВП от плюс 200 мВ до плюс 1250 мВ относительно хлорсеребряного электрода; для католита рН 8,2-12,0 и ОВП от минус 300 до минус 900 относительно хлорсеребряного электрода);

- расширение границ значений степени дисперсности (2,0-100 мкм);

- расширение границ массовой концентрации аэрозоля (5-700 мг/м³);

- отмена режима проведения обработки - в нормальных климатических условиях (при соблюдении условия - температура частиц аэрозоля должна быть выше температуры обрабатываемого объекта), однако это и не исключает проведения обработки в нормальных климатических условиях при соблюдении условия превышения температуры частиц аэрозоля над температурой обрабатываемых объектов;

- введения пределов концентрации активного хлора (200-600 мг/литр);

- использование растворов как анолита, так и католита при проведении обработки объектов.

Расширение функциональных возможностей данного способа определяется в первую очередь возможной установкой широкого спектра характеристик как самого раствора, так и параметров аэрозоля используемого раствора, а также соответствующих режимов обработки.

И, как следствие предложенного способа, представлена структура технологической карты (см. таблицу 3), которая занимает особое и исключительно важное место при применении данного способа. В ней в табличной форме должны быть зафиксированы на каждый микроорганизм (на уровне штамма) или группы (вид, тип) микроорганизмов соответствующие характеристики растворов (анолита, католита или одного из них), параметры аэрозоля и соответствующие режимы обработки, обеспечивающие подавление этих микроорганизмов.

Технологическая карта базируются на накоплении человечеством опыта об условиях существования тех или иных микроорганизмов (их питании, дыхании, размножения), сведенных в справочники - определители.

Технологическая карта (таблица) должна постепенно расширяться и заполняться новыми данными, которые будут получены при проведении обработки с теми конкретными микроорганизмами, с которыми еще не проводилась ранее такая работа по их уничтожению.

Предложенная технологическая карта (таблица), заполняемая и совершенствуемая по мере проведения и получения успешных результатов, позволит пользователю быстро и оперативно проводить обработку своих объектов как по их обеззараживанию, так и по профилактике (предупреждению) появления нежелательных микроорганизмов на (в) этих объектах.

Введение в реальную практику данной технологической карты (или набора карт) позволит быстро, легко и четко организовать обработку любого объекта в любой точке нашей планеты с максимальным эффектом противодействия любой микрофлоре.

Набор технологических карт образует антимикробный аэрозольный фонд конкретных инструкций, который позволит при применении микробиологических комплексов, например аэрозольного комплекса “Защита” (патент авторов № 2220788 от 10.01.2004), эффективно противодействовать прежде всего инфекционным заболеваниям и эпидемиям.

Необходимо отметить, что реализация данного способа может быть осуществлена с помощью установок для электрохимического синтеза активированных, моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов типа СТЭЛ-10Н-120-01 (или модель 40-01 или 80-01, ТУ-42-2-668-93) с использованием устройства (см. патент РФ, № 2180273 от 29.06.2000 "Аэрозольная мобильная установка"). Физические характеристики полученных растворов анолита и католита: кислотность (рН), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), электропроводность и температуру определяют, например, при помощи прибора WATER TESTER фирмы HANNA. Концентрацию активного хлора определяют по методу экспресс-анализа. Наличие высокоактивных биоцидных агентов определяется с помощью специальных методик (например, для CIO- - стандарт ИСО 7393, для остальных - см. "Унифицированные методики исследования качества водных растворов", ч. 1, 2. М., СЭВ, 1987).

Кроме того, для реализации данного способа могут быть использованы технические устройства, принципиальные схемы которых даны, например, в источнике "Новые технологии дезинфекции и стерилизации сложных изделий медицинского назначения", автор Паничева С.А., изд-во Академии медико-технических наук РФ, под редакцией проф. Бахира В.М., М., 1998.

Пример осуществления предложенного способа

Этап получения растворов анолита и католита:

Для получения электрохимически активированных растворов анолита и католита использовалась установка для электрохимического синтеза активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов СТЭЛ-10Н-120-01 (или модель 40-01 или модель 80-01) ТУ-42-2-668-93. Физические характеристики полученных растворов определялись с помощью прибора WATER TESTER фирмы HANNA. Концентрация активного хлора определялась по методу экспресс-анализа. Наличие высокоактивных биоцидных агентов определялось с помощью специальных методик (например, для СIO- - стандарт ИСО 7393, для остальных см. "Унифицированные методики использования качества водных растворов", ч.1, 2. М., СЭВ, 1987).

Для обработки объекта зараженного спорами B.Cereus, штамм 906 были выбраны и получены растворы: анолит с рН 6,5 и ОВП плюс 630 мВ и католит с рН 9,5 и ОВП минус 710 мВ, а бактериями типа E.coli ATCC 43895 анолит с рН 2,9 и ОВП плюс 770 мВ и католит с рН 11,0 и ОВП минус 790 мВ.

Далее приведен пример обработки помещения, в которых были искусственно установлены тест-объекты со спорами штамма В. Cereus, штамм 906. и бактериями типа Е.соli ATCC 43895.

Данные в таблицах 1 и 2 приведены только для культуры типа В.Cereus. Для указанной выше бактериальной культуры Е.Соli ATCC 43895 прослеживалась аналогичная тенденция при обработке объекта.

Этап проведения обработки.

В качестве объекта обработки взято помещение объемом 150 м³. В качестве аэрозольного генератора (AT) - аэрозольная мобильная установка (см. патент РФ № 2180273 от 29.06.2000), которая обеспечивала требуемую дисперсность аэрозоля и скорость его частиц.

Причем обеспечивался соответствующий температурный режим (а именно превышение температуры частиц аэрозоля над температурой окружающей среды и окружающих объектов).

В помещении на различных участках и уровнях устанавливались тест-объекты - пластинки размером 10×10 см. Причем на каждой (одной) исследуемой точке помещались три тест-объекта со спорами модели штамма 906.

Режим поддержания массовой концентрации аэрозоля в помещении обеспечивался аэрозольным генератором (АГ), который обеспечивал режим "подпыливания" с первоначальным созданием плотного аэрозольного облака в течение 3 мин с последующей работой генератора через каждые 10 мин в течение 1 мин. В нашем случае при существенной концентрации обрабатываемых спор вышеприведенной культуры обработка проводилось в течение 40 мин. При этом было проведено два цикла (отдельных) обработки, которые представлены в данном описании, а именно первый цикл (см. таблицу 1, в которой представлены тест-объекты обработки и результаты обработки) с растворами, которые применялись после их получения в диафрагменном электролизере, когда время хранения превышало 25-30 мин, и второй цикл (см. таблицу 2, в которой представлены тест-объекты обработки и результаты обработки), когда применялись растворы, жизненный цикл которых после их получения не превышал 20 мин (причем необходимо учесть, что в процессе использования время обработки может быть и более 40 мин, что тем самым сказывается на эффективности применяемого раствора, и это в соответствии с предложенным способом должно быть точно учтено).

Этап анализа результатов обработки

Определение плотности спор на пластинах до и после обработки проводилось по стандартным методикам (методы смыва и отпечатков) Например, методика контроля качества дезинфекции приведена в методических указаниях по использованию установки для электрохимического синтеза активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов СТЭЛ-10Н-120-01. Результаты оценки обеззараживающей способности по предложенному способу приведены в таблицах 1,2 в соответствии с теми условиями, в которых они проводились.

Степень дезинфекции (стерилизации) определяли как отношение числа сохранившихся организмов (спор) после дезинфекции к числу организмов в контрольных пробах. В контрольных пробах величина спороцидной активности была в пределах от 1,6·10⁺⁸ до 4,9·10⁺⁸.

Как видно из представленных таблиц применение предложенного способа привело к полному разрушению спор В.Cereus, что позволило получить высокий дезинфицирующий эффект при соблюдении условий предложенного способа (см таблицу 2). Тогда как нарушение условий (хотя бы одного, а именно жизненного цикла растворов после их электрохимической активации) приводит к снижению результатов проводимой обработки (см. таблицу 1), что приводит в дальнейшем к восстановлению неполностью уничтоженных спор.

Необходимо обратить внимание, что использование (применение) католита последовательно после применения анолита позволяет значительно быстрее восстановить естественную окружающую среду.

Таким же самым способом проводится обработка самых разных объектов независимо от их назначения.

Таким образом, приведенный пример позволяет заключить, что предложенный способ повышает эффективность и надежность биологической обработки объектов при одновременном повышении степени экологической чистоты при проведении обработки и значительном расширении функциональных возможностей способа. Применение данного способа обеспечивает функции гибкого реагирования на возникающие угрозы появления заранее не известных микроорганизмов с установкой при этом соответствующих более повышенных или пониженных значений всех вышеперечисленных характеристик как при получении электрохимически активированных растворов, так и при формировании аэрозоля.

Высокая биоцидная активность аэрозолей анолита и католита с широким спектром физико-химических характеристик при их последовательном применении, а также выполнение условий температурного проведения обработки, соответствующей скорости частиц аэрозоля, времени жизненного цикла электрохимически активированных растворов после их получения, позволяют повысить эффективность и надежность биологической обработки с одновременным повышением экологической чистоты и сохранением окружающей среды.

Изобретение относится к области медицины, ветеринарии, микробиологии, экологии. Проводят получение анолита и католита методом электрохимической активации хлорида щелочного металла. При этом анолит получают с ОВП от плюс 200 мВ до плюс 1250 мВ относительно хлорсеребряного электрода и рН 1,8-8,2, а католит с ОВП от минус 300 мВ до минус 900 мВ относительно хлорсеребряного электрода и рН 8,2-12,9. Затем последовательно одним раствором за другим производят обработку объектов. Распыление полученных растворов в диафрагменном электролизере производят в режиме массовой концентрации аэрозоля в пределах 5-700 мг/м³ дисперсностью аэрозоля 2,0-100 мкм. Температура аэрозоля должна быть выше температуры обрабатываемого объекта. Скорость частиц аэрозоля должна быть не менее 100 м/сек, а концентрация ClO - в растворе должна находиться в пределах 200-600 мг/литр. Каждый раствор должен быть использован для обработки не позднее чем через 20 минут после его получения в диафрагменном электролизере. Обработку следует производить в течение 40 минут. Изобретение позволяет повысить эффективность и экологичность способа. 3 табл.

Способ аэрозольной антимикробной обработки, включающий получение анолита методом электрохимической активации хлорида щелочного металла в анодной и катодной зоне диафрагменного электролизера, последующую обработку объектов аэрозолем данного раствора, отличающийся тем, что анолит получают с окислительно-восстановительным потенциалом от +200 до +1250 мВ относительно хлорсеребряного электрода и рН 1,8÷8,2, при этом одновременно с получением анолита получают католит в катодной камере диафрагменного электролизера с окислительно-восстановительным потенциалом от -300 до -900 мВ относительно хлорсеребряного электрода и рН 8,2-12,9 и последовательно одним раствором за другим соответственно производят обработку объектов, причем распыление полученных в диафрагменном электролизере растворов производят в режиме массовой концентрации аэрозоля в пределах 5-700 мг/м³ с дисперсностью аэрозоля 2,0-100 мкм, причем температура аэрозоля должна быть выше температуры обрабатываемого объекта, при этом скорость частиц аэрозоля должна быть не менее 100 м/с, а концентрация ClO в растворе должна находиться в пределах 200-600 мг/л, при этом каждый раствор должен быть использован для обработки не позднее чем через 20 мин после его получения в диафрагменном электролизере и обработку следует производить в течение 40 мин.