CN101237895B

CN101237895B - 改进的气雾剂

Info

Publication number: CN101237895B
Application number: CN2006800289496A
Authority: CN
Inventors: 弗拉基米尔·贝伦茨韦希; 加里·埃里克松; 罗恩·魏因贝格尔
Original assignee: Saban Ventures Pty Ltd
Current assignee: Saban Ventures Pty Ltd
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: EP1933887B1; US8444919B2; US20140154135A1; IL189236A0; BRPI0614460A2; EA014821B1; KR101303605B1; TW200730205A; CN101237896A; EP1954323B1; WO2007014437A1; IL189235A0; IL189237A0; KR101360981B1; WO2007014436A1; KR101303606B1; EP1919521A4; EP1954323A4; KR101303090B1; US8974737B2

Abstract

一种适用于消毒的雾化剂，其包括悬浮在气体中的微细液滴，所述液滴包括有利于作为过氧化氢的溶质和诸如水的溶剂，其中所述液滴具有大于60wt％的溶质浓度，并且平均粒径小于1.0微米，优选小于0.8微米。采用雾化剂的灭菌在适当改造的设备中通过如下方法实施：对在溶剂中包含灭菌剂的溶液进行雾化，在气流中形成由溶液的微细颗粒构成的雾化剂，所述溶液包括具有比灭菌剂的沸点低的溶剂；对雾化剂施加某种能量，持续足以使溶剂优先于灭菌剂蒸发的时间，由此增加雾化剂颗粒中的灭菌剂浓度；在高于或等于大气压下除去从气流中蒸发的溶剂，必要时将雾化剂冷却至低于70℃；以及将所述表面暴露于含有浓缩的灭菌剂的雾化剂中，持续足以使所述表面灭菌的时间。

Description

改进的气雾剂

技术领域

本发明涉及一种用于医疗器械的消毒或灭菌的方法。

医疗器械的灭菌需求非常迫切，本申请将在此对本发明进行详细的描述，但应当理解的是本发明也可以用于对诸如应用在牙科、美发等方面的其他需要消毒或灭菌的制品或设备进行灭菌。还应当理解的是本发明不仅能够满足医疗器械的灭菌要求，而且还能够用于诸如消毒这样的较次要的任务。本发明还涉及在上述方法中应用的新的设备以及在实施上述方法中采用的组合物。

背景技术

在二十世纪六十年代后期之前，医疗器械通过高压灭菌器、如戊二醛这样的液体灭菌体系或者利用环氧乙烷来进行灭菌。在六十年代后期和七十年代早期，提出了包括由比较不令人厌恶的灭菌剂制成的气雾剂的灭菌体系，用于包装行业的采用气雾剂体系的机器得到发展。然而，气雾剂不能满足医疗器械的灭菌要求，特别是在处理管腔和被遮蔽或配合的表面方面是不成功的。因此，尽管液相体系仍在使用，但气雾剂体系很快让位于蒸气和等离子体类的体系，这些体系可以更快、更有效地对配合表面、管腔和被遮蔽表面进行灭菌。

从而，化学灭菌体系可以大致分为三类：

(1)采用液相的生物杀灭剂的液体体系；

(2)气雾剂体系，其中液相的生物杀灭剂在气体中形成微细的悬浮液滴；以及

(3)在气态、等离子体或蒸气相中采用生物杀灭剂的蒸气体系。

第三类(蒸气)可以进一步细分为采用高于或等于大气压的气体或蒸气的体系以及在低于大气压下操作的体系(包括气体等离子体)。

上述方法的每个分类在处理医疗器械方面均存在缺陷。当尝试对内视镜进行灭菌时，现有灭菌技术的不充分变得特别明显。内视镜具有例如1mm的小直径的狭窄管腔，长度可以大于2.0米。它们的许多部件诸如控制头包括配合表面或被遮蔽表面。它们的结构中加入了热敏性材料，这些材料不能被加热到高于约70℃。期待着能够对内视镜进行灭菌，在将内视镜用于实施内窥程序时可使其能立刻投入使用(即无菌的、干燥的和低于45℃)，例如在约20分钟内。由于内视镜不能在要将器用于执行程序时被灭菌，从而大量资金被额外需要的内视镜占用。

在本发明之前不可能在不到约20分钟的时间内提供无菌的、干燥的、安全的内视镜以准备重复利用。并且，在先技术的液体处理采用伴随有传染风险的外部冲洗水，或者需要无菌冲洗水，而蒸气体系需要伴随有缺点的真空体系。

当尝试着在灭菌室中对例如出现在许多医疗器械中诸如具有螺纹部分的器械、还有出现在器械的支撑点的配合表面进行灭菌时，产生了类似于内视镜所具有的问题。除非灭菌剂可以透入配合表面，否则在灭菌器中被支撑的表面的部分会容留微生物，器械将不会是无菌的。这种情况仅可以通过改变支撑点来避免，但是会使处理时间加倍，增加复杂性。

尽管本发明是改进的气雾剂体系，但本发明的处理相对于在先技术的液体和蒸气灭菌体系具有进步性，下面对这些体系中的每一个进行简要回顾。

液体灭菌剂

尽管液体灭菌剂许多年来一直被用于对诸如医疗和牙齿的器械、包装等制品进行灭菌，但并没有经受住几十年来解决有关问题的研究，大量液体灭菌剂的使用仍然存在许多缺陷。消毒处理具有杀死所有微生物而不仅仅限于一类的能力是非常重要的，其情况是要用许多液体药剂。诸如目前用于医疗器械灭菌的液体灭菌体系的主要缺陷是它们采用了特别危险的化学品，这些化学品的使用正逐渐在全世界引起职业健康担忧。其他缺陷包括灭菌周期长、材料成本高以及与随后在灭菌后、使用前从制品中除去液体和/或对其进行干燥所需要的时间和能量有关的成本。除了要求长的处理时间和干燥时间以外，许多液体灭菌剂具有腐蚀性或者与内视镜构成材料不相容。如果过多残余灭菌剂留在器械上，当器械被插入体腔时存在发生过敏反应的风险，为了避免这种可能性必须将残余灭菌剂冲洗掉。冲洗水的使用随之会带来感染的风险，但相比于细胞毒性反应的可能性，这种风险的危害较小。另外，冲洗水的需要必须要求有供排水系统，这在某些场所是主要的缺陷。进而，管件的需要阻止了这种设备便携化或方便地重新安放。

气体和蒸气化的灭菌剂，在高于或等于大气压下

传统上通常在高温和高压的高压灭菌器中利用蒸气(水蒸气)对医疗器械进行灭菌。近来诸如环氧乙烷这样的气体在55℃左右的温度下被采用(例如US4,410,492)，但是考虑到职业健康和环境担忧，这种高毒性的气体在许多国家已经被广泛地停止使用，并且正迅速在世界上其他国家停止使用。

在包装行业开创性地使用了过氧化氢蒸气，实践了将过氧化物“气化”用作灭菌剂。与用作灭菌剂的环氧乙烷、氯、臭氧和其他气体相比，过氧化氢被认为是无害和无腐蚀性的。过氧化氢可以在大气压下由如下方法被蒸发：向在140～180℃下加热的表面上供给直径1～3mm的液滴，由此将液体蒸发，然后由导向待灭菌表面的载气带走(例如US4,797,255，Hatanaka)；或者将液滴注入在高于140℃预热的气流中。

过氧化氢在760mm下、在151.4℃沸腾。图1选自US4,797,255，曲线A表示水/过氧化物的混合物在大气压下的沸点如何随着浓度变化，曲线B表示气体组成如何变化。如图所示，纯水在大气压下在100℃沸腾。由图1可明显看出在大气压下低于100℃的蒸气中的过氧化氢浓度是可以忽略的。

在大气压下过氧化物蒸气的方法中，在整个处理过程中必须使过氧化氢蒸气充分保持在其露点(即低于其饱和极限)之上。通常在明显较高的温度(典型地高于120℃)注入载气，并且需要高的载气流速。这样方法可以满足能够经受如此高温的食物容器无菌包装的要求。然而，许多医疗器械例如采用纤维光学、动力工具、内视镜等的器械对热敏感，不能由这样高温度下的蒸气类处理来进行处理，因此其不能在大气压下用过氧化氢蒸气有效地处理。

在1979年，Moore等人(US4,169,123)和Forstrom(US4,169,124)证实在低于80℃、给以充分时间的情况下过氧化氢蒸气是有效的灭菌剂。将芽胞指标(spore strip)放入具有少量过氧化氢溶液并在高于60℃加热24小时的密封包装物中。通过在真空下进行试验，据称在30～60分钟完成灭菌，但是在大气压下，在低于80℃少于6小时的条件狭并不能灭菌。

截至目前，没有任何采用诸如过氧化氢这样可接受的灭菌剂的气体或蒸气体系在大气压下、低于70℃是足够有效的并被商业化用于医疗器械的灭菌。

气体、等离子体和蒸气化的灭菌剂，在低压下

真空体系极大地促进了在低于70℃下灭菌剂的蒸气化。然而，在低压力下进行的方法具有普遍的缺陷，即在设计使用的装置时需要真空泵、耐压力容器、真空密封等。这样会降低可靠性，极大地增加资金和维护成本、能量和其他运行成本以及循环时间。市售的蒸气和等离子体体系的资金成本的范围在对50升装置为约US$75,000至对200升装置为约US$180,000。在这样的体系中，抽吸至所要求的真空、灭菌以及随后干燥内视镜所需的总的时间大大地超过20分钟。更重要的是，由于在柔性内视镜的管腔和外套之间的密封空间，低压力不适用于较长的柔性管腔，只有长度短到30cm的柔性内视镜才能由真空体系处理。

大部分蒸气类方法在低压下进行，其中许多采用高真空。Moore和Forstrom的成果之后，对低压下的蒸气方法进行了大量研究。例如美国专利4,642,165、4,943,414*、4,909,999、4,965,145、5,173,258、5,445,792*、5,492,672*、5,527,508*、5,556,607*、5580530*、5,733,503*、5,869,000*、5,906,794、5,508,009、5,804,139、5,980,825*、6,010,662、6,030,579*、6,068,815*、6,589,481*、6,132,680*、6,319,480*、6,656,426*描述了在低压下进行的蒸气类灭菌的方法。其中一些(标有星号的)声称在管腔或相匹配表面的灭菌方面取得了成功，并说明了这些体系的难点。在低于大气压的蒸气方法中，通过如下步骤实现了最佳结果：从浓度50％的过氧化物溶液开始(除非另有说明，否则在此提到的所有过氧化物浓度均为重量百分比)；降低压力以选择性地蒸发水，从而浓缩剩余的过氧化物。通过真空泵除去水。蒸气方法需要准备高浓度的过氧化物，否则用于蒸发和抽除水分的时间太长。所述方法不能以过浓的过氧化物起始，这是由于更高的浓度在运输和操作期间更加危险。即使在50％的浓度，过氧化氢也需要特别的包装来保护使用者。

在低于大气压力、低温的灭菌方法中最成功的涉及由蒸气形成等离子体，例如过氧化氢等离子体。等离子体体系通过在低于大气压下操作避免了使用高温。这些体系通常在低于0.3托下操作。虽然等离子体具有使用的过氧化物浓度可以低至1～6wt％的优点，但在商业实践中过氧化物的初始溶液的浓度要大于50％以减少循环时间。由于50％以上的过氧化物浓度会腐蚀皮肤或是强烈的刺激物，在运输、储存和处理时需要特别警惕，而35％及以下的浓度被认为处理时更安全。需要低于大气压是很大的缺陷，由于这会极大地延长处理时间，成本高，并且需要采用高真空密封、真空泵、耐压容器、特殊的阀等。真空装置的需要极大地降低了可靠性，并且增加了资金支出和维护的复杂度。当即使有微量的湿气存在时，等离子体处理会完全失效，STERRAD^tm等离子体处理在探测到ppm级的湿气时就会中止。推荐用低温和化学灭菌的医疗器械的绝大多数例如内视镜、面罩、呼吸软管等难于干燥，特别是当在灭菌前被预洗时。真空体系相对于液体体系的优点在于，如果能避免灭菌剂在表面的凝结，则灭菌剂可以不需要冲洗而被除去。

尽管作为迄今安装和运行最昂贵的方法，在可使用时高真空处理是截至目前处理配合表面和管腔最有效的方法。然而，这个体系不适于长的柔性内视镜，仅能用于最长约25～30cm的管腔。

气雾剂方法

本发明的方法是改进的气雾剂方法。虽然气雾剂已经被用于包装材料的灭菌，但截至目前还不能使用气雾剂体系来处理内视镜等，气雾剂还没有被用于医疗器械的灭菌。尽管早在1965年(Rosdahl GB 128245)提出了将乙醇气雾剂用于呼吸设备的消毒，但这种方法不适于医疗器械的灭菌，这是由于其不能解决配合表面的问题，并且乙醇不能杀死孢子。尽管该方法已知有四十多年了，却还没有被商业化。

已知的在先技术中，过氧化物雾化剂为通常具有约5微米以上平均粒径的雾气。这些被用于处理完全暴露的基材。Hoshino(US4,296,068)描述了一种食品容器灭菌的方法，其中由喷雾嘴形成的、具有约20～50微米直径的灭菌颗粒的雾气被加热至50～80℃的空气夹带。Kodera(4,366,125)将采用10微米液滴的类似方法与UV照射结合用于处理片状材料。Blidshun描述了具有2～5微米粒径的颗粒的过氧化物气雾剂。

在1998年，Kritzler等人(PCT/AU99/00505)描述了一种方法，其中由1～6％的过氧化物结合表面活性剂构成的雾化剂通过雾化器及灭菌室被再循环，没有引入外部载气。尽管这种方法能够在约60秒钟内对暴露的敞开表面实现使枯草杆菌(B.subtilis)减少log6，但是即使有原来的承诺，在此报道的随后的成果揭示了这种方法在少于30分钟内对敞开表面不能够实现对嗜热脂肪芽孢杆菌(Stearothermophillus)(ATCC 7953用于

CycleSure生物指示器中)减少6log。另外，用于处理(灭菌、干燥和除去残留物)遮蔽的表面、配合表面或管腔的时间长到难以接受。因此，这种处理无法与对管腔和配合表面进行灭菌的蒸气体系竞争。另外，这种方法在表面上会留下高的过氧化物残留物(3mg/cm³)，除去残留物进一步增加处理时间。

截至目前采用的过氧化氢气雾剂体系的优点是喷雾的液体在初始材料中具有35％以下的过氧化氢浓度，这种浓度被认为在处理时是安全的。然而，迄今没有开发出任何一种能满足医疗器械灭菌的气雾剂灭菌体系，并且均具有下面的缺陷：

首先，气雾剂在可接受的时间内不能透入管腔及制品的配合表面间、或者渗入灭菌室的遮蔽区域，即气雾剂对管腔和配合表面实现灭菌所需的时间要远长于期望值。

其次，在低于70℃对某些微生物(例如嗜热脂肪芽孢杆菌抗性品系，如ATCC7953品系)实现灭菌(即孢子浓度减少log6)所需的时间要远长于期望值。

第三，当过氧化氢呈现小液滴的形态时(被喷雾、超声波雾化等)，颗粒往往会以液滴沉积在表面上，过氧化物的残留层成为潜在问题。医疗器械、食品包装以及其他消毒物品需要干燥储存以避免再次污染。另外，外科器械不能含有高于1微克/平方厘米的残留过氧化物。除去残留过氧化物是非常困难的，需要清洗，这会带来在前面讨论的有关液体体系的问题、高温干燥时间的延长(这完全抵消了快速的灭菌时间和低的处理温度的优点)，或者需要使用过氧化氢酶或其他化学手段来分解过氧化物(这依然需要干燥，会带来剩余化学品残留在器械上等一系列问题)或采用真空。

总之，可以认为目前适用的灭菌方法均不能完全满足医疗器械灭菌的需要，特别是热敏感的器械。更具体而言，截至目前没有任何方法能够：(i)在20分钟内完成配合表面或管腔的灭菌，(ii)在低于70℃的温度，(iii)同时得到干燥的备用产品或表面，(iv)没有职业健康或环境担忧。另外，最好的商业化的方法存在严重的附加缺陷。关于蒸气和等离子体体系，需要降低压力，并且商业化的体系采用浓度50％以上的过氧化氢作为起始材料，需要特殊的包装和处理。关于液体体系，需要最终的冲洗。健康专家的调查反复表明不需要降低压力或冲洗而同时实现标准(i)～(iv)是非常理想的。类似的想法适用于通常很少进行降低压力和冲洗的其他表面的灭菌。

整个说明书中关于在技术的讨论绝不应当认为是承认这样的在先技术是广泛知悉的或形成本领域的公知常识。

发明目的

本发明的目的是提供一种灭菌方法，避免或改进在先技术的至少某些缺陷。

优选的实施方案的目的是提供一种改进的消毒或灭菌方法，能够在不降低压力、不需要冲洗、不需要将物品加热至高于60℃来进行处理，并且高度优选的实施方案的目的是经过20分钟内的灭菌，在制品表面实现微生物浓度减少log6。本发明的高度优选的实施方案的进一步的目的是当微生物位于配合表面间或在内视镜管腔中时在20分钟内实现上述log6的减少。

本发明的优选实施方案的另一目的是在大气压下对制品进行消毒或灭菌、而不在制品表面留下明显的残余量过氧化氢。在更优选的实施方案中，内视镜或类似器械被灭菌，其目的是在20分钟内提供干燥的、备用的器械。

本发明的进一步的目的是提供改进的灭菌剂。

虽然本发明主要针对灭菌，但应当理解的是，当用于相比于其他方法不太苛求消毒的目标、用于处理敞开的其他表面以及用于除了医疗器械表面的其他表面时，本发明也具有优点。

在整个说明书和权利要求书中除非上下文另外清楚地说明，否则词语“包括(comprise，comprising”等意旨开放式含义，并非封闭式含义，即意思为“包括但不限于”。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种表面消毒或灭菌的方法，包括如下步骤：

(1)对在溶剂中包含灭菌剂的溶液进行雾化，以在气流中形成由溶液的微细颗粒构成的雾化剂，所述溶液包括沸点低于灭菌剂的溶剂；

(2)对雾化剂施加某种能量并持续足以使溶剂优先于灭菌剂蒸发的时间，从而增加雾化剂颗粒中的灭菌剂浓度；

(3)在高于或等于大气压下除去在步骤(2)中从气流中蒸发的溶剂，必要时将雾化剂冷却至低于70℃；以及

(4)将所述表面暴露于由步骤(3)得到的浓缩的灭菌剂的雾化剂持续足以对所述表面灭菌的时间。

在此使用的词语“雾化剂”是指在气流中携带的液体液滴(即微细液体颗粒)。在气体中携带或悬浮的液滴体系为“气雾剂”。

所述灭菌剂选自由过氧化氢、过氧化乙酸和其混合物组成的组中。

在本发明高度优选的实施方案中，所有步骤在高于或等于大气压下进行，使用过氧化氢作为灭菌剂来实施该方法。在步骤(1)中，例如通过超声换能器驱动雾化器，将在水中的35％过氧化氢溶液雾化，其在气流中携带平均粒径大于如2微米的溶液颗粒(微细液滴)。气流最初可以不用过滤，从灭菌室引出的未处理空气随后通过鼓风机或泵进行再循环，在这个过程中空气变成无菌。在步骤(2)中，从雾化器放出的气雾剂中的微细液滴通过例如加热器上的通道被加热，该加热器向溶液颗粒传输足够的能量以从液滴中蒸发水。控制输入的能量以确保液滴获得的能量不足以将液滴温度升高到过氧化物的沸点。从而，水蒸气优先于过氧化氢被闪蒸。结果是在雾化剂微细液滴中的过氧化物浓度增加到60～80％，而颗粒收缩到平均粒径小于1微米(优选小于0.8微米)。我们将最终的气雾剂中的微细颗粒称为“纳米颗粒”或统称为“纳米雾化剂”。在步骤(3)中，在高于或等于大气压下从气流中除去水蒸气，例如通过使用冷阱、分子筛或干燥剂，半透膜器件或者其他可在高于或等于大气压下操作的水除去方法，而留下纳米颗粒(浓缩的过氧化物溶液的微米以下的颗粒)悬浮在气流中。然后，将待灭菌表面例如医疗器械，在灭菌室中暴露于上述纳米雾化剂持续足以对该表面灭菌的时间。在优选的实施方案中，简单的暴露表面在3分钟暴露时间内被灭菌(总循环时间为5～10分钟)，配合表面在10分钟暴露时间内被灭菌(总循环时间为15～20分钟)，两种情况均在大气压下进行。这样器械可在包括预处理和干燥在内的20分钟里进行再循环。如果溶剂除去步骤不包括冷却，理想的是在进入灭菌室前对纳米雾化剂进行冷却。

优选灭菌室的纳米雾化剂从该室向雾化器气体入口再循环，可以加入新的雾化剂，但其他实施方案中，纳米雾化剂可以简单地排出，或者更优选在排出之前经过催化或其他处理来除去过氧化氢。所述雾化器每分钟运行15～25秒。

根据第二方面，本发明提供一种基于第一方面的方法，其中表面是配合表面或管腔，并且在20分钟内在配合表面灭菌试验(如在此定义的)或管腔灭菌试验(如在此定义的)中实现微生物载量减少6log。

根据第三方面，本发明涉及一种新的雾化剂，其包括以微细形态悬浮的过氧化氢溶液，其中液体颗粒具有大于60wt％的过氧化氢浓度，并且平均粒径小于1.0微米。优选液滴具有小于0.8微米的平均粒径。需要指出的是在先技术的气雾剂体系中过氧化物液体颗粒具有小于35wt％的过氧化氢浓度，且平均粒径超过2微米。气雾剂中粒径和颗粒的下降速度间的关系是非线性的，因此粒径小量地降低会极大地增加悬浮液的稳定性以及增加气/液界面的总表面积。

理想的是，根据第三方面的雾化剂在相应的温度和湿度下具有大于在正好低于其饱和极限的过氧化物蒸气密度的过氧化物密度(过氧化氢克数/气雾剂升数)。

在表1中示意性地给出在不同的温度和相对湿度(RH)下过氧化氢蒸气/每立方米(过氧化物密度)的最大浓度：

表1

在40℃和40％RH下35％过氧化物蒸气的最大浓度为2.66mg/l。在大气压、40℃下，在例如高于40％的相对湿度(RH)下，本发明的过氧化氢气雾剂的浓度/每立方米(密度)优选大于20mg/l，更优选大于45mg/l。

优选气雾剂气相保持在40～60％的相对湿度。在雾化剂高度优选的实施方案中，温度和湿度在图10所示的小于20分钟的“减少log6的生物负载”的区域进行选择，例如在40℃下、高于40～60％至少14分钟。需要指出的是在在先技术的气雾剂方法中，气流通常具有90～100％RH，而在蒸气方法中RH非常接近0％，通常低于20％。

根据第四方面，本发明提供一种设备，其中包括如下组合：

(1)适于产生雾化剂的装置，该雾化剂包括悬浮在气体中的溶液的微细颗粒，该溶液包括溶质和溶剂；

(2)向雾化剂供给足够能量的装置，以选择性地闪蒸至少部分溶剂，从而增加雾化剂颗粒中的溶质浓度；

(3)在大气压下从步骤(3)后的雾化剂中分离溶剂蒸气的装置，必要时随后将雾化剂冷却到低于70℃；

(4)将待灭菌表面暴露于来自步骤(4)的雾化剂的装置。

在设备的优选实施方案中，提供用于控制在步骤(2)中供给的能量的装置，以确保溶剂优先于溶质被蒸发，而相对地几乎没有溶质被蒸发。

在本发明方法的优选实施方案中，待灭菌表面为医疗或牙科器械、或者其他器具或制品的表面，可以包括遮蔽表面、管腔或配合表面。这些制品可以放入设置有一个或多个可与周围空气隔离密封的进入口的灭菌室中，或者可以在可任意使用的小室或可再利用的盒子中进行灭菌，所述小室或盒子可以选择性地在下次使用前用作已灭菌的制品的储存容器。

本发明的方法可以在静态或动态条件下进行。

现在通过实施例、仅参照具体的实施方案更详细地说明本发明。

附图说明

图1复制了US4,797,255中的附图，其中(曲线A)表示水/过氧化物的混合物的沸点在大气压下如何随着浓度变化，(曲线B)表示气体组成如何变化。

图2是根据本发明的设备的第一实施方案的示意图。

图3是更详细地表示图2的雾化器5的示意图。

图4是与图3的雾化器不同的雾化器5的实施方案的示意图。

图5是根据本发明的设备的第二实施方案的示意图。

图6是根据本发明的设备的第三实施方案的变体的示意图，其是第二实施方案的变体。

图7是本发明中使用的新溶剂除去单元的实施方案的示意图。

图8和8A是在垂直横截面上表示本发明中使用的新包装的示意图。

图9是表示在根据本发明设备的一个实施方案中相对湿度在整个消毒循环中如何变化的图表。

图10是表示完成灭菌的温度、暴露时间和相对湿度的边界条件的图表。

图11是表示灭菌效果、过氧化物传输速率和气雾剂流速间关系的图表。

图12是表示灭菌效果、过氧化物传输速率和雾化器功率供给间关系的图表。

图13是表示灭菌效果、过氧化物传输速率和雾化器工作循环间关系的图表。

图14是表示灭菌效果、过氧化物传输速率和初始过氧化物浓度间关系的图表。

图15是表示在本发明方法的步骤(2)中粒径分布如何随着温度变化的图表。

在参照图2～8描述的实施方案中，部件在功能上对应于图2中的部件用相同的标号标注。

具体实施方式

在此说明本发明的第一优选实施方案，其中在溶剂水中包括35％过氧化氢的溶液在本发明的步骤(1)中被雾化。

参照图2，其示出包括室1的设备，该室与空气隔离密封，设置有一个或多个可密封的门、风门或其他开口(图2中未例示)，由此待灭菌的制品2可以放入室1中。室1设置有气流入口3和出口4。优选，室1通过绝缘护套等(未图示)和/或被热绝缘而恒温控制在例如45℃。

室1可选择性地与后面描述的雾化器回路、干燥回路、或者催化破坏回路连接。

在图2的实施方案中，“雾化器回路”包括具有气流入口6、液体入口7和雾化剂出口8的雾化器5。在该实施方案中，雾化器5是包含超声换能器的超声波雾化器，该超声换能器具有2.4MHz的共振频率并由常规的控制电路(未图示)驱动，在后面会参照图3和4更详细地说明雾化器5。然而，也可以采用其他的雾化装置。

雾化器5适于从经包括阀门12的进料管线11与雾化器液体入口7连通的贮槽10中接收液体灭菌剂溶液9(在该实施例中为水中35％过氧化氢)。通过鼓风机13和管线14向雾化器5的气流入口6以正的较小压力驱动气流。在本实施例中，经管线11进入雾化器5的灭菌剂9为35％过氧化氢的水溶液，经鼓风机13和管线14进入到入口6的气流为空气。在操作中雾化器5产生以雾状物悬浮在气流中的35％过氧化氢溶液的微细颗粒(液滴)构成的气雾剂。在雾化器的出口，气雾剂(雾化剂)的液滴的平均直径优选为2～10微米的范围。

来自雾化器出口8的气雾剂经管线15被鼓风机驱动至具有出口18的加热器或热交换器17的入口16处。在本实施方案中，加热器18包括一个或多个陶瓷电阻加热元件(未图示)，这些元件的能量输出根据来自各种传感器例如温度传感器、流速传感器、热传导率传感器、湿度传感器等的信号进行调节，如下面所要讨论的。当雾化剂流经加热器17时，控制条件(流速、接触时间、温度)使得水从气雾剂颗粒中蒸发，液滴中的过氧化物被浓缩。另外，平均粒径降低至低于1微米，优选低于0.8微米，也就是说，气流中的微米液滴变成纳米雾化剂液滴。在微米雾化剂中的过氧化物浓度可以变成70～80％或更高。

在出口18从加热器17放出的气流包含进一步浓缩的过氧化物液体的更小液滴，还包含源自液滴的水蒸气，其从加热器出口18经管线19传输至溶剂除去装置21的入口20。在本实施例中，水除去装置21为冷阱，在装置中水蒸气被冷凝并在排水管22处除去以用于分析或处置。冷阱例如可以利用珀耳帖装置(Peltier device)实现冷却。雾化剂在低于70℃的温度下从冷阱，从出口23排出，优选在低于约55℃的温度下。然而，如下所讨论的，在大气压下除去水蒸气的其他装置21可以替代冷阱。

目前包含纳米雾化剂和降低的水蒸气浓度的气流在出口23排出水除去装置21，首先经阀门24，25和旁路管线26流向鼓风机13的吸入侧28，以再循环经过雾化器5、加热器17和水除去装置21直至气流达到期望的过氧化氢浓度、颗粒密度和湿度降低水平。这些量的水平在下面进行说明。

当在雾化回路中实现了期望的气流浓度时，将灭菌室与雾化回路连接。也就是说，重新设置阀门24以将从出口23排出湿气除去装置21的气流转向灭菌室1的气体入口3，然后或同时重新设置阀门25以使灭菌室气体出口4与鼓风机13的吸入侧4连接。旁路管线26因而被隔离。灭菌室1现在处于在线模式。假如待灭菌的制品2事先被放入室体1中，与空气隔离密封的室现在会充满由鼓风机3经雾化器5、加热器17和水除去装置21再循环的雾化剂。重要的是要注意被灭菌的制品是否是温度敏感的，以及排出水除去装置21的雾化剂是否是在高于约55℃的温度(可能是未采用冷阱除去水的情况)，当然如果高于70℃，在进入灭菌室1之前可以采用冷却雾化剂的装置27。

雾化剂可以循环经过如上所述处于在线模式的灭菌室1一段足够的时间以实现灭菌；或者在足以在室中建立期望浓度的短时间后，通过改变阀门24，25重新设立旁路模式的雾化器回路，将包含雾化剂的室隔离一段时间，使密封有预定体积和浓度的纳米雾化剂的室处于隔离模式一段时间；或者所述室反复地以预定时间于在线模式和隔离模式间切换。

在足以实现期望水平的消毒或灭菌的接触时间后，室1进入干燥模式。干燥可以利用独立的干燥回路实现，该回路包括：经高效空气过滤器36吸入空气，通过加热器37对其进行加热，以及将其引向消毒表面上方以从该表面除去过氧化物浓缩物的任何残留湿的浓缩物。可选择的是，干燥可以利用雾化器回路的元件，通过经加热器17、水除去单元21和室1但绕开(或者不通电)雾化器5循环干燥温热的空气来实现。达到满意的干燥水平后，所述室与生物杀灭剂处理回路连接。例如，在正压力下高效过滤过的空气允许经过入口36，经止逆阀31在室气体入口3进入室1中，并用于从室1中冲洗出过氧化物，从气体出口4排出的冲洗气体经阀门38引向催化破坏单元39，在这里例如过氧化物被转变成水和氧，从而使任何残留的过氧化氢变得适于在环境中进行无害处理。催化破坏回路可以包括经过催化转换器直至完成破坏的再循环。过氧化氢的催化破坏是公知的，可以采用任何适宜的方法或设备。

可以理解的是在使用时系统是一个动态的系统。当气流被再循环时，纳米雾化剂进入雾化器并带走新的超声波处理过的微米液滴，从而从雾化器排出的气流将包括微米液滴以及以前流通的纳米颗粒，但是平均粒径会逐渐地减小。待除去的水蒸气的量也会逐渐地变少。

现在通过实施例、仅参照具体的实施例进一步地说明本发明。

本发明优选实施方案的描述

现在参照图3示意性地描述用于图2的设备中的雾化器的第一实施方案，其中具有与图2中的部件对应的功能的部件以相同的标记标注。图3显示由标记5标出的雾化器，其包括由雾化器壁51，52、底部53和顶部54限定的室。气体入口6穿过壁51，而雾化剂出口8穿过壁52。气体入口和雾化剂出口的开口均位于靠近室的上端，实践中可以与连接旋塞或带螺纹的凸起(未图示)配合以便与回路的连接。压电式换能器55通过适当的方法可动地安装到底部53上。优选的换能器可以从APC国际有限公司购得，其是2.4MHz的晶体/不锈钢平面换能器，可以提供约350cc/hr的流体雾化率，可在48VAC、0.6amps、29watt下操作，并具有约10,000小时的预期使用寿命。压电式换能器55由适当的驱动电路驱动并且由适当的电源通电。在本发明的某些实施方案中，采用探测器来监测换能器的超声波输出，提供可用作反馈控制信号的信号来控制超声换能器的运行。这些电子电路是本领域中的常规电子电路。截头圆锥体形折流板58从顶部54安装在超声换能器之上，用于引导任何较大的液滴落回液体中以从换能器放射状地向外雾化，同时防止较大的液滴被带入在入口6进入、在出口8排出的空气流中。要雾化的过氧化氢溶液用56表示，可以通过例如液体进料口7以预定剂量注入。

图4表示的是雾化器的第二实施方案，其中具有与图3中的部件对应的功能的部件以相同的标记标注。图4的雾化器与图3不同之处是其设置有双壁式内壁51，52和双壁式底部56，所述双壁被间隔开。在本实施方案中水浴或其他超声波传输流体60被保持在超声换能器55和安装在内底部58的膜59之间。

实施本发明方法的设备的第二实施方案表示在图5中，其中具有与图2中的部件对应的功能的部件以相同的标记标注。图5的线路类似于图2的线路，但各单元可以独立地与线路和/或其他单元串联连接。

从而，在图5的实施方案中，一个或多个鼓风机13驱动在歧管40中的再循环气流。雾化器5、溶剂蒸发加热器17、溶剂蒸气除去单元21、灭菌室1和选择性设置的冷却器27均可以通过歧管40在线连接(也就是说串联连接)，或者可以通过全部由标记41表示的阀门离线。从而，有可能将雾化器5、加热器7、溶剂除去单元21和室1串联连接，在这种情况下的设置类似于图2；或者为了干燥的目的，有可能使雾化器5和蒸气除去器21被隔离开，使气流经过加热器17和室1循环，和/或经过加热器17和蒸气除去单元21为了干燥等目的。

可以理解的是由于设备包括再循环气体或气雾剂流的使用，各单元的次序也可以按照其他的顺序设置。例如，如图6的实例所示，其中执行相同功能的单元标注以图5中相同的标记，溶剂除去单元21被设置在雾化器5的上游，但由于气雾剂可以随着灭菌室的离线而再循环直至实现期望的纳米颗粒溶液浓度、温度、气雾剂过氧化物浓度和水蒸气减少，从而可以实现与图2的设置相同的结果。还可以理解的是在实施本发明的方法时不必依次地执行各步骤，至少步骤(1)、(2)和(3)可以基本上同时或者以不同的顺序进行，尽管溶剂除去不会比溶剂蒸发更快地发生，也尽管除非除去足够量的溶剂否则不能开始步骤(4)。

可以理解的是图2～6的设备可以设置有传感器，用于测定温度、压力、循环速度、相对湿度、过氧化物蒸气浓度、过氧化物液体浓度及其他参数，这些传感器可以包括自动反馈和控制电路。

可以理解的是在不偏离在此公开的本发明的情况下可以以多种方式对设备进行改变。

在如上所述的实施方案中，灭菌剂是过氧化氢的溶液，并且是以水为溶剂的35wt％溶液。与过氧化物一起使用的溶剂优选为水。在大气压下，水在100℃沸腾，而过氧化氢在高于151℃下沸腾。溶剂可以是例如结合所采用的灭菌剂来选择的含水溶剂或非水的醇。将乙醇加入水中会形成共沸混合物，其会降低溶剂的沸点，使水在能够在低于其他可能的温度下“闪”蒸。其他共沸剂的添加同样是有益的。采用共沸混合物来促进溶剂从雾化剂溶液颗粒中除去的方案在本发明的范围内。可以想到的是对于某些生物杀灭剂可以采用非水溶性溶剂或适当溶剂的组合。

对于过氧化氢的情况，随着水闪蒸，灭菌剂浓度增加。如果35％过氧化物溶液用在本发明中，在加热和水蒸气除去步骤后微米雾化剂将具有例如60～80％的浓度。这样的优点是初始材料可以相对安全地进行处理，对于出现本方法过程中的或之后的过氧化物的浓度，则不需要进一步处理过氧化物。另外，平均粒径大幅度降低，在优选的实施方案中微米雾化剂颗粒的平均直径小于1微米，更优选小于0.1微米。小的粒径形成非常稳定的、几乎不会沉淀的悬浮液，提供明显增加的液/气界面面积，并且每升雾化剂的液体灭菌剂浓度非常高。本发明人认为在这些纳米颗粒中，气/液界面上的过氧化物分子浓度高于在微米颗粒中气/液界面上的过氧化物分子的浓度。低于或高于35％的溶液可以被用作起始材料，1％或3％的过氧化氢溶液以及40％的溶液取得了同样优异的效果，但是采用低于30％的过氧化物浓度处理配合或遮蔽的表面获得满意结果所需的时间绝非最佳值，并且考虑到过氧化氢的处理问题，导致优先选择低于35％的浓度。虽然优选的实施方案采用了过氧化氢的水溶液作为灭菌剂，但也可以采用其他过氧化物和过氧化合物的溶液以及过氧配合物的溶液(包括有机溶剂中的非水可溶配合物)。除了过氧化物以外的灭菌剂也可以用于本发明，包括但不限于适当选择溶剂的卤代化合物、酚类化合物、卤代酚类化合物和其他已知的生物杀灭剂。

通过雾化器由溶液形成的灭菌剂溶液(在优选的实施方案中为水溶液中35％过氧化氢)的颗粒或液滴被气流携带，在优选的实施方案中气流为空气。相对于现有技术，本发明的优选实施方案的显著进步在于它们不需要过滤的无菌空气源。相反，本发明能够从灭菌室引出未灭菌空气，在使用时在循环中对其进行灭菌。然而，如果优选，可以采用无菌过滤空气。所述气流不一定是空气，例如可以是氮、氩等惰性气体；或者是氧或臭氧。

尽管参照采用超声波雾化器的雾化描述了本发明，但可以理解的是也可以采用其他雾化装置，包括喷雾器、喷射式雾化器、压电式雾化器等产生雾化剂的装置。优选从雾化器排出的悬浮液滴的平均直径小于10微米，更优选小于5微米。正如在我们的共同未决申请(PCT/AU99/00505)中所述，当采用超声波雾化时通过在灭菌剂溶液中加入表面活性剂例如醇，可以得到更小的颗粒。超声波雾化器不必连续运转，在本发明的优选实施方案中，雾化器周期性地(或以不规则的间隔)开关，例如每分钟运转20秒钟。

雾化器可以从物料供给器连续地或间歇地被加料，例如在雾化器中维持预定的液位，或者可以安装有单一的加料系统例如料筒，为一个或多个灭菌循环提供足够的溶液。可替代的是灭菌剂溶液可以预装在膜盒中，该膜盒被放在适宜的雾化器中，从而膜盒与雾化器的超声换能器接触。这样，设置用于刺破膜盒的装置，使得膜盒能够释放作为雾化剂的溶液。在另一实施方案中，无菌溶液被装在具有内部超声换能器的膜盒中，该超声换能器适于在将膜盒插入雾化器时通过延伸穿过膜盒壁的接触被通电。

在形成气雾剂后、但在进入灭菌室前，对气雾剂持续施加某种能量以足以从气雾剂颗粒中蒸发至少部分溶剂。在参照图2描述的实施方案中，可以是气雾剂在一个或多个加热元件上方通过来实现，这些加热元件可以是任何常规的加热元件，包括但不限于陶瓷元件等。在这样的情况下，加热元件的温度和热交换性能要结合气雾剂流的气体流速、温度和湿度来选择，以闪蒸溶剂，本实例中是水，且实质上没有蒸发掉显著量的过氧化物。这通过选择条件而部分地实现，使得对气雾剂中的溶液颗粒的热传递将溶液温度升高至低于灭菌剂沸点但高于溶剂沸点的温度；但可以认为液体以微细颗粒状态暴露于载气中具有非常大的表面积起到了促进作用，水分子相对容易地从液/气颗粒界面释放。

尽管在优选的实施方案中，水通过陶瓷加热元件上方的通路由雾化颗粒闪蒸，但可以采用任何常规的加热元件，或者实现蒸发所需的能量可以通过其他方法传递给颗粒，这些方法包括但不限于照射例如适当频率的红外线或激光照射、微波、RF或其他照射，感应，与热交换器接触，以及其他加热形式包括热传导、对流或者机械能转换方法。

尽管雾状颗粒可以瞬时地暴露于高于60℃的温度下极短时间，例如流过700～1000℃的任何形式的加热元件时，其流速应使得大部分气雾剂作为整体保持在低于60℃，优选低于45℃的温度下(或者随后在使其接触灭菌表面之前通过冷却装置或热交换器冷却到这样的温度)。加热时作为雾状物肉眼可见的雾气的雾化剂液滴会变得肉眼不可见，但当光束照射细小的雾状物时可以看到颗粒的光散射。然而，当室内的温度在大气压下正好低于过氧化氢沸点时，大部分过氧化氢显然不在蒸气相中。由于不可见的微米以下的灭菌剂液滴并非蒸气，在此称其为纳米颗粒。在颗粒中不可避免地存在少量与液体处于平衡状态的过氧化物蒸气，但不会多于现有的雾化剂体系中的过氧化物蒸气。

在优先于灭菌剂的溶剂蒸发后，溶剂蒸气与现在更小的气雾剂颗粒一起被气流运载。随后，在大气压下从纳米雾化剂中除去溶剂蒸气。在图2的实施方案中，使带有纳米雾化剂和溶剂蒸气的载气经过冷阱，由此溶剂蒸气被冷凝并从气流中除去从而实现上述分离。在雾化溶液是水中的过氧化氢、并且水蒸气在步骤(2)中闪蒸的实施例中，水蒸气在步骤(3)中被冷凝，形成包含60～80％过氧化氢的微米雾化剂颗粒的微米以下的悬浮液的气流。蒸气除去步骤也可以通过其他方法来实施，这些方法包括但不限于：使气体经过干燥剂、脱水剂、或者经过适当的分子筛、隔膜，通过离心分离机例如离心式鼓风机，或者利用适当的旋风分离机等。然而，如果不使用冷阱作为蒸气分离器，需要在将待灭菌制品暴露于气流之前对气流进行冷却，以确保纳米雾化剂低于可能损坏灭菌室中的制品的温度。

另一个优选的溶剂分离的方法示于图7中。在图7中截面图表明设备70包括具有管壁72的第一管71。管壁72整体或部分地由能使溶剂蒸气透过但不能使纳米颗粒透过的材料构成，例如KIMGUARD^TM。含有纳米颗粒和溶剂蒸气的气雾剂在第一方向上流经管71，例如从入口73到出口74。

理想的是在同心管75中设有逆向气流76，其有助于除去穿过壁72扩散的溶剂蒸气。

这样的应用是新的，KIMGUARD^TM织物被用于在大气压下将水蒸气与过氧化物雾状液滴分离，其可以替代图2～6中的冷阱，或者可以与冷却或其他水蒸气除去装置结合使用。KIMGUARD^TM是多层无纺聚丙烯纤维织物，旨在用作包裹例如外科装置的物品的终端无菌隔离物。微生物不能透过。其他类似的烃类织物例如适当级别的TYVEK^TM和SPUNGUARD^TM可以替代KIMGUARD^TM。壁72不必是机织织物，可以是任何其他适当的半透膜，这种半透膜有利于除去水但微生物和雾化剂颗粒不会透过。

理想的是使用至少一个鼓风机或泵来使气流循环，从雾化器经过加热元件、水除去单元再进入灭菌室并从其中出来。

灭菌室可以是简单的小室，可以安装夹套或进行温度控制，并且可以安装有待灭菌制品的支撑体或特殊的连接器，例如连接内视镜或引导纳米雾化剂气流通过一个或多个管腔。

灭菌室可以是任何适当的形式，例如袋子、盒子、容器、小室、房间等。

在更优选的实施方案中，待灭菌制品可以容纳在能够通过例如可密封的入口引入纳米雾化剂的可丢弃的袋子或盒子中，但该袋子或盒子可透过蒸气，以使制品在包装物中被干燥，并且随后在无菌条件下储存在包装物中。这种适宜的材料为KIMGUARD^TM、TYVEK^TM或SPUNGUARD^TM，但其他机织或无纺半透膜也是适宜的。图8例示了适于这种情况的包装物的例子，包括具有由KIMGUARD^TM制成的柔性壁81的袋子，其具有由热密封、感应加热或任何其他适当的方法在83处密封的入口82。可替代地，入口可设置止逆阀。在其他实施方案中，包装物可以代替灭菌室，设置有入口和出口以利于与诸如图2～5所示的线路连接。

在更优选的实施方案中，待灭菌制品(例如超声波探针或内视镜)容纳在具有一个或多个由织物例如KIMGUARD^TM覆盖的开口的可密封的、可再利用的盒子中。该盒子可以放入灭菌室(例如图2、5和6的室1)中。从室中取出盒子时，仍制品密封在无菌环境的盒子里，直至取出制品使用。盒子被示意性地例示在图8A中，其中截面图表明矩形室84具有非透性壁85、带阀门的入口和出口86，87。KIMGUARD^TM片材88在室84的一侧的开口上方伸展，通过可动框架89定位，由此片材88被夹在适当位置，与开口的边缘密封连接。如果需要，KIMGUARD^TM片88可以由穿孔板等(未图示)支撑，筛网或格栅90可以用于在盒子底部支撑器械。需要指出的是现有技术中已经使用过采用TYVEK^TM的容器，通过：(1)将制品密封在其中，(2)允许灭菌气体或蒸气从外部经过所述膜到达内部，然后(3)利用所述膜来保护内容物，防止微生物进入包装物直至被打开。在本发明中，(1)制品被放入容器中，(2)使纳米雾化剂进入容器，(3)在大气压下水和/或过氧化物蒸气从容器内部经过所述膜到达容器外部，随后防止微生物进入。在其他实施方案中，盒子可以替代灭菌室。或者通过将参照图7描述的装置的特点与图8的结合，该盒子可以用于同时充当水除去场所和灭菌室/储存容器。

待处理表面暴露于来自步骤(3)的纳米雾化剂颗粒持续足以对该表面进行灭菌的时间。令人惊奇的是，发现得到的纳米雾化剂不仅比现有的气雾剂更快速有效，而且在透过配合表面、处理没有直接暴露的遮蔽表面方面也非常有效。虽然不清楚为什么这样，可能是非常高的纳米雾化剂密度(例如2.0mg/l或大至40％RH)分布在灭菌室的整个体积中，而同时在表面几乎没有或实际上没有浓度。相比于原来的微米雾化剂颗粒，纳米雾化剂颗粒在气/液界面具有非常大的表面积，直径非常小，从而可以保持更长时间的悬浮。不希望束缚于理论的情况下，本申请人认为相比于现有的微米颗粒，纳米颗粒以更大的频率撞击表面，并且与蒸气分子相比在表面上具有更长的滞留时间。与现有的气雾剂处理相比，由本发明处理的表面可以快速地干燥，并且相对地不会被残留的过氧化物污染。当处理管腔时，优选连接管腔，以通过管腔接收雾化剂气流。优选外部和配合表面在室或盒子中也被暴露于雾化剂。

实施例

除非另外说明，下面列出的测试方法被用在实施例中。

微生物学：

试验菌种是嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)(ATCC7953)，这种菌种已被指出对过氧化物和加热类消毒处理最具有抗性。按照Pflug(1999)中所述的，根据“施密特法(Schmidt method)”、采用添加5ppm MnSO₄的营养琼脂来生长嗜热脂肪芽孢杆菌孢子。生长条件确保相对于营养体型，孢子记数几乎为100％

配合表面和其他载体的效能试验

采用的无菌敞开载体为AOAC杀孢子方法966.04所述的瓷制潘尼柱(penicylinder)，还有具有不同组成的平坦表面。为了模拟出现在柔性内视镜上的配合表面组件，采用的载体为具有不同尺寸的无菌不锈钢衬垫，这些衬垫一个叠放在另一个上，平坦表面直接并置。除非另有说明，选择这些衬垫，使得配合表面的面积为85mm²。

潘尼柱按照AOAC杀孢子方法966.04进行接种。为了模拟土壤，在接种体中加入5％马血清和340ppm的AOAC硬水。衬垫和其他表面用0.01ml试验悬浮液进行接种，然后在干燥器中真空干燥24小时。每个载体都接种以产生每个载体1～5×10⁶cfu的污染。为了测试配合表面，在接种的干燥衬垫上直接放置另一个衬垫。当接种时，接种体被夹在上衬垫的下表面和下衬垫的上表面之间。

残存孢子的恢复

在完成消毒循环后，载体在无菌条件下转移到装有大豆胰蛋白胨肉汤(TSB，Oxoid CM131，Bassingstoke，United Kingdom)的10ml管中，其包含100微升无菌过氧化氢酶(Fermcolase1000，Genencor International，Belgium)并在55℃培养7～14天。将1ml TSB放在大豆胰蛋白胨琼脂的培养皿上并在55℃培养48～72小时。

测定载体载菌量

将接种的载体放入10ml TSB中并在50Hz超声波浴中超声处理5分钟。将0.1ml悬浮液加入9.9ml TSB中，形成1∶1000的稀释度。将1ml和0.1ml的10^-3稀释物放在大豆胰蛋白胨琼脂培养皿上并在55℃培养48～72小时。确定每个载体形成单元的菌落数。

测定log ₁₀ 下降

在所有的培养皿中确定形成单元的菌落数。这些数量被转换成log₁₀值，并且确定载体的最初记数和残存菌记数间的差。

还要确定关于每个处理的正生长度(positive growth in)。

配合表面灭菌试验

在此“配合表面灭菌试验”是指如下试验：具有85mm²配合表面的载体进行接种、处理，如果有的话对孢子进行恢复，并报告由于上述处理形成单元的菌落数的log₁₀减少值。(载体、接种、孢子恢复等如上所述)

医疗器械-内视镜的模拟使用试验

该方法的目的是确定在最差的情况下对内视镜的处理的效果。在许多试验中采用了Pentax牌柔性结肠镜。它们的管腔直径在1mm～4mm范围，管腔长度在2.5～3.5m范围。内视镜的内部通道由在5％血清和340ppm硬水中准备的试验微生物接种。准备高密度的试验接种体，在开始试验前其允许来自管腔＞10⁶cfu的恢复。活组织检查、抽吸和空气/水通道被接种。

抽吸/活组织检查通道的接种

试验接种体稀释至在开始试验前允许来自通道＞10⁶cfu的恢复的浓度。管腔的内部表面经吸入口用1ml试验接种体进行接种，用50ml充气注射器进行冲洗并且在环境温度下干燥30分钟。

空气/水通道的接种

准备高密度的试验接种体，其在开始试验前允许来自管腔＞10⁶cfu的恢复。空气和水通道用0.25ml试验接种体进行接种，用50ml充气注射器进行冲洗并且在环境温度下干燥30分钟。

内视镜暴露于处理工艺中，残存的菌用100ml洗提液(无菌蒸馏水+0.1ml过氧化氢酶)洗涤通道来恢复，并被收集在无菌容器中。收集流体被充分混合并通过无菌的0.22微米膜过滤器进行过滤。在无菌条件下取走膜过滤器，并放在大豆胰蛋白胨琼脂培养皿中，在55℃培养2天。

测定未处理的对照

残存的菌通过用100ml洗提液洗涤所述通道来恢复，并被收集在无菌容器中。收集流体被充分混合并通过无菌的0.22微米膜过滤器进行过滤。在无菌条件下取走膜过滤器，使用无菌解剖刀切成小片并转移到10ml TSB(10^-1稀释物)中，涡流处理20秒钟。100μl的10^-1稀释物进一步在9.9ml TSB中稀释成10^-3稀释物。1ml和0.1ml的10^-3稀释物一式两份放在大豆胰蛋白胨琼脂培养皿上。这些培养皿被放入储存容器中，在55℃对培养皿培养48小时。

管腔灭菌试验

在此“管腔灭菌试验”是指下述试验：具有2.5m长、直径1mm的管腔如上所述对空气通道进行接种、处理，如果有则测定残存的菌，并报告由于上述处理形成单元的菌落数的log₁₀减少。

实施例1

35％过氧化氢在上面参照图2所述的设备中被雾化，并且灭菌室处于在线状态。除非另有说明，在所有实施例中采用的系统参数为：

雾化溶液：过氧化氢水溶液

进料过氧化物浓度：35wt％

系统体积：0.04m³

雾化器输送速度：8±1.5mg/min

雾化器工作周期：20秒/分钟

动力供给：27±2mg/min

气雾剂流速：1.5±0.3m/s

初始室内湿度：20％RH

室内温度：45℃

在实施例1中，系统参数如上所述，除了雾化器输送速度为10mg/l/min，加热器17使用的能量为1.5KJ/min。除去水是通过冷阱17，其利用珀耳帖装置实现冷却。由出口23从冷阱排出的雾化剂的温度为45℃。所附的表2和图9表示在15分钟循环内在图1的室中的相对湿度。

如图9所示，相对湿度在2～3分钟内上升到高于40％，随后保持在40％至约55％之间。在这个循环中大约从体系中除去22.5g/m³的水。当没有除去水时，室中的相对湿度在4分钟内会上升到高于60％，在约9分钟内会达到80％，并且在接近循环结束时会高于95％。

在这个试验中，待灭菌制品动态地暴露于纳米雾化剂，即在整个循环过程中。在那些情况下，相比于体系首先进入平衡，制品会被更快地消毒，随后制品在静态条件下暴露于纳米雾化剂中一段时间。

实施例2

根据上面描述的配合表面试验，采用图2的实施方案对配合表面进行了许多试验，该配合表面被放在灭菌室1中。参数基本上如同实施例1，除了温度、相对湿度和暴露时间发生变化。所附的图10表示利用配合表面试验、在给定时间内在配合表面上得到生物担载量的log6的减少所需的RH％和温度的边界条件。在图10中标出的面积内得到生物担载量log6的减少。在该面积外，log减少小于6。从而，配合表面可以在45和48℃间、在30～40％RH、在10分钟内被灭菌，并且可以在约36～47.5℃、在30～60％RH的相对湿度、在14分钟内被灭菌。尽管未在图10中表示，值得注意的是在大气压下在大于约70～80％RH、温度低于70℃的条件下并没有在20分钟内实现log6的减少。

实施例3

在本实施例中，许多不同的内视镜根据本发明在10分钟灭菌周期内被灭菌。内视镜如上所述进行接种，然后放入根据图2的设备的灭菌室1中。根据本发明控制和操作该设备，参数除了特别说明的外与实施例1同样。在列出的平衡条件下，使纳米雾状物进入灭菌室10分钟，然后测量微生物的处理效果。结果记录在所附的表3中。可以看出在10分钟内对直径1～4mm、长度达到3.5m的管腔的灭菌处理是有效的。

通过比较，在先技术中的处于43℃、100％湿度(无任何水除去措施)的35％过氧化氢的雾化剂，虽然能够在30分钟内对直径1mm、长度2.5m的管腔实现灭菌，但是过氧化物溶液大量沉积在表面上，除去过氧化物和进行干燥的需要将周期时间延长到超过60分钟，这在商业上是不实用的。

实施例4

在本实施例中，包括平坦表面直接并置的不锈钢衬垫(85mm²配合表面)的配合表面组件如上所述进行接种。配合表面组件被放入根据图2的设备的灭菌室中。根据本发明控制和操作该设备，操作参数除了表4中所指明以外与实施例1相同。在列出的平衡条件下，使纳米雾进入灭菌室10或15分钟，然后测量微生物的处理效果。在所附的表4中的结果表明配合表面的灭菌可以非常可靠地在10分钟内取得。

实施例5

用配合表面的面积增加至450mm²的配合表面组件重复实施例4的试验。结果记录在附表5中，其表明本发明方法对于较大的配合面积也有效。

实施例6

采用敞开(与配合不同)表面但处于湿的、干的和刚接种过的条件下来重复实施例4。结果记录在附表6中，其表明在任何情况下在3分钟内都能在敞开的暴露表面上实现生物担载量log6的减少。

实施例7

在本实施例中，根据本发明的灭菌方法通过如前面实施例中的本发明方法用于具有不同材料组成的表面。试验样品为面积20×20mm的敞开表面。结果记录在所附的表7中，表明在敞开的暴露表面上在3分钟内大部分材料可以实现生物担载量log6的减少，但是硅酮和氯丁橡胶需要5分钟，聚氨酯和尼龙需要10分钟。不锈钢和潘尼柱需要10分钟。系统参数除了特殊说明以外与实施例1相同。

值得注意的是不锈钢敝开表面的灭菌可以在所示条件下在25℃实现。

实施例8

本实施例展示在气雾剂处理中采用本发明的步骤(2)和(3)(即加热步骤结合水除去步骤)的方法的优点。

在我们以前的申请(Kritzler等人，PCT/AU99/00505)的表5中，在1％过氧化物、在敞开表面上在60秒钟内对比嗜热脂肪芽孢杆菌(ATCC7953)更容易被杀死的枯草杆菌得到了孢子6log的减少的结果。在60秒钟末，在使用的玻璃培养皿上存在大约50mg过氧化物(5mg/cm²)。

在实施例8中，重复试验A但是采用嗜热脂肪芽孢杆菌和10％过氧化物。对配合表面灭菌试验的灭菌需要超过60分钟。60秒钟后测量在敞开表面上的过氧化物重量，记录在所附的表8中。在其他现有技术中，过氧化物雾化剂已进行了加热。在试验B中，在样品暴露于雾化剂之前，35％过氧化物雾化剂在根据图1的设备中循环，并被加热到40℃，没有除去水。在试验C中，样品根据本发明被加热到40℃，还被除去水。试验C与试验B相同，除了在试验C中，除去了水蒸气直至过氧化物浓度在液滴中超过60％，且相对湿度为55％。在试验D中，60％过氧化物溶液被雾化和加热，但没有除去水。

虽然表8中测定的所有试验在暴露的敞开表面上在1分钟内都实现了灭菌，但是本发明的方法(试验C)使用了非常少的过氧化物，并且大大减少在表面上的残留量。在减少干燥时间、细胞毒性风险方面更为经济。另外，相比于试验A、B或D，根据本发明的试验C在配合表面上实现了更加快速的处理。这些结果表明本发明的优点并不仅仅归功于过氧化物浓度的增加。

实施例9

在本实施例中，在相同条件下根据本发明准备的纳米雾化剂的效果与过氧化物蒸气的效果进行了比较。两套相同的载体被放入图2的灭菌室中，该灭菌室根据本发明如上所述进行操作。每套都具有接种过的潘尼柱和接种过的不锈钢衬垫。一套放入灭菌室1中的TYVEK^TM袋内，而另一套在灭菌室1中但在TYVEK^TM袋外。从而，在袋中的那套暴露于过氧化氢蒸气中，但没有接触到不能渗透TYVEK^TM的纳米雾化剂雾状物。暴露时间为2分钟。如所附的表9所示，纳米雾化剂被描述为“雾状物”，纳米雾化剂与单独的蒸气相比非常有效。

实施例10

表10(对应图11、12、13和14)表示在根据图2的设备的各种操作条件下关于配合表面的生物载量的log减少。

图11表明应当选择气雾剂流速，以在根据图2的设备中提供在温度45℃下高于约8mg/L/min的过氧化物传输速度以及在40～50％的相对湿度的条件下，在10分钟内实现孢子log6的减少。

图12和13表明可以在一系列适当的功率输出和工作周期内选择雾化条件，以得到充分的传输速度。令人惊奇地发现不同的工作周期在给定的时间内对雾化程度具有相对较小的作用，但是对干燥时间和过氧化物残留具有非常明显的作用。表11表示使用与图8A中的类似的、包含待灭菌探针的盒子的运行结果。该盒子被放在室1中，经历不同的雾化器工作周期。由于不同的雾化器工作周期，盒子中的最终相对湿度明显不同，但是生物载量的减少基本上不变。

表11

工作周期对灭菌功效和残留物的影响

工作周期为运行2分钟；然后盒子密封8分钟(总共10分钟)

在室中雾化剂的平衡状态下的过氧化氢蒸气浓度也不同，这可以从当密封时盒子中的不同的过氧化氢密度预料到。

图14表明关于讨论过的参数，低至约30％的初始过氧化物溶液浓度可以满足在45℃、30～60％RH下的灭菌。然而，低至6％和大概1％的浓度也可以使用，如果能够允许更长的时间，或者从其他方面改善效率。

可以看出在27.5升的室中在5～20分钟间实现灭菌的最佳条件包括约7mg/l/min或更高的过氧化物传输速度，其初始浓度为25～30％、室体温度为约45℃±3℃、除去水以保持湿度低于60％。本领域技术人员基于在此的公开可以容易地确定所述室不同设计的最佳参数。

实施例11

在参照图2描述的实施方案中，在雾化器出口8排出雾化器5的颗粒通常在环境温度下具有约5微米的平均粒径。如图15所示，排出雾化器的颗粒(即未加热)的粒径分布具有从1微米左右直至高于8微米的宽分布，但大部分粒径在3～7微米的范围内。然后在试验中估算实际的粒径，该试验模拟在热交换器出口18的粒径，加热器17以不同的能量输入进行操作。当雾化剂被加热到60℃时，粒径分布峰值在约0.8微米，大约一半颗粒具有小于0.8微米的直径。气雾剂颗粒的扩散系数在低于约1微米以指数关系增加。可以认为如果不从体系中除去水，颗粒会与水重新达到平衡，在短时间内恢复原始尺寸。采用Malvem Mastersizer2000(由Malvern Instruments，Malvern，UK制造)进行测量，其具有0.5微米的较低探测极限。

概括而言，可以看出本发明针对医疗器械包括热敏性内视镜等的灭菌提供了经济的、相对简单的方案。其不需要真空系统，也不需要清洗系统来除去灭菌剂。其不需要使用高浓度的过氧化氢作为初始材料，但能够在20分钟内，用可相对安全处理的35％浓度的溶液实现灭菌。讨论过的实施例表明事实上可以在15分钟内、在大气压下、在宽范围的操作条件下、对管腔和配合表面实现灭菌(生物污染物6log的减少)。

对于27.5升灭菌室，在下述条件下得到最佳结果：在雾化器中过氧化物浓度在25～35％范围，纳米颗粒的浓度至少60％，室中的温度为45℃±3℃，湿度为30～60％，优选高于40％RH时，灭菌循环时间在5～20分钟内。

本发明人发现可引入室中作为纳米雾化剂的生物杀灭剂的浓度可以高至11.7g/l。这可以与蒸气体系(未排出)能够达到的最大值相匹敌，该最大值在25℃、40％RH下为0.9mg/l(在更高温度或湿度下甚至更少)，在0％湿度升高至2.0mg/l，或者在60℃、10％RH为14.4mg/l。

实施例10的数据证实所述效果并非由于过氧化物蒸气的存在。

尽管本发明在上下文描述了医疗器械灭菌的设备和灭菌室，但可以理解的是同样的原理可以适用于所有尺寸的室和管道的消毒。可以理解的是本发明适于对运行中的手术室、仓库或其他大体积的室进行灭菌。在这些情况下，需要将雾化器系统、加热系统和水蒸气除去系统按比例放大到适当程度，采用适当的监测和控制系统，由于不需要真空，气雾剂的浓度并不过大，从而在放大工艺上没有任何特殊困难。可以采用可用的空调系统来实现充分的水蒸气除去。

还不清楚为什么本发明的方法比蒸气体系更有效。但认为是由于水分子比过氧化物蒸气分子更轻，扩散更快，其往往会堵塞过氧化物蒸气分子进入管腔和裂缝的通道。另一方面，纳米雾化剂颗粒比水分子要重，具有更大的动量。另外，纳米颗粒在其撞击表面时比蒸气分子可能具有更长的滞留时间。当然，在特定的体积中能比蒸气提供更高密度的气雾剂中的纳米颗粒形态的过氧化物也是一个因素。与现有的雾化剂体系相比，本发明的气雾剂能够渗透配合表面和管腔，这在以前是不能实现的，处理后在处理过的制品的表面上仅有量级非常小的残留物。

本领域技术人员应当理解，基于在此的公开，本发明可以由多种形式表现。本发明的方法和设备可以通过组合各种不同的单元操作来实现，这些单元操作被组合来实现描述的新方法。在不偏离本发明的范畴，本领域技术人员能够基于在此公开的发明原理进一步地优化工艺。

Claims

1.一种表面消毒或灭菌的方法，包括如下步骤：

(3)在高于或等于大气压下除去在步骤(2)中从气流中蒸发的溶剂；以及

(4)将所述表面暴露于由步骤(3)得到的浓缩的灭菌剂的雾化剂中持续足以对所述表面灭菌的时间；且

其中所述雾化剂包括微细液滴，所述液滴包括溶质和溶剂，其中所述液滴具有大于60wt％的溶质浓度和小于1.0微米的平均粒径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(3)进一步包括将雾化剂冷却至低于70℃的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在高于或等于大气压下实施步骤(1)～(4)。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中所述灭菌剂选自由过氧化氢、过氧化乙酸和其混合物组成的组中。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中所述溶剂为水或者包括水。

6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤(1)中的溶液为35wt％或更低的过氧化氢水溶液。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中步骤(1)的雾化通过超声换能器进行。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中步骤(2)包括对从步骤(1)的雾化器排出的气雾剂中的液滴进行加热。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在通过加热元件上方时加热所述液滴，所述加热元件向溶液颗粒传递足够的能量以从液滴中蒸发水。

10.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中在雾化剂微米液滴中的液体浓度增加至60～80wt％，而颗粒收缩到平均直径小于1微米。

11.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中在雾化剂微米液滴中的液体浓度增加至60～80wt％，而颗粒收缩到平均直径小于0.8微米。

12.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中在步骤(3)中，在高于或等于大气压下通过冷阱或冷凝器、分子筛或干燥剂或者半透膜器件从气流中除去水蒸气，同时在气流中留下悬浮的浓缩的过氧化物溶液的微米级以下的颗粒。

13.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其中待灭菌表面暴露于来自步骤(3)的雾化剂中持续足以对所述表面灭菌的时间。

14.根据权利要求3所述的方法，其中所述表面为配合表面或管腔，并且其中在大气压下，暴露于来自步骤(3)的雾化剂20分钟内，在配合表面灭菌试验或管腔灭菌试验中实现了微生物载量的6log值减少。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在大气压下，暴露于来自步骤(3)的雾化剂10分钟内，在配合表面灭菌试验中实现了微生物载量的6log值减少。

16.一种实施如权利要求1所述的表面消毒或灭菌的方法的设备，其包括如下组合：

(2)向雾化剂供给足够能量的装置以选择性地闪蒸出至少部分溶剂，从而增加雾化剂颗粒中的溶质浓度；

(3)在大气压下从步骤(3)后的雾化剂中分离溶剂蒸气的装置；

(4)将待灭菌表面暴露于来自步骤(4)的雾化剂的装置；且

17.根据权利要求16所述的设备，进一步包括在步骤(3)后将雾化剂冷却到低于70℃的装置。

18.根据权利要求16所述的设备，进一步包括用于控制在步骤(2)中供给能量的装置，以确保溶剂优先于溶质被蒸发，且相对地几乎没有溶质被蒸发。

19.根据权利要求18所述的设备，其中在步骤(1)中使用的雾化装置选自由超声波雾化器、喷雾器、喷射式雾化器和压电式雾化器组成的组中，其连续地或周期性地运行。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述雾化器周期性地或以不规则的间隔打开和关闭。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述雾化器每分钟运行15～25秒。

22.根据权利要求18～21中任意一项所述的设备，其中通过选自如下的装置来实施步骤(2)：加热元件装置，产生红外线、激光、微波或RF的装置，感应加热装置，热交换器装置，热传导装置，对流装置或者机械能转换装置。

23.根据权利要求16～21中任意一项所述的设备，其中通过选自如下的装置来实施蒸气除去步骤：使气体经过干燥剂、脱水剂、或者经过分子筛、隔膜的装置，经过离心分离机的装置，旋风分离机装置。