CN101918045B - 灭菌指示剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灭菌指示剂(17)，其特征在于，其包括：组合物(21)，其与氧原子(O)和/或氮原子(N)接触时放热；以及热敏染料(19)，其与所述组合物(21)热接触。

Description

灭菌指示剂

本发明涉及一种灭菌指示剂，其特别用于通过从基于氮气和/或氧气的气体中获得的后放电(post-discharge)等离子体来对医疗或手术器械进行灭菌，其特别用于牙科应用中。

灭菌是指以给定的比例消灭待灭菌物品的内外表面上所存在的相当数量的微生物、病毒、或致病蛋白。

应注意，形容词“无菌的”是一个绝对术语，但是保证物品无菌，即不存在微生物，是一个概率函数。物品的灭菌保证水平(SAL)被定义为经过有效灭菌处理后，任何给定单位存在微生物的概率。因此，对于参考欧洲标准EN556被认为是无菌的物品，其必须具有10^-6的SAL，即分离出微生物的理论概率必须小于10⁶分之一。

已知各种灭菌过程，包括化学过程和物理过程。

在化学灭菌过程当中，可以提及的是利用例如环氧乙烷(ethyleneoxide)、甲醛(formaldehyde)或过氧化氢(hydrogen peroxide)等气体的过程。但是，这些过程仍然存在需要长时间的解吸作用的缺点，这与快速获得灭菌器械是相矛盾的。此外，这些气体有毒且刺激皮肤和黏膜。

物理过程特别包括在高压灭菌器中利用温度和蒸汽的作用进行的蒸汽灭菌；干热灭菌；用于不能通过加热或化学方法进行灭菌的物品的利用离子束或伽马射线的辐射；或者利用适于分离出微生物的过滤器的过滤。这些过程通常涉及到高温，经常是超过100℃的高温。

由于在医疗用品中越来越多的使用对温度敏感的材料，例如聚合材料，因此希望研发出一种可在低温下进行的灭菌过程，特别是可在70℃以下的温度下进行的灭菌过程。

因此研发出一种利用等离子体的灭菌过程，其在能够避免破坏温度敏感材料的温度下操作。

例如，申请WO 00/72889公开了利用基于氧气和氮气的等离子体的灭菌过程。申请FR 2 856 600描述了一种利用后放电等离子体的灭菌过程，该后放电等离子体来自于完全由氮气组成的等离子体，而申请FR 2 879 933利用来自于由氢气和氮气组成的等离子体的后放电等离子体。因此许多灭菌过程都利用基于氮气或氧气的气体来制备等离子体。

为了验证灭菌器的有效性，使用可以监测灭菌过程中的一项或多项必要参数的灭菌指示剂。为此，已经开发出三种灭菌指示剂：物理指示剂、化学指示剂、和生物指示剂。

已开发出来的用于利用等离子体的过程的灭菌指示剂较少。文献US 6 659 036、WO 98/46279、JP 2005111154和JP 2004298479公开了涉及利用等离子体的过程的灭菌指示剂。但是，这些文献未涉及基于氮气和/或氧气的等离子体。

因此，需要一种用于利用从包括氮气N₂和/或氧气O₂的气体中获得的后放电(post-discharge)等离子体的灭菌过程的能够评价该灭菌过程的至少一个参数的灭菌指示剂。

申请人已经开发出一种能够达到上述目标的灭菌指示剂。特别地，本发明的指示剂可以指示后放电等离子体中的氧原子O和/或氮原子N的存在。

根据本发明的用于灭菌设备中的灭菌指示剂包括：

组合物，其与氧原子O和/或氮原子N相接触时放热，尤其是从包括氧气O₂和/或氮气N₂的气体中获得的后放电等离子体中存在的氧原子O和/或氮原子N；以及

热敏染料(thermochromic dye)，与所述组合物热接触。

本发明中的术语“与组合物热接触”是指染料相对于组合物的放置方式使得组合物的放热导致染料的温度升高。

为了保证组合物与染料之间较大的接触面积，从而增强热交换，组合物的形式优选为粉末、颗粒、细丝、或纤维。

组合物优选地包括至少一种金属。通过金属表面的存在来增强氮原子N或氢原子H的表面复合，该复合是放热的。在金属表面上，氮原子N或氧原子O的原子复合概率高。由于该反应是放热的，复合的反应能量被部分地传递到金属。

组合物的金属可以选自铜、钛、钢、铝，或其合金。

优选使用铜及其合金。

热敏染料可以是可逆的或不可逆的。热敏染料是在温度作用下改变颜色的染料。当在温度作用下获得的颜色是永久的且不能恢复其初始颜色时，热敏染料是不可逆的。

根据指示剂所涉及的用途来选择热敏染料的可逆或不可逆的特性。如果需要实时跟踪染料的颜色变化，并且要求在灭菌之后立即再次使用染料，则可以使用可逆的热敏染料。相反，如果指示剂将与待灭菌的物品一起储存以用于后续的灭菌参数检验，则应该使用不可逆的热敏染料。

应根据组合物的特性和灭菌过程的参数来选择染料。染料的温度升高是与氮原子N和/或氧原子O相接触的组合物的放热能力的函数，还是与组合物相接触的氮原子N和/或氧原子O的数量的函数。

组合物和染料优选地与介质相接触，即放置在介质上和/或介质中。因此组合物可以放置或分散在染料所在的介质上。组合物还可以放置在介质中，例如喷洒在介质中或通过纤维的形式交织在介质中。

可以使用任何类型的介质，例如多孔介质，从而促进染料在介质中的扩散。

介质可以是片的形式(例如由聚合物或金属制成)，纤维的形式(例如金属、天然或化学纤维)，或者是纺织的或无纺的织物形式。

特别地，介质可以选自纤维素、织物、纤维、棉、纸、或吸墨纸(blotting paper)。

本发明还提供了一种指示后放电腔中存在的等离子体(后放电等离子体)中的氧原子O和/或氮原子N的存在的方法。该方法有利地在利用从包括氧气O₂和/或氮气N₂的气体中获得的等离子体的灭菌设备的后放电腔中实现。该方法依次包括：

使根据本发明的灭菌指示剂与等离子体接触；以及

比较指示剂的染料的颜色与参考颜色。

参考颜色被设定为灭菌过程中使用的参数的函数。

因此，通过比较过程之后的染料的颜色与参考颜色，可以观察到本发明的指示剂是否遭遇到希望数量的氮原子N和/或氧原子O。组合物的放热及其温度正比于组合物所接触的氮原子N和/或氧原子O的数量。由于组合物达到的温度决定了染料的颜色，因此观察到的颜色实际上就与组合物已经接触到的氮原子N和/或氧原子O的数量相关。

可以通过视觉或者利用自动比较器装置，例如分光光度计，来比较本发明的指示剂的颜色和参考指示剂。

为了定义两种颜色是否被认为相同，可以利用Kubelka-Munk方程和根据CIE Lab模型的颜色变化，CIE Lab模型是由国际照明委员会(CIE)开发的表示颜色的模型。

根据Kubelka-Munk方程，染料的吸收系数K与染料的散射系数S之比与反射系数β的关系如下：

K/S＝(1-β)²/(2β)

根据CIE Lab模型，两个组合物1和2之间的色差表示如下：

${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{ab}}^{*}={({(L_2^{*}-L_1^{*})}^2+{(a_2^{*}-a_1^{*})}^2+{(b_2^{*}-b_1^{*})}^2)}^{1/2}$

$={({\mathrm{\ΔL}}^{*2}+{\mathrm{Da}}^{*2}+{\mathrm{Db}}^{*2})}^{1/2}$

在此方程中，L^*是亮度，a^*表示在品红色到绿色的轴上的位置，b^*表示在黄色到蓝色的轴上的位置。

对于被认为相同的两种染料的颜色，则可以要求 ${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{ab}}^{*}\≤2.$

在一种实施方式中，指示剂还可以用于指示后放电腔中的温度。在这种情况下，适当的是在灭菌过程开始时，当指示剂放入后放电腔中时观察染料的颜色。与氮原子和/或氧原子的接触导致的组合物的放热比后放电腔中存在的与温度相关的染料的颜色变化要慢。

在这种实施方式中，优选地选择当温度从环境温度(20℃)升高到金属被加热到的温度时颜色逐渐变化的热敏染料，以呈现出至少两种不同的颜色。

这样的染料特别可以是Chemsong公司的染料。

因此本发明提供了指示以下信息的方法：a)后放电腔中存在的等离子体中的氧原子O和/或氮原子N的存在，其可能是从包括氧气O₂和/或氮气N₂的气体中获得的；以及b)后放电腔中的温度。

该方法依次包括：

使根据本发明的灭菌指示剂与等离子体接触；

比较指示剂的染料的颜色与第一参考颜色，所述第一参考颜色表示腔内的参考温度；以及

比较指示剂的染料的颜色与第二参考颜色，所述第二参考颜色表示氧原子O和/或氮原子N的参考数量。

这样，可以在灭菌开始时比较染料的颜色与第一参考颜色，以保证已经达到了后放电腔中的参考温度。并在灭菌结束时比较染料的颜色与第二参考颜色，以保证在灭菌过程中达到了与指示剂接触的氮原子N和/或氧原子O的参考数量。

本发明还提供了一种灭菌指示剂，其可以简化后放电腔内的温度的检验，同时还可以检验后放电腔内氮原子N和/或氧原子O的存在。该指示剂包括：

第一部分，包括与氧原子O和/或氮原子N相接触时放热的组合物，以及与该组合物热接触的热敏染料；以及

第二部分，包括热敏染料，且不包括与氧原子O和/或氮原子N相接触时放热的组合物。

第一部分与上述指示剂相同，用于检验后放电等离子体中的氮原子N和/或氧原子O的含量。

第二部分包括热敏染料，但是不包括放热型组合物。灭菌指示剂的第二部分用于检验后放电腔(灭菌腔)内的温度。染料不与放热组合物接触，且其只受到后放电腔的温度的作用，而不存在任何其他的供热。

指示剂的第二部分的染料可以与第一部分中存在的染料相同。

因此，本发明提供了一种指示以下信息的方法：a)后放电腔中存在的等离子体中的氧原子O和/或氮原子N的存在，其特别是从包含氧气O₂和/或氮气N₂的气体中获得的；以及b)后放电腔内的温度。该方法依次包括：

使所述灭菌指示剂与等离子体接触；以及

比较指示剂的第一部分和第二部分的染料的颜色与两个参考颜色。

指示剂的第一部分的染料的颜色可与第一参考颜色相比较，所述第一参考颜色表示氧原子O和/或氮原子N的参考数量，然后指示剂的第二部分的染料的颜色可与第二参考颜色相比较，所述第二参考颜色表示腔内的参考温度。还可以相互比较两部分的颜色。

通过使用两部分指示剂，不再需要在该方法中实时地跟踪变化。

通过阅读以下仅以示例方式给出的描述，以及参考附图，可理解本发明的其他目的、特征和优点，其中：

图1是显示具有本发明的指示剂的灭菌设备的图示；

图2显示本发明的第一实施例中的指示剂；以及

图3是第二实施例中的指示剂的平面图。

如图1所示的灭菌设备包括进气管1，其用于通过真空罩(evacuated enclosure)2的氮气N₂流，真空罩2受到工作在2.45千兆赫(GHz)下的微波发生器3产生的电场的作用。电场特别用于形成来自于N₂分子的N原子。以这种方式生成的等离子体借助于真空泵6通过管5被传送到灭菌腔4中。通过喷嘴15向腔4输送等离子体。喷嘴15可以有利地终止于用于均匀化等离子流的一个或多个喷射器。真空泵6还用于通过设置有过滤器8的管7来把等离子体排到外部。

灭菌腔4被称为“后放电”腔，因为等离子体不受其中的电场的作用，而是受到罩2中的场的作用。腔4中存在的等离子体被称为“后放电”等离子体，其不受电场作用，因此不再包含紫外(UV)辐射、离子、或电子，从而可以避免过度提高腔4中的温度，而这将损坏待灭菌的物品10。

灭菌腔4是长方体的形式，包括用于容纳待灭菌物品10的金属或非金属仪器架9。灭菌腔4配备有加热器装置11，其传递由控制设备12控制的温度。这些加热器装置特别可以由电阻或感应加热器装置构成。

灭菌腔4的一侧被枢转门13封闭。

腔4还配备有利于均匀化等离子体的反射体14和风扇16。

待灭菌物品10与一份或多份灭菌指示剂17被放入腔4中。灭菌指示剂17可以遍布腔4，特别可以位于难以到达的位置，例如紧靠腔4的壁或位于待灭菌物品10下方。通过这种方式，可以保证灭菌腔的整个体积都被氮气的等离子体处理。

特别有用的是将灭菌指示剂17放在包含待灭菌物品10的灭菌袋上，或者放在物品中，以保证物品10本身与氮原子N相接触。

灭菌腔4中的压力优选地小于10⁵帕斯卡(Pa)，以利于氮原子N与物品10的接触。

图2显示了本发明的灭菌指示剂17。

灭菌指示剂17包括介质18，介质18充满在介质18中扩散以形成染料区20的染料19。金属纤维形式的组合物21放在介质中和染料区20中。如图2所示，纤维放在染料区20中，但是也可以设想纤维被分散到整个介质18上，以延伸超过染料区20。

图3显示了根据本发明的两部分的灭菌指示剂17。指示剂17包括第一部分22，该第一部分22包括在介质18中扩散以形成染料区20的染料19。金属纤维形式的组合物21放在染料区20中的介质中。

在不包含组合物21的指示剂17的第二部分23中，染料19形成染料区24。两个染料区20和24相距足够远，以使金属纤维21不与第二部分23的染料区24热接触。

在下面两个例子中，灭菌过程的参数如下：灭菌腔4中的温度是60℃，氮气的流速为每分钟1升(L/min)，在6.66×10²Pa(5 Torr)的压力下使用氮气，暴露到后放电等离子体的时间为40分钟。

此外，使用的染料19是Kromagen的品红色120丝网印刷油墨染料(screen ink dye)。

染料的颜色根据以下温度的函数变化：

20℃：偏白的粉色(pale whitey pink)

60℃：浅粉色

70℃：粉红色

90℃：品红色

120℃：紫色

借助于不同的参考测试，已经确定如果遵循上述参数，例1和例2的指示剂中的金属的放热需要使染料达到90℃的温度。

例1：一部分的灭菌指示剂

介质18由芳纶纤维(meta-aramid fiber)构成。

组合物21由直径为20微米(μm)的铜镍合金丝构成，其由供应商Baltec有限公司出售，名称为Monel。制造指示剂的一种方法是使细丝21与介质18相接触，然后把染料19倒在介质18上，在20℃的温度下使其干燥。这样制成的指示剂17表现出偏白的粉色。

指示剂17被放在腔4中，在腔4中，其经历灭菌过程。

灭菌后1分钟后观察指示剂17的染料19。其颜色为浅粉色，表示腔4内的温度为大约60℃。

在过程结束时，指示剂17是品红色(深粉色)，即其具有理想的颜色。

例2：两部分的灭菌指示剂

介质18由棉纤维构成。

制造指示剂的一种方法是混合直径为20μm的铜丝与指示剂17的第一部分22中的棉纤维，然后把染料19分散到介质18上，包括第一部分22和第二部分23，以形成两个染料区20和24，然后在20℃的温度下使其干燥。这样制成的指示剂17表现出偏白的粉色。

在过程结束时，染料区24是浅粉色，表示腔4内的温度为大约60℃。染料区20是品红色(深粉色)。因此测试有效。

因此，与金属接触的染料的颜色的确定要考虑灭菌过程中要求使用的各种参数，例如等离子体中氮原子N的浓度，物品10暴露到等离子体的持续时间，灭菌腔4中的温度，以及物品10的体积。通过调节微波发生器3的功率和氮气的流速可以选择氮原子N的浓度。

染料的颜色的确定还要考虑金属21的特性，因为金属表面的放热是金属特性的函数，还要考虑与金属21接触的氮原子N的数量。

因此，通过本发明的指示剂17，可以检验灭菌过程的两个参数，即氮原子N的数量和灭菌温度。

可以确定过程的灭菌保证水平是氮气的压力和流速、氮原子N的含量、灭菌腔4内的温度、以及灭菌持续时间的函数。由于在给定的氮气的压力和流速下，氮原子N的浓度正比于微波发生器3的功率，用于验证的参数是温度、氮原子N的含量、以及处理持续时间。

因此，本发明的灭菌指示剂17特别适于保证后放电等离子体中存在的氮原子N实际已经与全部灭菌腔和待灭菌的物品10接触。指示剂17还作用于从包括N₂和其他类型的混合物的气体中获得的后放电等离子体，例如从N₂/H₂或Ar/N₂获得的等离子体。

指示剂17还作用于从包括O₂的气体中获得的后放电等离子体中存在的氧原子O，例如从N₂/O₂或Ar/O₂获得的等离子体。

Claims (13)

1.一种灭菌指示剂（17），其特征在于，其包括：

第一部分（22），包括与氧原子O和/或氮原子N相接触时放热的组合物（21），以及与该组合物（21）热接触的第一热敏染料（19），所述组合物（21）包括至少一种金属，所述热敏染料的颜色由于所述组合物（21）与氧原子O和/或氮原子N相接触时释放的热量而改变；以及

第二部分（23），包括第二热敏染料（19），且不包括与氧原子O和/或氮原子N相接触时放热的组合物（21）。

2.如权利要求1所述的指示剂（17），其特征在于，所述金属选自铜、钛、钢、铝，或其合金。

3.如权利要求2所述的指示剂（17），其特征在于，所述金属选自铜或其合金。

4.如权利要求1至3中任一项所述的指示剂（17），其特征在于，所述组合物（21）的形式为粉末、颗粒、或纤维。

5.如权利要求1至3中任一项所述的指示剂（17），其特征在于，所述组合物（21）和所述染料（19）与介质（18）相接触。

6.如权利要求5所述的指示剂（17），其特征在于，所述介质（18）是片的形式或纤维的形式。

7.如权利要求6所述的指示剂（17），其特征在于，介质（18）选自纤维素、织物、棉、纸。

8.如权利要求1至3中任一项所述的指示剂（17），其特征在于，所述染料（19）是不可逆的热敏染料。

9.如权利要求1至8中任一项所述的指示剂（17）的使用，用于灭菌设备中，用于通过从基于氮气和/或氧气的气体中获得的后放电等离子体来对医疗或手术器械进行灭菌。

10.如权利要求9所述的使用，用于指示从基于氮气和/或氧气的气体中获得的后放电等离子体中的氧原子O和/或氮原子N的存在。

11.如权利要求1至8中任一项所述的指示剂（17）的使用，还用于使用从基于氮气和/或氧气的气体中获得的后放电等离子体指示后放电腔内的温度。

12.一种使用从基于氮气和/或氧气的气体中获得的后放电等离子体指示后放电腔（4）中存在的等离子体中的氧原子O和/或氮原子N的存在的方法，其特征在于，该方法依次包括：

使如权利要求1至8中任一项所述的灭菌指示剂（17）与等离子体接触；以及

比较指示剂（17）的染料（19）的颜色与参考颜色。

13.一种使用从基于氮气和/或氧气的气体中获得的后放电等离子体指示以下信息的方法：a)后放电腔(4)中存在的等离子体中的氧原子O和/或氮原子N的存在；以及b)后放电腔内的温度，其特征在于，该方法依次包括：

使如权利要求1至8中的任一项所述的灭菌指示剂（17）与等离子体接触；以及

比较指示剂（17）的第一部分和第二部分（22，23）的染料（19）的颜色与两个参考颜色。