CN111494668A - 灭菌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灭菌方法，用于对制品进行灭菌，制品具有疏水层，方法包括以下步骤：将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；利用等离子体技术对制品进行灭菌；向腔体内通入载体气体和不含氧元素的工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于制品表面形成疏水修补层。灭菌方法，包括以下步骤：将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；同时对制品进行灭菌和对制品的疏水层进行修补，向腔体内通入载体气体和工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于制品表面形成疏水修补层。

Description

灭菌方法
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种灭菌方法。
背景技术
常见的一次性口罩的最外层为疏水层，具有防止飞沫通过的作用。一次性口罩生产时需要对其进行消毒灭菌。
环氧乙烷是气体灭菌消毒剂，一次性口罩通常都是使用环氧乙烷灭菌。使用环氧乙烷对一次性口罩消毒后，还需要经过一系列程序处理，尤其是解析处理。解析过程是来释放残留的环氧乙烷的，一般至少7天，有时需要15天。因此，环氧乙烷消毒方法不但效率低，更主要的是可能存在对人体或环境产生严重危害的隐患。因此迫切需要一种无残留毒性且保持口罩灭菌后有良好疏水性的消毒灭菌的方法。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种灭菌方法。
一种灭菌方法，用于对制品进行灭菌，所述制品具有疏水层，所述方法包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
利用等离子体技术对所述制品进行灭菌；
向所述腔体内通入载体气体和不含氧元素的工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于所述制品表面形成疏水修补层。
在其中一个实施例中，所述工艺气体为乙炔、乙烯和含氟气体中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述含氟气体包括四氟甲烷、六氟丙烯、八氟环丁烷、三氟化氮和六氟化硫中的一种或多种。
在其中一个实施例中，，对所述制品进行灭菌前还包括对所述腔体进行抽真空的步骤。
在其中一个实施例中，所述制品为口罩。
在其中一个实施例中，所述载体气体为氮气和/或氩气。
在其中一个实施例中，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于所述制品表面形成疏水修补层的步骤中，施加在阳极板和阴极板之间的射频电源的功率为200W～2000W，射频电源的频率为13.65MHz。
在其中一个实施例中，在所述制品表面形成疏水修补层的步骤中，处理的时间为1～10分钟。
一种灭菌方法，用于对制品进行灭菌，所述制品具有疏水层，所述方法包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
同时对所述制品进行灭菌和对所述制品的疏水层进行修补，向所述腔体内通入载体气体和工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于所述制品表面形成疏水修补层。
在其中一个实施例中，所述工艺气体包括氧气和/或过氧化氢；所述工艺气体还包括乙炔、乙烯和含氟气体中的一种或多种。
有益效果：利用等离子体技术对所述制品进行灭菌，由于引入了亲水性极性基团，亲水性极性基团能够与水分子形成氢键，增加了亲水性，降低疏水性，从而导致疏水层的疏水性遭到破坏；但是通过后续步骤在制品表面形成疏水修补层，疏水修补层含有非极性基团，不能与水分子形成氢键，从而灭菌后的制品依然保持良好的疏水性。
附图说明
图1示出了本发明一实施例中的灭菌方法步骤示意图；
图2示出了本发明另一实施例中的灭菌方法步骤示意图；
图3示出了本发明一实施例中的灭菌室的结构示意图。
附图标记10、腔体；11、壳体；12、阳极板；13、阴极板；14、入气口；15、出气口；16、制品；17、通气孔。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，一种灭菌方法，用于对制品进行灭菌，制品具有疏水层，方法包括以下步骤：
S10、将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
S20、利用等离子体技术对制品进行灭菌；
S30、向腔体内通入载体气体和工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于制品表面形成疏水修补层。
其中，制品可以为口罩等布料制品，其中，布料制品的纤维通常会形成缝隙，这些缝隙会形成通气孔。其中，口罩等布料制品并不构成对本发明的限定，例如本发明还可以用于对伞布等制品进行灭菌。
医用外科口罩是一种特殊的口罩，标准的医用外科口罩分3层，外层具有疏水性，有阻水作用，可防止飞沫进入口罩里面；中层有过滤作用，可阻隔大于5μm颗粒；近口鼻的内层是舒适层，用以吸湿。外层阻水作用有一项测试标准叫合成血液穿透：2ml合成血液以16.0kPa(120mmHg)压力喷向口罩外侧面后，口罩内侧面不应出现渗透。
医用外科口罩外层疏水层是以非织造布聚丙乙烯为原材料制成。聚丙乙烯是一种很好的疏水材料，其水接触角达到102°。再加上非织造布纤维形成的微米大小的微孔，从而起到很好的防水作用。
在利用等离子体技术对制品进行灭菌中，等离子体是游离于固态、液态和气态以外的一种新的物态体系，是一种高度的电离气体云，温度很低而且有辉光。
以过氧化氢为例，说明利用等离子体技术对制品进行灭菌。对过氧化氢施加一定强度的电场时，电子会从某些原子中剥离出来，在电场作用下，粒子加速运动，当剥离的电子与原子重新组合时，或者当激活原子中的电子从高能态转到低能态时，就产生了辉光。
若过氧化氢被充填或汽化扩散至腔体内整个空间后，当腔体壁与位于腔体中心轴线上的金属冷却电极之间加上高频电压后，扩散在腔体中的等离子体工作物质在高频电场的作用下，其中一部分被电离为带电粒子，形成等离子体、羟自由基以及紫外线，与细菌或病毒产生强烈的相互作用，特别是羟自由基可以同几乎所有能形成有生命细胞的分子起反应，并由此构成了全方位对细菌或病毒的灭杀环境。根据分子生物学的观点，细菌和病毒是带电的，正常细胞膜上的电荷有助于细胞对营养物质的吸收，但是当被处理物品表面上细菌和病毒在等离子体高频电磁场高能量粒子自由基以及紫外线的共同作用、轰击和辐射下，其电荷分布被彻底破坏，如细胞壁、细胞核被电击穿，生理活动和新陈代谢被破坏，造成细菌和病毒迅速死亡。而由于冷却电极的作用，腔体内的温度可维持在所需要的较低温度，实现了在腔体内不因高温改变被处理物品的结构性能又达到高效灭菌目的。
等离子体技术对制品进行灭菌时，等离子体中含有的大量活性氧离子、高能自由基团等成分，极易与细菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变性，使各类微生物死亡。在灭菌实验后，通过电镜观察经等离子体作用后的细菌菌体与病毒颗粒图像，均呈现千疮百孔状，这是由具有高动能的电子和离子产生的击穿蚀刻效应所致。在激发过氧化氢形成等离子体的过程中，伴随有部分紫外线产生，这种高能紫外光子被微生物或病毒中蛋白质所吸收，致使其分子变性失活。
但是，等离子体撞击制品的纤维表面引起溅射，同时等离子体中含有丰富的氧原子和氧离子，氧原子和氧离子具有很高的能量，在纤维表面不仅引入大量的含氧基团，还发生氧化降解反应，从而产生刻蚀，导致制品表面粗糙，破坏了疏水层的结构。制品表面粗糙，形成微观的沟槽和凹凸相间的部位，增大了制品的纤维表面的粗糙度和比表面积，同时引入了亲水性极性基团，亲水性极性基团能够与水分子形成氢键，增加了亲水性，降低疏水性，从而导致疏水层的疏水性遭到破坏。
在步骤S30中，由于工艺气体不含氧元素，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以形成的等离子体不含有能量高的氧原子和氧离子，因此形成的等离子都是低能量的非极性基团，不容易与水形成氢键，具有较好的疏水性。因此，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于所述制品表面形成的疏水修补层中，疏水修补层由于含有非极性基团，不能与水分子形成氢键，因此保持了较好的疏水性。因此，灭菌方法中，虽然利用等离子体技术对所述制品进行灭菌时，破坏了制品疏水层的疏水性，但是通过在疏水层表面形成纳米级的疏水修补层，疏水修补层含有非极性基团，不能与水分子形成氢键，从而灭菌后的制品依然保持良好的疏水性。
例如，工艺气体可以为不含高能量的氧元素且能够形成非极性基团的气体，优选地为乙炔、乙烯和含氟气体中的一种或多种。乙炔、乙烯和含氟气体由于不含有高能量的氧元素，且在阳极板和阴极板上加载射频交流电以形成的等离子体不含有能量高的氧原子和氧离子，因此形成的等离子都是低能量的非极性基团，不容易与水形成氢键，具有较好的疏水性。然后通过控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体聚合并沉积在制品表面形成疏水修补层，疏水修补层通常为几十纳米到几百纳米，即具有疏水性能，又不会堵塞制品纤维的空隙，使得制品具有疏水性且具有较好的透气性。
在一些实施例中，所述含氟气体包括四氟甲烷、六氟丙烯、八氟环丁烷、三氟化氮和六氟化硫中的一种或多种。
在步骤S30中，向腔体内通入载体气体可以为惰性气体，常见的是氮气或氩气，也可以为氮气和氩气的混合气体。实验发现，当载体气体占总的通入腔体中的气体的体积比在50％左右时，可以显著提高疏水修补层的成膜效率。且加入载体气体还可以略微改善疏水修补层的耐磨性。
在一些实施例中，对所述制品进行灭菌前还包括对所述腔体进行抽真空的步骤。通过抽真空，能够排除腔体内的其他成分的气体，后续通入的气体更加纯净。
如图3所示，以下介绍一种具有腔体10的灭菌室，灭菌方法可以在灭菌室的腔体10内完成。应当理解的是，本申请实施例中的腔体10只是为了清楚地理解灭菌方法的实现方式，腔体10并不构成对灭菌方法的限制。如图1所示，壳体11合围成腔体10，腔体10内用于放置制品16。腔体10上设置有入气口14和出气口15，入气口14和出气口15均与腔体10的内部空间连通，工艺气体能够从入气口14进入腔体10内，工艺气体还能够从出气口15排出腔体10。为了使腔体10内的工艺气体充满腔体10，且工艺气体能够在腔体10内均匀分布，出气口15和入气口14分别设置在腔体10的两个相互远离的侧壁上。此外，腔体10内还设置有阳极板12和阴极板13，阳极板12和阴极板13间隔设置以在中部形成用于放置制品16的空间。
灭菌室具有舱门，舱门上设置有密封件，打开舱门可以将制品16放置在阳极板12和阴极板13之间的区域，其中，阳极板12和阴极板13之间设置有用于承载制品16的承载件，一个实施例中的承载件可以通过底部支撑的方式支撑制品16，一个实施例中的承载件也可以通过悬挂的方式悬挂制品16。为了使后续形成的疏水修补层均匀，承载件承载制品16后，制品16实际位于阳极板12和阴极板13中部。例如，阳极板12和阴极板13均沿水平方向延伸，制品16也沿水平方向延伸，也就是说，当制品16为口罩时，制品16的厚度通常很薄，因此，后续步骤中形成的疏水修补层通常至少附着在制品16的上表面和/或下表面。例如制品16为口罩时，由于口罩的纤维存在缝隙，因此这些缝隙会形成通气孔17，这些通气孔17的大小通常较小，当制品16上设置有若干通气孔17时，形成的疏水修补层至少还附着在这些通气孔17的侧壁上，但是疏水修补层通常较薄，通常为几十纳米到几百纳米，并不会封闭或堵塞通气孔17，因此，不但提高了口罩的疏水性能，而且不会降低口罩的透气性。
灭菌室的阴极板13和阳极板12连接有射频(Radio frequency，缩写为RF)电源，射频电源的功率为200W～2000W，射频电源可以产生固定频率的正弦波电压，频率在射频范围内，其中射频范围大约介于3KHz～300GHz，常见的是13.65MHz。其中，射频电源被构造为能够向阴极板13和阳极板12提供交流电。疏水修补层厚度与时间、工艺气体、灭菌室内的压强和射频电源功率直接相关。为了防止疏水修补层厚度较厚而堵塞通气孔17，需要精确控制镀膜时间、工艺气体和镀膜压强的合理组合。
实施例1
一种灭菌方法，包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
对腔体抽真空；
利用等离子体技术对所述制品进行灭菌：向腔体通入氩气和过氧化氢，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为1分钟；
在制品表面形成疏水修补层：向腔体通入氩气和乙炔，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为1分钟。
实施例2
一种灭菌方法，包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
对腔体抽真空；
利用等离子体技术对所述制品进行灭菌：向腔体通入氩气和过氧化氢，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为3分钟；
在制品表面形成疏水修补层：向腔体通入氩气和乙烯，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为3分钟。
实施例3
一种灭菌方法，包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
对腔体抽真空；
利用等离子体技术对所述制品进行灭菌：向腔体通入氩气和过氧化氢，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为5分钟；
在制品表面形成疏水修补层：向腔体通入氩气和含氟气体，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为5分钟。
其中，含氟气体包括四氟甲烷、六氟丙烯、八氟环丁烷、三氟化氮和六氟化硫中的一种或多种。
实施例4
一种灭菌方法，包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
对腔体抽真空；
利用等离子体技术对所述制品进行灭菌：向腔体通入氮气和氧气，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为10分钟；
在制品表面形成疏水修补层：向腔体通入氮气和含氟气体，在腔体内施加射频交流电并保持1～10分钟，本实施例为10分钟。
其中，含氟气体包括四氟甲烷、六氟丙烯、八氟环丁烷、三氟化氮和六氟化硫中的一种或多种。
上述四个实施例中，均是通过先完成杀菌步骤，杀菌步骤对制品的表面形成刻蚀，破坏了原有的疏水层；然后对疏水层进行修复，在制品表面形成疏水修补层。
下述三个实施例中，同时完成杀菌和修复疏水层的效果，为了保证形成良好的疏水修补层，下述三个实施例的工作时间较上述四个实施例稍长，以保证有充分的时间修补疏水层。
如图2所示，一种灭菌方法，用于对制品进行灭菌，制品具有疏水层，所述方法包括以下步骤：
S11、将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
S22、同时对制品进行灭菌和对制品的疏水层进行修补，向腔体内通入载体气体和工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于制品表面形成疏水修补层。
实施例5
一种灭菌方法，包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
对腔体抽真空；
同时对制品进行灭菌和对所述制品的疏水层进行修补：向腔体通入氮气、过氧化氢和乙炔的混合气体，在腔体内施加射频交流电并保持1～15分钟，本实施例为11分钟。
实施例6
一种灭菌方法，包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
对腔体抽真空；
同时对制品进行灭菌和对所述制品的疏水层进行修补：向腔体通入氩气、氧气和乙烯的混合气体，在腔体内施加射频交流电并保持1～15分钟，本实施例为13分钟。
实施例7
一种灭菌方法，包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
对腔体抽真空；
同时对制品进行灭菌和对所述制品的疏水层进行修补：向腔体通入氩气、氧气和含氟气体的混合气体，在腔体内施加射频交流电并保持1～15分钟，本实施例为15分钟。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种灭菌方法，其特征在于，用于对制品进行灭菌，所述制品具有疏水层，所述方法包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
利用等离子体技术对所述制品进行灭菌；
向所述腔体内通入载体气体和不含氧元素的工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于所述制品表面形成疏水修补层。
2.根据权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，所述工艺气体为乙炔、乙烯和含氟气体中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的灭菌方法，其特征在于，所述含氟气体包括四氟甲烷、六氟丙烯、八氟环丁烷、三氟化氮和六氟化硫中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，对所述制品进行灭菌前还包括对所述腔体进行抽真空的步骤。
5.根据权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，所述制品为口罩。
6.根据权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，所述载体气体为氮气和/或氩气。
7.根据权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于所述制品表面形成疏水修补层的步骤中，施加在阳极板和阴极板之间的射频电源的功率为200W～2000W，射频电源的频率为13.65MHz。
8.根据权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，在所述制品表面形成疏水修补层的步骤中，处理的时间为1～10分钟。
9.一种灭菌方法，其特征在于，用于对制品进行灭菌，所述制品具有疏水层，所述方法包括以下步骤：
将制品置于腔体内的阳极板和阴极板之间；
同时对所述制品进行灭菌和对所述制品的疏水层进行修补，向所述腔体内通入载体气体和工艺气体，在阳极板和阴极板上加载射频交流电以使工艺气体形成等离子体，控制阳极板和阴极板之间的电磁场以使等离子体沉积于所述制品表面形成疏水修补层。
10.根据权利要求9所述的灭菌方法，其特征在于，所述工艺气体包括氧气和/或过氧化氢；所述工艺气体还包括乙炔、乙烯和含氟气体中的一种或多种。
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