CN111556762A - 等离子体灭菌及干燥系统和方法 - Google Patents

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杰伊·R·戈茨
尼古拉斯·R·波利
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Abstract

本发明公开了用于对污染制品、具体地是医疗制品、更具体地是医疗器械的中空内部区域或医疗内窥镜的管腔进行消毒和干燥的系统和方法。该系统包括等离子体发生器，该等离子体发生器具有电极、屏蔽件以及电极与屏蔽件之间的介电间隙。连接到等离子体发生器的电功率源在电极与屏蔽件之间施加电极能量密度。灭菌气体前体源通过等离子体发生器提供灭菌气体前体流以生成等离子体，从而形成包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体。使污染制品暴露于灭菌气体足够时间以实现期望灭菌程度。在污染制品暴露于灭菌气体时，使用干燥气体的湍流交替地干燥污染制品。

Description

等离子体灭菌及干燥系统和方法
技术领域
本公开总体涉及医疗设备和制品的灭菌或消毒和干燥，并且更具体地涉及交替应用气体等离子体来实现医疗制品诸如医疗器械或医疗内窥镜管腔的灭菌或消毒以及应用湍流气流来实现干燥。
背景技术
无菌设备、器械和用品的可靠供应对现代医学实践至关重要。已知多种类型的用于对医院环境中可重复使用的物品进行灭菌的设备，包括例如蒸汽高压釜。美国专利4,301,113(Alguire等人)、美国专利4,294,804(Baran)、美国专利5,317,896(Sheth等人)、美国专利5,399,314(Samuel等人)、美国专利3,571,563(Shulz)、美国专利3,054,270(Huston)以及美国专利3,564,861(Andersen等人)讨论了灭菌设备及其控制系统。不能承受高压灭菌温度的物品可以用灭菌器使用生物杀灭气体诸如环氧乙烷进行灭菌。
虽然环氧乙烷是优异的灭菌剂并且很好地渗透到例如内窥镜的管腔中，但是环氧乙烷还表现出不期望的毒性和易燃性，并且由于至少这些原因，本领域已寻求替代品。
发明内容
本公开提供了一种灭菌或消毒及干燥系统，该系统采用氧气/氮气等离子体来实现医疗制品诸如医疗器械或医疗内窥镜管腔的消毒或灭菌，并且采用湍流气流来实现干燥。所公开的实施方案允许高电极能量密度，同时使不需要的热产生最小化。除了通过获得与内窥镜再处理相关的代表性模型生物体的完全杀灭(6至7个对数级)来证实有效灭菌之外，本发明所公开的实施方案还实现了从医疗内窥镜的管腔通道中除去所有可见水分。
因此，在一个方面，本公开涉及对污染制品进行灭菌的系统，该系统包括：干燥气体源，该干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥污染制品；等离子体发生器，该等离子体发生器具有电极、屏蔽件以及位于电极与屏蔽件之间的介电间隙；电功率源，该电功率源连接到等离子体发生器，以用于在电极与屏蔽件之间施加电极能量密度；以及灭菌气体前体源，该灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过等离子体发生器在电极与屏蔽件之间提供灭菌气体前体流以形成等离子体。当电极能量密度大于在电极与屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃。等离子体由灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体。使污染制品暴露于灭菌气体流。
在系统的示例性实施方案中，灭菌气体包括选自由分子氧、分子氮、一氧化氮、硝酸和一氧化二氮组成的组的一种或多种。优选地，灭菌气体前体包含水蒸气、分子氧和分子氮。在一些示例性实施方案中，灭菌气体前体包含空气。优选地，进入等离子体发生器的灭菌气体前体的相对湿度为至少21％。
在一些目前优选的实施方案中，当电极能量密度大于在电极与屏蔽件之间通过的气体的0.05eV/分子时，屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃。在一些示例性实施方案中，电功率源是具有高dV/dT的脉冲DC源。
任选地，该系统还包括用于输送污染制品通过流体连接到灭菌气体流的室的装置。在某些示例性实施方案中，该系统另外包括冷却设备。在一些示例性实施方案中，该系统包括用于从灭菌气体中除去酸性物质和/或氧化物质的过滤器。
在第二方面，本公开描述了使用灭菌器对污染制品进行灭菌的方法，该方法包括：提供灭菌器，该灭菌器包括：干燥气体源，该干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥污染制品；等离子体发生器，该等离子体发生器包括电极、屏蔽件以及位于电极与屏蔽件之间的介电间隙；电功率源，该电功率源连接到等离子体发生器，以用于在电极与屏蔽件之间施加电极能量密度；以及灭菌气体前体源，该灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过等离子体发生器在电极与屏蔽件之间提供灭菌气体前体流，以由灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的等离子体。该方法还包括通过等离子体发生器在电极与屏蔽件之间提供灭菌气体前体流以形成等离子体，其中当电极能量密度大于在电极与屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃。等离子体使得灭菌气体前体流形成包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体流。该方法还包括引导包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体流从等离子体发生器通过封闭污染制品的至少一部分的封闭空间，将污染制品暴露于包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体足够暴露时间，以实现污染制品的期望灭菌程度，以及将干燥气体的湍流引导至封闭空间中，以干燥污染制品。
在一些特定示例性实施方案中，将污染制品暴露于包含酸性物质和/或氧化物质的气体足够暴露时间，以实现污染制品的期望灭菌程度，暴露时间优选地不超过一小时。
在某些目前优选的实施方案中，引导灭菌气体流通过封闭空间进行至少10秒且不超过5分钟的持续时间，并且之后引导干燥气体流通过封闭空间至少10秒且不超过10分钟的持续时间。优选地，将交替地引导灭菌气体流通过封闭空间和引导干燥气体流通过封闭空间的该过程重复至少两次。
在另外的示例性实施方案中，灭菌气体前体包含水蒸气、氧气和氮气，并且当电极能量密度大于在电极与屏蔽件之间通过的气体的0.05eV/分子时，屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃。在另外的示例性实施方案中，干燥气体选自由氧气、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或它们的组合组成的组，任选地，其中干燥气体基本上不含水。在某些示例性实施方案中，干燥气体、灭菌气体前体或灭菌气体中的至少一者具有10℃至60℃的温度。
在一些特定示例性实施方案中，污染制品为医疗装置，并且封闭空间为医疗装置的中空区域。在一些此类实施方案中，医疗装置为内窥镜并且中空区域为内窥镜的管腔，另外，其中来自等离子体发生器的包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体通过内窥镜的管腔。在其它示例性实施方案中，医疗装置为医疗器械，并且中空区域为医疗器械的至少一个内部腔体。
在某些示例性实施方案中，污染制品被以下中的至少一者污染：由多种微生物构成的生物膜、多种微生物、由多种微生物孢子构成的生物膜、多种微生物孢子、由多种真菌孢子构成的生物膜或多种真菌孢子。这些生物体可与生物污垢诸如血液、粪便、粘液等一起存在。在一些此类示例性实施方案中，生物膜包含选自由以下项组成的组的多种微生物：嗜热脂肪芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、产芽孢梭状芽孢杆菌(Clostridiumsporegenes)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、巴西曲霉(Aspergillusbrasiliensis)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、黑曲霉(Aspergillus niger)、构巢曲霉(Aspergillus nidulans)、黄曲霉(Aspergillus flavus)、艰难梭状芽孢杆菌(Clostridium difficile)、地分枝杆菌(Mycobacterium terrae)、结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、牛结核分枝杆菌(Mycobacterium bovis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、路邓葡萄球菌(Staphyolococcus lugdunensis)、腐生葡萄球菌(Staphylococcus saprophyticus)、屎肠球菌(Enterococcus faecium)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、痤疮丙酸杆菌(Propionobacterium acnes)、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)、阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)、奇异变形杆菌(Proteus mirabilus)、肠道沙门氏菌(Salmonella enterica)、伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)、变异链球菌(Streptococcusmutans)、弗氏志贺氏菌(Shigella flexiniri)以及它们的组合。
在一些示例性实施方案中，污染制品被包含多种微生物的生物膜污染，另外，其中暴露时间为至少5分钟，并且消毒制品的菌落形成单位数相对于污染制品减少4个对数级至9个对数级，任选地其中暴露时间为至多一小时。
在另外的示例性实施方案中，污染制品被包含多种微生物孢子或真菌孢子的生物膜污染，另外其中暴露时间为至少2分钟，并且消毒制品的菌落形成单位数相对于污染制品减少6个对数级至10个对数级，任选地其中暴露时间为至多一小时。
在以下示例性实施方案的列表中提供了本公开范围内的额外的示例性实施方案。
示例性实施方案列表
A.一种对污染制品进行灭菌的系统，包括：
干燥气体源，所述干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥所述污染制品；
等离子体发生器，所述等离子体发生器具有：
电极，
屏蔽件，和
介电间隙，所述介电间隙位于所述电极与所述屏蔽件之间；
电功率源，所述电功率源连接到所述等离子体发生器，以用于在所述电极与所述屏蔽件之间施加电极能量密度；以及
灭菌气体前体源，所述灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过所述等离子体发生器在所述电极与所述屏蔽件之间提供灭菌气体前体流以形成等离子体，其中当所述电极能量密度大于在所述电极与所述屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，所述屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃，另外，其中所述等离子体由所述灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体，并且另外，其中所述污染制品暴露于灭菌气体流，任选地其中所述系统还包括用于输送所述污染制品通过流体连接到所述灭菌气体流的室的装置。
B.根据实施方案A所述的系统，其中所述灭菌气体包含选自由分子氧、分子氮、一氧化氮、硝酸和一氧化二氮组成的组的一种或多种物质。
C.根据实施方案A或B所述的系统，其中所述灭菌气体前体包含空气，任选地其中所述灭菌气体前体的相对湿度为至少21％。
D.根据实施方案A至C中任一项所述的系统，还包括一个或多个阀，所述一个或多个阀被构造用于将干燥气体流和所述灭菌气体流交替应用于所述污染制品。
E.根据实施方案A至D中任一项所述的系统，还包括冷却设备。
F.根据实施方案A至E中任一项所述的系统，其中所述电功率源为具有高dV/dT的脉冲DC源。
G.根据实施方案A至F中任一项所述的系统，还包括用于从所述灭菌气体中除去所述酸性物质和/或氧化物质的过滤器。
H.一种对污染制品进行灭菌的方法，包括：
提供灭菌器，所述灭菌器包括：
干燥气体源，所述干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥所述污染制品；
等离子体发生器，所述等离子体发生器包括：
电极，
屏蔽件，和
介电间隙，所述介电间隙位于所述电极与所述屏蔽件之间；
电功率源，所述电功率源连接到所述等离子体发生器，以用于在所述电极与所述屏蔽件之间施加电极能量密度；以及
灭菌气体前体源，所述灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过所述等离子体发生器在所述电极与所述屏蔽件之间提供灭菌气体前体流，以由灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的等离子体；
通过所述等离子体发生器在所述电极与所述屏蔽件之间提供所述灭菌气体前体流，以形成等离子体，其中当所述电极能量密度大于在所述电极与所述屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，所述屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃，另外，其中所述等离子体使得所述灭菌气体前体流形成包含所述酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体流；
引导包含所述酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体流从所述等离子体发生器通过封闭所述污染制品的至少一部分的封闭空间；
将所述污染制品暴露于包含所述酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体足够暴露时间，以实现所述污染制品的期望灭菌程度，任选地其中足以实现所述污染制品的所述期望灭菌程度的时间不超过一小时；以及
将所述干燥气体的湍流引导至所述封闭空间中，以干燥所述污染制品。
I.根据实施方案H所述的方法，还包括在引导所述灭菌气体通过所述封闭空间之后，从所述灭菌气体中除去所述酸性物质和/或氧化物质的至少一部分。
J.根据实施方案I所述的方法，其中从所述灭菌气体中除去所述酸性物质和/或氧化物质的至少一部分由过滤器执行，所述过滤器包含选自由活性炭、具有碱性官能团的物质、提供碱性吸附剂的物质、还原物质和分子筛组成的组的一种或多种材料。
K.根据实施方案H至J中任一项所述的方法，其中所述封闭空间是其中放置所述污染制品的灭菌室。
L.根据实施方案H至K中任一项所述的方法，其中引导所述灭菌气体流通过所述封闭空间进行至少10秒且不超过5分钟的持续时间，并且之后引导所述干燥气体流通过所述封闭空间至少10秒且不超过10分钟的持续时间，任选地其中交替地引导所述灭菌气体流和引导所述干燥气体流重复至少两次。
M.根据实施方案H至L中任一项所述的方法，其中所述干燥气体、所述灭菌气体前体或所述灭菌气体中的至少一者具有10℃至60℃的温度。
N.根据实施方案H至M中任一项所述的方法，其中所述干燥气体选自由氧气、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或它们的组合组成的组，任选地，其中所述干燥气体基本上不含水。
O.根据实施方案H至N中任一项所述的方法，其中所述灭菌气体包含选自由分子氧、分子氮、一氧化氮、硝酸和一氧化二氮组成的组的一种或多种物质。
P.根据实施方案H至O中任一项所述的方法，其中所述灭菌气体前体包含空气，任选地其中进入所述等离子体发生器的所述灭菌气体前体的相对湿度为至少21％。
Q.根据实施方案H至P中任一项所述的方法，其中所述电功率源为具有高dV/dT的脉冲DC源。
R.根据实施方案H至Q中任一项所述的方法，其中所述污染制品为医疗装置，并且所述封闭空间为所述医疗装置的中空区域。
S.根据实施方案R所述的方法，其中所述医疗装置为内窥镜，并且所述中空区域为所述内窥镜的管腔，另外，其中来自所述等离子体发生器的包含所述酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体通过所述内窥镜的所述管腔。
T.根据实施方案R所述的方法，其中所述医疗装置为医疗器械，并且所述中空区域为所述医疗器械的至少一个内部腔体。
U.根据实施方案H至T中任一项所述的方法，其中所述污染制品被以下中的至少一者污染：由多种微生物构成的生物膜、多种微生物、由多种微生物孢子构成的生物膜、多种微生物孢子、由多种真菌孢子构成的生物膜或多种真菌孢子。
V.根据实施方案U所述的方法，其中生物膜包含选自由以下项组成的组的多种微生物：嗜热脂肪芽孢杆、枯草芽孢杆菌、萎缩芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、产芽孢梭状芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巴西曲霉、米曲霉、黑曲霉、构巢曲霉、黄曲霉(Aspergil、艰难梭状芽孢杆菌、地分枝杆菌、结核分枝杆菌、牛结核分枝杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、表皮葡萄球菌、路邓葡萄球菌、腐生葡萄球菌、屎肠球菌、粪肠球菌、痤疮丙酸杆菌、肺炎克雷伯氏菌、阴沟肠杆菌、奇异变形杆菌、肠道沙门氏菌、伤寒沙门氏菌、变异链球菌、弗氏志贺氏菌以及它们的组合。
W.根据实施方案U或V所述的方法，其中所述污染制品被包含多种微生物的生物膜污染，另外，其中所述暴露时间为至少5分钟，并且消毒制品的菌落形成单位数相对于所述污染制品减少4个对数级至9个对数级，任选地其中所述暴露时间为至多一小时。
X.根据实施方案U至W中任一项所述的方法，其中所述污染制品被包含多种微生物孢子或真菌孢子的生物膜污染，另外其中所述暴露时间为至少2分钟，并且消毒制品的所述菌落形成单位数相对于所述污染制品减少6个对数级至10个对数级，任选地其中所述暴露时间为至多一小时。
已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。
附图说明
本公开可根据示例性实施方案的以下详细描述和附图得到更全面的理解，其中：
图1是根据本公开的示例性灭菌及干燥系统的示意图。
图2a是沿着图1中的剖面线2-2截取的等离子体发生器的一个变型的剖视图。
图2b是沿着图1中的剖面线2-2截取的等离子体发生器的另一个变型的剖视图。
图2c是沿着图1中的剖面线2-2截取的等离子体发生器的另一个变型的剖视图。
在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可不按比例绘制的上面标识的附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到如在具体实施方式中所提到的其它实施方案。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其它修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
本公开描述了一种使用包含氧气、氮气和由这些气体产生的反应性物质的气体等离子体来灭菌或消毒并干燥制品的设备和方法。在一些便捷的实施方案中，将等离子体引导至待灭菌或消毒的污染制品所放置的室中。在其它便捷的实施方案中，将等离子体引导至需要灭菌或消毒的设备或制品的中空区域中。
术语表
在整个说明书和权利要求书中使用某些术语，虽然大部分为人们所熟知，但仍可需要作出一些解释。应当理解，如本文所用的，除非在权利要求或说明书的其它地方(包括附图)中明确提供了不同的定义，否则：
如本文所用，术语“灭菌气体”是指用于处理装置或制品的具有抗微生物活性的气体，无论经处理的装置或制品实际上是否经过灭菌。灭菌性将取决于许多工艺参数，诸如暴露时间、初始生物负载、存在的生物体类型、是否存在污垢污染等，如本文所教导的那样。
如本文所用，术语“消毒”(disinfect或disinfecting)是指通过暴露于灭菌气体而减少制品上的微生物负载。
关于数值或形状的术语“约”或“大约”意指该数值或属性或特征的+/-5％，但明确地包括确切的数值。例如，“约”1Pa-sec的粘度是指粘度为0.95Pa-sec至1.05Pa-sec，但也明确地包括刚好1Pa-sec的粘度。
如本说明书和所附实施方案中所用，除非内容清楚指示其它含义，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括多个指代物。因此，例如，提及包含“一种化合物”的细纤维包括两种或更多种化合物的混合物。如本说明书和所附实施方案中所用的，除非所述内容明确地另有规定，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。
术语“基本上”特别指的是一种属性或特性，意味着该属性或特性的表现程度大于该属性或特性相反的表现程度。例如，“基本上”透明的基底是指与不透射(例如，吸收和反射)相比透射更多辐射(例如，可见光)的基底。因此，透射入射在其表面上的可见光多于50％的基底是基本上透明的，但透射入射在其表面上的可见光的50％或更少的基底不是基本上透明的。
如本说明书中所用的，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、性质测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释。
在不脱离本公开实质和范围的情况下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下描述的示例性实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素控制。
示例性灭菌设备和工艺
本公开描述了对污染制品进行灭菌的系统，该系统包括：干燥气体源，该干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥污染制品；等离子体发生器，该等离子体发生器具有电极、屏蔽件以及位于电极与屏蔽件之间的介电间隙；电功率源，该电功率源连接到等离子体发生器，以用于在电极与屏蔽件之间施加电极能量密度；以及灭菌气体前体源，该灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过等离子体发生器在电极与屏蔽件之间提供灭菌气体前体流以形成等离子体。当电极能量密度大于在电极与屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃。等离子体由灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体。使污染制品暴露于灭菌气体流。在一些实施方案中，该系统还包括用于输送污染制品通过流体连接到灭菌气体流的室的装置，诸如传送带。
本公开还描述了使用灭菌器对污染制品进行灭菌的方法，该方法包括：提供灭菌器，该灭菌器包括：干燥气体源，该干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥污染制品；等离子体发生器，该等离子体发生器包括电极、屏蔽件以及位于电极与屏蔽件之间的介电间隙；电功率源，该电功率源连接到等离子体发生器，以用于在电极与屏蔽件之间施加电极能量密度；以及灭菌气体前体源，该灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过等离子体发生器在电极与屏蔽件之间提供灭菌气体前体流，以由灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的等离子体。
该方法还包括通过等离子体发生器在电极与屏蔽件之间提供灭菌气体前体流以形成等离子体，其中当电极能量密度大于在电极与屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃。等离子体使得灭菌气体前体流形成包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体流。
该方法还包括引导包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体流从等离子体发生器通过封闭污染制品的至少一部分的封闭空间，将污染制品暴露于包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体足够暴露时间，以实现污染制品的期望灭菌程度，以及将干燥气体的湍流引导至封闭空间中，以干燥污染制品。
在一些实施方案中，污染制品为医疗装置，并且封闭空间为医疗装置的中空区域。在一些此类实施方案中，医疗装置为内窥镜并且中空区域为内窥镜的管腔，另外，其中来自等离子体发生器的包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体通过内窥镜的管腔。在其它示例性实施例中，医疗装置为医疗器械，并且中空区域为医疗器械的至少一个内部腔体。在其它实施方案中，封闭空间为封闭室，诸如已经将待灭菌的污染制品放置到其中的灭菌室。
现在将具体参考附图对本公开的各种示例性实施方案进行描述。
现在参见图1，其示出了本公开的示例性灭菌或消毒及干燥系统20的示意图。灭菌/消毒系统20包括灭菌气体前体源22，其包含分子氧和分子氮。来自源22的灭菌气体前体可以是空气或以指定比率包含分子氧和分子氮的特定共混物，并且可以在提供时加压或不加压。如果来自未加压的源22，则压缩机24可用于将灭菌气体前体加压至适宜的压力。灭菌气体前体随后经由管线26输送到流量控制器28，以计量进入灭菌系统20的其余部分的灭菌气体前体的质量流量。流量控制器28可以采用压力调节器、球管流量计、电子质量流量控制器或其它类似装置的形式。
灭菌气体前体随后经由管线30输送到加湿装置32，以使灭菌气体前体的湿度达到介于约1g/m3和50g/m3之间、介于2g/m3和40g/m3之间、介于3g/m3和30g/m3之间、介于4g/m3和20g/m3之间或甚至介于5g/m3和15g/m3之间。各种手段诸如起泡器、喷雾器、雾化器、超声和芯吸类型的加湿器都是合适的。在所示实施方案中，加湿的灭菌气体前体经由管线34输送到任选的湿度检测器36以验证湿度水平是否在所需范围内。在一些便捷的实施方案中，提供了经由控制线38的反馈控制以适当地操纵加湿装置30。
加湿的灭菌气体前体经由管线40输送到等离子体发生器50，在下文中对其进行更具体的讨论。等离子体发生器50通过加湿的灭菌气体前体促使产生包含不同的化学物质的灭菌气体，包括一氧化二酸、硝酸、臭氧和一氧化二氮中的一种或多种。该灭菌气体通过管线52输送到远程位置。令人惊讶的是，管线52可以相当长且不丧失灭菌功效；发现介于约0.5米至90米之间的距离是合适的。
管线52可例如将灭菌气体直接递送到内窥镜60以对内部管腔进行灭菌，或者递送到另一个封闭室诸如灭菌室(图1中未示出)，待灭菌的污染制品被置于该封闭室中。
干燥气体源连接到流量控制器59，该流量控制器通过管线58连接到内窥镜60或另一个封闭室诸如灭菌室(图1中未示出)，待灭菌的污染制品被置于该封闭室中。流量控制器59可为用于调节干燥气体26的流速的任何装置。合适的装置包括压力调节器、流量控制阀、球管流量计(转子流量计)、电子质量流量控制器或其它类似的装置。流量控制器59用于调节干燥气体的流速，以确保气体在穿过内窥镜60或穿过另一个封闭室诸如灭菌室(图1中未示出)时为湍流，正在经受灭菌的污染制品被置于该封闭室中。
当通过管线58的干燥气体的流速使得特征雷诺数大于约2100时，可实现湍流。雷诺数被定义为：
Re＝(2Qρ/μπR)其中：Q为干燥气体的体积流速；
ρ为干燥气体的密度；
μ为干燥气体的粘度；
并且R为管线58的半径，该管线具有圆形横截面
将灭菌气体流和干燥气体流交替地提供给内窥镜60或另一个封闭室诸如灭菌室(图1中未示出)，待灭菌的污染制品被置于该封闭室中。灭菌气体流和干燥气体流的交替可使用三通阀54和54'有利地进行，三通阀可有利地为电子控制阀，诸如三通螺线管阀。在三通阀54和54'的第一位置，灭菌气体流从管线52被引导通过管线56并进入内窥镜60或另一个封闭室诸如灭菌室(图1中未示出)；并且干燥气体流与内窥镜60或另一个封闭室隔离。在穿过内窥镜60或另一个封闭室之后，灭菌气体经由管线62离开内窥镜60(或等同地，封闭室)并且被传送到过滤器64以使灭菌气体变得无害。
在三通阀54和54'的第二位置，干燥气体的湍流穿过管线58并进入内窥镜60或另一个封闭室，并且灭菌气体从管线52被引导穿过管线57并进入过滤器64。在便捷的实施方案中，过滤器64将包括碱性材料诸如碳酸氢钠、碳酸钾、磷酸钠等以中和任何剩余的酸性物质。优选地，碱性材料是在去离子水中以10％重量/重量的浓度与水混合时，在23℃下具有大于8的pH的材料。也可方便地存在元素诸如活性炭以移除氧化物质诸如臭氧。过滤后，可经由出口66将灭菌气体释放到环境条件。
在一些实施方案中，引导灭菌气体流通过封闭空间进行至少10秒(15秒、20秒、25秒、30秒；1分钟、2分钟、5分钟)且不超过5分钟(4分钟、3分钟、2.5分钟、2分钟)的持续时间，然后引导干燥气体流通过封闭空间至少10秒(15秒、20秒、25秒、30秒；1分钟、2分钟、5分钟)且不超过10分钟(9分钟、8分钟、7分钟、6分钟、5分钟、4分钟、3分钟)的持续时间。优选地，使灭菌气体流和干燥气体流交替地通过内窥镜60或通过另一个封闭室重复至少两次(三次、四次、五次、六次或更多次)。
在一些实施方案中，干燥气体、灭菌气体前体或灭菌气体中的至少一者具有10℃至60℃的温度。
干燥气体可选自氧气、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或它们的组合。优选地，干燥气体基本上或甚至完全不含水。
灭菌气体前体包含水蒸气、氧气和氮气。在一些实施方案中，灭菌气体前体包含空气。优选地，进入等离子体发生器的灭菌气体前体的相对湿度为至少21％、22％、23％、24％、25％或甚至更高。
灭菌气体包含选自由分子氧、分子氮、一氧化氮、硝酸和一氧化二氮组成的组的一种或多种物质。
现在参见图2a，示出了沿着图1的剖面线2-2截取的等离子体发生器50的一个变型50a的剖视图。在变型50a中，灭菌气体通过外管72中的管腔70传输。管72为介电的、便捷的玻璃。管腔70内为具有管腔76的内管74。管74也为介电的、便捷的玻璃。管腔76内为第一电极80。第二电极82围绕外管72，并在一些便捷的实施方案中具有散热片84以便其用作散热器的额外功能。其它手段可以用于提供冷却(诸如风扇、翅片、换热器)、压电冷却和它们的组合。
在操作期间，第一电极80与第二电极82之间必须存在电势差。在一些便捷的实施方案中，第一电极80为高电压电极，并且第二电极82为接地电极。将介于约4kV至12kV之间的AC电压方便地施加到第一电极80，该AC电压具有介于约4kHz至30kHz之间的频率。确切的条件分别取决于有效处理需要灭菌的设备所需的气体流量、等离子体发生器50的可用冷却容量以及外管72和内管74的尺寸。在任何情况下，电气参数必须使条件超过管之间的灭菌气体前体的击穿电压。
现在参见图2b，示出了沿着图1的剖面线2-2截取的等离子体50的另一变型50b的剖视图。在变型50b中，灭菌气体通过管92中的管腔90传输。管92便利地为聚合物管材，诸如聚四氟乙烯(PTFE)。也在管腔90内的为例如带状电缆94，该带状电缆94包括第一导体96、第二导体98，方便地二者均在介电绝缘物100内。
现在参见图2c，示出了沿着图1的剖面线2-2截取的等离子体50的另一变型50c的剖视图。在变型50c中，灭菌气体通过管112中的管腔110传输。管112便利地为聚合物管材，诸如聚四氟乙烯(PTFE)。也在管腔110内的是电极子组件114，该电极子组件包括电极116，该电极便利地为高电压电极，被介电层118围绕。介电层118周围为另一个电极120，便利地为接地电极。可便利地存在翅片122以改善生成的电场。
在操作期间，第一导体96和第二导体98应存在电势差。在一些便捷的实施方案中，第一导体96为高电压电极，并且第二导体98为接地电极。将至少20kV、至少30kV、至少40kV和甚至至少50kV但优选地不超过100kV、90kV、80kV、70kV或者甚至60kV的DC电压便利地以持续时间为纳秒量级的脉冲形式以极快的(即，高)dV/dt施加到第一导体96。这意味着，脉冲的上升电压的最高瞬时变化率应达到至少10kV/纳秒、至少20kV/纳秒、至少30kV/纳秒、至少40kV/纳秒或甚至至少50kV/纳秒。这种类型的充电允许在相对较少加热的情况下在灭菌气体前体内产生等离子体。
本公开的其它示例性实施方案描述了一种使用如前所述的灭菌系统对污染制品进行灭菌的方法。灭菌系统包括：等离子体发生器，该等离子体发生器具有电极、屏蔽件以及电极与屏蔽件之间的介电间隙；电功率源，该电功率源连接到等离子体发生器，以用于在电极与屏蔽件之间施加电极能量密度；以及灭菌气体前体源，该灭菌气体前体源提供通过等离子体发生器的流，以由灭菌气体前体形成等离子体并产生包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体。包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体从等离子体发生器被被引导到封闭区域，该封闭区域包括经受灭菌的制品的一部分。
在某些目前优选的实施方案中，灭菌气体前体包含水蒸气、氧气和氮气，并且当电极能量密度大于在电极与屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃。将污染制品暴露于包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体足够暴露时间以对污染制品进行灭菌，该暴露时间优选地不超过一小时。
在某些示例性实施方案中，该方法还包括在达到制品的期望灭菌程度时从灭菌气体中除去酸性物质和/或氧化物质中的至少一部分。从灭菌气体中除去酸性物质和/或氧化物质可以用包含选自以下项的一种或多种吸附剂或吸附材料的设备来执行：活性炭、具有碱性官能团的化学物质(例如有机胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等等)、提供碱性吸附剂的物质(例如碱性离子交换树脂)、还原物质(例如一种或多种活性金属，诸如铂、钯等等)和分子筛。在一些示例性实施方案中，从灭菌气体中除去酸性物质和/或氧化物质可以通过引导灭菌气体通过催化还原器来执行。
在另外的示例性实施方案中，封闭区域为灭菌室。在其它示例性实施方案中，经受灭菌的制品为医疗装置，并且封闭区域为医疗装置的中空区域。在一些目前优选的实施方案中，医疗装置为内窥镜并且中空区域为内窥镜的管腔，并且来自等离子体发生器的包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体通过内窥镜的管腔。
在其它示例性实施方案中，医疗装置为医疗器械，并且中空区域为医疗器械的至少一个内部腔体。
在一些实施方案中，污染制品被以下中的至少一者污染：包含多种微生物或多种微生物孢子或真菌孢子的生物膜。将污染制品暴露于包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体足够暴露时间，以通过实现经消毒的污染制品的菌落形成单位数相对于污染制品的至少2个对数级减少和任选的最高11个对数级减少来对污染制品进行消毒。
在某些此类示例性实施方案中，经受消毒的制品为医疗装置，封闭区域为医疗装置的中空区域。在一些目前优选的实施方案中，医疗装置为内窥镜并且中空区域为内窥镜的管腔，并且来自等离子体发生器的包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体通过内窥镜的管腔。
在一些示例性实施方案中，生物膜包含多种选自以下的微生物物种，例如：地芽孢杆菌属(Geobacillus sp.)，诸如嗜热脂肪地芽孢杆菌；芽孢杆菌属(Bacillus sp.)，诸如枯草芽孢杆菌、萎缩芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、短小芽孢杆菌；梭菌属(Clostridium sp.)，诸如产芽孢梭状芽孢杆菌和艰难梭菌状芽孢杆菌；曲霉属(Aspergillus sp.)，巴西曲霉、米曲霉、黑曲霉、构巢曲霉、黄曲霉；细菌细胞，诸如地分枝杆菌、结核分枝杆菌和牛结核分枝杆菌；以及形成生物膜的细菌，诸如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、表皮葡萄球菌、路邓葡萄球菌、腐生葡萄球菌、表皮葡萄球菌、屎肠球菌、粪肠球菌、痤疮丙酸杆菌、肺炎克雷伯氏菌、阴沟肠杆菌、奇异变形杆菌、肠道沙门氏菌、伤寒沙门氏菌、变异链球菌和弗氏志贺氏菌；以及它们的组合。
在某些示例性实施方案中，污染制品被包含多种微生物的生物膜污染，暴露时间为至少5分钟，并且污染制品的菌落形成单位数相对于污染制品减少4个对数级至9个对数级。更优选地，污染制品的菌落形成单位数相对于污染制品减少5个对数级至9个对数级；6个对数级至9个对数级；或甚至6个对数级至10个对数级。
优选地，选择实现被包含多种微生物的生物膜污染的污染制品的期望水平的消毒的暴露时间为至多一小时。更优选地，实现期望水平的消毒的暴露时间不超过50分钟、40分钟、30分钟、20分钟，或者甚至是10分钟。最优选地，选择实现期望水平的消毒的暴露时间为至多9分钟、8分钟、7分钟、6分钟、5分钟、或低达4分钟、3分钟、2分钟或甚至1分钟。
在其它示例性实施方案中，污染制品被包含多种微生物孢子或真菌孢子的生物膜污染，暴露时间至少为2分钟，并且污染制品的菌落形成单位数相对于污染制品减少6个对数级至10个对数级。更优选地，污染制品的菌落形成单位数相对于污染制品减少7个对数级至10个对数级；8个对数级至10个对数级；或甚至9个对数级至10个对数级。
优选地，选择实现被包含多种微生物孢子或真菌孢子的生物膜污染的污染制品的期望水平的消毒的暴露时间为至多一个小时。更优选地，实现期望水平的消毒的暴露时间不超过50分钟、40分钟、30分钟、20分钟，或者甚至是10分钟。最优选地，选择实现期望水平的消毒的暴露时间为至多9分钟、8分钟、7分钟、6分钟、5分钟、或低达4分钟、3分钟、2分钟或甚至1分钟。
本公开的示例性实施方案的操作将参照以下详述的非限制性具体实施例进一步描述。提供这些实施例以另外说明各种具体和优选的实施方案和技术。然而，应当理解，可做出许多变型和修改而仍落在本公开的范围内。
实施例
这些实施例仅是为了例示性目的，且并非意在过度地限制所附权利要求书的范围。尽管示出本公开的广义范围的数值范围和参数为近似值，但尽可能精确地记录具体示例中示出的数值。然而，任何数值都固有地含有某些误差，其各自的测试测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到权利要求书的范围内的前提下，至少应当根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。
等离子体灭菌制备例
以下制备例示出了各种等离子体灭菌实施方案，这些实施方案可结合以下实施例或作为以下实施例的修改形式来实践，以下实施例示出了等离子体灭菌及湍流气流干燥系统和方法的组合的实施方案。
材料
除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。除非另有说明，否则所用的溶剂和其它试剂可得自威斯康星州密尔沃基的西格玛奥德里奇化学公司(Sigma-Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI))。另外，表1提供了下面的实施例中使用的所有材料的缩写和来源：
表1：材料
Figure BDA0002559467090000221
Figure BDA0002559467090000231
Figure BDA0002559467090000241
规程
制备实施例中使用的孢子样品
首先，将PET膜切成1cm×2cm并放置在有盖培养皿中。然后，将10μL嗜热脂肪芽孢杆菌孢子溶液(约1×108菌落形成单位数/mL(CFU/mL)，涡旋1分钟)滴落到膜上。所有的孢子在使用间在冰箱内4℃下保存。将包含约1×106孢子/膜的膜放置在盖打开的培养皿上≥1小时，以确保孢子膜完全干燥。接下来，将膜插入3英寸(7.62cm)长的PTFE样品管中，使用清洁的镊子模拟内窥镜，每个样品管具有3个膜。检查膜以确保孢子点中没有明显重叠，并且膜在PTFE管中，孢子朝上。
实施例中的孢子样品收集和菌落计数
在暴露后，使用无菌镊子将孢子膜从PTFE样品管中移除。然后立即将膜转移到含有25mL1倍的磷酸盐缓冲盐水(PBST)的50毫升(ml)管以中和pH和所有带电等离子体物质。1倍的PBST由100mL10倍的PBS、900mL去离子水和1g聚乙二醇脱水山梨糖醇单油酸酯表面活性剂制备，该聚乙二醇脱水山梨糖醇单油酸酯表面活性剂可以TWEEN 80从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich of St.Louis,MO)购得。将1倍的PBST溶液在搅拌板上混合5分钟，然后用0.2微米(μm)孔径的真空过滤器真空过滤以确保无菌，并且储存在4℃下。将1倍的PBST中的孢子膜涡旋，然后超声处理20分钟，并涡旋额外的时间以确保从表面除去所有孢子。
将一毫升包含孢子的缓冲溶液稀释在Butterfield缓冲液中。进行了浓度降低了10倍、100倍和1000倍的一系列稀释，因为原始样品含有106个菌落，有必要将浓度降低到足以计数。然后将1mL的稀释系列样品和PBST中的原始样品中的每个铺展到一次性孢子板上，该一次性孢子板可以以PETRIFILM从明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company ofSt.Paul,MN)购得。将板放置于铝盘上，并且将孢子置于最佳生长温度的烘箱中，使得在存在CFU的情况下菌落可以生长。
在温育孢子后，使用可从3M公司(3M Company)商购获得的PETRIFILM PLATE
Figure BDA0002559467090000251
计数菌落形成单位数。在每种情况下未经处理的孢子膜的对照样品被用作标准。对于杀灭的理想定量，每板的CFU数量在20-200范围内。基于CFU的数量和已知的稀释浓度，就可以从对照或处理过的孢子膜中计算出原始CFU的数量，并量化孢子杀死量。
制备例1
提供总体上如图1所述并具有总体上如图2b所述的等离子体发生器的灭菌系统。更具体地讲，通过将由两股3M彩色编码扁平电缆3302(可从明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)商购获得)组成的平行电极馈送到具有3/16英寸(4.76mm)内径的管腔的PTFE管中来构造等离子体发生器。阳极和阴极在PVC背衬上以0.05英寸(1.27)中心到中心间距隔开。DC脉冲功率由可以FPG 50-1从德国布尔巴赫的FID有限公司(FIDGMBH,Burbach,Germany)商购获得的电源供应。该功率被设定为提供具有10ns脉冲宽度和可变脉冲重复速率和可变电压的正方形脉冲。用自制的E点和B点探针进行功率测量。
使用购自马萨诸塞州安多弗的MKS仪器公司(MKS Instruments,Andover,MA)的MKS质量流量控制器来控制来自储藏源的氧气和氮气流速。在将气体输送到等离子体发生器之前，将气体混合并随后进行加湿。通过连接的管材进一步输送等离子体副产物，以便测量下游响应。以记录的长度将已接种孢子的PET膜样品插入管材内。在所有情况下，孢子在等离子体下游，在余辉区域之外。在一些情况下，使用傅里叶变换红外(FTIR)光谱法在孢子膜的下游监测等离子体组合物。以NICOLET iS10从马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默飞科技公司(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA)购得的具有2米气室的FT-IR分光计用来进行这些测量。此外，使用流量计监测流速，以确保实验之间恒定的气体/等离子体流量。标准操作条件见表2。除非另外指明，否则在下文的制备例1至4中，使用标准条件。通过改变电压和重复速率二者来改变功率。
表2：标准等离子体灭菌操作条件
参数 标准条件
处理时间 5分钟
电压 33kV
流速 3L/分钟
重复速率 1kHz
管长度 6英尺(约1.83米)
管ID 0.1875in(约4.8mm)
湿度 8.3g/m<sup>3</sup>
N<sub>2</sub>/0<sub>2</sub>比 80％
在该实施例中，独立改变处理参数(包括电压、重复速率(脉冲重复频率、PRF)和气体流速)，观察并记录嗜热脂肪芽孢杆菌的平均对数级。独立地改变表1中的值的参数(所有其它参数保持恒定)。然后根据公式对过程值进行归一化：
Figure BDA0002559467090000261
能源项(V2/RtON)取自装置上的I-V测量值。过程值和结果记录在表3中。
表3：等离子体功率和气体流速的影响
流速(标准L/分钟) 功率(瓦特) 暴露时间(秒) 平均对数级(CFU/样品) eV/分子
0 0 0 6.2 0.00
3 12 300 6.1 0.06
3 19 300 5.2 0.09
3 38 300 0.7 0.18
3 45 300 0.0 0.21
3 62 300 0.0 0.29
3 8.06 300 5.5 0.04
3 15.5 300 5.6 0.07
3 31 300 1.0 0.14
3 62 300 0.0 0.29
0.4 62 300 0.0 2.16
0.5 62 300 0.0 1.73
1 62 300 0.0 0.86
2 62 300 0.5 0.43
3 62 300 0.0 0.29
4 62 300 0.0 0.22
6 62 300 0.0 0.14
8 62 300 4.3 0.11
10 62 300 6.2 0.09
制备例2
通过改变管长度的参数，对管体积对杀灭的影响进行了研究。如表1中所示，所有其它过程参数保持恒定。表3中记录了等离子体暴露后平均对数级菌落形成单位数(CFU)和平均值的标准偏差(STDEV)的结果。在6英尺(约1.85m)至300英尺(约92.52m)的等离子体距离变化的整个范围内观察到CFU减少6个对数级。这些距离对应于在0.65秒至32.5秒范围内的后等离子体停留时间。
表4：距等离子体的距离的影响
Figure BDA0002559467090000271
Figure BDA0002559467090000281
制备例3
在该制备例中，独立地改变等离子体的前体，观察并记录嗜热脂肪芽孢杆菌的平均对数级CFU和STDEV。使用表2的条件，不同的是，进入等离子体发生器的氮气与氧气的比率有所变化。不同氮和氧分压的结果记录在表5中。
表5：不同氮和氧分压的影响
N<sub>2</sub>/N<sub>2</sub>+O<sub>2</sub>比率 平均对数级(CFU/样品) STDEV
对照物 6.2 0.3
0 5.9 0.3
0.2 0.0 0.0
0.33 0.0 0.0
0.5 0.0 0.0
0.66 0.0 0.0
0.8 0.0 0.0
1 3.7 0.6
制备例4
在该制备例中，先将水蒸气添加到气体中，再将气体引导至等离子体发生器，以便改变灭菌气体的湿度。否则使用表2的条件。灭菌气体的不同湿度对平均对数CFU和STDEV的影响记录在表6中。
表6：不同消毒气体湿度的影响
湿度(g H<sub>2</sub>O/m<sup>3</sup>) 平均对数级(CFU/样品) STDEV
对照物 6.4 0.1
3.7 5.7 0.3
4.1 4.7 0.4
4.5 4.9 1.0
5.2 0.0 0.0
6.6 0.0 0.0
8.5 0.0 0.0
9.5 0.0 0.0
11.4 0.0 0.0
制备例5
提供总体上如图1所述并具有总体上如图2a所述的等离子体发生器的灭菌系统。更具体地讲，作为CTAQ8G臭氧机的一部分的购自中国广东省广州市的Ozonefac公司(Ozonefac Co.,(Guangzhou,Guangdong,China))的臭氧发生器管用作等离子体电极。功率与来自12kHz ac电源的等离子体电极耦合，电压为3.6kV，并且总功率为85W，氧气和氮气气体分别以0.5和2.5标准升/分钟(SLM)的速率引入等离子体电极中。用8.3g/m3的蒸发水加湿气体前体。
在等离子体发生器之后，输送流出物经过具有1/8英寸(约3.2mm)直径管腔的6英尺(约1.83m)长的PTFE管。在每次记录开始之前通过将热带包裹在等离子体电极系统周围并将温度控制至预定设定点来改变等离子体电极温度。在暴露之后观察并记录回收的嗜热脂肪芽孢杆菌CFU的平均数量。结果记录在表7中。
表7：电极温度的影响
Figure BDA0002559467090000301
用于模拟内窥镜管腔的示例性的等离子体消毒方法
以下制备例描述了可用于实现在带管腔的医疗装置诸如内窥镜中发现的成熟生物膜的微生物杀灭的等离子体消毒方法。等离子体消毒方法在处理5分钟之后提供细菌的6个对数级减少。该消毒方法作用于柔性带腔的表面诸如内窥镜的内部通道。消毒方法在湿气的存在下是有效的，并且因此因此很好地结合到当前用于净化内窥镜的再处理程序中。
如果需要，可以在暴露于高水平消毒或甚至灭菌之前，用等离子消毒方法处理已手动清洁的再处理的内窥镜。替代地，在自动内窥镜再处理(AER)循环之后并且在干燥箱中储存之前，可以立即用等离子体处理高水平消毒范围。该范围也可以在AER循环中手动清洁、消毒并且储存在干燥箱中。等离子处理可以例如在患者使用之前根据需要应用于干燥箱中的储存范围，以杀灭可能生长由于不正确的储存条件而生长的任何生物膜，或者类似于快速灭菌在对患者使用之前应用于手术室中。
根据当前公开的系统和方法的等离子灭菌或消毒也被证明在距离等离子体源6英尺的距离内是有效的，这将适应当今市场上可买到的大多数内窥镜。等离子消毒是一种按需使用的消毒系统，该消毒系统是便携式和可扩展的，以允许同时处理多个内窥镜。
规程
细菌培养/种菌制备
将铜绿假单胞菌(ATCC 15442)在胰酶大豆琼脂(TSA)板上传代培养并在37℃下温育16至18小时。从划线平板中分离单个菌落并用于接种10mL的胰酶大豆液体细菌生长培养基。使培养物在37℃下生长16至18小时。活菌密度通过十倍的连续稀释来测定，并用于计数。这被用作种菌溶液以引发生物膜生长。
生物膜生长
在接种前，将4根3.28英尺(约1m)长且具有1mm直径内管腔的PTFE管材以及连接件进行蒸汽灭菌。加入六百微升的种菌，以填充每根管材的整个长度，并且在25℃下将生物膜在每个管中培养持续24小时。用10％胰酶大豆肉汤培养基漂洗成熟的生物膜48小时，以除去浮游(松散附着的)细菌。将4根PTFE管材中的一根用作阳性对照样品，以确定非感染管腔中生物膜的生长。
生物膜生长评估
将阳性对照PTFE管材切成两半。将一半进一步切割成四个10厘米区段，代表管腔的端部和中部。将每个管材区段放置于包含15mL磷酸盐缓冲盐水的单独无菌Falcon管中。在25℃下超声处理样品持续20分钟。将超声处理的样品涡旋，并通过将1mL液体转移至包含9mL缓冲水的无菌锥形小瓶中，来对用于超声处理每个管材区段的PBST进行十倍系列稀释。
将稀释液铺在TSA上以确定生物膜中存在的种群。在23℃+/-2℃下温育TSA板总共72小时。确定存在于成熟生物膜中的铜绿假单胞菌的平均种群(CFU/cm2)，并在表8中给出。
表8：成熟生物膜中存在的铜绿假单胞菌的平均种群(CFU/cm2)
Figure BDA0002559467090000321
制备例6
包含生物膜的聚四氟乙烯(PTFE)管材的处理
提供总体上如图1所述并具有总体上如图2b所述的等离子体发生器的灭菌系统。更具体地讲，通过将由两股3M彩色编码扁平电缆3302(可从明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)商购获得)组成的平行电极馈送到具有3/16英寸(4.76mm)内径的管腔的PTFE管中来构造等离子体发生器。将阳极和阴极以0.05英寸(1.27cm)中心到中心间距在PVC背衬上分离。
DC脉冲功率由可以FPG 50-1购自德国布尔巴赫的FID有限公司(FID GMBH,Burbach,Germany)的电源供应。该功率被设定为提供具有10纳秒的脉冲宽度和可变脉冲重复速率的矩形脉冲以及可变电压。用自制的E点和B点探针进行功率测量。
使用商购自马里兰州安多弗的MKS仪器公司(MKS Instruments,Andover,MD)的MKS质量流量控制器来控制进入PTFE管的压缩空气或氧气/氮气混合物的流速。在将气体输送到等离子体发生器之前，将气体通过鼓泡单元加湿。通过连接的管材进一步输送等离子体副产物，以便测量下游响应。
用生物膜接种的其余3根PTFE管是使用实施例1中所述的等离子体发生器下游的标准管材适配器6英尺(约1.83m)连接的PTFE管。其它操作参数示出于表9中。
表9：标准等离子体消毒操作条件
参数 标准条件
处理时间 5分钟
电压 33kV
流速 2L/分钟
重复速率 1kHz
管长度 6英尺(约1.83m)
管ID 0.1875in(约4.8mm)
气体温度 70℉(约21.1℃)
湿度 100％RH
PTFE生物膜管包含漂洗液体，一旦开始等离子体处理，随后将其吹出管腔。将该液体记录为“流经样品”，并且通过真空过滤评估以确定是否可以回收任何细菌。没有细菌存在于“流经样品”中。
在等离子处理后，用PBST(1ml×4)冲洗PTFE管材以除去随后通过真空过滤回收的任何剩余细菌。从该液体计数的菌落形成单位数被记录为“来自洗涤的滤液”。然后将洗涤过的管材切割成区段，放置于包含200mLPBST的无菌瓶中，并且在25℃下超声处理20分钟，以从管材区段的管腔中除去任何生物膜。然后使用真空过滤回收存在于超声处理溶液中的细菌。
在暴露至等离子体后回收的菌落形成单位数记录于表10。在等离子体处理后，没有细菌从“流经样品”、“洗涤滤液”或从管件中回收。在等离子体暴露5分钟后观察到完全杀灭存在于成熟生物膜中(2.34×109CFU/cm2)的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginos)。
表10：等离子体消毒后的生物膜回收
Figure BDA0002559467090000331
Figure BDA0002559467090000341
用于洗涤/未干燥的管腔的示例性等离子体消毒方法
以下制备例描述了可用于实现在清洗过但未干燥的带管腔的医疗装置诸如内窥镜中发现的生物膜的微生物杀灭的等离子体消毒方法。该实施例显示使用两种模型(10μL孔和5.80mm内径管腔)有效杀灭液滴中的四种不同微生物，这两种模型使用远程等离子体处理系统和方法进行处理。这些实施例使用模拟清洗过的柔性内窥镜的通道中遇到的条件和残留液滴的模型证明消毒级杀灭(>6个对数级)。该远程等离子体系统和方法在距离等离子体源10英尺(约3m)的距离处使用极短的处理循环(例如60秒至150秒)有效杀灭微生物。
规程
细菌培养
使用冷冻库存制备每种生物体(大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和粪肠球菌)的单独条纹板(TSA)，并在37℃下温育24小时。使用来自每个板的单个菌落接种10mLTSB生长培养基，以在37℃下在以250RPM振荡的情况下培养每种生物过夜(16至18小时)。每种过夜培养浓度达到约109菌落形成单位数/毫升(CFU/mL)，并且在Butterfield缓冲液中以1:10稀释，产生包含约108CFU/mL的溶液，用于接种要进行等离子体处理的样品。
暴露于等离子体
在实施例7和实施例8中利用总体如图1所述并具有总体如图2a所述的等离子体发生器的等离子体消毒系统。具体地讲，作为CT-AQ8G臭氧机的一部分的购自中国广东省广州市的Ozonefac公司(Ozonefac Co.,(Guangzhou,Guangdong,China))的臭氧发生器管用作等离子体电极。功率与来自12kHz ac电源的等离子体电极耦合，电压为3.6kV，并且总功率为85W。
通过输送来自等离子体的气体输出经过具有1/8英寸(约3.2mm)内径的10英尺(约3m)长的FEP管来实现等离子体消毒。在10英尺(约3m)管的端部处插入样品。来自远程等离子体发生器的气体输出以3L/min的速率流动，并且选择气体为1000标准cm3/min(SCCM)的潮湿空气和2000SCCM的干燥空气。所有消毒处理期间的相对湿度介于40％-60％之间的范围内。
实施例7中描述的SRBI孔的消毒处理循环由150秒的等离子体暴露和60秒的空气冲洗组成。管腔模型中的等离子体处理(实施例8)在0至150秒的范围内，之后是60秒的空气冲洗。
SRBI孔样制备
使用标准切纸机将3M SRBI纳米二氧化硅底涂孔从膜的卷切割成单独的条带。每个条带包含八个孔，该孔能够在两个边缘之间保存10μL液体。通过用70％异丙醇擦拭来清洁该条带，并在使用前进行干燥。对于每个实验，如细菌培养部分中所述，通过吸移10μL包含为每种生物(大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和粪肠球菌)制备的约108CFU/mL的细菌悬浮液，将约106个微生物装载到位置1和8的孔中。
对于等离子体实验，使用无菌镊子将包含微生物样品的条带装载到1英尺可移除区段6.35mm外径(OD)/5.80mm内径(ID)PTFE管材中，并用150秒+60秒空气或210秒空气的等离子体循环处理(阳性对照)。在等离子体暴露之后，使用无菌解剖剪刀从条带的其余部分切除包含10μL样品的孔，并且用无菌镊子转移到包含1mL PBS-TWEEN的单个1.5mL管中。每个管以最大速度涡旋混合1分钟，并且在Butterfield缓冲液中制备连续稀释液，将通过10-7倍稀释每个样品的连续稀释液铺在PETRIFILM有氧计数板上。
将接种的板在37℃下温育24至48小时，并使用3M PETRIFILM读取器进行计数。通过比较回收率和计数对照(将10μL种菌直接连续稀释到Butterfield缓冲液中而不是SRBI孔中，参见表11)来验证PBS-TWEEN中的1分钟“涡旋混合”，从而确认该方法回收沉积在SRBI孔中的所有微生物。对于每个数据点，n＝6。
表11：SRBI孔样品回收方法(1分钟涡旋)验证
微生物 种菌(CFU) 回收(CFU) 回收率百分数
大肠杆菌 2.68E+06 2.63E+06 98
铜绿假单胞菌 1.63E+06 1.60E+06 98
金黄色葡萄球菌 1.83E+06 2.30E+06 126
粪肠球菌 1.48E+06 1.41E+06 95
PTFE管腔模型样品制备
在使用前将6.35mm OD/5.80mm ID的PTFE管材切割成6"管腔区段并进行蒸汽灭菌。通过将250μL包含约108CFU/mL铜绿假单胞菌的培养物吸移到PTFE管腔中来接种样品。将样品倾斜并滚动以将细菌散布在整个管中。将管腔在室温(约25℃)下温育30分钟，然后除去大部分液体(约150μL至200μL)，并通过将管腔保持在15mL锥形小瓶上来进行收集。完成该过程后，仍在管中保留可见液滴(体积为约5μL至50μL)。然后将接种的管腔附接到如上文的等离子体暴露部分所述的等离子体处理设置。将管的每个可移除区段依次连接到10英尺(约3m)件。用暴露于0秒、15秒、30秒、60秒、90秒、120秒和150秒的等离子体消毒处理循环的重复样品进行时程实验，其中每次暴露于等离子体后，进行60秒的空气冲洗。
在每个消毒处理循环完成之后，使用用异丙醇新清洗过的剃刀刀片将每个管腔切成两半，以产生两个3英寸(约7.62厘米)区段，并转移到包含10mL PBS-TWEEN的15mL锥形小瓶中。然后通过以最大速度涡旋混合小瓶1分钟，用20kHz的2×20秒持续时间脉冲用设定为最大振幅39％的探针声波仪中断，然后以最大速度再次涡旋混合1分钟，来将任何剩余的活菌从每个管腔中回收。
在Butterfield缓冲液中制备每个管的连续稀释液，并将通过10-7倍稀释每个样品的系列稀释液铺在
Figure BDA0002559467090000371
有氧计数板上(其中初始10mL回收溶液为10-1稀释液)。将接种的板在37℃下温育24至48小时，并使用3M PETRIFILM读取器进行计数。该管腔测试规程改编自美国测试和材料学会国际(ASTM)方法E1837-标准测试方法，以确定可重复使用的医疗装置的消毒过程的功效(模拟使用测试)。
制备例7
10μL孔中的液滴中150秒等离子体处理的细菌杀灭。
每种微生物的六个重复样品暴露于150秒持续时间的等离子体处理和60秒持续时间的空气净化，流速为3L/min，距离等离子体源10英尺(约3m)。当等离子体处理开始时，每个样品在10μL液体中包含约106个活细胞。
在等离子处理循环之前和之后测量SRBI条带的质量显示，在等离子体暴露期间蒸发的10μL液滴(n＝24)的平均值为0.0011g(1.1μL)(数据未显示)。在等离子体循环之后，没有从暴露于等离子体的样品回收到活的菌落形成单元，并且对测试的所有四种微生物(大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和粪肠球菌)而言，均实现完全杀灭(大于6个对数级；表12)。作为革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌的代表性实施例，并且由于其作为疾病控制和预防中心(CDC)所说的用于内窥镜再处理的“高度关注”的生物体的相关性，所以选择这四种生物体。(参见例如“关于监测十二指肠镜再处理后细菌污染的医疗保健设施临时协议(Interim Protocol for Healthcare Facilities Regarding Surveillance forBacterial Contamination of Duodenoscopes after Reprocessing)”，该文章可见于CDC网站(https://www.cdc.gov/hai/pdfs/cre/interim-duodenoscope-surveillance- Protocol.pdf；2015年11月03日发表，上次访问2017年12月06日)。对于每个数据点，样品数n＝6。
表12：在10μL孔中用150秒等离子体处理的细菌杀灭
Figure BDA0002559467090000381
制备例8
PTFE管腔中液滴中的细菌杀灭曲线
通过将与铜绿假单胞菌悬浮液一起温育的重复样品暴露于0秒至150秒的不同暴露时间的等离子体循环中而产生基于ASTM E1837的5.80mm ID PTFE管腔模型中的杀灭曲线。当等离子体处理开始时，每个管腔包含约5μL至50μL范围内的液滴。在等离子体暴露之后，可见液滴保持在管腔中，但残余液体的量未量化。等离子体循环后任何剩余活菌的回收显示，在等离子体处理的60秒内完成了完全杀灭(7.6个对数级)(表13)。
表13：随着时间的推移，铜绿假单胞菌在5.80mm ID管腔中的存活率。
暴露时间(秒) 平均回收的CFU/样品(n＝2)
0 3.87E+07
15 2.85E+05
30 2.10E+02
60 0.00E+00
90 0.00E+00
120 0.00E+00
150 0.00E+00
示例性等离子体灭菌和湍流干燥方法
以下实施例示出等离子体灭菌与使用干燥气体的湍流干燥交替的组合。应当理解，制备例中示出的任何等离子体灭菌实施方案可与以下示例性实施例中的湍流干燥实施方案结合。
除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。除非另有说明，否则所用的溶剂和其它试剂可得自威斯康星州密尔沃基的西格玛奥德里奇化学公司(Sigma-Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI))。另外，表14提供了下面的实施例中使用的所有材料的缩写和来源：
表14：材料
Figure BDA0002559467090000391
Figure BDA0002559467090000401
设备
使用以下实验室设备来执行实施例：
Branson数字超声波破碎仪，康涅狄格州丹伯里的必能信超声公司(BransonUltrasonics,Danbury,CT)
脉冲桌面型聚合物袋热封机，明尼苏达州明尼阿波利斯的Uline公司(Uline,Corp.,Minneapolis,MN)
涡旋混合器，纽约州波西米亚的科学工业有限公司(Scientific Industries,Inc.,Bohemia,NY)
规程
EN16442:2015附录E介质的制备：
取样溶液和稀释剂分别按照BS EN16442:2015附录E标准中的章节E.1.3.3和E.1.3.4所述制备。取样溶液包含3mL聚山梨酸酯80、0.3g卵磷脂、0.1g L-组氨酸和0.5g硫代硫酸钠，并用去离子水稀释至100mL的总体积。稀释溶液包含在1L去离子水中制备的26.22g胰蛋白胨和7.78g氯化钠。在使用之前，使用20分钟的循环时间对两种溶液进行蒸汽灭菌。
细菌培养
铜绿假单胞菌(ATCC 15442)的划线板由胰酶大豆琼脂上的冷冻原液制备并在37℃下过夜温育。使用来自板的单个菌落接种10mL无菌胰酶大豆液体培养基并在37℃下以250RPM振荡生长过夜。将过夜培养物(约109个菌落形成单位数(CFU)/mL)在BS EN16442:2015附录E稀释液中进行1:10,000稀释。使用该稀释液接种所有样品。
样品制备(参见BS EN16442:2015附录E E.1.4.5)
将2.48mm内径的PTFE管材切割成1.25m区段，并且将1/16"(约1.6mm)的母鲁尔连接器插入每个管材区段的一端中。将管件盘绕并单独包裹在铝箔中，然后使用20分钟循环蒸汽灭菌。如BS EN16442:2015附录E部分中所述制备每个管件。
通过将4mL铜绿假单胞菌接种的EN16442稀释剂吸入5mL注射器中，将注射器锁定到附接到管一端的母鲁尔连接器中，并且将液体从注射器转移到PTFE管中来污染样品。将每个污染样品在室温下温育60分钟。通过使用通过鲁尔连接器附接的60mL注射器，用50mL空气吹扫管，除去大部分污染液体。移除母鲁尔连接器，并且通过用70％异丙醇擦拭来清洁每个样品的外部。
样品处理和干燥
将每个污染的管材样品连接到Wassenburg内窥镜替代装置(荷兰多德瓦德的沃森堡医疗公司(Wassenberg Medical B.V.,Dodewaard,the Netherlands))的抽吸/活检通道以单独进行等离子体处理。使用如上所述的远程等离子体处理系统。等离子体处理和干燥循环包括：在25psig(约172,369Pa)下进行10秒(sec)的空气吹扫，在3L/min下进行90秒的等离子体流动，然后在25psig(约172,369Pa)下进行260秒的空气加热(60℃)。
在等离子体循环期间，从12kHz ac电源以3.6kV的电压和85W的总功率将功率耦合到等离子体电极。在等离子体循环期间，将潮湿的空气以3标准升/分钟(slm)的速率引入等离子体电极中。空气在21℃下以40％RH加湿。
在处理和干燥循环之后，将每个样品与Wassenburg装置断开，并且通过用70％异丙醇擦拭来清洁外部。将每个管盘绕并置于3M可透气剥开式小袋中进行储存。使用台式热封机将每个小袋密封闭合。
将经等离子体处理的样品和对照物在室温(20℃至25℃)下储存0、24、48、168和720小时的时间段。重复样品、未经处理的阳性对照物和阴性对照物均根据BS EN16442:2015附录E标准一式两份进行。
样品回收
按如下方式从每个样品回收任何残余的活铜绿假单胞菌。将EN16442:2015附录E取样溶液的20mL等分试样转移到无菌的50mL锥形小瓶中。将管材样品从密封的储存小袋中取出，并且将无菌母鲁尔连接器插入管材的一端中。通过用70％异丙醇擦拭来清洁样品的外部，并且将没有鲁尔连接器的管的端部插入包含取样溶液的20mL等分试样的锥形小瓶的底部。
经由母鲁尔连接器将20mL鲁尔锁注射器附接到管材的相对端。通过将液体吸入注射器中并将其推回50mL锥形小瓶中，用取样溶液的20mL等分试样洗涤管的管腔。此操作重复共五次。
然后移除20mL注射器，并且使用60mL注射器，通过迫使50mL空气进入包含样品的锥形小瓶中两次(共100mL)，从管腔中吹扫剩余液体。给小瓶盖上盖子，然后以最大速度涡旋1分钟。
在Butterfield缓冲液中制备回收样品的系列稀释液，并通过10倍稀释铺在PetriFilm有氧计数板上(其中取样溶液的初始20mL等分试样用作1倍稀释液)。将板在37℃下温育24至48小时，并使用3M PetriFilm读取器进行计数。
采样方法的验证(参见BSEN16442:2015附录E,E.1.4.7.2):
如EN16442:2015附录E中所述，长于12小时的储存时间可导致细菌固定和生物膜形成。这可使得难以从管样品的内腔中除去细菌。在上述样品回收方法之后进行以下规程，以验证该方法是否充分除去了细菌。
在进行回收之后，根据制造商的说明，使用奥林巴斯单次使用组合清洁刷的小端刷洗每个样品。将刷子浸入取样溶液的新的20mL等分试样中，然后迫使其在主动刷洗的同时总共三次来回通过管样品的管腔。然后切断刷子的头部并浸没在20mL的取样溶液中。
将小瓶盖上盖子，以最大速度涡旋1分钟，使用设定为最大振幅39％的探针声波仪以20kHz的2×20秒脉冲从刷头中逐出细菌，然后以最大速度再次涡旋1分钟。
在Butterfield缓冲液中制备回收样品的系列稀释液，并通过10倍稀释铺在
Figure BDA0002559467090000431
有氧计数板上(其中取样溶液的初始20mL等分试样用作1倍稀释液)。将接种的板在37℃下温育24至48小时，并使用3M
Figure BDA0002559467090000432
读取器进行计数。
另外，在刷洗之后重复上述相同的样品回收规程和铺板。用于验证回收方法的验收标准指出从刷洗和刷洗后步骤回收的CFU数必须小于第一回收步骤。对于所有储存时间(0小时、24小时、48小时、168小时和720小时)，来自刷洗和刷洗后步骤的CFU计数保持比第一回收步骤小1至2个数量级，这符合标准中的接受标准。
实施例1
使用高压空气消除管腔通道中的残余水分
当前行业标准提供了关于如何充分干燥内窥镜通道的最小方向。为了满足BSEN16442:2015中定义的标准，在指示的处理之后，在最小空气吹扫(高达17psig，约117,211Pa)的情况下不存在从管腔通道除去的任何观察到的液滴。因此，即使能够满足该标准，仍然可能意味着残余液滴留在内窥镜通道内，这些残余液滴可随时间推移有助于微生物生长。
向2.48mm ID PTFE管(1.25米长)样品中加入10mL无菌水。在90秒等离子体处理之后，在10psig(约68,948Pa)或17psig(约117,211Pa)的指定气压下用空气吹扫每个样品。在空气吹扫期间，定性地评估管以确定最后残余的水滴发生蒸发的暴露时间。该实施例展示了在17psig(约117,211Pa)下在20秒内快速满足BS EN16442:2015标准的能力，如表15和16所示。该实施例也展示了在较长吹扫时间之后完全除去任何残余液滴的能力，如表15和16所示。
表15：达到EN16442:2015标准或除去管腔中的所有可见液滴(10psig(约68, 948Pa)气体压力)所需的干燥时间
Figure BDA0002559467090000441
表16：达到EN16442:2015标准或除去管腔中的所有可见液滴(17psig(约117, 211Pa)气体压力)所需的干燥时间
Figure BDA0002559467090000442
Figure BDA0002559467090000451
实施例2
等离子体灭菌和干燥后的微生物杀灭和生长预防
(10秒高压空气、90秒等离子体处理和260秒高压热空气干燥)
使用Wassenburg内窥镜替代装置和基于BS EN16442:2015的方案，将用铜绿假单胞菌悬浮液温育的重复样品暴露于由以下组成的等离子体循环中：10秒的25psig(约172,368Pa)空气吹扫；以3L/分钟流动的90秒等离子体处理，然后是260秒的25psig(约172,368Pa)加热(60℃)空气吹扫，如上文在样品处理和干燥中所述。等离子体循环之后任何残余的活细菌的回收显示，在720小时的储存条件期间用等离子体处理实现并维持完全杀灭(7.6个对数级)(表17)。
表17：在Wassenburg内窥镜替代装置中从经处理的(根据实施例2)和未经处理的 2.48mm ID管腔回收的平均铜绿假单胞菌CFU
Figure BDA0002559467090000452
另外，将用铜绿假单胞菌悬浮液温育的单独样品暴露于等离子体循环、仅空气循环或保持未经处理，并且在48小时的时间段内进行评估。任何残余活细菌的回收显示，等离子体处理对于实现微生物的完全杀灭是关键的。单独空气干燥不足以证实完全杀灭，如表18所示。
表18：在Wassenburg内窥镜替代装置中，来自仅等离子体处理与仅空气干燥和未 经处理的2.48mm ID管腔的平均铜绿假单胞菌对数级变化。
Figure BDA0002559467090000461
本说明书中通篇提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在本说明书中全篇中的各处出现的短语，例如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在某个实施方案中”，并非一定是指本发明的某些示例性实施方案中的相同实施方案。此外，具体特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
另外，本文引用的所有出版物和专利均以引用的方式全文并入本文中，如同各个单独的出版物或专利都特别地和单独地指出以引用方式并入一般。已对各个示例性实施方案进行了描述。
虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案，但是应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同物。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上示出的例示性实施方案。这些实施方案以及其它实施方案均在以下权利要求书的范围内。

Claims (24)

1.一种对污染制品进行灭菌的系统，包括：
干燥气体源，所述干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥所述污染制品；
等离子体发生器，所述等离子体发生器具有：
电极，
屏蔽件，和
介电间隙，所述介电间隙位于所述电极与所述屏蔽件之间；
电功率源，所述电功率源连接到所述等离子体发生器，以用于在所述电极与所述屏蔽件之间施加电极能量密度；以及
灭菌气体前体源，所述灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过所述等离子体发生器在所述电极与所述屏蔽件之间提供灭菌气体前体流以形成等离子体，其中当所述电极能量密度大于在所述电极与所述屏蔽件之间通过的灭菌气体前体的0.05eV/分子时，所述屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃，另外，其中所述等离子体由所述灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体，并且另外，其中所述污染制品暴露于灭菌气体流，任选地其中所述系统还包括用于输送所述污染制品通过流体连接到所述灭菌气体流的室的装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述灭菌气体包含选自由分子氧、分子氮、一氧化氮、硝酸和一氧化二氮组成的组的一种或多种物质。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述灭菌气体前体包含空气，任选地其中所述灭菌气体前体的相对湿度为至少21％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，还包括一个或多个阀，所述一个或多个阀被构造用于将干燥气体流和所述灭菌气体流交替应用于所述污染制品。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，另外包括冷却设备。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述电功率源为具有高dV/dT的脉冲DC源。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，还包括用于从所述灭菌气体除去所述酸性物质和/或氧化物质的过滤器。
8.一种对污染制品灭菌的方法，包括：
提供灭菌器，所述灭菌器包括：
干燥气体源，所述干燥气体源被构造用于提供干燥气体的湍流，以干燥所述污染制品；
等离子体发生器，所述等离子体发生器包括：
电极，
屏蔽件，和
介电间隙，所述介电间隙位于所述电极与所述屏蔽件之间；
电功率源，所述电功率源连接到所述等离子体发生器，以用于在所述电极与所述屏蔽件之间施加电极能量密度；以及
灭菌气体前体源，所述灭菌气体前体源包含水蒸气、氧气和氮气，并且被构造用于通过所述等离子体发生器在所述电极与所述屏蔽件之间提供灭菌气体前体流，以由灭菌气体前体形成包含酸性物质和/或氧化物质的等离子体；
通过所述等离子体发生器在所述电极与所述屏蔽件之间提供所述灭菌气体前体流，以形成等离子体，其中当所述电极能量密度大于在所述电极与所述屏蔽件之间通过的所述灭菌气体前体的0.05eV/分子时，所述屏蔽件的表面处的温度保持在低于150℃，另外，其中所述等离子体使得所述灭菌气体前体流形成包含所述酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体流；
引导包含所述酸性物质和/或氧化物质的所述灭菌气体流从所述等离子体发生器通过封闭所述污染制品的至少一部分的封闭空间；
将所述污染制品暴露于包含所述酸性物质和/或氧化物质的灭菌气体足够暴露时间，以实现所述污染制品的期望灭菌程度，任选地其中足以实现所述污染制品的所述期望灭菌程度的时间不超过一小时；以及
将所述干燥气体的湍流引导至所述封闭空间中，以干燥所述污染制品。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在引导所述灭菌气体通过所述封闭空间之后，从所述灭菌气体中除去所述酸性物质和/或氧化物质的至少一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其中从所述灭菌气体除去所述酸性物质和/或氧化物质的至少一部分由过滤器执行，所述过滤器包含选自由活性炭、具有碱性官能团的物质、提供碱性吸附剂的物质、还原物质和分子筛组成的组的一种或多种材料。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中所述封闭空间是其中放置所述污染制品的灭菌室。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中引导所述灭菌气体流通过所述封闭空间进行至少10秒且不超过5分钟的持续时间，并且之后引导所述干燥气体流通过所述封闭空间至少10秒且不超过10分钟的持续时间，任选地其中交替地引导所述灭菌气体流和引导所述干燥气体流重复至少两次。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中所述干燥气体、所述灭菌气体前体或所述灭菌气体中的至少一者具有10℃至60℃的温度。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中所述干燥气体选自由氧气、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或它们的组合组成的组，任选地其中所述干燥气体基本上不含水。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的方法，其中所述灭菌气体包含选自由分子氧、分子氮、一氧化氮、硝酸和一氧化二氮组成的组的一种或多种物质。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的方法，其中所述灭菌气体前体包含空气，任选地其中进入所述等离子体发生器的所述灭菌气体前体的相对湿度为至少21％。
17.根据权利要求8至16中任一项所述的方法，其中所述电功率源为具有高dV/dT的脉冲DC源。
18.根据权利要求8至17中任一项所述的方法，其中所述污染制品为医疗装置，并且所述封闭空间为所述医疗装置的中空区域。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述医疗装置为内窥镜，并且所述中空区域为所述内窥镜的管腔，另外，其中包含所述酸性物质和/或氧化物质的所述灭菌气体从所述等离子体发生器通过所述内窥镜的所述管腔。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述医疗装置为医疗器械，并且所述中空区域为所述医疗器械的至少一个内部腔体。
21.根据权利要求8至20中任一项所述的方法，其中所述污染制品被以下中的至少一者污染：由多种微生物构成的生物膜、多种微生物、由多种微生物孢子构成的生物膜、多种微生物孢子、由多种真菌构成的生物膜或多种真菌。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述生物膜包含选自由以下项组成的组的多种微生物：嗜热脂肪芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、萎缩芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、产芽孢梭状芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巴西曲霉、米曲霉、黑曲霉、构巢曲霉、黄曲霉、艰难梭状芽孢杆菌、地分枝杆菌、结核分枝杆菌、牛结核分枝杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、表皮葡萄球菌、路邓葡萄球菌、腐生葡萄球菌、屎肠球菌、粪肠球菌、痤疮丙酸杆菌、肺炎克雷伯氏菌、阴沟肠杆菌、奇异变形杆菌、肠道沙门氏菌、伤寒沙门氏菌、变异链球菌、弗氏志贺氏菌以及它们的组合。
23.根据权利要求21至22中任一项所述的方法，其中所述污染制品被包含多种微生物的生物膜污染，另外，其中所述暴露时间为至少5分钟，并且消毒制品的菌落形成单位数相对于所述污染制品减少4个对数级至9个对数级，任选地其中所述暴露时间为至多一小时。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中所述污染制品被包含多种微生物孢子或真菌孢子的生物膜污染，另外，其中所述暴露时间为至少2分钟，并且消毒制品的菌落形成单位数相对于所述污染制品减少6个对数级至10个对数级，任选地其中所述暴露时间为至多一小时。
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