CN1897983A - 用于密封空间灭菌的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在无菌条件下实施操作的密封空间(23)，该密封空间具有用于对该密封空间杀菌的设备，其内容包含气体发生器(17、18)，该气体发生器具有用于产生空气流的风扇(18)以及用于蒸发过氧化氢溶液的蒸发器(17)，该过氧化氢溶液由该气流承载穿过该密封空间以冷凝在密封空间表面上从而对其表面杀菌。提供泵(13)，用于从远离该气体发生器的位置对该密封空间抽气，从而确保该杀菌剂蒸气到达与该发生器距离最远的密封空间部分，并维持该气体发生器内的压力小于该发生器周围的气氛压力，使得该密封空间内的任何泄漏路径为从气氛到该密封空间内的泄漏而不释放杀菌剂蒸气到该密封空间外部的气氛中。

Description

用于密封空间灭菌的设备

技术领域

本发明涉及用于密封空间特别是小密封空间灭菌的设备。

背景技术

小密封空间通常体积为约2m³，包含但不限于II类微生物安全柜(MSC)。我们的国际专利申请PCT/GB03/001386公开了通过放置一设备以在该腔体内产生熏蒸消毒剂气体，从而在诸如房间或腔体的更大密封空间进行灭菌的方法。所述技术非常适用于性质简单的房间或大腔体，但并非专用于处理和II类微生物安全柜及相似密封空间相关的问题。

灭菌II类微生物安全柜的标准技术是煮沸福尔马林以产生甲醛蒸气。需要蒸发大量福尔马林以使本方法有效，欧洲标准EN BS 12469要求每立方米的密封空间体积需要蒸发60ml福尔马林加上60ml水。其它规范使用更少数量的液体，但是所使用的所有方法都在MSC内产生大量的冷凝，另外还形成多聚甲醛沉积。

对MSC充入福尔马林气体存在许多缺点：首先，会形成福尔马林和多聚甲醛残留，只有通过长时间通风才能除去这些残留；第二，该灭菌过程缓慢，常规暴露时间为八小时；第三，难以保证气体到达MSC的所有部件，特别是过滤充气室；第四，该蒸气是有毒性的，职业接触限值为1ppm；最后，需要进行特殊预防以避免气体从MSC泄漏，且在一些安装中在熏蒸消毒剂过程中必须对实验室进行疏散。能够克服这些问题的福尔马林熏蒸消毒剂的替换物对于实验室人员来讲有着重大的价值，熏蒸消毒剂的一个选择为能够使用并对于用户是安全的过氧化氢蒸气，因为过氧化氢没有残留、高效且能快速起作用。

可以预计，使用过氧化氢作为熏蒸消毒剂时，也会碰到使用福尔马林所碰到的相同困难。大部分(即使不是所有的)MSC导致某种程度的泄漏。向腔内引入气体会伴随着温度上升，这会导致内部压力的增大。除非受到控制，否则这种压力增大会导致熏蒸消毒剂气体泄漏到外部，对实验室人员形成潜在危险。过氧化氢和多聚甲醛具有相似的扩散常数，因此可以预计这两种气体在密封空间周围扩散的速率相似。在MSC中，可以预计使用过氧化氢蒸气灭菌充气室需要大量时间，除非使用一些技术使得该气体传输到该充气室。

使用过氧化氢作为熏蒸消毒剂气体的主要优点为，不会形成残留，且一旦气体浓度足够则该净化过程非常迅速。许多(如果不是大多数)目前使用的II类MSC会将尾气再循环回到实验室，因此需要在该灭菌周期结束时除去过氧化氢蒸气的方法。

发明内容

本发明为克服这些问题的技术，并提出了包含MSC的小密封空间的安全和可靠的灭菌方法。

本发明提供了：用于在无菌条件下进行操作的密封空间，该密封空间具有置于该密封空间内的第一设备，该第一设备用于从保持在该密封空间内的源产生和传送杀菌剂蒸气以冷凝在整个密封空间表面，从而对表面进行杀菌；以及这样一种工具，该工具用于从远离用于传送杀菌剂的设备位置的密封空间抽取气体到该密封空间，以确保杀菌剂蒸气到达与传送杀菌剂到该密封空间内的位置距离最远的密封空间部分，并维持该密封空间处于低于大气压的预定压力，使得任何泄漏路径为从气氛到该密封空间内的泄漏且不释放杀菌剂蒸气到该密封空间周围的气氛中。

根据本发明的一个实施例，该用于从密封空间抽取气体的工具包含位于一导管内的风扇，该导管连接到该密封空间的出口，该导管具有使得到达该导管的杀菌剂变得无效以避免释放杀菌剂到气氛的工具。

优选地，使杀菌剂无效的该工具位于相对于密封空间的风扇的上游。

更为具体地，使杀菌剂无效的该工具包含一催化转化器，用于将杀菌剂分解成可被排放到气氛中的无害副产物。

同样优选地，该导管具有选择性工作的阀门控制的具有稍大容量和稍小容量的出口，当密封空间需要维持在预定低压的所述阶段内则打开该稍小容量的出口，而在从该密封空间释放杀菌剂气氛阶段内打开更大的阀门控制出口。

在任一前述排列中，该密封空间具有：主腔体，包含用于产生杀菌剂蒸气的所述设备且在该设备内执行将在该腔体内实施的操作；以及通过过滤器与主腔体分离的充气室，该充气室具有用于将空气传送到充气室的泵，该空气通过过滤器到达主腔体以形成穿过该腔体的过滤空气流，用于从远离第一设备的腔体抽气的工具被连接到该充气室。

在后一种排列中，在从充气室到用于从该充气室抽气的工具的出口内提供过滤器。

同样在任一前述排列中，该密封空间可包含第二设备，用于使该腔体内气氛中的杀菌剂在对腔体杀菌之后变得无效。

在后一种构造中，用于使杀菌剂无效的工具包含：箱，包含用于将该杀菌剂转换成无害副产物进行处理的催化转化器；以及工具，用于通过该箱循环腔体的气氛，从而在已经执行该杀菌操作时降低气氛内的杀菌剂浓度。

附图说明

下面是参考附图对本发明一些具体实施例的描述，附图中：

图1为包含内部杀菌剂蒸气产生装置、内部蒸气分解装置、和外部压力调节及通风系统的II类微生物安全柜的示意图；

图2为图1的杀菌剂蒸气产生装置的更详细的示意图；

图3为图1的蒸气分解装置的更详细的示意图；

图4为图1的外部压力调节/通风系统的更详细的示意图；以及

图5为处于工作模式的图1的完整设备的示意图。

发明详述

该设备由三个部分组成。第一部分为在我们的国际专利申请GB03/001386中公开的气体发生器。该气体发生器置于柜内主腔体的内部。在下述描述中，该主腔体为MSC，但可以是任何小的密封空间。将该发生器置于该密封空间内部的重大优点为，无需在MSC内制作孔洞以连接源和排气软管。该发生器包含电热板，该电热板维持在高于过氧化氢水溶液的沸点的温度，将该过氧化氢溶液供给到该电热板上。空气和气体混合物气流被吹到该加热板上，从而将蒸气驱赶到MSC的主腔体内。此外还将包含过氧化氢溶液的瓶安放在该气体发生器内，调整该瓶内溶液体积，使得该溶液在被蒸发时足以灭菌该MSC。该体积将根据MSC的尺寸和类型而改变。将一外部风扇安装到该气体发生器，用于将空气/气体混合物从主腔体驱动穿过MSC的内部路径。这确保过氧化氢和水蒸气到达该MSC的内部充气室。

第二单元也置于该MSC主腔体的内部，可用于在充气周期结束时除去该过氧化氢蒸气。该第二单元工作时，使该空气/气体混合物穿过催化剂层，从而将过氧化氢分解成水和氧气。

第三单元置于MSC外部并具有双重功能，即在灭菌周期的充气阶段保持负压，之后通过将该空气/气体混合物分解为水和氧气而用于除去该空气/气体混合物而使排出的气体无害。

该系统的所有这三个部件连接到置于MSC外部的中央控制单元，使操作人员可以完全控制该过程。单个电缆将MSC内部的各个单元连接到该控制系统。

已经进行了实验工作以察看是否能够灭菌MSC，同时保持MSC负压以最小化向外泄漏并由此保证MSC周围环境是安全的。另外，预期使用一自动循环从而将灭菌所需时间降低到最小值，该循环一旦启动就无需工作人员进行任何输入。

使用甲醛进行熏蒸的规格要求MSC内主下降气流风扇在充气周期内需要运转。这意味着该MSC具有自动甲醛充气周期或在该周期内在开启或切断该风扇时需要操作人员介入。操作该风扇的原因是为了确保甲醛气体到达主充气室。理想地，该周期结束之前无需操作人员介入。

在实验过程中，将充气周期划分成四个阶段：第一阶段使设备稳定；第二阶段蒸发必需数量的过氧化氢水溶液，由此提高气体浓度并致使在表面上形成冷凝；第三阶段将该腔维持在该条件足够长的时间，从而保证灭菌到达所要求的标准；最后第四阶段除去该空气/气体混合物，使腔体安全。

进行了一系列实验以确定在最短的可能时间内实现可靠灭菌所需的最佳充气周期和设备配置。使用II类MSC进行这些测试，该柜被设置成将空气再循环回到实验室并还将废气输送到外部。当为再循环配置时，返回到实验室的废气所含有的过氧化氢必须小于1ppm。如果该废气将被排放到外部，则可以使用MSC抽气扇除去该过氧化氢蒸气，从而减小通风时间。

需要对MSC进行灭菌的原因有两个，第一个原因是确保工作腔体无生物污染并因此不污染在该柜内所进行的任何实验工作，第二个原因是确保整个MSC无生物污染，使得进行诸如过滤器改变的必要维护操作对维修及实验室工作人员没有任何危险。

这里所报导的测试表明了该腔体灭菌所需的液体数量与整个MSC灭菌所需的液体数量相比的差别。该差别是对实现完全灭菌的难度的度量。如果认为一个测试所给出的结果是令人满意的，则该测试需进行三次并给出一致的结果。下表示出了这些测试的总结。

配置	接管道	再循环	接管道	再循环
					压力点	腔体	顶部	顶部	顶部
液体体积ml	10	15	65	65
					灭菌	腔体	腔体	全部	全部
总周期时间min	36	85	？	160

MSC的压力控制是关键的，不仅是对于包含该活性气体而言，而且还用于将该活性气体遍布到整个MSC。在上面报导的第一测试中，压力控制点位于MSC主腔体壁上，但通过将该控制点移动到MSC的顶部(如测试3和4的情形)，可使该活性气体循环到MSC的所有区域。负压控制是这样实现的：抽出少量的活性气体，从而致使该气体朝该压力控制点移动，因此通过将该控制点置于距离注入点最远距离的位置，该气体可遍布整个MSC。相似的论证适用于任何复杂的腔体。

从下表可进一步确认由抽气点所致的效应，该表示出了顶部风扇充气室内的气体浓度。每隔5分钟读取该读数，并记录最高值。

顶部压力控制ppm	腔体压力控制ppm	时间分钟
			0	0	0
34	7	10
			79	12	20
85	7	30
			120	9	40
159	13	50
			183	18	55
763	124	60
			902	448	最大值

从上表可以看出，压力控制位于柜的顶部时MSC偏远部分的气体浓度远高于压力控制位于腔内时的情形。该改善的气体分布导致对整个MSC所有部分可靠和更快速的灭菌。如前所述，相似的技术将适用于其它类型的复杂腔体。

本发明的设备包含四个部分以最小化单个组件的重量，使得可由单人容易地携带和安装该设备。现在参考图2、3、4和5将依次描述这四个部分的操作方法。这些图中所示配置旨在阐述而非限制性的。存在许多密封空间备选配置，这些备选配置允许对设备的安装进行修改。

在详细描述该设备的各个组件之前，将参考图5进行总体描述，其中图5描述了典型的II类MSC 10，该MSC具有内部风扇11、下降气流过滤器13、以及排气过滤器12。根据EN BS 12469构造II类MSC，该MSC产生穿过杀菌过滤器的垂直下降空气气流。在一个构造中，该空气的一部分被排放到外部。在另一个构造中，该空气的一部分通过过滤器12被再循环到房间。这样构造该柜，使得外部表面受到负压，从而防止气体从柜泄漏到房间。图5描述了后一种构造即再循环柜的典型配置。

过氧化氢发生器14和小通风单元15置于MSC 10的主腔体内。它们通过电缆被连接到位于该MSC外部的控制模块16。外部压力控制和通风单元17置于该MSC外部，并且也连接到控制单元16。另外还导管连接到该压力控制和通风单元，使得可从位于MSC顶部的套管18排出空气。

现在将参考附图的图2至4描述各个这些组件的工作方法。

蒸发单元如图2所示，包含安放在箱21内的贮液器20，箱21具有多孔的顶部25和底部22使得空气可自由地穿过该箱。该箱安装在脚23上以最小化与表面的接触并允许外部表面周围的空气自由穿过。风扇24抽入箱底部的空气，导致空气在内部元件上流过并随后从箱25的顶部排出空气。

加热器28置于该空气流内以提高空气的温度。电热板27置于该空气加热器28上，通过泵29和导管30将过氧化氢溶液输送到电热板27上。在电热板27上蒸发该过氧化氢溶液，该电热板维持在高于该溶液沸点的温度。被加热的空气流将水和过氧化氢蒸气承载到箱21外部，该热空气/蒸气流的一部分被外部风扇31偏转。为了获得快速可靠的灭菌，需要将该蒸气输送到腔体的所有区域，同时这些蒸气仍然是热的。风扇31的目的是保证蒸气从发生器出来后立即被散发。在II类MSC中，来自工作腔体的空气被抽到工作表面下，随后上升到风扇11(见图5)。风扇31可用于将热蒸气引导到该空间内。在设备描述的结尾提供对该气体分布系统的更详细的解释。

图3所示的内部通风单元用于在灭菌周期结束时将过氧化氢蒸气分解成水和氧气。该单元包含在箱40内，箱40具有多孔底部41和顶部42以允许空气自由地穿过该单元。同样该箱被安装在脚43上，以允许该单元周围的空气自由穿过。该箱的内部为风扇44，该风扇抽入底部的空气/气体混合物并强制该混合物穿过分解过氧化氢蒸气的催化剂层45，从而通过稀释减小II类MSC内该蒸气的浓度。

图4示出了外部压力控制和通风单元17。II类MSC 10顶部的导管18被连接到通风单元17的进气口176，风扇47在整个灭菌周期内从该II类MSC抽取空气/蒸气混合物。抽取该空气使其通过催化剂层48，使得该空气流没有有害的过氧化氢蒸气。在该周期的充气阶段，少量空气通过限制阀49离开该压力控制通风单元。该阀门用于控制抽气，因此同时控制该II类MSC的内部压力，致使过氧化氢蒸气被牵引到腔体最偏远部分，从而保证该区域的灭菌。一旦实现灭菌，阀门50打开，空气流大幅增大。增大的空气流从该II类MSC内部除去该空气/过氧化氢混合物，从而减小通风时间。在该周期的充气阶段，排气速率通常小于10m³每小时，在通风阶段将增大到200m³每小时。为了增大通风阶段的空气流，必须允许空气进入该II类MSC，通过小幅度地打开该柜的前窗可实现这一点。在其它柜中，提供特殊的开口，该开口可用于允许向内的空气流动而在充气过程该开口是密封的。

该设备存在许多备选配置，首先无需具有该内部通风单元，尽管该单元有助于降低通风开始时的气体浓度，且使得无需开启该柜以允许操作抽气系统。

对于被连接到排气导管的柜，不需要该外部通风单元，因为可以使用具有更大容量的风扇将过氧化氢蒸气排出到外部，因此提供更短的通风时间。然而，仍然需要压力控制单元以确保该柜维持负压且气体被恰当地散布。

活性气体的散布对于灭菌过程是极为关键的，且因为扩散速率慢，需要使用例如风扇或抽气的机械工具以确保气体到达腔体的所有部分。在针对MSC的EN BS 12496中，建议在甲醛熏蒸期间，柜内部风扇短时间工作，从而将熏蒸消毒剂移动到柜的偏远区域。这存在如下缺点，即在柜内产生高压区，导致出现泄漏的风险。

图2所示风扇31被附着到蒸发器以及与压力控制抽气系统组合，通过将热气体直接导入腔体的内部通道而克服了这个问题。该压力控制系统随后将活性气体抽到腔体的偏远部分。

Claims (9)

1.用于在无菌条件下进行操作的密封空间，该密封空间具有置于该密封空间内的第一设备，该第一设备用于从保持在该密封空间内的源产生和传送杀菌剂蒸气以冷凝在整个密封空间表面，从而对表面进行杀菌；以及这样一种工具，该工具用于从远离用于传送杀菌剂的设备位置的密封空间抽取气体到该密封空间，以确保杀菌剂蒸气到达与传送杀菌剂到该密封空间内的位置距离最远的密封空间部分，并维持该密封空间处于低于大气压的预定压力，使得任何泄漏路径为从气氛到该密封空间内的泄漏且不释放杀菌剂蒸气到该密封空间周围的气氛中。

2.根据权利要求1的密封空间，其中用于从该密封空间抽取气体的工具包含位于一导管内的风扇，该导管连接到该密封空间的出口，该导管具有使得到达该导管的杀菌剂变得无效以避免杀菌剂释放到气氛的工具。

3.根据权利要求2的密封空间，其中使杀菌剂无效的该工具位于相对于该密封空间的风扇的上游。

4.根据权利要求3的设备，其中使杀菌剂无效的该工具包含一催化转化器，用于将杀菌剂分解成可被排放到气氛中的无害副产物。

5.根据权利要求3或4的密封空间，其中该导管具有选择性工作的阀门控制的具有稍大容量和稍小容量的出口，当该密封空间需要维持在预定低压的所述阶段内则打开该稍小容量的出口，而在从该密封空间释放杀菌剂到气氛中的阶段内打开稍大的阀门控制出口。

6.根据任一前述权利要求的密封空间，其中该密封空间具有：主腔体，包含用于产生杀菌剂蒸气的所述设备且在该设备内执行将在该腔体内实施的操作；以及通过过滤器与主腔体分离的充气室，该充气室具有用于将空气传送到该充气室的泵，该空气通过过滤器到达主腔体以形成穿过该腔体的过滤空气流，用于从远离第一设备的腔体抽气的工具被连接到该充气室。

7.根据权利要求6的密封空间，其中在该充气室的出口向从该充气室抽气的工具提供过滤器。

8.根据任一前述权利要求的密封空间，其中该密封空间包含第二设备，用于使该腔体内气氛中的杀菌剂在对腔体杀菌之后变得无效。

9.根据权利要求8的密封空间，其中用于使杀菌剂无效的该工具包含：箱，包含用于将该杀菌剂转换成无害副产物进行处理的催化转化器；以及工具，用于通过该箱循环腔体的气氛，从而在已经执行该杀菌操作时降低气氛内的杀菌剂浓度。

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