DE2438067A1

DE2438067A1 - Verfahren und vorrichtung zur ultraschall-sterilisation

Info

Publication number: DE2438067A1
Application number: DE19742438067
Authority: DE
Inventors: Iben Prof Browning
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1974-08-07
Publication date: 1975-02-27
Also published as: FR2240742A1; IT1021602B; GB1484945A; FR2240742B3; AU7244574A; JPS5073651A; BR7406730D0; CH579396A5

Description

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ROBERT E. McCLURE

DA-5241 7. August 1974

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Sterilisation

Sterilisation und Desinfektion werden weitgehend angewandt, um ■ das Verderben von Waren, etwa Nahrungsmitteln, sowie die Ausbreitung von Krankheiten und Infektionen zu verhindern. Die üblichsten Sterilisationsmittel sind Wärme, die etwa durch Kochen zugeführt wird, Chemikalien sowie - in spezielleren Anwendungs~ fällen - Strahlung. Die Pasteurisierung arbeitet mit der Anwendimg von mäßiger Wärme über Zeitspannen von.einigen Sekunden bis hinauf zu 30 Minuten und führt dazu, daß in einer Flüssigkeit viele, jedoch nicht alle Mikroorganismen getötet und damit die Haltbarkeit erhöht werden. 'Die erforderliche Temperatur hängt von der Art der zu tötenden Mikroorganismen ab und reicht von unteren Werten von etwa 55 bis 60° bis hinauf zu 10O⁰C und darüber und ist außerdem eine Punktion der Temperaturcharakterintiken der Flüssigkeit.

Die verschiedenen Sterilisationsmittel haben gewisse relative Vorteile, die etwa darin bestehen, daß sie schnell, billig oder gründlich sind; sie lassen sich jedoch nicht für jeweils alle gegebenen Anwendungsfälle einsetzen. Mit Wärme arbeitende Sterilisationsverfahren eignen sich nicht zur Verwendung bei Gegenständen, die durch Wärme beschädigt werden. In ähnlicher Weise können Chemikalien dann nicht eingesetzt werden, wenn diese Mittel den Gegenstand angreifen, zerstören oder verändern, und Strahlung kann aus beiden genannten Gründen sowie wegen über-

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mäßiger Kosten unzulässig sein.

Man hat versucht, Sterilisationsmittel zu entwickeln, die von derartigen Nachteilen frei sind. Dabei ist auch vorgeschlagen worden, Ultraschall-Vibrationen als Sterilisationsmittel zu verwenden. Die Anwendung von Ultraschall hat jedoch bis heute zu keiner allgemein anerkannten Methode der Sterilisation von Gegenständen geführt. Vielmehr hat die bisherige Forschung aufgezeigt, daß Ultrascha11schwingungen in Kombination mit herkömmlichen Sterilisationsmitteln, etwa der Pasteurisierung oder höherer Wärme, der Anwendung von Chemikalien oder Strahlung, einen synergistischen Effekt aufweisen. Mit anderen Worten wird durch den Stand 'der Technik die Tatsachen dargelegt, daß Ultraschallschwingungen die Sterilisationswirkung einer im übrigen lethalen Umgebung erhöht, indem sie die erforderliche Zeit zum Sterilisieren eines Gegenstands verkürzen. So hat ein Verfasser kürzlich festgestellt, daß bei Kombination von Temperaturen bei 9O°C mit Ultraschall offenbar Sterilisationszeiten von nur einigen Minuten erreicht wurden, wobei jedoch die Lösungen anscheinend zusätzlich mit nicht spezifizierten Chemikalien behandelt worden sind.

In Fällen, bei denen sich weder Hitze noch Chemikalien noch Strahlung anwenden lassen, haben sich Sterilisationsmethoden nach dem Stand der Technik als unzulänglich erwiesen. Ein derartiger Fäll ist kürzlich aufgetaucht, als hydrophile weiche Kontaktlinsen in Gebrauch kamen. Derartige Kontaktlinsen sind aus einem hydrophilen Copolymer aufgebaut und enthalten 50% oder mehr an von dem Copolymer absorbiertem Wasser. Das Copolymer selbst ist weich, flexibel und porös. Eine kritische Bedingung besteht darin, sowohl die Oberflächen als auch das Innere der Linsen steril zu halten, um ihre Verschmutzung durch Mikroorganismen, etwa Pseudomonasbakterien, zu vermeiden, die bei verletzter, beispielsweise gerissener, Hornhaut eine ernsthafte Infektion und möglicherweise sogar den Verlust eines Auges verursachen können. Die in USA zuständige Behörde, die Federal Food and Drug Administration (FDA), hat diese Gefahr erkannt, die weichen Kontaktlinsen als Arzneimittel klassifiziert und · die Hersteller derartiger Linsen verpflichtet, die Patienten

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mit Einrichtlangen zu versehen, mit denen sie täglich ein strenges

und gründliches Linsen-Sterilisationsverfahren durchzuführen haben.

Es sind auch Versuche unternommen worden, zur Sterilisation Chemikalien zu verwenden, die sowohl gegenüber der Linse als auch gegenüber dem menschlichen Auge inert sind. Diese Versuche sind jedoch bis heute nicht erfolgreich gewesen. Sterilisierung durch Kochen ist zwar sehr wirksam, läßt sich jedoch nicht anwenden, da die Wasser-Siedetemperaturen eine irreversible Änderung in der Linse hervorrufen, die sie' aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit oder infolge von durch das Kochen eingebrachten Verunreinigungen undurchsichtig und nach kurzer Zeitspanne unbrauchbar machen. Als Notlösung werden weiche Kontaktlinsen gegenwärtig aseptisch gemacht, d.h. sie werden in Spezialeinrichtungen in Salzlösungen auf Temperaturen in der Gegend von >7O bis 80⁰C erwärmt. Die Tatsache, daß die Linsen bei einer derartigen Temperatur eine längere Zeitlang gehalten werden, stellt nur eine einigermaßen wirksame Sterilisation dar. Eine vollständige Sterilisation konnte nicht erzielt werden. Darüberhinaus hat eine wiederholte Erwärmung =der Linsen auf Temperaturen über 70°C, insbesondere in der Nähe von 80⁰C, die Neigung,-- die otpischen Eigenschaften der Linse ungünstig zu beeinflussen.

Die vorliegende Erfindung vermittelt in ihrem weitesten Aspekt ein Sterilisationsverfahren, bei dem der zu sterilisierende Gegenstand in eine nicht-lethaLe flüssige Umgebung eingetaucht und Ultrascha11-Schwingungen ausgesetzt wird. In der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen soll der Ausdruck "nicht-lethale Umgebung" eine Umgebung mit folgenden Merkmalen bedeuten:

(a) die Temperatur liegt unter demjenigen Wert, bei dem die zu tötenden Organismen sterben;

(b) die chemische Zusammensetzung der Umgebung ist biologisch inert, d.h. daß sie die zu tötenden Organismen chemisch nicht angreift oder zerstört;

(c) die Mikroorganismen werden nicht durch die

in der Umgebung herrschende Strahlung getötet;

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(d) abgesehen von Ultraschallschwingungen ist die Umgebung frei von sonstigen Substanzen oder Wirkstoffen, die die Organismen töten.

Die Temperatur des Fluidums sowie der Gegenstand selbst werden also unter der Zerstörungstemperatur für die Organismen gehalten; d.h. bei diesen Temperaturen gedeihen die Mikroorganismen oder werden mindestens nicht getötet, sofern sie nicht Ultraschallschwingungen unterworfen worden. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche sowie der oben gegebenen Definitionen bilden also die Ultraschallschwingungen das einzige erfindungsgemäß angewendete Sterilisationsmittel.

Zur Verdeutlichung dieses Gesichtspunktes sei angegeben, daß die tötliche Temperatur für pseudomonas aeruginosa bei etwa 55⁰C liegt. Werden die pseudomonas in ein Fluidum bei einer Temperatur von etwa 45 - 48⁰C gebracht, bei der unter normalen Bedingungen ein Wachsturn stattfindet, so werden bei der erfindungsgemäßen zusätzlichen Anwendung von energiearmen Ultraschallschwingungen sämtliche Pseudomonasbakterien innerhalb von 2 1/2 Stunden getötet.

Es ist nicht mit Sicherheit festgestellt worden, ob eine untere Temperaturgrenze vorhanden ist, unter der Ultraschallschwingungen keine Sterilisationswirkung haben; der Grund dafür liegt mindestens zum Teil in dem Temperaturanstieg der Flüssigkeit, die auftritt, wenn sie Ultraschallschwingungen unterworfen wird, sowie darin, daß es sich bei sämtlichen vorn Erfinder verwendeten Flüssigkeiten um V/asser oder wäßrige Lösungen handelte, die in der Umgebung von O C gefrieren. Als generelles Kriterium wird jedoch angenommen, daß die Sterilisationswirkung von Ultraschallschwingungen auf in Flüssigkeiten eingetauchte Gegenstände temperaturabhängig ist und mit niedrigeren Temperaturen steigende Behandlungszeiten erfordert. Außerdem wird angenommen, daß bei geringeren Temperature verhältnismäßig höhere Energiedichten für die Ultraschallschwingungen erforderlich sind.

Obwohl sich die Wirksamkeit von Hitze, Chemikalien, Strahlung usw. als Sterilisationsmittel gemäß der Lehre des Standes der

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Technik durch Ultraschall verstärken läßt, so daß sehr kürze Sterilisationszeiten erzielt werden, falls die Mittel in Iethalen Werten vorliegen, wird erfindungsgemäß die Kombination derartiger Mittel mit Ultraschallschwingungen absichtlich vermieden, wobei lediglich Wärme in einem nieht-lethalen Maß vorhanden sein muß. Da Ultraschallschwingungen auf die chemische oder physikalische Zusammensetzung von Gegenständen, so weit bekannt, keine Wirkung haben, wird also jede Verschlechterung des Gegenstands, insbesondere des Materials, aus dem der Gegenstand besteht, erfindungsgemäß vermieden. Das erfindungsgemäße Sterilisationsverfahren eignet sich daher in idealer Weise zum Sterilisieren von hochempfindlichen Materialien wie etwa der · Copolymere für die oben beschriebenen hydrophilen, weichen Kontaktlinsen.

Bei der erfindungsgemäßen Sterilisation wird ein Behälter mit einem biologisch inerten Fluidum, etwa einer wäßrigen Lösung (z.B. einer Salzlösung) mit einem Ultraschall-Vibrator, z.B. einem piezoelektrischen Kristall, gekoppelt.. Um zu verhindern, daß die Temperatur der Lösung infolge der Ultraschallschwingungen steigt, v/erden die Außenflächen des Behälters der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt, so daß ein die Flüssigkeit kühlender Wärmeaustausch bewirkt wird. Um einen Temperaturanstieg über einen vorbestimmten Schwellenwert zwangsläufig zu verhindern, ist eine Wärmemeßeinrichtung vorgesehen, die den piezoelektrischen Kristall periodisch abschaltet, wenn der Behälter und die darin enthaltene Flüssigkeit eine derartige Temperatur erreichen. Nach Abkühlen der Flüssigkeit um beispielsweise 3 oder 5⁰C wird der Kristall wieder eingeschaltet, so daß der Gegenstand intermittierend den Ultraschallschwingungen unterworfen wird.

Die Tatsache, daß zusätzliche Sterilisationsmittel wie etwa hohe Temperatur (beispielsweise 70 C oder darüber), Chemikalien oder dergleichen fehlen, erfordert η or ma ler v/eise eine verhältnismäßig lange Vibrationszeit, um eine vollständige Sterilisation zu bewirken. Zum Sterilisieren von hydrophiler! weichen Kontaktlinsen sind Sterilisationszeiten von mindestens 1 1/2 oder 2 Stunden und vorzugsweise 4 Stunden oder mehr erforderlich. Für einige Anwendungsfälle, etwa für die Massensterilisation von

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Industrieerzeugnissen, sind derart lange Behandlungszeiten vom wirtschaftlichen Standpunkt gegenwärtig möglicherweise nicht durchführbar. Für die tägliche Sterilisation von weichen Kontaktlinsen stellen derartige Behandlungszeiten jedoch keine Schwierigkeit dar, da der Patient die Linsen gewöhnlich über Nacht herausnimmt. Nach der Entfernung vom Auge braucht er sie lediglich in ein erfindungsgemäß gebautes Ultraschall-Sterilisationsgerät zu legen, wo die Linsen über Nacht, d.h. wesentlich langer als 4 Stunden sterilisierenden Schwingungen ausgesetzt werden. Nach dem Aufstehen am nächsten Morgen kann der Patient die sterilisierten Linsen wieder anlegen.

Außer der Sterilisation der Linsen über Nacht haben die Ultraschallschwingungen einen bekannten Reinigungseffekt und entfernen Fremdpartikel, Fremdstoffe und Ablagerungen von den äußeren Linsenflächen. Daher erübrigt sich die bisher erforderliche manuelle Reinigung der Linsen in speziellen Reinigungsfluiden, wobei die Oberflächen unter Umständen beschädigt, beispielsweise verkratzt, werden.

Eine erfindungsgemäße -Ultraschall-Sterilisationsvorrichtung umfaßt einen an einem Behälter angebrachten piezoelektrischen Kristall sowie ein Temperatursteuerelement. Eine elektronische Steuerung etwa ein'Oszillator, für den Kristall ist in horizontalem Abstand von dem Behälter angeordnet und vorzugsweise durch eine isolierende Wand davon getrennt. Dadurch wird verhindert, daß von dem Oszillator erzeugte Wärme auf die Flüssigkeit in dem Behälter einwirkt und deren Temperatur erhöht, so daß die Vorrichtung bei niedrigerer Temperatur arbeiten kann und/oder weniger Abschaltungen für den piezoelektrischen Kristall erfordert, wodurch die Sterilisationswirkung der Vorrichtung erhöht wird.

Der erfindungsgemäße Ultraschall-Sterilisator arbeitet wirksam, d..h. er zerstört Mikroorganismen, bei Temperaturen von nur 40 C und darunter. Infolgedessen baut sich bei Verwendung von wäßrigen Lösungen kein Druck auf, und der Behälter kann sicher abgedeckt werden, um zu vermeiden, daß er durch Fremdpartikel verunreinigt wird und die Lösung verdampft. Eine derartige Verdampfung könnte zu einem vollständigen Verlust des Fluidums führen, wenn die Vor-

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richtung über längere Zeitspannen arbeitet; in jedem Fall würde eine Verdampfung zu einer Erhöhung der Konzentration der nichtverdampfenden gelösten Stoffe in der Lösung, etwa des Salzes in einer Salzlösung, führen. Die erstere Folge kann eine Zerstörung der Linsen bewirken, während die letztere den Salzgehalt der Linse über zulässige Werte anheben würde und mindestens eine zeitweilige Reizung des Auges bewirken könnte.

Die vorliegende Erfindung ist zur Sterilisation insbesondere dort von Vorteil, wo nur wenig Energie zur Verfugung steht oder verbraucht werden darf. Ein solcher Fall besteht in der schon beschriebenen Sterilisation von hydrophilen v/eichen Kontaktlinsen. Werden die Linsen in einen Behälter aus nicht-rostendein Stahl mit einem Durchmesser von etwa 5 cm eingetaucht,- in dem eine Salzlösung mit einer normalen Tiefe von 2 bis 3 cm enthalten ist, so genügt eine an einen piezoelektrischen Kristall angelegte Ausgangsleistung von 3 bis 5-W bei einer Temperatur' zwischen beispielsweise 40 und 7O⁰C, um sämtliche Mikroorganismen zu töten. Da der Hauptteil der Leistung in Wärme umgewandelt wird, begrenzt die geringe Leistung die auf die Salzlösung übertragene Wärmeenergie und vermindert somit die Anforderungen hinsichtlich einer Abkühlung des Behälters und/oder der Zeitintervalle, während der die Leistung abgeschaltet werden muß, um eine Abkühlung des Fluidums zu gestatten und zu verhindern, daß die Temperatur über den vorbestimmten Schwellenwert steigt. Das erfindungsgemäße Sterilisationsverfahren eignet sich ferner in idealer Weise zum Sterilisieren oder Desinfizieren von Waren ^:- (etwa Flüssigkeiten, bei denen sich eine adäquate Ultraschall-Beaufschlagung erreichen läßt) über längere Zeltspannen insbesondere dann, wenn die zur Verfügung stehende Leistung begrenzt ist, wie dies beispielsweise zum Sterilisieren von Nahrungsmitteln der Fall ist, die in Camping-Behältern, Kühlbehältern oder dergleichen enthalten sind.

Zum Sterilisieren von hydrophilen weichen Kontaktlinsen unter Verwendung des obenerwähnten Behälters mit einem Durchmesser von 5 cm, dessen Deckel und Seiten der Atmosphäre ausgesetzt sind, hat die geringe Ausgangsleistung des piezoelektrischen Kristalls von 3 bis 5 W den vrelteren Vorteil, daß selbst ein

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kontinuierlicher Betrieb der Einheit die Temperatur nicht um mehr als 3O°C über die Umgebungstemperatur (Zimmertemperatur) erhöht. Bei normaler Zimmertemperatur steigt daher die Temperatur des Sterilisationsvorgangs nicht über 50 bis 55⁰C. Durch intermittierenden Betrieb des Sterilisators unter Steuerung einer Temperaturmeßeinrichtung, etwa eines Thermistors, läßt sich die Arbeitstemperatur natürlich noch niedriger halten. Nimmt man ferner maximale Umgebungstemperatur-Bedingungen von 40⁰C, die kaum auftreten werden, sowie Ausfälle des Temperatursteuersystems an, so könnte die maximale Temperatur der Sterilsationseinheit auf etwa 70 C ansteigen und damit immer noch unter der Temperatur bleiben, bei der eine hydrophile weiche Kontaktlinse Schaden erleiden würde.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen'

Fig. 1 eine geschnittene, teilweise schematische Seitenansicht durch einen erfindungsgemäß gebauten Sterilisationsapparat;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Sterilisator, wobei Teile weggebrochen dargestellt sind; und

Fig. 3 eine längs der Linie 3-3 der Fig. 2 geschnittene Stirnansicht.

Gemäß der Zeichnung umfaßt eine erfingungsgemäß gebaute Sterilisationsvorrichtung 2 ein Traggestell 4, auf dem ein Speicherbehälter 6, ein elektronischer Antrieb, etwa ein vom Wechselstromnetz betriebener Oszillator 8, der einen elektromechanischen Wandler, etwa einen piezoelektrischen Kristall 10, in Ultraschallschwingungen versetzt, sowie ein auf das gestell 4 aufgesetzter und in geeigneter Weise daran befestigter Deckel 12 montiert sind. Der Oszillator 8 wird über eine ZuIeitungsschnur 14 mit elektrischer Energie versorgt. Das Instrument läßt sich über einen herkömmlichen Kippschalter 16 ein- und ausschalten.

Der dargestellte Sterilisator ist insbesondere zur Sterilisation von hydrophilen Kontaktlinsen 18 ausgelegt, und zu diesem Zweck

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umfaßt der Behälter einen zylindrischen dünnwandigen Becher aus niclrfc-rostendem Stahl mit einem offenen Ende 20. Auf das offene Ende des Bechers ist normalerweise ein dicht passender, jedoch nicht druckfest schließender Deckel 22 aufgelegt, der nur zum Einlegen bzw. Herausnehmen der Linsen entfernt wird. Um die rechte und die linke Linse ständig getrennt zu halten und zu identifizieren, ist der Becher durch eine diametral angeordnete Trennwand 24 in zwei Kammern 26 unterteilt. Die Trennwand 24 weist mindestens eine Durchführung 28 auf, die eine freie Fluidumverbindung zwischen den beiden Kammern herstellt, so daß der Fluidumspiegel in den Kammern stets gleich ist.

Der piezoelektrische Kristall 10 ist an die Unterseite 30 desBechers mittels eines dünnen, thermisch leitenden und nichtelastischen Klebemittels angeklebt, das die Übertragung der Kristallschwingungen auf den Becher gewährleistet. Der Kristall ist in bezug auf die Größe, Wandstärke und Form des Bechers so dimensioniert, daß etwa optimale Schwingungen des Bechers erreicht v/erden, die von dem Becher durch das darin befindliche Fluidum übertragen werden. An der Außenseite des Bechers ist ferner ein Thermistoro32 befestigt, beispielsweise angeklebt, um die Temperatur des Bechers zu dem weiter unten im einzelnen angegebenen Zweck zu messen. ■

Das Traggestell 6 besteht aus einem thermisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, wird von einer generell rechteckigen Grundplatte 34 mit einem nach unten ragenden-Randflansch 36 gebildet und ruht auf vier in Abstand voneinander angeordneten Gummifüßen 38. Nahe einem Ende der Grundplatte ist ein nach oben ragendes zylindrisches Rohrelement 40 angeordnet, dessen zylindrische Innenwand 42 etwas weiter ist als der Durchmesser des Behälters 6, so daß sich dieser in das Rohrelement einsetzen läßt. Im oberen Teil des Rohrelements 40 ist eine Ausnehmung 44 vorgesehen, in der O-Ringe 46 aus Gummi angeordnet sind. Die Ringe 46 dienen dazu, den Behälter nahe dem oberen Ende 48 des Rohrelements 40 und in Abstand von der Grundplatte .-34 durch Reibung zu halten. An dem Behälter 6 nach außen ragende Warzen 50 greifen an dem unteren O-Ring 46 an und verhindern, daß der Behälter versehentlich zu weit in das Rohrelement 40

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hineingedrückt wird.

In horizontalem Abstand sowohl von dem Behälter 6 als auch von dem Rohrelement 40 ist eine gedruckte Schaltungskarte 52 angeordnet, die den Oszillator 8 umfaßt und/oder auf der der Oszillator montiert ist. Die Schaltungskarte 52 ist durch Schraubbolzen 54 oder dergleichen an der Grundplatte 54 befestigt und wird durch Abstandselemente 56 in Abstand von der Grundplatte gehalten. Der elektrische Schalter 16 ist an der Grundplatte einfach durch Bolzen 58 und Abstandselemente 60 befestigt. Elektrische Leiter 62, die nur schematisch gezeigt sind, bilden die elektrische Verbindung zwischen Klemmen 64 des Schalters 16 und dem Oszillator. Eine weitere Gruppe von Leitern 66 (die ebenfalls nur schematisch dargestellt sind) bilden eine elektrische Verbindung zwischem dem Oszillator 8 und dem piezoelektrischen Kristall 10, während eine dritte Gruppe von Leitern 68 den Oszillator mit dem Thermistor 32 verbindet.

Der Deckel 12 weist nach unten ragende Seitenwände 70 auf, die dicht über die Flansche 36 der Grundplatte passen und an diesen angreifen. Der Deckel umfaßt ferner einen kreisförmigen Ausschnitt 72, durch den das Rohrelement 40 verläuft, sowie einen Ausschnitt 74 für den Schalter 16. Der Deckel ist durch Schraubbolzen 76 abnehmbar an der Grundplatte befestigt.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Grundplatte 74 innerhalb der Begrenzung des Rohrelements 40 eine Vielzahl von senkrechten Luftöffnungen 78 vorgesehen, und das Gestell 4 umfaßt ferner eine öffnung 80 durch das Rohrelement 40 hindurch, die den Raum unter dem Behälter 6 mit einem Elektronik-Gehäuse 75 unter dem Deckel 12 verbindet. Der Deckel 12 umfaßt seinerseits eine Vielzahl von Entlüftungsöffnungen 82, die nahe dem oberen Ende, der Seitenwände 70 vorgesehen und über den Deckel verteilt sind, um das Elektronik-Gehäuse 75 mit der Umgebung zu verbinden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die in dem vorstehenden Absatz beschriebenen Luftöffnungen 78 weggelassen. Außerdem kann durch die Öffnung 80 eine Wärmeübertragungsplatte bzw. ein Wärmeübertragungselement 81 (das strichpunktiert

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gezeigt ist) verlaufen, um aus dem Elektronik-Gehäuse in den Raum unter dem Behälter 6 eine gesteuerte Wärmemenge zu leiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich somit unabhängig von der Umgebungstemperatur leicht auf Betrieb bei gewünschten Temperaturen einstellen. Durch Vorsehen der Bodenöffnungen 78 kann der Behälter 6 gekühlt v/erden, während durch Vorsehen der Wärmeübertragungsplatte 81 die von der Elektronik erzeugte Wärme dazu verwendet v/erden kann, die Temperatur des Behälters auf einen gewünschten Wert zu erhöhen. Ferner kann die Wärmeübertragungsplatte dazu dienen, eine dynamische Temperatursteuerung für den Behälter 6 zu erreichen, wobei bezüglich der von dem Thermistor 32 bewirkten Steuerung eingebaute Zeitverzögerungen für bei einem bestimmten Anwendungsfall möglicherweise erwünschte, spezielle Temperaturcharakteristiken vorhanden sind.

Im folgenden soll auf die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Sterilisators eingegangen werden. Zunächst wird die oben beschriebene Einheit zusammengebaut und an eine elektrische Energiequelle, beispielsweise eine herkömmliche Wechselstromsteckdose, angeschlossen. Um Linsen zu sterilisieren, wirdder Deckel 22 abgenommen, und in den Behälter 6 wird eine vorbereitete normale (0,9-prozentige) Salzlösung gegossen, bis der Behälter etwa dreiviertel voll ist. Die Ausgleichsdurchführung 28 zwischen den Kammern 26 gewährleistet, daß die Lösung in beiden Kammern gleich hoch steht. Sodann werden die Linsen von den Augen des Patienten abgenommen und entsprechend in die linke Kammer (L) bzw. die rechte Kammer (R) gelegt. Sodann wird der Deckel 22 wieder aufgelegt, und der Schalter 16 wird geschlossen, um den Oszillator 8 mit elektrischer Energie zu versorgen.

Der Oszillator 8 setzt den piezoelektrischen Kristall 10 in Schwingungen einer Frequenz von etwa 55 KHz unter Abgabe einer Leistung von etwa 5 W. Bei dem Kristall handelt es sich um einen herkömmlichen PZT-Kristall mit einem Durchmesser von etwa 3 cm und einer Dicke von 2 bis 3 mm. Der Thermistor 32 ist derart gewählt und an den Oszillator 8 angeschlossen, daß der Oszillator abgeschaltet wird, sooft die Temperatur in dem Behälter einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht. Zur Sterili-

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sation von hydrophilen weichen Linsen wird der Thermistor so eingestellt, daß er den Oszillator abschaltet, wenn die Temperatur in dem Behälter höchstens 70 C, vorzugsweise eine Temperatur von 50 bis 6O⁰C, erreicht. In dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Thermistor für die Sterilisation von weichen Kontaktlinsen so eingestellt, daß er den Oszillator abschaltet, wenn der Becher eine Temperatur von 50 C erreicht,
abgekühlt hat.

50 C erreicht, und wieder einschaltet, wenn er sich um 3 bis 4 ⁰C

Wie oben beschrieben, unterwirft der eingeschaltete Oszillator den Behälter, die darin befindliche Lösung und die Linsen Ultraschallschwingungen, die sowohl die Außenflächen der Linsen reinigen als auch die Linsen bei einem intermittierenden Betrieb von mindestens 1 1/2 Stunden sterilisieren. Normalerweise dürfte es sehr bequem sein, die Linsen nachts in den Sterilisator zu legen und den Sterilisator während der Nacht in Betrieb zu lassen. Dadurch werden die Linsen den Ultraschallschwingungen für eine vollständige Sterilisation über eine Zeitspanne ausgesetzt, die wesentlich länger als 4 Stunden ist, so daß die Linsen am nächsten Morgen wieder bereit zur Benützung sind. Falls gewünscht, kann ein (nicht eigens gezeigter) Zeitgeber vorgesehen sein, um die Energieversorgung für den Oszillator nach einer vorbestimmten Zeitspanne, beispielsweise nach 1 1/2, 2 oder 4 Stunden abzuschalten.

Am Morgen wird der Deckel 22 entfernt, und die Linsen werden aus dem Behälter 6 herausgenommen. Die Salzlösung kann in dem Gerät für Wiederverwendung am nächsten Abend gelassen warden, da die Ultraschallschwingungen nicht nur die Linsen sondern auch die Lösung sterilisieren. Während der Reinigung und Sterilisation können sich jedoch von den Linsen entfernte Fremdpartikel und Schmutz sammeln, so daß es zweckmäßiger sein kann, die Lösung nach jeder Sterilisation wegzugießen.

Beim normalen Betrieb erzeugen der Oszillator 8 und der piezoelektrische Kristall 10 Wärme. Der erfindungsgemäße Ultraschall-Sterilisator verhindert, daß die Wärme vom Oszillator die Temperatur des Becherinhalts erhöht, da das aus thermisch

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isolierendem Kunststoff bestehende Rohrelement eine isolierende Wand zwischen dem Becher und dem Elektronik-Gehäuse 75 bildet. Die von dem Oszillator erz-eugte Wärme erhöht die Lufttemperatur innerhalb des Gehäuses, und die warme Luft entweicht an die umgebende Atmosphäre nach oben durch die Entlüftungsöffnungen 82 in dem Deckel 12. Sind Öffnungen 78 in der Grundplatte 34 unter dem Becher vorgesehen, so findet durch die horizontalen Öffnungen 80 in dem Rohrelement eine frische kühle Luftströmung in das Elektronik-Gehäuse statt. Somit besteht eine kontinuierliche Luftströmung, die nicht nur den Oszillator kühlt sondern auch ständig aktiv Wärme von dem Becher 6 ableitet und dadurch die auf den Becher übertragene Wärmeenergie vermindert.

Bei demjenigen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Öffnungen 78 weggelassen sind und durch die Öffnung 80 eine Wärmeübertragungsschiene 81 verläuft, kann, wie oben beschrieben, dem Becher Wärme zugeführt v/erden. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere für solche Anwendungsfälle, bei denen die von dem Becher abgeleitete Wärme, die von dem piezoelektrischen Kristall zugeführte Wärmeenergie überschreitet.

Wenn auch die Erfindung oben zur Sterilisation von hydrophilen v/eichen Kontaktlinsen beschrieben wurde, läßt sie sich doch ebenso vorteilhaft auch zum Sterilisieren von sonstigen Produkten, etv/a Nahrungsmitteln, insbesondere in solchen Fällen verwenden, bei denen nur wenig Energie zur Verfügung steht oder das zu sterilisierende Material sehr wärmeempfindlich ist und Chemikalien nicht verwendet v/erden dürfen. Einen solchen Fall bildet die Sterilisation von Weinen, die nicht der Wärme ausgesetzt v/erden dürfen und bei denen das Hinzufügen von sterilisierenden Chemikalien nicht toleriert v/erden kann, da' sie deren Geschmack und Wert beeinträchtigen.

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Claims

Pat entansprüche

Q) Sterilisationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der zu sterilisierende Gegenstand in eine nicht-lethale Umgebung gebracht und unter Aufrechterhaltung dieser Umgebung einer Ultraschall-Vibration unterzogen wird.
2. Sterilisationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der zu sterilisierende Gegenstand nur einer Ultraschall-Vibration unterzogen und der durch die Vibration bewirkte Temperaturanstieg des Gegenstands auf einen vorbestimmten Höchstv/ert begrenzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Temperatur der Gegenstand intermittierend

der Vibration ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf höchstens 7O°C begrenzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf höchstens 6O⁰C begrenzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf höchstens 50⁰C begrenzt wird.
7. Verfahren zum Sterilisieren eines Gegenstands, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in eine biologisch inerte Umgebung eingetaucht und für langer als 11/2 Stunden Ultraschall-

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Schwingungen ausgesetzt wird und daß die Temperatur des Gegenstands auf einen Viert unterhalb etwa der Zerstörungstemperatur von zu vernichtenden lebenden Organismen begrenzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationen für langer als etwa 2 Stunden aufrechterhalten werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationen für mindestens etwa 4 Stunden beibehalten werden.
10. Sterilisationsverfahren unter Verwendung nur von physikalischen Sterilisationsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß der zu sterilisierende Gegenstand in eine biologisch inerte Flüssigkeit in einem Behälter eingetaucht wird, daß der Behälter und damit die Flüssigkeit sowie der Gegenstand Ultraschall-Vibrationen ausgesetzt werden, daß die durch die Vibrationen erzeugte Wärmeenergie entzogen wird, um die Temperatur des Gegenstands auf einem vorbestimmten, verhältnismäßig niedrigen Viert von . nicht mehr als etwa 7O⁰C zu halten, und daß die Vibrationen über mindestens 11/2 Stunden beibehalten werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Behälters, der Flüssigkeit und/oder des Gegenstands gemessen und die Vibrationen intermittierend ,unterbrochen werden, wenn die gemessene Temperatur über einen Schwellenwert ansteigt, um zu verhindert, daß die durch den Ultraschall erzeugte Wärme die Temperatur des Gegenstands über den vorbestimmten Wert erhöht.

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12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Steuerimpulse zur Ultraschallerzeugung elektronisch erzeugt werden und daß die sich aus der Impulserzeugung ergebende Wärme von dem Behälter abgeleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter geschlossen wird, um zu vermeiden, daß Flüssigkeit daraus entweicht und/oder das Fluidum durch Fremdpartikel verschmutzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit während der Vibrationen in dem Behälter bewahrt wird, um dadurch zu vermeiden, daß sie entweicht und Fluidum verloren geht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidum gegen Verschmutzung durch Fremdpartikel durch Verschließen des Behälters geschützt wird.
16. Verfahren zum gleichzeitigen Reinigen und Sterilisieren ,eines Gegenstands lediglich durch physikalische Mittel und bei einer Temperatur, die unter der Zerstörungstemperatur von zu vernichtenden lebenden Organismen liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in eine biologisch inerte Flüssigkeit eingetaucht wird, daß die Flüssigkeit Ultraschall-Vibrationen als einzigem, von außen zugeführten Sterilisierungmittel unterworfen wird, daß die Temperatur der Flüssigkeit gemessen wird, daß die Ultraschall-Vibrationen intermittierend abgeschaltet werden, um zu verhindern, daß die Temperatur des Gegenstands

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und der Flüssigkeit über einen unter der Zerstörungstemperatur liegenden Schwellenwert ansteigt, und daß die Vibrationen für mindestens etwa 11/2 Stunden durchgeführt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine wäßrige Flüssigkeit verwendet wird, und die Schwellentemperatur unter etwa 70 C gewählt .wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine wäßrige Flüssigkeit verwendet wird, die in einem geschlossenen Behälter gehalten wird, um ein Verdampfen und einen daraus resultierenden Verlust an wäßrigem Fluidum zu verhindern, und daß die Schwellentemperatur niedrig genug gehalten wird, um zu verhindern, daß sich ein Wasserdampfdruck aufbaut.
19« Verfahren zum Sterilisieren eines verhältnismäßig weichen, porösen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in eine biologisch inerte Flüssigkeit gelegt wird, daß die Flüssigkeit und das darin eintauchende Material Ultraschall ausgesetzt wird und daß der Ultraschall intermittierend abgeschaltet wird, um zu vermeiden, daß die Temperatur des. Materials über einen vorbestimmten Schwellenwert steigt.
20. Verfahren zum Sterilisieren von hydrophilen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff in einen Behälter mit einer wäßrigen, biologisch inerten Flüssigkeit gegeben und . Ultraschall-Vibrationen ausgesetzt wird-und"daß die Temperatur der Flüssigkeit auf unter etwa 70⁰C begrenzt wird.

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21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter nach Eingeben des Materials zugedeckt wird, um die Flüssigkeit gegen Verdampfen und Verunreinigungen durch Fremdpartikel zu schützen.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Vibrationen intermittierend abgeschaltet werden, um zu verhindern, daß die Temperatur der Flüssigkeit über etwa 70⁰C ansteigt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behälter Wärme entzogen wird, um die Flüssigkeit auf weniger als etwa 70⁰C zu halten.
24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf nicht mehr als etwa 55⁰C begrenzt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturanstieg der Flüssigkeit auf nicht mehr als etwa 30⁰C über die Umgebungstemperatur begrenzt wird.
26. Verfahren zur täglichen Wartung von hydrophilen v/eichen Kontaktlinsen, dadurch gekennzeichnet, daß eine biologisch inerte wäßrige Lösung in einen Behälter gefüllt wird, daß die Linsen in die Lösung eingetaucht werden, daß der Behälter Ultraschall-Vibrationen unterworfen wird, die durch die Lösung auf die Linsen übertragen v/erden, und dadurch die Linsen sterilisieren und ihre Oberflächen reinigen, und daß die Ultraschall-Vibrationen intermittierend abgeschaltet werden, um zu vermeiden, daß

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sich Wärme über etwa 7O⁰C aufbaut.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Vibrationen über mindestens etwa 2 Stunden aufrechterhalten werden.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Vibrationen über wenigstens etwa 4 Stunden aufrechterhalten werden.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zugedeckt wird, um ein Verdampfen der Lösung
zu verhindern und die Lösung gleichzeitig gegen Verschmutzung
durch Fremdpartikel zu schützen.
30. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Behälters und/oder der Flüssigkeit gemessen wird, daß die Ultraschall-Vibrationen abgeschaltet werden, wenn eine
Schwellentemperatur erreicht wird, und daß die Vibrationen v/ieder eingeschaltet werden, wenn eine unter der Schwellentemperatur
liegende vorbestimmte Temperatur erreicht wird.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellentemperatur höchstens etwa 30⁰C über der Umgebungstempera. tür gewählt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellentemperatur höchstens etwa 60⁰C beträgt.

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33. Verfahren nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellentemperatur höchstens etwa 55⁰C beträgt.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung nach jedem Sterilisieren der Linsen ersetzt wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33» dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Lösung in dem Behälter zur mehrfachen Sterilisierung verwendet wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit normaler Salzlösung gefüllt wird.
37. Verfahren zur täglichen Wartung von weichen Hornhaut-Kontaktlinsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen in eine biologisch inerte wäßrige Lösung eingetaucht v/erden, daß die Lösung bei einer Temperatur unter etwa 6O⁰C gehalten wird, daß die Linsen einer physikalischen Sterilisation unterworfen werden, die in der Lage ist, die Außenflächen der Linsen von Fremdstoffen zu reinigen und die Linsen unter Vernichtung von darauf und darin befindlichen lebenden Organismen zu sterilisieren.
38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Sterilisation mit Ultraschall-Vibrationen arbeitet, bei denen die Lösung und die Linsen mit einer Frequenz von etwa 55 KHz in Schwingung versetzt werden.

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39. Verfahren zur täglichen Wartung von weichen Hornhaut-Kontaktlinsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen in eine nicht-letale flüssige Umgebung eingetaucht werden, daß sie Ultraschall-Vibrationen unterworfen werden, die die Außenflächen der Linsen von Fremdstoffen reinigen, sowie darauf und darin befindliche lebende Organismen vernichten, und daß die Temperatur der Umgebung auf höchstens etwa 55⁰C gehalten wird.
40. Vorrichtung zum Sterilisieren von Gegenständen bei niedriger Temperatur, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (6) zur Halterung des Gegenstands, eine Ultraschall-Vibrationseinrichtung (10), die die Halterungseinrichtung in Ultraschall-Vibrationen versetzt, einen Antrieb (8) für die Vibrationseinrichtung sowie eine Einrichtung (40), die die Halterungseinrichtung von dem Antrieb trennt und gegen die von dem Antrieb erzeugte Wärme isoliert.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (4), auf der die Halterungseinrichtung (6) und der Antrieb (8) in horizontalem Abstand voneinander montiert sind.
42. Vorrichtung nach Anspruch 40 oder 41, gekennzeichnet durch eine Temperaturmeßeinrichtung (32) zur Bestimmung der Temperatur der Halterungseinrichtung (6) eine mit der Meßeinrichtung gekoppelte Einrichtung zum Abschalten der Vibrationseinrichtung (10), wenn die Halterungseinrichtung eine vorbestimmte Schwellentemperatur erreicht hat, sowie eine Einrichtung zum Wiedereinschalten der Vibrationseinrichtung, wenn die Temperatur der Halterungseinrichtung eine unter der Schwellentemperatur liegende

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vorbestimmte Temperatur erreicht.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Temperatur und zum Abschalten und Wiedereinschalten der Vibrationseinrichtung (10) von einem Thermistor (32) gebildet ist.
44. Vorrichtung nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (32) die Vibrationseinrichtung (10) bei einer Schwellentemperatur unter etwa 70⁰C abschaltet.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (32) die Vibrationseinrichtung (10) bei einer Temperatur unter etwa 60 C abschaltet.
46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (32) die Vibrationseinrichtung (10) bei einer Temperatur von höchstens etwa 50 C abschaltet.
47« Vorrichtung nach Anspruch 44 _s dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (32) die Vibrationseinrichtung (10) bei einer Schwellentemperatur abschaltet, die höchstens etwa 30 C über der Umgebungstemperatur liegt.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung (6) einen aufrechten Behälter mit einem offenen Ende (20) und einen Deckel (22) für den Behälter umfaßt.

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49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter eine Trenneinrichtung (24) vorgesehen ist, die das Behälterinnere in mehrere Kammern (26) unterteilt und eine Einrichtung (28) aufweist, die die Kammern flüssigkeitsmäßig miteinander verbindet.
50. Vorrichtung zur Sterilisation von hydrophilen Kontaktlinsen, gekennzeichnet durch

(a) einen Behälter (6) mit zwei Kammern (26) zur Aufnahme jeweils einer Linse;

(b) einen an dem Behälter angebrachten elektromechanischen Wandler (10), der den Behälter in Ultraschall-Vibrationen versetzt;

(c) einen mit dem Wandler funktionsmäßig verbundenen elektronischgn Antrieb (8) zur Erzeugung von Ultraschall-Vibrationen mit dem Wandler; und

(d) ein Traggestell (4), an dem der Behälter und der Antrieb in horizontalem Abstand voneinander montiert sind, um zu verhindern, daß die von dem Antrieb erzeugte Wärme zu dem Behälter aufsteigt und diesen erwärmt.
51. Vorrichtung nach Anspruch 50, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (32), die die Temperatur innerhalb des Behälters (6) auf höchstens etwa 70⁰C hält.
52. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufrechterhalten der Temperatur Einrichtungen (78, 80, 82) vorgesehen sind, die die Wärme von dem Behälter (6) ableiten.

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53. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturhalteeinrichtung (32) die Vibrationseinrichtung (10) intermittierend abschaltet.
54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 50 bis 53, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Behälter (6) und dem Antrieb (8) vorgesehene Wandeinrichtung (40) zur v/eiteren thermischen Isolierung des Behälters gegenüber dem Antrieb.
55. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (6) eine im wesentlichen zylindrischen Form hat und die Wandeinrichtung (40) einen vertikal orientierten rohrförmigen Aufbau hat, der an seinem oberen Ende (48) an dem Behälter angreift und ihn trägt.
56. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung eine in dem Behälter (6) diametral angeordnete Platte (24) umfaßt, die mit dem Behälter mindestens eine Durchführung (28) zur flüssigkeitsmäßigen Verbindung der Behälterkammern (26) bildet.
57. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 50 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Oszillator (8) umfaßt, der den Wandler (10) mit einr Frequenz von etwa 55 KHz in Schwingung versetzt.

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