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Verfahren zum Sterilisieren einer Oberfläche durch Inberührung-
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bringen der Oberfläche mit einem gasförmigen Sterilisierungsmittel
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf die Sterilisierung durch Behandlung von Gegenständen
oder Materialien mit einem chemischen Stoff in Gas- oder Dampfzustand, um alle eventuell
vorhandene Mikroorganismen zu zerstören. Der Ruf nach einem solchen Sterilisierungsverfahren
hat sich aus der Verwendung vieler Gegenstände ergeben, die nicht einer Sterilisation
durch Wärme, Strahlung oder einem flüssigen chemischen Stoff unterworfen werden
können.
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In der Praxis werden bisher nur zwei Gase oder Dämpfe chemisch in
großem Maßstab für die Oberflächensterilisierung verwendet, näml -h Formaldehyddampf
und Athylenoxidgas. Beide besitzen jedc-h Nachteile.
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Formaldehyddampf wurde jahrzehntelang in Krankenhäusern, in der Landwirtschaft
und in der Industrie als Desinfektionsmittel verwendet. Die Beschränkungen, die
diese Technik unterliegt sind zahlreich. Um zähe aerobe und anaerobe Bakteriensporen
bei Raumtemperatur abzutöten, braucht man eine Kontaktzeit von mindestens 24 h bei
einem Dampf mit einer relativen Feuchte von mindestens 70%. Diese Art von Dampf
ist äußerst korrosiv und reizend. Es ist auch sehr schwierig, einen hohen Gehalt
an Formaldehydgas aufrecht zu erhalten, da CH20 in hohen Konzentrationen in-feuchter
Luft nur bei Temperaturen über 800C beständig ist. Bei gewöhnlichen Raumtemperaturen
polymerisiert Formaldehydgas rasch und löst sich rasch in Gegenwart von Wasser.
Die Sterilisation mit Formaldehydgas ist eigentlich eine Falschbezeichnung, da die
Einführung von Formaldehyds 5 in einen geschlossenen Raum hauptsächlich dazu dient,
entweder Feuchtigkeitsfilme, in denen Formaldehyd gelöst ist, oder feste Formaldehydpolymere
über die gesamten verfügbaren Oberflächen des geschlossenen Raums zu verteilen.
Über die Desinfektion in Krankenhäusern und in der Landwirtschaft, beispielsweise
bei der Gesundhaltung von Brutanlagen, wurden sehr unterschiedliche und manchmal
sogar widersprüchliche Ergebnisse berichtet. Formaldehyddampf besitzt ein sehr schwaches
Eindringvermögen. Wenn er in
einer Atmosphäre mit Spuren von Salzsäure
verwendet wird, dann kann er rasch bei 700C und 40% relativer Feuchte Bis-(chloromethyl)-äther
bilden, welches ein karzinogener Stoff ist.
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Um die obigen Nachteile bei Anwendung in Krankenhäusern zu vermeiden,
wurde kürzlich ein Verfahren angegeben, daß die Verwendung von unteratmosphärischem
Wasserdanp.f und Formaldehydgas bei 800C in Autoklaven kombiniert. Dieses Verfahren
soll angeblich die meisten sporentragenden Milr oorganismen bei den Konzentrationen
abtöten, die normalerweise in der Krankenhauspraxis angetroffen werden, wobei die
Aldehydrückstände auf den Instrumenten verringert werden. Das Verfahren braucht
eine lange Behandlungszeit von 2 h mit einer Formalinkonzentration von 0,28 g/dm³
Autoklavenraum. Trotz der langen Kontaktzeit und der verhältnismäßig hohen Temperatur
erfüllt das Verfahren nicht die scharfen Anforderungen des AOAC-Sporenabtötungstests
(Association of Official Analytical Chemists) in den USA.
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Aus den vorstehenden Ausführungen geht klar hervor, daß Formaldehyddampf
nicht nur giftig und reizend sondern auch bei Raumtemperaturen schwierig handzuhaben
ist und daß er kein rasches und zuverlässiges Verfahren ermöglicht, welches die
Anforderungen in Krankenhäusern und in der Industrie zufriedenstellen könnte.
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In den letzten beiden Jahrzehnten wurde Äthylenoxid (ETO) das am häufigsten
verwendete Gas zum Sterilisieren sowohl in Krankenhäusern als auch in der Industrie.
Zwar erschien ETO zunächst als idealer Ersatz für Formaldehyd, jedoch wurden in
letzter Zeit von den Gesundheitsbehörden aufgrund seiner Giftigkeit starke Einwendungen
erhoben.
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Die durchschnittliche Zeit, die zum Sterilisieren von medizinischen
Instrumenten in einer ETO-Einheit erforderlich ist, beträgt bei 300C 180 min, worauf
sich jedoch eine lange Entlüftungsperiode anschließen muß. Beispielsweise liegt
die Belüftungszeit für medizinische Vorrichtungen zwischen 2 und 8 h in einer Entlüftungsmaschine.
Bei Raumtemperatur schwankt sie
dagegen zwischen 1 und 8 Tagen.
Auf Gummihandschuhen könwnen - + ~ die Rückstände die Hände verbrennen, während
sie in Blutflaschen rote Blutzellen schädigen und eine Hämolyse verursachen. Endotrachealschläuche,
die nicht sauber belüftet sind, können eine Tracheitis oder eine Gewebenekrose hervorrufen.
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Neben den Giftgefahren von ETO-Rückständen wurden auch Zwischenfälle
aufgrund der explosiven Eigenschaften von reinem ETO berichtet. Weniger als 3% Äthylenoxiddampf
in Luft unterhalten die Verbrennung und haben in einem geschlossenen Raum eine beträchtliche
Explosionskraft. Um die Schwierigkeiten zu beseitigen wurden verschiedene Verdünnungsgase,
wie z.B. CO2 oder fluorierte Kohlenwasserstoffe bei einigen chemischen Formulierungen
mit ETO gemischt.
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Es ist also klar, daß die ETO-Sterilisation nicht deshalb eine weite
Verwendung gefunden hat, weil es ein ideales Sterilisierungsmittel ist, sondern
weil es offensichtlich keine alternative Gassterilisierungsmethode gab, mit der
ohne Gift- und Umweltgefahren eine genauso schnelle sporizide Wirkung erreicht werden
konnte.
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Die vorliegende Erfindung bietet nunmehr eine Alternative zur ETO-Sterilisierung
mit den Vorteilen einer schnelleren sporiziden Wirkung, dem Wegfall einer Belüftungsperiode,
ohne giftige Rückstände und ohne Explosiongefahren. Darüber hinaus bietet die vorliegende
Erfindung vom Standpunkt der Betriebs- und Investitionskosten wirtschaftliche Vorteile,
wenn man das je Zeiteinheit behandelte Materialvolumen vergleicht.
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Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zum Sterilisieren
einer Oberfläche, welches dadurch ausgeführt wird, daß man die Oberfläche mit einem
Gasplasma niedriger Temperatur, welches mindestens 10 mg/l Aldehyd enthält, unter
einem unteratmosphärischem Druck in Berührung bringt.
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Der hier verwendete Ausdruck "Sterilisierung" bezieht sich auf die
sporizide Wirkung gegen Bacillus subtilis ATCC (American
Type Culture
Collection) 19659 und Clostridrium sporogenes (ATCC 3584), da es sich hier bei den
resistenten Mikroorganismen handelt, die bei dem Ausräucherungs-Sterilisationstest
gemäß den AOAC-Anforderungen (Official Method of Analysis of the Association of
Official Analytical Chemists, 12.Auflage, Not,1975) verwendet werden. Die Zerstörung
dieser beiden resistenten Sporenarten durch das AOAC-Verfahren führt automatisch
zur Zerstörung anderer weniger resistenter Mikroorganismen, wie z.B. Mykobakterien,
lipidfreie und kleine Viren, lipidhaltige und mittelgroße Viren und vegetative Bakterien.
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Ein besseres Verständnis des Abtötungsmechanismus eines Gasplasmas
niedriger Temperatur gemäß der Erfindung ergibt sich aus einer Betrachtung der physikalischen
Struktur einer hochresistenten Spore. Fig.l zeigt die typische Struktur einer typischen
Bakterienspore. Die typische Bakterienspore ist durch ein Exosporium umgeben,bei
welchem es sich um einen für einige Sporenarten spezifischen losen Beutel handeltund
besitzt von außen nenh innen aufeinanderfolgend a)einen mehrschichtigen Mantel,
der disulfidreiche (-S-S-) Proteine enthält, b) eine dicke Cortexschicht, die das
Polymer Murein (oder Peptidoglycan) enthält, c) eine Plasmamembran und d) einen
Kern oder Sporenprotoplast.
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Die erste Widerstandsgrenze der Spore gegenüber exogenen Mitteln besteht
aus dem proteinhaltigen äußeren Mantel, der keratinartige Proteine enthält. Die
Stabilität von Keratinstrukturen -geht auf häufige primärvalente Vernetzungen (Disulfidbindungen)
und sekundärvalente Vernetzungen (Wasserstoffbindungen)zwischen benachbarten Polypeptidketten
zurück. Keratinartige Proteine sind typischerweise fest, in wäßrigen Salzlösungen
oder verdünnten Säuren und basischen Lösungen unlöslich und gegenüber proteolytische
Enzyme und Hydrolyse resistent. Der mehrschichtige äußere Mantel ist somit ziemlich
inert und spielt beim Schutz der Spore gegen exogene Mittel eine überragende Rolle.
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Er spielt anscheinend bei der Abtötungswirkung durch physikalische
und chemische Modifikationen, welche die Diffusion der tötlichen Moleküle beeinflußen,
angeregte Atome oder Radikale
innerhalb des Protoplasts des Mikroorganismus
eine wichtige Rolle.
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Um den mehrschichtigen äußeren Mantel zu verändern und somit eine
weitere Eindringung und mögliche Einwirkung auf die kritischen Cortex- oder Protoplastbereiche
zu ermöglichen, muß ein sehr aktives Mittel gewählt werden. Es wurde gefunden, daß
ein ionisiertes Gasplasma ein vorzüglicher Träger für reaktive Atome, freie Radikale
und Moleküle ist, welche die Schutzschichten von Bakterien, Pilzen und Sporen drastisch
verändern. Die Anwesenheit kleiner Mengen Aldehyddämpfe in dem ionisierten Gasplasma
niedriger Temperatur gemäß der Erfindung führt zu Zerstörung von sporentragenden
und nicht-sporentragendenMikroorganismen.
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Gemäß der Erfindung werden die zu desinfizierenden Gegenstände einem
kontinuierlichen Fluß eines Gasplasmas niedriger, Temperatur ausgesetzt, das mit
einer kleinen Menge eines Aldehyds, üblicherweise eines aromatischen, heterozyklischen
,gesättigten oder ungesättigten Aldehyds, beimpft ist. Das Gasplasma ist ein teilweise
ionisiertes Gas aus Ionen, Elektronen und neutralen Spezies.
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Das Gasplasma niedriger Temperatur wird durch elektrische Gasentladungen
gebildet. Bei einer elektrischen Entladung erhalten freie Elektronen Energie von
dem angelegten elektrischen Feld und verlieren diese Energie durch einen Zusammenstoß
mit neutralen Gasmolekülen. Diese Energieübertragung führt zur Bildung einer Reihe
von hochreaktiven Produkten, einschließlich metastabilen Atomen, freien Radikalen
und Ionen.
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Damit ein in einer elektrischen Entladung gebildetes ionisiertes Gas
richtig als "Plasma" bezeichnet werden kann, muß es das Erfordernis erfüllen, daß
die Konzentration der positiven und negativen Ladungsträger annähernd gleich ist.
Das gemäß der Erfindung verwendete Plasma ist ein Glimmentladungsplasma und wird
deshalb als "Gasplasma niedriger Temperatur" bezeichnet. Diese Art von Plasma ist
durch durchschnittliche Elektronenenergien
von 1 bis 10 eV und
Elektronendichten von 109 bis 1012/cm³ charakterisiert. Im Gegensatz zu den Bedingungen,
die in Bogenentladungen oder Plasmastrahlen gefunden werden, sind die Elektronen-
und Gastemperaturen aufgrund des Fehlens eines thermischen Gleichgewichts sehr verschieden.
Bei einer Glimmentladung kann die Elektronentemperatur 10 bis 100 mal größer sein
als die Gastemperatur. Diese letztere Eigenschaft ist wichtig, wenn die Oberflächen
von thermisch empfindlichen Materialien sterilisiert werden.
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Bei dem gemäß der Erfindung verwendeten Gasplasma niedriger Temperatur
kann man zwischen zwei Typen von reaktiven rleventen unterscheiden, d.h. solche,
die aus Atomen, Ionen oder freien Radikalen bestehen, und solche, bei denen es sich
um kleine hochenergetische Teilchen wie Elektronen und Photonen handelt. Bei einer
Glimmentladung wird irrrrr eine große Menge Ultraviolettstrahlung (UV) ausgesendet.
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Die hochenergetischen W-Photonen (3,3 bis 6,2 eV)erzeugen starke tödliche
Wirkungen, da sie einem Maximum der Absorption von DNA (Desoxyribonucleinsäure)
und anderen Nucleinsäuren entsprechen. Im Falle Svon Sporen, die einen Durchmesser
von 1 mm erreichen können, kann jedoch die Photonenenergie rasch durch die verschiedenen
Sporenschichten verteilt werden, wodurch die photochemischen Reaktionen auf den
äußeren Mantel beschränkt sein können. Die Photonenenergie ist ziemlich auf dünne
Oberflächenmodifikationen beschränkt und ist deshalb wirksamer, wenn kleinere nicht
sporentragende Bakterien behandelt werden.
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Im Falle von hoch resistenten Sporen kann die Photonenwirkung zu einer
teilweisen Änderung des an Disulfiden reichen Proteinenmantel beitragen und somit
die Diffusion von freien Radikalen, Atomen und erregten Molekülen innerhalb des
Kernbereichs erleichtern.
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Gemäß der Erfindung erhöhen kleine Mengen von verdampften Aldehydmonomeren
und freien Radikalen, die in dem Gasplasma niedriger Temperatur anwesend sind, die
gesamte biozide Wirkung des Gasplasmas stark, Der genaue Mechanismus, durch den
die sporizide Wirkung unter Verwendung eines mit Aldehyd geimpften Plasmastroms
erreicht
wird, ist nicht voll aufgeklärt, aber es können einige
Mechanismen in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann durch die Anwesenheit
von atomarem oder angeregtem Sauerstoff in der Gasphase der Aldehyd kurzlebige sehr
reaktive Epoxide und andere Zwischenprodukte und freie Radikale erzeugen, die mit
vielen Proteinen und Nukleinsäurengruppen im äußeren Mantel reagieren können und
somit die Diffusion der tödlichen Gruppen verbessern.
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Die nächste mögliche Stufe in der Diffusion von tödlichen Gruppen
ist die Eindrirgung in die Cortexschicht, deren Hauptkompotente dasPólymer Murein
(oder Peptidoglycyn)ist. Murein ist ein großes vernetztes netzartiges Molekül. Ein
gemeinsamer Ans off durch atomaren Sauerstoff und Aldehydradikale auf das Polymer
modefiziert die dichte Polymerstruktur der Cortexschicht rasch und führt zu deren
Zerstörung.
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Weiterhin gibt es die Möglichkeit der Änderungen des hypothetischen
Dipicolinsäuresynthesewegs durch die Aldehyde. Es wird seit langem spekuliert, daß
Kalzium und Dipicolinsäure (DPA) in den Sporen in etwa äquimolaren Mengen vorliegen
und deshalb einen Salzkomplex bilden, dessen Rolle bei der Sporenresistenz wichtig
ist. Die genaue Lokalisierung des Kalziumsalzes in den Sporen ist ein noch nicht
gelöstes Problem. Der rasche Zugang von Aldehyden zum Cortex, hauptsächlich ein
Ergebnis der Gasplasmaoxidation, kann die Blockierung der Amingruppen des Asparagin-ß-halbaldehyds
unterstützen und somit direkt in die DPA-Synthese eingreifen.
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Der letztere Mechanismus kann erklären, warum durch ein kurzes Aussetzen
an ein Plasmagas in Gegenwart von Aldehyden Sporen und deren keimenden Abkömmlinge
rasch zerstören kann. Das Aldehydimpfverfahren der vorliegenden Erfindung ergibt
eine kürzere Kontaktzeit im Gasplasma bei einem sporiziden Effekt, der mit anderen
Gasphasensterilisierungsverfahren vergleichbar ist.
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Die tödliche Wirkung des mit Aldehyd beimpften Gasplasmas niedriger
Temperatur ist manchmal so rasch, beispielsweise weniger
als 10
min, daß die Möglichkeit der Anregung von Reaktionen innerhalb des Kerns oder Protoplasts
ziemlich klein ist. Der zentrale Teil der Spore ist funktionell eine vegetative
Knospe, welche die Erbanlagen, ein gehemmtes Proteinsynthesesystem, die zur Initiierung
der Synthese neuer Enzyme und Baustoffe erforderlichen Enzyme und vermutlich auch
Reserven für die Lieferung von Energiezwischenprodukten enthält. Die Modifikationen,
die im äußeren Mantel, im Cortex und in den Plasmamembranen stattfinden, reichen
voll aus, die tödliche Wirkung zu erklären, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
erzielt wird. Die obigen Hinweise auf die Oxidationserscheinung in einem Gasplasma
sind nicht auf die Verwendung von reinem Sauerstoff als ionisiertes Gas beschränkt,
sondern sie beziehen sich auch auf die Verwendung von sauerstoffhaltigen Gasen wie
Luft, Kohlendioxid und N20. Wenn sie auch nicht so schnell wie oxidierende Plasmas
wirken, so kann trotzdem auch ein Edelgasplasma, wie z.B. ein Argon- oder Heliumplasma,
oder ein Stickstofplasma mit Aldehyden beimpft werden, um die Sterilisationszeit
zu verringern.
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Die vorliegende Erfindung gestattet deshalb eine beträchtliche Verringerung
der Sporenabtötungszeit gegenüber den Werten, die bei den üblichen oxidierenden
und nicht-oxidierenden Gasplasmas erreicht werden. Während angeregte Ionen, Gasmoleküle
und Photonen die Schutzschichten der Sporen verändern,durchdringen aktive Aldehydradikale
die sich ändernden Strukturen und initiieren viele zusätzliche tödliche Reaktionen,
welche den Abtötung prozess beschleunigen. Dadurch wird eine rasche Oberflächensterilisation
in einem wirtschaftlichen Verfahren erreicht, was die Möglichkeit ergibt, viele
stark wärmeempfindliche Materialien zu behandeln, die bei einem längeren Aussetzen
an das Gasplasma auch bei Temperaturen unterhalb 1000C zerstört werden. Wenn Aldehyde
dem Gasplasma zugesetzt werden, dann werden keine korrosiven oder giftigen Rückstände
festgestellt.
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Um ein Gasplasma solcher Art zu erzeugen, wie es gemäß der Erfindung
erforderlich ist, kann das Trägergas durch eine von zwei verschiedenen Methoden
angeregt werden. Die erste Methode besteht aus der induktiven Entladungstechnik
(mit Spule),
während die zweite Methode aus der kapazitiven Entladungstechnik
(mit parallelen Platten) besteht. Der Arbeitsbereich besteht immer aus einer Glas-,
Kunststoff- oder Aluminiumkammer, die auf unteratmosphärischemDruck, im allgemeinen
0,1 bis 10 mm Quecksilber, gehalten wird, in welcher sich konstant ein geregelter
Fluß aus Gas und Aldehyddampf unter der kontinuierlichen Saugwirkung einer Vakuumpumpe
bewegt. Um Gase und Dämpfe im Arbeitsbereich anzuregen,wird die durch einen Generator
gelieferte Radiofrequenzenergie durch eine induktive Spule, die um die Behandlungskammer
herumgelegt,ist, oder durch kapazitive Entladungsplatten, die ausserhalb der Kammer
oder an den Kammereintritten angeordnet sind, übertragen. Beim Betrieb, kann die
RF-Glimmentladung (RF=Radiofrequenz) so gefuhrt werden, daß sie sich praktisch durch
die gesamte Behandlungskammer erstreckt. In einigen Fällen können die Elektroden
in der Behandlungskammer angeordnet werden.
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Es gibt verschiedene elektronische Schaltungen für eine maximale RF-Energieübertragung
in das Entladungsgas. Eine optimale Energieübertragung, die bis zu 90% betragen
kann, kann dadurch erreicht werden, daß man die Impedanz der Gasbeschickungs der
Impedanz der Verstärkerschaltung und der Tankspule angleicht. Die beste Impedanzangleichung
wird durch ein Angleichungsverfahren erreicht, welches in der Einstellung eines
veränderlichen Kondensators in einer Angleichungsschaltung besteht, die durch Koaxialkabel
mit der Reaktorkammer und dem Generator verbunden ist. Bei moderneren Bauarten werden
die Behandlungskammer und der Generator mit verhältnismäßig niedriger Energieabgabe
direkt durch Hochimpedanzverbindungen gekoppelt. Dies beseitigt die komplizierte
Schaltung niedriger Impedanz und vereinfacht die elektronische Anordnung.
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Während der Energiezuführung zum Gasplasma geht immer etwas Energie
durch Erwärmungseffekte verloren. Ein gewisser Energiebetrag wird auch zum Generator
zurückreflektiert. Um vu wissen, wie wirksam die Energieentladung im Gas ist, wird
oftmals ein RF-Wattmeter in die elektronische Schaltung eingebaut, um die Differenz
zwischen zugeführter und reflektierter Energie zu überwachen.
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Gasplasmageneratoren arbeiten im allgeinen mit rund 13,5 Megahertz
(MHz)' jedoch sind auch Frequenzen im Bereich von 1 bis 30 MHz und sogar bis zu
100 MHz zufriedenstellend.
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Das Gasplasma kann auch bei hohen Frequenzen im Mikrowellenbereich
gebildet werden, welche Frequenzen von 100 bis 300 000 MHz erreichen. Eine bevorzugte
Mikrowellenfrequenz ist vom praktischen Standpunkt aus 2450 MHz. Im Mikrowellenbereich
besitzen die atomaren und angeregten Molekularenspezies eine längere Lebenszeit
als diejenigen, die bei Radiofrequenzen gebildet werden, weshalb sie stromabwärts
eine beträchtliche Strecke in den glimmfreien Bereich wandern können. Dies ist vom
analytischen Standpunkt aus gesehen ein Vorteil, wird aber durch die kompliziertere
und deshalb teure hierfür nötige elektrische Schaltung aufgewogen. Wenn Mikrowellengasanregung
verwendet wird, dann wird die Behandlungskammer üblicherweise als Kavität ausgeführt,
wobei der Generator im allgemeinen eine megatron-artige Vorrichtung ist und die
elektromagnetische Energie durch Standardwellenführungen geführt wird.
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Unabhängig von der Gaserregungsfrequenz wurde beobachtet, daß die
Anwesenheit kleiner Mengen Aldehyddämpfe im Gasplasma die Zeit beträchtlich verringert,
die zur Abtötung von sporentragenden und nicht sporentragenden Bakterien erforderlich
ist.
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Die Erfindung wird nun an Hand der beigefügten Zeichnungen mit den
Figuren 2-4 näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen: Fig.2 eine schematische
Darstellung einer Vorrichtung für die Sterilisation verschiedener Krankenhausgegenstände
in halbkontinuierlicher Weise; Fig.3 3 und 3a Schnitte der Sterilisierungskammer
vonFig.2; und Fig.4 eine schematische Darstellung einer anderen Art einer Sterilisierungskammer
bei der Mikrowellenfrequenzen verwendet werden.
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Fig. 2 zeigt die Elemente eines Systems für ein beimpftes Plasma niedriger
Temperatur (in der Folge als LTSP-System bezeichnet
) zur Sterilisierung
verschiedener Krankenhausgegenstände in halbkontinuierlicher Weise. Das System umfaßt
eine Tunnelartige Behandlungskammer 1 mit einer Türe 2 an einem jeden Ende, wobei
jedoch nur die Türe 2 an der linken Eingangsseite zu sehen ist.
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Beispielsweise können Kunststofflaschen für parenterale oder ophthalmologische
Lösungen mit Hilfe eines herkömmlichen automatisch arbeitenden Fördersystems (nicht
gezeigt) in die zylindrische Tunnelkammer eingebracht werden. Nach dem Einbringen
werden die vordere und die hintere Türe 2 automatisch mit Hilfe eines elektrisch
angetriebenen mechanischen Systems 3 geschlossen.
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Die nunmehr beschickte Tunnelkammer 1 wird dann einem Vakuum ausgesetzt,
um in ihr einen unteratmosphärischen Druck zu erzeugen, wozu ein Vakuumleitungssystem
4 dient,das mit einer Falle 5 und mit einer Vakuumpumpe 6 verbunden ist. Der unteratmo-närische
Druck beträgt in der gesamten Behandlungskammer im allgemeinen ungefähr 0,1 bis
10 mm Quecksilber.
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Das zu ionisierende Gas wird von einer Druckgasflasche 7 zugeführt,
wobei der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit durch Druckregler und durch ein
einen konstanten Fluß erzeugendes Membran- oder Nadelventil 8 geregelt wird. Aldehyddämpfe
werden dem Gasstrom von einem Behälter 9 aus zugesetzt, indem das Gas durch flüssiges
Aldehyd perlen gelassen wird, wobei es Aldehyddämpfe aufnimmt. Ein Strömungsmesser
10 ist zwischen dem Aldehydbehälter 9 und dem Eintritt zur Tunnelkammer 1 vorgesehen.
Das Gemisch aus Gas und Dampf wird durch eine Rohrleitung 11 zugeführt, die eine
Vielzahl kleiner im Abstand angeordneter Löcher aufweist, so daß eine gleichmäßige
Verteilung in der Tunnelkammer sichergestellt wird.
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Nachdem der größte Teil der Luft aus der Tunnelkammer 1 evakuiert
worden ist, wird das Gas/Dampf-Gemisch in den Behandlungsbereich eingelassen. Der
Gas/Aldehyddampf-Fluß wird gemäß der Größe und dem Volumen der Tunnelkammer 1 eingestellt.
Die Plasmabildung wird dann durch eine richtige Impedanzangleichung mit induktiven
und kapazitiven Reglern initiiert, wobei eine RCF-Spule 12 verwendet wird, die einen
Teil einer elektrischen Schaltung bildet, welche eine Anglelchungsschaltung 13,
ein
Wattmeter 14 und einen RF-Generator 15, der Standardwechselstrom
(WS) in eine hohe Frequenz von 13,56 MHZ umwandelt, umfaßt. Der RF-Generator 15,
der zur Aufrechterhaltung einer Plasmaentladung verwendet wird sollte dazu fähig
sein, große Änderungen in der Belastungsimpedanz auszuhalten und sollten im wesentlichen
aus einer Gleichstromenergiequelle (GS) einem kristallgesteuerten RF-Oszillator
und einem Solid-State-Pufferverstärker verstehen. Die Entverstärkung wird durch
einen Kraftverstärker erreicht, der rund um ein Energierohr angeordnet ist, um große
Variationen in der Belastungsimpedanz zu ermöglichen. Je nach der Art der Anlage
kann eine einzige induktive Spule, die sich über die gesamte Tunnellänge erstreckt,
aus einem einzigen Kraftgenerator angetrieben werden. Es kann aber auch eine Reihe
von kleineren Spulenabschnitten von mehreren kleineren RF-Generatoren aus angetrieben
werden. Während der RF-Anregung wird ein kontinuierlicher Abzug von Gasplasma während
der gesamten Reaktionsperiode bewirkt, die zu einer vollständigen Sterilisation
erforderlich ist, was üblicherweise zwischen - und 20 min dauert. Die RF-Anregung
wird dann automatisch abgeschaltet, der Gasfluß wird unterbrochen, und die Vakuumpumpe
wird angehalten. Luft wird automatisch in die Tunnelkammer 1 durch einen Zweiwegehahn
16 eingeführt.
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Die beiden Endtore werden elektromechanisch geöffnet, und der Probenbehälter
wird automatisch auf einem Schienensystem aus dem Tunnel herausgezogen. Die Tunnelkammer
1 ist dann zur Sterilisation einer neuen Beschickung fertig. Die gesamte SterilisationszAluszeit
beträgt im allgemeinen zwischen 10 und 30min, je nach dem behandelten Material und
der Energieabgabe.
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Die Fig. 3 und 3a stellen einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt
einer Sterilisierungstunnelkammer 1 dar, wie sie in Fig.2 zu sehen ist. Die Tunnelkammer
17 besitzt eine zylindrische Form um eine Hauptachse und besteht im wesentlichen
aus zwei konzentrischen zylindrischen Rohren 18 und 19 die aus einem hochbeständigen
inerten Material, wie z.B. Glas oder Kunststoff, z.B. ein Polysulfon, bestehen und
die unter Zwischenlage von O-Ringen 20 aus Silikon gegen Endflansche gedrückt werden.
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Durch das Einführen des inneren Rohrs 19 in das äußere Rohr 18
entsteht
ein ringförmiger Raum 21, in welchem ein Vakuum bzw.
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ein unteratmosphärischer Druck durch eine Vakuumsaugpumpe erzeugt
wird, welche an unteren Öffnungen 22 angeschlossen ist.
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Um die Ausbildung eines unteratmosphärischen Drucks um die zu sterilisierenden
Gegenstände zu ermöglichen, sind am Boden des inneren Rohrs 19 Schlitze oder Löcher
23 ausgebildet. Die zu sterilisierenden Gegenstände, wie z.B. Kunststofflaschen
24 für parenterale Lösungen, werden in einen Korb 25 mit rechteckiger Form eingebracht,
der auf kugelgelagerten Rädern 27 auf einer Schiene 6 läuft. Zu Beginn des Sterilisationszykluses
werden die vordere und die hintere Türe 28 bzw. 29 automatisch durch eine elektrisch
betriebene Einrichtung 30 geöffnet, welche die Türen um ein Scharnier 31 um 1800
öffnet. Die vordere und hintere Türe des Tunnels bestehen im allgemeinen au einem
dunklen UV-absorbierenden polymeren Material, um zu verhindern, daß eine gefährliche
Photonenemission aus der Kammer entweicht, wenn die maximale Intensität vom Gasplasma
abstrahlt. Ringförmige O-Ringe 32 vermitteln eine gute Abdichtung der Türen gegen
den Eintritt von äußerer Luft. Das Gemisch aus Reaktionsgas und Aldehyddampf wird
in das Behandlungstunnel durch ein enges Rohr 33 mit Löchern 34 eingeführt. Das
enge Rohr für Gas- und Dampfeinführung betritt das Tunnel an einem Ende und ist
im oberen Teil des inneren Rohrs 19 angeordnet, um eine gleichmäßige Gasverteilung
über die gesamte Tunnel länge sicher zu stellen. Gemäß Fig.3 ist die RF-Induktionsspule
35 um den Hauptteil des äußeren Körpers des Behandlungstunnels 17 herumgelegt.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung für die
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher Mikrowellenfrequenz in
einem Bereich von 100 MHz bis 300 000 MHz verwendet wird. Der Mikrowellengasplasmasterilisator,
der in Fig.4 gezeigt ist, besteht aus einem Metallgehäuse 35 ähnlich demjenigen,
das in einem herkömmlichen Mikrowellenofen verwendet wird. Innerhalb des Gehäuses
sind die Hauptteile des Niedertemperaturmikrowellengasplasmasystems untergebracht:
ein Magnetron 36 verwandelt mit Hilfe eines Transformators, ein Gleichrichters und
einer Magnetfeldschaltung, die sich in einem
Kasten 37 befinden,
den Gleichstrom von der Hauptleitung 38 in Mikrowellenenergie. Ein hochenergetischer
Strahl von Mikrowellenenergie, typischerweise 2450 MHz, befindet sich in einer Wellenführung
39 und wird gegen die Flügel 40 eines Ventilators 41 gerichtet, der sich mit einer
niedrigen Umdrehungszahl dreht.
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Der Ventilator reflektiert den Strahl gegen die Wandungen, die Decke,
die Rückseite und den Boden des Ofenhohlraums 42. Am Boden des Ofenhohlraums 42
ist eine Pyrexglasplatte 43, die für Mikrowellen durchgängig ist, annähernd 25 mm
über dem Metallboden des Behandlungshohlraums auEgehan . Die Instrumente oder die
Materialien 44, die oberflcichlich sterilisiert werden sollen, werden in einen gasdicht
verschlossenen Behälter 45 eingebracht,der im Ofenhohlraum 42 angeordnet wird und
auf der Glasplatte 43 ruht. Der Behälter 45 kann aus irgendeinem Material bestehen,
das für Mikrowellenenergie durchlässig ist, wie polymere Materialien, z.B. Polypropylen,
Polyäthylen, Polystyrol und Polytetrafluoräthylen, Pappe, Papier oder Spezialglas.
Der Behälter 45 besitzt eine rechteckige Form mit einem oberen Deckel 46, der ebenfal's
aus einem für Mikrowellen durchgängigen Material besteht.
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Der Deckel 46 besitzt zwei Öffnungen 47 und 48, denen jeweils ein
Ventil 49 bzw. 50 zugeordnet ist, um die Bildung eines Gas/ Aldehyddampf-Gemischs
in einer Teilvakuumatmosphäre mit einem Druck zwischen 0,1 und 10 mm Quecksilber
zu erzeugen. Der Behälter 45 enthält zwei Bleche 51, welche zu sterilisierende Teile
44 tragen, wie z.B. die dargestellten Kunstofflaschen für ophthalmologische Lösungen.
Die Bleche 51 sind im allgemeinen perforiert, um eine gleichmäßigere Diffusion des
ionisierten Gasplasmas zu ermöglichen. Im unteren Blech ist ein Kunststoffbecher
52 eingelassen, der die zu verdampfende Aldehydlösung 53 enthält Aufgrund des thermischen
Effekts der Mikrowellen wird die Aldehydlösung allmählich in das Gasplasma verdampft,
wenn die Mikrowellenenergie angeschaltet ist. Das zu ionisierende Trägergas wird
dem Behälter 45 durch Öffnungen 47 von einer (nicht gezeigten) Gasflasche geliefert,und
zwar über eine Druckleitung 54, die ein Ventil 55 für konstanten Fluß, einen Druckmesser
56 und gegebenenfalls einen Strömungsmesser enthält. Das niedere
Vakuum,
das zum Leeren des beschickten Behälters 45 erforderlich ist, wird über eine Vakuumleitung
57, die von der Öffnung 48 wegführt erzeugt. Diese Vakuumleitung ist mit einer Falle
58 und einer Vakuumpumpe 59 verbunden.
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Ein vollständiger Sterilisierungszyklus für die Ausführungsform von
Fig.4 ist wie folgt: die Bleche 51 werden mit den zu sterilisierenden Gegenständen
beschickt, Aldehydlösung wird in den Becher 52 eingefüllt, Luft wird durch Betätigung
der Vakuumpumpe abgesaugt, Trägergas wird eingeführt und die Mikrowellen werden
während der nötigen Zeit, typischerweise 5 bis 20 min, angeschaltet, um einen kontinuierlichen
Plasmafluß zu erzeugen. Am Ende der Behandlungszeit wird der Mikrowellengener,tor
41 automatisch abgeschaltet, wird der Trägergasfluß ur erbrochen und wird das Vakuum
mittels eines Zweiwegeventils 60 abgeschaltet. Die Türe des Mikrowellenofenhohlraums
35 wird dann geöffnet, und der Behälter 45 wird entnommen, nachdem die flexiblen
Muffen an den Ventilen 49 und 50 abgetrennt worden sind. Der beschickte Behälter
45 kann durch rasches Verschließen der Ventile 49 und 50 steril gehalten werden,
bis ein Bedarf besteht1 den sterilisierten Inhalt unter aseptischen Bedingungen
zu entnehmen. Ein gesamter Sterilisationszyklus dauert im allgemeinen zwischen 10
und 30 min. Während einer Zeit nähert sich die Oberflächentemperatur 1000C. Es ist
keine Entlüftung der sterilisierten Gegenstände nötig, da das oxidierende Plasma
keine feststellbaren Spuren von Chemikalien an den behandelten Oberflächen hinterläßt.
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Das oben in Bezug auf die Vorrichtungen der Fig. 2,3, 3a und 4 beschriebene
halbkontinuierliche Sterilisationsverfahren kann derart durchgeführt werden, daß
man sterile Instrumente in Packungen einbringt, sofern die Packung durch ein kleines
Loch punktiert ist, so daß ionisiertes und angeregtes Gas eintreten kann. Am Ende
der Sterilisation kann die Packung unter aseptischen Bedingungen entnommen werden,
worauf dann ein kleines steriles Band aufgebracht wird, um das kleine Loch abzudichten.
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Das Abdichtband kann von Hand oder automatisch befestigt werden.
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Die vorliegende Erfindung kann mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten
verschiedener Gase bei verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Drücken ausgeführt
werden. Außerdem können Einzelheiten des Aufbaus der Vorrichtung, die Abmessungen
und die Form ihrer Teile, wie z.B. die Größe des Tunnels oder des Behälterhohlraums,
und deren Anordnung verändert werden. Beispielsweise können Aldehyddämpfe in das
Mikrowellenfeld durch Verdampfen oder durch Hindurchblasen des Trägergases durch
Aldehyd eingeführt werden. Einzelne Teile können durch andere äquivalente Teile
ersetzt werden. Beispielsweise können RF-Spulen durch kapazitive Platten ersetzt
werden und können Magnetrone durch Klystrone oder Amplitronröhren ersetzt werden,
ohne daß von dem Erfindungsgedanken abgewichen wird.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
In diesen Beispielen wurden die sporiziden Daten in allen Fällen- gemäß dem Ausräucherungstest
für Sporen des USDA (United States Department of Agriculture) erhalten , der in
"Official Method of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists"(12
Auflage, Nov.1975) beschrieben ist.
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Zwei Typen von hochresistenten Stämmen der Spezies: B. subtilis (ATCC
19659) und C1. sporogenes (ATCC 3584) wurden für diese Versuche verwendet. Die Sporenträger
waren Seidenfadenschlingen (L) und Porzellanzylinder (C) die eine trockene Sporenbeladung
von 106 bis 109 Mikroorganismen trugen. Die Sporenträger wurden einzeln an einem
dünnen Baumwollfaden aufgehängt, der am Gasrohr an der Oberseite der Behandlungskammer
angebracht war.
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Am Boden der Behandlungskammer wurden ebenfalls einige Sporenteststreifen
angeordnet, die in eine chirurgische Gaze mit einer Dicke von 12 mm eingewickelt
waren. Diese Kontrollsporenstreifen (American Sterilizer Co. "SPORDI";Warenzeichen)
wurden mit Bacillus subtilis (globigii) und Bacillus stearothermophilus hergestellt.
Es wird behauptet, daß der Subtilis-Stamm 60 min bei 1490 C braucht, um in trockener
Hitze vollständig abgetötet zu werden, während er 1 h und 45 min bei 550C braucht,
um in Gegenwart
einer Äthylenoxidgaskonzentration von 600 ma/l
und bei 50% relativer Feuchte abgetötet zu werden). Bei all diesen Versuchen erwiesen
sich die in Vakuum getrockneten, säureresistenten AOAC-Stämme von B.subtilis und
Cl.sporogenes viel resistenter als die SPORDI-Sporen, weshalb aus Gründen der Vereinfachung
die Resultate der SPORDI-Streifen in den Testtabellen der Beispiele nicht angegeben
sind.
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Beispiel 1 Eine Reihe von Versuchen wurden in einer in Fig.2 dargestellten
Vorrichtung ausgeführt. Das zur Herstellung des Plasmas verwendete Trägergas war
reiner Sauerstoff, Argon bzw. Stickstoff.
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Die Aldehyddämpfe, die dem Trägergas zugesetzt wurden, wurden in einer
Waschflasche mit Lösungen der folgenden Aldehyde erzeigt: Formalin (8% Formaldehyd),
Acetaldehyd, Glyoxal, Malonaldehyd, Propionaldehyd, Bernsteinaldehyd, Butyraldehyd,
Glutaraldehyd, 2-Hydroxyadipaldehyd, Krotonaldehyd, Acrolein und Benzaldehyd. Der
Trägergasfluß lag zwischen 80 cm und lOO cm3/min bei Raumtemperatur (ungefähr 20
bis 25 0C). Der durchschnittliche Innendruck war 0,5 mm Quecksilber. Die Emissionsfrequenz
war 13,56 MHz, und die durchschnittliche Energiedichte in der Plasma-3 behandlungskammer
war ungefähr 0,015 Watt/cm . Die geringste Menge des im kontinuierlichen Gasplasmastrom
enthaltenen Aldehyds war ungefähr 10 mg/l.
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Tabelle 1 zeigt die Resultate von Versuchen zur Bestimmung des Einflußes
der Behandlungszeit mit den verschiedenen,mit Aldehyd beimpften Plasmas niedriger
Temperatur. Bei Vergleichsversuchen wurde sowohl Gas alleine (kein Aldehyd) als
auch ein nicht-oxidierendes Plasma ( Wasserstoffgas) mit Formaldehyd-oder Glutaraldehyddämpfen
verwendet. Für jede Art von sporentragenden Bakterien auf dem betreffenden Träger
(Schlinge oder Zylinder) wurden 10 Proben verwendet. In den Tabellen sind die Resultate
mit Buchstaben bezeichnet, wobei "P" für Erfolg steht (P=pass) und "F" für Fehlschlag
stehet (F=fail) P bedeutet, daß in keiner von 10 Proben ein Wachstum festgestellt
wurde. F bedeutet, daß nach einer richtigen Kultivierung und Wärmeschockung 1 bis
10 Proben ein Bakteriumwachstum zeigteS.Aus Gründen der
Klarheit
wurden alle Fehlschläge vor dem ersten Erfolg nicht angegeben, da es klar ist, daß
kürzere Behandlungszeiten dann einen Fehlschlag mit sich bringen. Wie aus den Resultaten
von Tabelle 1 ersichtlich ist, können Kontaktzeiten zwischen 10 und 30 min eine
zufriedenstellende Abtötungswirkung ergeben, wobei die einzelnen Kontaktzeiten von
der Art des verwendeten Aldehyddampfs abhängen.
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T a b e l l e 1
| Trägergas Sauerstoff Argon Stickstoff |
| Behandlungszeit 10 15 30min. 10 15 30min. 10 15 30min. 10 15
30min. 10 15 30min. 10 15 30 |
| B. subtilis Cl.sporogenes B. subtilis Cl.sporogenes B. subtilis
Cl.sporo. |
| Art des im Trägergas |
| LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC |
| verdampften Aldehyds |
| Formaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Acetaldehyd PP FP PP PP FP PP FP PP FP PP |
| Glyoxal PP PP PP PP PP FP PP |
| Malonaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Propionaldehyd PP PP PP FP PP PP FP PP |
| Bernsteinaldehyd PP FP PP PP FP PP FP PP FP PP |
| Butyraldehyd PP PP PP PP PP FP PP |
| Glutaraldehyd PP PP PP FP PP PP FP PP |
| 2-Hydroxyadipaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Akrolein PP PP PP PP PP PP |
| Krotonaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Benzaldehyd PP PP PP PP PP FP |
| Vergleichsversuche |
| Wasserstoff-Formaldehyd FP FF FF FF FF FF |
| Trägergas alleine PP FP PP FP FP PP |
| (ohne Aldehyd) |
Beispiel 2 Unter Verwendung der gleichen Versuchsbedingungen wie
in Beispiel 1, außer daß die Behandlungszeit auf ungefähr 15 min gehalten wurde,
während die Energiedichte allmählich von 0,001 Watt/cm3 der Behandlungskammer auf
0,015 bis 0,1 Watt/cm3 erhöht wurde, wurde eine weitere Reihe von Versuchen ausgeführt.
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Wie aus den in der folgenden Tabelle 2 angegebenen Resultaten ersehen
werden kann, wurde bei der niedrigsten Energiedichte keine Abtötung erreicht, während
vorzügliche Resultate vielfach im 0,015 bis 0,1 Watt/cm -Bereich erzielt wurden.
Diese Resultate zeigen die erhöhte Abtötungswirkung, die durch den Zusatz von Aldehydspuren
zum Gasplasma erreicht wird.
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Sauerstoff erschien unter den Gasen als bester Träger und wurde deshalb
in dieser Versuchsreihe verwendet. Alle Fehlschlag-Versuche1 die dem ersten Erfolg-Versuch
vorangingen wurden aus der Tabelle 2 weggelassen, da es naheliegend ist, daß niedrigere
Energiedichten einen Fehlschlag ergeben.
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T a b e l l e 2
| Trägergas Sauerstoff Argon Stickstoff |
| Energiedichte 1 15 100 1 15 100 1 15 000 1 15 1000 1 15 100
1 15 100 |
| (10-3 Watt/cm³) |
| Art des verdampf- B.subtilis Cl.sporogenes B.subtilis Cl.sporogenes
B.subtilis Cl.sporogenes |
| ten Aldehyds im LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC
LC LC LC |
| Trägergas |
| Formaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Acetaldehyd PP FP PP FP PP FP PP FP PP |
| Glyoxal PP PP PP PP PP PP |
| Malonaldehyd FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP |
| Propionaldehyd PP PP PP FP PP PP FP PP |
| Bernsteinaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Butyraldehyd PP PP PP PP PP FP PP |
| Glutaraldehyd PP PP PP PP PP PP |
| 2-Hydroaxyadipaldehyd FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP FF FP |
| Akrolein PP PP PP PP PP PP |
| Krotonaldehyd PP FF PP PP FF PP PP FF PP |
| Benzaldehyd FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP |
| Vergleichsversuche |
| Wasserstoff-Formaldehyd FP FF FF FF FF FF |
| Trägergas alleine FF PP FP FF PP FF PP FF PP FF PP |
| (ohne Aldehyd) |
Beispiel 3 In einer weiteren Versuchsreihe wurden die Aldehyde
aus einer 2% aktive Bestandteile enthaltenden Lösung verdampft. Dies entspricht
grob einem Verbrauch von 15 cm3 während eines 15 min dauernden Versuchs. Wenn jedoch
Proben vom Gasplasma entnommen wurden, dann wurde festgestellt, daß die Konzentration
des Aldehyds rund 10 mg/min für eine Strömungsgeschwindigkeit von 100 ml/min betrug.
Die Aldehydkonzentration in der Gasphase war grob gerechnet der halbe Wert, der
aus der verdampften Aldehydlösung zu erwarten war, was anzeigt, daß annähernd die
Hälfte des aktiven Aldehyds auf den War.dungen der Behandlungskammer niedergeschlagen
wurde.
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Die Aldehydkonzentrationen, die in der folgenden Tabelle 3 angegeben
sind, sind diejenigen, die im Gasplasma unter normalen Betriebsbedingungen beobachtet
wurden. Wie aus den Resultaten ersichtlich ist, wurde beim niedrigen Wert von 0,1
mg/min keine Zunahme der sporiziden Aktivität bei keinem der drei in diesen Versuchen
verwendeten Gase beobachtet. Bei lmg/min wurden gleichbleibende Resultate erhalten.
Bei 10 mg/min überwucherten die Aldehyde meistens die sporizide Wirkung des Gasplasmas.
Bei 100 mg/min zeigten alle Aldehyde eine erhöhte Spurenabtötung gegenüber der Verwendung
der Aldehyde alleine oder der Verwendung eines nicht-oxidierenden Gases, wie z.B.
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mit Aldehyden beimpfter Wasserstoff.
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T a b e l l e 3
| Trägergas Sauerstoff Argon Stickstoff |
| Verdampfte Aldehyde |
| 0.1 10 100 0.1 10 100 0.1 10 100 0.1 10 100 0.1 10 100 0.1
10 100 |
| Strömungsgeschwindigkeit |
| (mg/min) |
| Art der verdampften |
| B.subtilis Cl.sporogenes B.subtilis Cl.sporogenes B.subtilis
Cl.sporogenes |
| Aldehyde im Träger- LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC LC
LC LC LC LC LC |
| gas |
| Formaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Acetaldehyd PP FP PP FP PP FP PP FP PP |
| Glyoxal PP PP PP PP PP PP |
| Malonaldehyd FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP FF PF |
| Propionaldehyd PP PP PP FP PP PP FP PP |
| Bernsteinaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Butyraldehyd PP PP PP PP PP FP PP |
| Glutaraldehyd PP PP PP PP PP PP |
| 2-Hydroxyadipaldehyd FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP |
| Akrolein PP PP PP PP PP PP |
| Krotonaldehyd PP FF PP PP FF PP PP FF PP |
| Benzaldehyd FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP FF PP |
| Vergleichsversuche |
| Wasserstoff-Glutaraldehyd FF FF FF FF FF FF |
| Trägergas alleine FF FF FF FF FF FF |
| (ohne Aldehyd) |
Beispiel 4 Die folgende Tabelle 4 zeigt die Resultate, die erhalten
werden, wenn man einen einzigen Aldehyd durch ein Gemisch aus zwei verschiedenen
Aldehyden oder durch einen gemischten Ansatz, der einen Aldehyd mit einer bioziden
nicht-aldehydischen Verbindung, z.B. Phenol, enthält, ersetzt wird. Eine gemischte
Zusammensetzung ergab die gleichen Resultate wie eine einzige Aldehydlösung, solange
der Gesamtgehalt an Aldehyd gleich war. Die Anwesenheit des Phenols beeinflußte
die Aldehydwirksamkeit als sporizides Mittel im Gasplasma nicht.
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In Tabelle 4 ist eine Anzahl von Experimenten nicht angegeben, die
mit verschiedenen Lösungen von anderen germiziden Mitteln als Phenol ausgeführt
wurden. Während die gleiche Konzentration an Aldehyden aufrechterhalten wurde, wurden
die folgenden Bestandteile in gleicher Konzentration zugegeben: Halogenverbindungen,
wie z.B. Chloroisocyanurate, beispielsweise Trichlor-S-triazintrion,und Iodophore,
beispielsweise PVP-Jod-Komplex; anorganische Salze, wie z.B. Selensulfid; eine alkoholische
Lösung von Zinkundecylenat; quaternäre Ammoniumverbindungen, wie z.B. Cetyl-pyridinium-chlorid;
organische Schwefelverbindungen, wie z.B. Methylenbisthiocyanat; und Stickstoffverbindungen
von Fettaminen, wie z.B. N-Alkyl-trimethylen-diamin. In keinem Fall wurde aufgrund
der Anwesenheit dieser Mittel in der Gasphase ein synergistischer Effekt festgestellt.
Es wurde jedoch eine leichte Zunahme der Aktivität (additive Effekte) jedes Mal
beobachtet, wenn die Plasmaverdampfung zur Dissoziation des chemischen Salzes unter
Freisetzung von Halogen führte. Es wurde jedoch ein starker korrosiver Effekt der
ionisierten Halogene beobachtet. Dies führte zur Unmöglichkeit der Verwendung solcher
Chemikalien in einem beimpften Plasmagas niedriger Temperatur.
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T a b e l l e 4
| Trägergas Sauerstoff Argon Stickstoff |
| Art des Aldehydgemischs |
| (2% Gesamtgehalt an B.subtilis Cl.sporogenes B.subtilis Cl.sporogenes
B.subtilis Cl.sporogenes |
| Aldehyden) |
| L C L C L C L C L C L C |
| Formaldehyd + Glutaraldehyd P P P P P P P P P P P P |
| Bernsteinaldehyd + Formaldehyd P P P P P P P P P P P P |
| Glutaraldehyd + Phenol P P P P P P P P P P P P |
| Butyraldehyd + Glutaraldehyd P P P P P P P P P P P P |
| Formaldehyd + Acetaldehyd P P P P P P P P P P P P |
| Vergleichsversuch |
| Trägergas alleine F F F F F F F F F F F F |
| (keine Aldehyde) |
Beispiel 5 Es wurde eine weitere Gruppe von Versuchen in der in
Fig.4 gezeigten Vorrichtung ausgeführt. Da diese Versuche bei höheren Frequenzen
als im Falle der Beispiele 1-4 ausgeführt wurden, war die Mikrowellenglimmentladung
innerhalb eines Experimentierbehälters aus Polysulfon gleichförmiger. Der Gasplasmadruck
(2mm Quecksilber) war etwas höher als bei den vorhergehenden Versuchen, da Mikrowellenentladungen
bei einem niedrigen Druck (f 1mm Quecksilber) schwierig zu initiieren und aufrecht
zu erhalten sind als Gleichstrom- oder RF-Entladungen.
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Wegen der höheren Lebensdauer und Wirksamkeit von freien Radikalen
und ionisierten Spezies in einem Mikrowellengasplasma wurde die Kontaktzeit auf
10 min verringert. Der Kunststoffbehälter aus Polysulfon war gegenüber Mikrowellen
durchgängig und hatte die folgenden Abmessungen: 15 x 35 x 25 cm (Volumen 16,37
1). Die durchschnittliche Dichte der elektromagnetischen Energie innerhalb des resonierenden
Hohlraums von ungefähr 0,02 Watt/cm³ wurde auf die Nominalfrequenz von 2450 MHz
(o 25 MHz) abgestimmt. Die Gasströmungsgeschwindigkeit wurde zwischen 900 ml und
1000 ml/min eingestellt, was einen durchschnittlichen Aldehydgehalt von 18 mg/min
in der Plasmaphase entspricht. Während der 10 min dauernden Behandlung wurden ungefähr
18 ml einer jeden Aldehydlösung mit einer Konzentration von 2 Gew.-% verdampft.
Dies entspricht also grob zweimal der Menge, die tatsächlich bei der Reaktion im
Gasplasma anwesend ist.
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Aus den in der folgenden Tabelle 5 ersichtlichen Resultaten geht eine
Zunahme der sporiziden Wirkung hervor, wenn die elektromagnetische kontinuierliche
Gasplasmaentladung mit kleinen Mengen aromatischer, heterozyklischer, gesättigter
oder ungesättigter Aldehyde beimpft wird. Wenn Furfural verdampft wurde, dann war
die Konzentration dieses chemischen Stoffs im Sauerstoffgasstrom 0,0018 Gew.-%,
da dieser chemische Stoff in Luft eine niedrige Explosionsgrenze von 2,1 Vol.-%
aufweist.
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Die 2tige wäßrige Lösung wurde zu allen Zeiten während der
Verdampfung
unter den Entzündungspunkt in einem offenen Becher des betreffenden Aldehyds gehalten1
der ungefähr 68°C beträgt. Neben Benzaldehyd zeigten andere aromatische Aldehyde,
wie z.B. Thiophenaldehyd und Pyridin-2-aldehyd, das gleiche Verhalten.
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T a b e l l e 5
| Trägergas Sauerstoff Argon Stickstoff |
| Art des im Träger- |
| B.subtilis Cl.sporogenes B.subtilis Cl.sporogenes B.subtilis
Cl.sporogenes |
| gas verdampften |
| Aldehyds |
| LC LC LC LC LC LC |
| Formaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Acetaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Glyoxal PP PP PP PP PP PP |
| Malonaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Propionaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Bernsteinaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Butyraldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Glutaraldehyd PP PP PP PP PP PP |
| 2-Hydroxyadipaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Akrolein PP PP PP PP PP PP |
| Krotonaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Benzaldehyd PP PP PP PP PP PP |
| Furfural PP PP PP PP PP PP |
| Vergleichsversuch |
| Trägergas alleine FP FF FP FF FF FF |
| (ohne Aldehyd) |
Zusammenfassung Gemäß der Erfindung wird eine Sterilisation der
Oberflächen von Gegenständen dadurch erreicht, daß diese in einen kontinuierlichen
Strom eines Gasplasmas niedriger Temperatur und niedrigen Drucks eingebracht werden,
wobei das Gasplasma kleine Mengen ein oder mehrerer aromatischer, heterozyklischer,
gesättigter oder ungesättigter Aldehyde enthält. Das Gasplasma ist ein teilweise
ionisiertes Gas aus Ionen, Elektronen und neutralen Spezies, die durch elektromagnetische
Entladungen bei einem unteratmospärischem Druck im Bereich von 1 bis 300 000 Megahertz
erzeugt werden Die geringste durchschnittliche Energiedichte beträgt 0,001 Wat c/cm
. Das Gasplasma kann auch andere verdampfte tödliche Mittel enthalten. Im Gegensatz
zu den meisten Sterilisationsverfahren mit Gas ist dieses Verfahren sicher, gestattet
eine rasche Behandlung von wärmeempfindlichen Teilen, korrodiert die Vorrichtungen
nicht und läßt keine giftigen Rückstände zurück.
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L e e r s e i t e