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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf das allgemeine Gebiet der Sterilisation von Gegenständen und
Oberflächen
jeglicher Natur und Gestalt, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren
und verschiedene Vorrichtungen zur Plasmasterilisation, die bei
Raumtemperatur und Atmosphärendruck
funktionieren.
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STAND DER
TECHNIK
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Die Sterilisation entspricht einem
Niveau von recht genauer Qualität
im medizinischen und Nahrungsmittelbereich. Im medizinischen Bereich
bezeichnet sie die Zerstörung
aller Mikroorganismen, was in ihrem Wesen liegt. Gemäß der Europäischen Pharmacopöe kann ein
Gegenstand als steril bezeichnet werden, wenn die Wahrscheinlichkeit,
daß sich
auf ihm ein lebender Mikroorganismus befindet kleiner oder gleich
10–6 ist.
Die Sterilisationszeit ist die Zeit, die benötigt wird einen „normal
kontaminierten" Gegenstand,
das heißt
der 106 Bakteriensporen enthält, zu sterilisieren.
Somit entspricht die Sterilisation eines Gegenstandes einer Verringerung
der ursprünglich
auf diesem Gegenstand befindlichen Population von Bakteriensporen
von 106 auf 10–6 Sporen,
was einer logarithmischen Verringerung um 12 Dekaden entspricht.
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Es bestehen derzeit zahlreiche Verfahren,
welche es erlauben, Gegenstände
zu sterilisieren oder steril zu bewahren. Der Artikel von Philip
M. Schneider, erschienen im Tappi Journal, Vol. 77, Januar 1994
auf den Seiten 115 bis 119, vermittelt einen relativ ausführlichen Überblick
davon. Gleichwohl beschließt
Herr Schneider seine Worte mit der Feststellung, daß heutzutage
kein ideales Sterilisationsverfahren bei niedriger Temperatur (das
heißt,
bei weniger als 80 °C)
existiere, das heißt,
welches von großer
Leistung, schneller Wirkung und hoher Durchdringung sei, das weiterhin
nicht toxisch, mit verschiedenen Materialien, insbesondere organischen
Materialien, verträglich
wäre und
welches in einfacher Weise und mit geringen Kosten betrieben werden
könne.
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Des weiteren muß der sterile Zustand eines
Gegenstandes durch eine besondere Verpackung aufrechterhalten werden,
die mit dem verwendeten Sterilisationsverfahren verträglich (für das Sterilisationsmittel durchlässig) sein und
das Eindringen von Mikroorganismen während der Transport- und Lagerphasen
verhindern muß,
um die Sterilität
des Werkzeugs zur Zeit der nächsten
Verwendung zu gewährleisten.
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Die derzeitigen Sterilisationsverfahren
gründen
im Wesentlichen auf dem Effekt der Wärme oder der Wirkung von biozidischen
Gasen.
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Der Autoklav, welcher auf der Wirkung
feuchter Wärme
bei hoher Temperatur (wenigstens 121 °C) beruht, stellt das wirkungsvollste
und am günstigsten
zu betreibende Verfahren dar, jedoch erlaubt er die Sterilisation
der immer häufigeren
thermosensiblen Vorrichtungen, insbesondere auf medizinischem Gebiet,
nicht.
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Die Sterilisationsverfahren durch
Gase (Ethylenoxid, Formaldehyde, Wasserstoffperoxid) nutzen die biozidische
Eigenschaft eines Gases in einem Sterilisationsgehäuse und
erlauben eine Sterilisation bei niedriger Temperatur von thermosensiblen
Vorrichtungen. Jedoch weisen sie zahlreiche Nachteile auf:
die
Toxizität
der in Betracht kommenden Gase, die aufwendige Verwendungs- und Kontrollverfahren
erfordern; die Verpflichtung, in bestimmten Fällen (beispielsweise bei Kunststoffmaterialien)
eine Phase der Desorption des toxischen Gases nach der Sterilisationsphase
durchzuführen;
schließlich
die Dauer der Behandlung, die oft mehrere Stunden erfordert. Außerdem sollte
die beschränkte
Zerstörungswirkung
bei bestimmten Bakteriensporen (wie den Sporen von Bacillus stearothermophilus)
angemerkt werden.
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Überdies
besteht eine bekannte Verbesserung dieser Sterilisationsverfahren
durch biozidische Gase darin, daß die Behandlung bei niedrigem
Druck (einige Torr) durchgeführt
wird, was eine Begünstigung
der Gasdiffusion oder der Verdampfung einer zusätzlichen biozidischen Flüssigkeit
im gesamten Sterilisationsgehäuse
erlaubt. Ebenso können
diese Sterilisationsverfahren bei niedrigem Druck optimiert werden,
indem man Kreisläufe
schafft, die aus alternierenden Phasen der Verringerung oder Vergrößerung des
Drucks und Phasen der Plasmabehandlung bestehen, wie insbesondere
gezeigt in der Patentanmeldung FR2759590, eingereicht von der Gesellschaft
SA Microondes Energie Systemes.
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Ebenfalls sind Plasmasterilisationsverfahren
bei niedrigem Druck bekannt, die gegebenenfalls erlauben, die sterilisierenden
Wirkungen der biozidischen Gase bei niedrigem Druck mit der Bildung
in einem Plasma von reaktiven Produkten (Erzeugung von Radikalen
O. und OH., ionisierten
und/oder angeregten Produkten), ausgehend von einer Mischung biozidischer
Gase, wie etwa H2O2 oder
einer nichtbiozidischen Gasmischung (allgemein einfach O2, H2, H2O,
N2 oder ein Edelgas wie Argon), zu vereinen,
wobei der niedrige Druck außerdem
die Rekombination instabiler Produkte einschränkt. Die Niedrigdruckplasmen
regruppieren sich in der Mehrzahl der Fälle aus Mikrowellen- und Radiofrequenzplasmen.
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Die Plasmasterilisation kann im Raum,
wo das Plasma gebildet wird (Interelektrodenraum), sehr wirksam
sein, aber abgesehen davon, daß die
Sterilisationszone dann sehr klein ist (ungefähr einige cm Höhe), sind
die Plasmaeigenschaften in sehr starkem Maße abhängig von der Dielektrizitätskonstante,
der Natur und Gestalt des zu sterilisierenden Gegenstands. In diesem
Fall erschwert das Plasma eine wirklich homogene Behandlung auf
der gesamten Oberfläche
und wirkt stark korrosiv auf die zu sterilisierenden Gegenstände.
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Um ein solches Verfahren zu verbessern,
müssen
die Bereiche der Plasmaherstellung und der Behandlung getrennt werden
(die Sterilisation wird dann als durch Nachglimmen durchgeführt bezeichnet),
um eine zu große
Wechselwirkung zwischen dem Plasma und dem zu sterilisierenden Gegenstand,
der, wenn er im Interelektrodenraum angeordnet ist, naturgemäß eine Störung der
Feldlinien und einen Abbau der Gegenstandsoberfläche nach sich zieht, zu vermeiden.
Indessen ist festzustellen, daß die
Trennung des Bereichs zum Erzeugen von Plasma und des Bereichs zum
Sterilisieren in einem Niedrigdruckverfahren erleichtert wird, denn
die Lebensdauer der bei diesen Drücken (etwa 1 Torr) vom Plasma
gebildeten Radikale ist beträchtlich, was
ihnen das Erreichen der zu sterilisierenden Gegenstände erlaubt.
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Die Nachteile von Plasmasterilisationsverfahren
bei niedrigem Druck sind ungeachtet dessen noch zahlreich und schließlich denen
recht nahe, die bei alleiniger Gassterilisation auftreten: die hohen
Kosten des gesamten Systems, das ein widerstandsfähiges Vakuumgehäuse und
einen Plasmagenerator enthält; die Komplexität der diese
Verfahren ausführenden
Vorrichtungen, welche die möglichen
Anwendungen einschränkt;
die Erhöhung
der Behandlungszeit aufgrund der mit der Niedrigdruckbehandlung
verbundenen Verfahren (die Zeiten, die benötigt werden, das Gehäuse, oftmals
von großem
Volumen, unter Vakuum zu setzen und anschließend wieder unter Atmosphärendruck
zurückzuversetzen,
erhöhen
die Behandlungszeit); die Unfähigkeit
feuchte Gegenstände
zu sterilisieren und die Unverträglichkeit
gegenüber
bestimmten Materialien.
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Überdies
beruht ein anderes bekanntes Verfahren darauf, eine Ozonbehandlung
bei Atmosphärendruck
ausgehend von einer Vorrichtung auszuführen, die passend als "Ozoneur" bezeichnet wird.
Diese Behandlung ist mit einer Nachglimm-Plasmasterilisation verbunden,
wobei das Trägergas,
dort vom trockenen Typ, Sauerstoff enthält. Dennoch ist die biozidische
Wirkung von Ozon, welches vor allem zur Desinfektion von Wasser,
Abfällen
und Gas verwendet wird, im Bereich der Sterilisation ziemlich eingeschränkt. Zum
Erhalt besserer Leistungen muß man
im allgemeinen dem Ozon (O3) ein weiteres
Desinfektionsmittel hinzufügen
(zum Beispiel ClO2 zur Bildung von ClO3, welches eine bakterizide Wirkung in der
Gasphase aufweist). Ebenso kann eine Befeuchtung des ozonierten
Gases beim Austritt aus dem Ozoneur vorgenommen oder ganz einfach
die zu sterilisierenden Objekte befeuchtet werden, um die biozidische
Wirkung dieses ozonierten Gases zu erleichtern, wie in der Patentschrift
US5120512 (Masuda) veranschaulicht. Im Allgemeinen schränkt bei
den auf einfachen, nicht-biozidischen Gasen beruhenden Plasmaverfahren
die Trennung des Bereichs zum Erzeugen von Plasma und der Behandlungszone
die Wirksamkeit des Verfahrens ein, denn nur die Produkte von mittlerer
und langer Lebensdauer sind noch im Bereich des Gegenstands aktiv.
Weil nun aber diese Produkte weniger reaktiv als solche mit geringer
Lebensdauer sind, ist es erforderlich deren Konzentration und die
Behandlungsdauer zu erhöhen.
Beispielsweise ist bekannt, daß annähernd 3
Stunden Behandlung erforderlich sind, um die Sterilisation von Sporen
von Bacillus subtilis bei Feuchtigkeit mit einer Ozonkonzentration
von 1500 ppm zu erreichen. Ein solches Produktionsniveau bedingt
die Verwendung von komplexen Vorrichtungen, da die starke Ozonkonzentration
den irreversiblen Abbau der Oberflächen und Materialien der zu
sterilisierenden Objekte erhöht.
Außerdem
macht die Ozonproduktion in starker Konzentration, gemäß gesetzlicher
Richtlinien, die Maßnahme
einer besonders wirksamen Ozonvernichtungsvorrichtung des katalytischen
oder thermischen Typs am Auslaß des
Systems erforderlich.
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Das Dokument US-A-5693424 beschreibt
die Plasmasterilisation in einem mit Wasserdampf gefüllten Gehäuse bei
unteratmosphärischem
Druck.
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GEGENSTAND
UND KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist somit eine Plasmasterilisationsvorrichtung vorzuschlagen, die
ein Verfahren einsetzt, welches bei niedriger Temperatur (vorzugsweise
bei Raumtemperatur), bei einem Druck, der gleich oder im Wesentlichen
gleich dem Atmosphärendruck
ist und in einer offenen oder geschlossenen Umgebung abläuft, und
die überdies
die zahlreichen beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen ein Verfahren
zum Sterilisieren zumindest eines Gegenstands mittels Plasma mit
einem Druck, der dem Atmosphärendruck
gleich oder im Wesentlichen gleich ist, bei welchem:
- a) man den zu behandelnden Gegenstand oder die zu behandelnden
Gegenstände
in ein Behandlungsgehäuse
hinein verbringt, das im Wesentlichen Atmosphärendruck unterliegt,
- b) man in dieses Behandlungsgehäuse ein oder mehrere nicht-biozidische
Gasmischungen einbringt, von denen zumindest eine in sich Feuchtigkeit
aufgenommen hat,
- c) man ein Plasma erzeugt, wobei man ausgehend von einer der
Gasmischungen chemische Produkte herstellt, indem man mittels einer
Hochspannungsspeisung zwischen einer Hochspannungselektrode und
einer Massenelektrode eine elektrische Entladung hervorruft, wobei
sich diese beiden Elektroden in diesem Behandlungsgehäuse befinden,
- d) man die chemischen Produkte des Plasmas aus dem Zwischenelektrodenbereich
zur Oberfläche
des zu behandelnden Gegenstands oder der zu behandelnden Gegenstände leitet,
und
- e) man die Gasrückstände, die
von der Behandlung herrühren,
aus dem Behandlungsgehäuse
abführt.
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Folglich ist es mit diesem Betrieb
bei Atmosphärendruck
nicht mehr erforderlich, sich komplexer Vakuumvorrichtungen und
biozidischer Gase zu bedienen.
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Gemäß der in Betracht gezogenen
Ausführungsform
wird die Feuchtigkeit entweder direkt bei dem zu behandelnden Objekt
oder den zu behandelnden Objekten (1b und 1c) oder im Zwischenelektrodenbereich
(1a) zugeführt.
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Erfindungsgemäß enthält das Gasgemisch wenigstens
10% Sauerstoff und 10% Stickstoff. Es kann ebenso vorteilhafterweise
von der Außenluft
gebildet werden.
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Vorzugsweise liegt der relative Feuchtigkeitsgrad
im Bereich des zu behandelnden Gegenstands oder der zu behandelnden
Gegenstände
zwischen 50% und 100%, vorteilhafterweise über oder bei 90%.
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Nach der zugrundegelegten Ausführungsform
erfolgt der Schritt b) des Einbringens der Gasmischungen) in das
Behandlungsgehäuse
in kontinuierlicher oder intermittierender Weise und es wird eine
Steuerung des Durchsatzes der in das Behandlungsgehäuse eindringenden
Gasmischungen) vorgenommen. Ebenso kann dem Schritt c) der Erzeugung
des Plasmas ein Schritt der Zwangsumwälzung der Gasmischungen) im Behandlungsgehäuse vorangehen.
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Schritt d) des Leitens der chemischen
Produkte des Plasmas zur zu behandelnden Oberfläche erfolgt entweder mittels
der Verwendung von elektrischem Wind, der durch die Entladung zwischen
den beiden Elektroden erzeugt wird oder mittels der Erzeugung einer
erzwungenen Strömung
im Behandlungsgehäuse.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
die Vorrichtung, die dieses Verfahren einsetzt, welche umfaßt:
- – eine
erste Gasquelle, welche eine nicht-biozidische Gasmischung enthält,
- – zumindest
ein Behandlungsgehäuse,
welches Atmosphärendruck
unterworfen ist und zumindest einen Bereich zum Sterilisieren umfaßt, in welchem
sich der zu behandelnde Gegenstand oder die zu behandelnden Gegenstände befinden,
wobei dieses Gehäuse
ferner in zumindest einem Bereich zum Erzeugen von Plasma, der von
dem Bereich zum Sterilisieren verschieden ist, zumindest zwei Elektroden
umfaßt,
die mit einer Hochspannungsspeisung verbunden sind, um ein Plasma
zu erzeugen, welches mittels der Erzeugung einer elektrischen Entladung
zwischen diesen Elektroden ausgehend von der in den Bereich zum
Erzeugen von Plasma eingebrachten Gasmischung chemische Produkte
herstellt, wobei die chemischen Produkte des Plasmas aus dem Bereich
zum Erzeugen des Plasmas zur Oberfläche des zu behandelnden Gegenstands
oder der zu behandelnden Gegenstände
geleitet werden, und wobei die von der Behandlung herrührenden
Gasrückstände über eine
Ausgangsöffnung
dieses Gehäuses
zu einem Sammelsystem hin abgeführt
werden, und
- – eine
Befeuchtungskammer, die mit dem Ausgang einer zweiten Gasquelle
verbunden ist, um bei dem zu behandelnden Gegenstand oder den zu
behandelnden Gegenständen
einen bestimmten Feuchtigkeitsgrad aufrechtzuerhalten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
bilden die erste und zweite Gasquelle eine einzige Gasquelle. Der
Bereich zum Erzeugen von Plasma ist dann entweder über die
Befeuchtungskammer mit dieser einzigen Gasquelle verbunden oder
direkt mit dieser einzigen Gasquelle verbunden, wobei der Bereich
zum Sterilisieren über
die Befeuchtungskammer mit dieser einzigen Gasquelle verbunden ist.
Alternativ kann der Bereich zum Sterilisieren auch über die
Befeuchtungskammer mit der zweiten Gasquelle verbunden sein, wobei
der Bereich zum Erzeugen des Plasmas dann direkt mit der ersten
Gasquelle verbunden ist.
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Die Vorrichtung kann einen ersten
und zweiten Sensor für
die relative Feuchtigkeit umfassen, der sich am Eingang des Bereichs
zum Erzeugen des Plasmas, beziehungsweise des Bereichs zum Sterilisieren
befindet. Der zweite Sensor für
die Feuchtigkeit erweist sich als besonders nützlich, wenn die erste Gasquelle direkt
das Behandlungsgehäuse
versorgt (sprich ohne durch die Befeuchtungskammer zu strömen) und
kein Gas von konstanter Feuchtigkeit liefert.
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Die Elektroden werden durch zumindest
eine Elektrode mit großem
Krümmungsradius
und eine Elektrode mit kleinem Krümmungsradius gebildet, wobei
die eine eine Hochspannungselektrode und die andere eine Massenelektrode
ist. Vorzugsweise ist die eine oder die andere Elektrode, oder beide,
mit einer dielektrischen Beschichtung überzogen.
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Gemäß der in Betracht gezogenen
Anwendung ist die Elektrode mit kleinem Krümmungsradius eine metallische
Elektrode, die eine der folgenden Formen annehmen kann: Draht, Spitzen
oder Draht mit Spitzen, und die Elektrode mit großem Krümmungsradius
ist eine metallische Elektrode, die folgende Formen annehmen kann:
Draht, Ebene, Vollzylinder oder Gitter. In einem Ausführungsbeispiel,
das besonders der Sterilisation feiner Röhren angepaßt ist, wird die Hochspannungselektrode
von einem Draht gebildet, und die Massenelektrode wird aus einem
Gitterzylinder gebildet, der diesen Draht umgibt.
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Ebenso können die Elektroden als Netz
paralleler Elektroden installiert sein, wobei die Speisung der Elektroden
mit Hochspannung aufeinanderfolgend oder simultan erfolgt.
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Vorteilhafterweise können die
Elektroden Verbrauchselektroden sein.
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Die Hochspannungspeisung wird durch
einen Niederfrequenzgenerator gewährleistet, der eine Gleichspannung,
eine Rechteckspannung, alternativ oder in zeitlichen Pulsen, abgibt.
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In einer für die Vorrichtung besonders
in Betracht gezogenen Konfiguration, umfaßt diese mehrere Behandlungsgehäuse, wobei
jedes Behandlungsgehäuse
zumindest einen Bereich zum Erzeugen von Plasma umfaßt, der
fest oder auch nicht mit zumindest einem Bereich zum Sterilisieren
verbunden ist, wobei die Bereiche zum Erzeugen von Plasma mit einer
gemeinsamen zentralen Einheit verbunden sind, welche zumindest die
erste Quelle von nicht-biozidischem Gas, die Befeuchtungskammer,
das System zum Sammeln von Gasrückständen und
die Hochspannungsspeisung umfaßt.
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Vorteilhafterweise weist der Bereich
zum Sterilisieren eine Gestalt auf, die besonders an den zu sterilisierenden
Gegenstand oder die zu sterilisierenden Gegenstände angepaßt ist, um die Erzeugung von
chemischen Produkten, welche zum Sterilisieren erforderlich sind,
einzuschränken
und um die Strömungsgeschwindigkeit
und die Konzentration dieser chemischen Produkte um den Gegenstand
herum zu optimieren. Weiterhin kann der Bereich der Erzeugung von
Plasma in den zu behandelnden Gegenstand, von dem er einen Teil bildet,
integriert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das Behandlungsgehäuse
eine Box mit Standardform, welche den Bereich zum Erzeugen von Plasma
enthält,
wobei der Bereich zum Sterilisieren von einem entnehmbaren Träger gebildet
wird, der an den zu behandelnden Gegenstand oder die zu behandelnden
Gegenstände
spezifisch angepaßt
ist und in die Box eingebettet ist.
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Um eine homogene Behandlung aller
Teile eines Gegenstands unter Verminderung der Ausbreitungszeit
vom Bereich zum Erzeugen von Plasma auf die zu sterilisierenden
Oberflächen
zu erlauben, kann der Bereich zum Sterilisieren Ausbreitungsbereiche
von kleinem Querschnitt umfassen, die es erlauben, die von dem Bereich
zum Erzeugen von Plasma herkommenden chemischen Produkte zu verschiedenen
Teilen des zu behandelnden Gegenstands oder der zu behandelnden
Gegenstände
hin zu beschleunigen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Bereich zum Sterilisieren von dem Bereich zum Erzeugen von
Plasma getrennt und bildet ein unabhängiges Gehäuse.
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Ein oder mehrere Behandlungs- oder
Sterilisationsgehäuse
können
eine selbständige
wiederverwertbare Verpackung in Form eines Transportköfferchens
bilden, die es erlaubt den sterilen Zustand nach der Behandlung
zu bewahren, oder eine Wegwerfverpackung in Form eines weichen Beutels,
wobei der Bereich zum Sterilisieren durch Zerschneiden und gleichzeitiges
Versiegeln von bestimmten Teilen dieses Beutels in mehrere, nach
der Behandlung abgesonderte Bereiche getrennt sein kann. Vorzugsweise
befindet sich die Vorrichtung ganz oder teilweise in einem Faraday'schen Käfig.
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Vorteilhafterweise umfaßt die gemeinsame
zentrale Einheit Mittel zum Anzeigen und zum Steuern, die jedem
Sterilisationsgehäuse
zugeordnet sind, um eine individuelle Steuerung der Sterilisation
der Gegenstände,
die es enthält,
zu gewährleisten.
Ebenso umfaßt
sie Mittel zum Drucken, um ein Etikett zu drucken, auf dem für jedes
mit dieser zentralen Einheit verbundenen Sterilisationsgehäuse eine
Identifikationsnummer, welche für
jedes Gehäuse
spezifisch ist, aufgedruckt ist sowie das Behandlungsdatum und die
Parameter des durchgeführten
Sterilisationszyklus. Gleichfalls ist das Behandlungs- oder Sterilisationsgehäuse mit
einem elektronischen Etikett versehen, das es über einen entsprechenden Laser
der zentralen Einheit erlaubt, automatisch die Werte der Zuflußströmung und
des Regulierungsstroms, die für
den zu behandelnden Gegenstand oder die zu behandelnden Gegenstände angepaßt sind,
zu bestimmen und die zur Sterilisation dieser Gegenstände benötigte Zeit
zu berechnen. Dieses elektronische Etikett kann einen Geschwindigkeitssensor
zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Strömung der chemischen Produkte
des Plasmas im Gehäuse
sowie einen Sensor für
eine chemische Messung umfassen.
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Die große Flexibilität der Vorrichtung,
die zum Teil auf der Möglichkeit
beruht, die Zahl, die Gestalt und die Position von Bereichen zum
Erzeugen von Plasma in Abhängigkeit
des Volumens und der Gestaltung der zu behandelnden Gegenstände zu wählen, erlaubt
seine Verwendung zur Sterilisation diverser Gegenstände jeglicher
Gestalt und jeglicher Natur, insbesondere metallischer, zusammengesetzter
oder thermosensibler, wie zur Sterilisation von Verpackungsoberflächen, Produkten
oder Produktionsmitteln, zur Dekontamination innerer Oberflächen von
Klimaanlagen oder auch zur Desinfizierung von Umschließungs- oder Überführungsbereichen.
Ihre Verwendung ist insbesondere auf medizinischem, zahnmedizinischem,
Nahrungsmittel- oder pharmazeutischem Gebiet von Interesse.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Eigenschaften und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen besser aus der folgenden, die Erfindung
kennzeichnenden aber nicht einschränkenden Beschreibung hervor,
in Anbetracht der angefügten Zeichnungen
auf denen:
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1a ein
Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Plasmasterilisationsvorrichtung
darstellt,
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1b und 1c Prinzipschemen darstellen,
die zwei Ausführungsvarianten
der erfindungsgemäßen Plasmasterilisationsvorrichtung
veranschaulichen,
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2 ein
Prinzipschema eines in der Vorrichtung der 1 verwendeten Behandlungsgehäuses darstellt,
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3 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Plasmasterilisationsvorrichtung nach 1 veranschaulicht,
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4 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Behandlungsgehäuses
gemäß 2 zeigt,
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5 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Behandlungsgehäuses
gemäß 2 zeigt,
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6 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines Behandlungsgehäuses
gemäß 2 zeigt,
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6a eine
Teilansicht der 6 darstellt,
die eine bestimmte Anordnung von Elektroden veranschaulicht,
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7a und 7b ein viertes Ausführungsbeispiel
eines Behandlungsgehäuses
gemäß 2 zeigen und
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8 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Plasmasterilisationsvorrichtung nach 1 veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Sterilisation, das eine sporizide Wirksamkeit gegenüber Bakteriensporen
aufweist, die von der Europäischen Pharmakopöe als am
resistentesten erachtet werden: Bacillus subtilis und Bacillus stearothermophilus.
Das Verfahren verwendet eine gasförmige Mischung, die Sauerstoff und
Stickstoff beinhaltet, aus der ein Plasma niedriger Temperatur gebildet
wird, dessen chemischen Produkte eine sterilisierende Wirkung auf
den zu behandelnden Gegenstand in Anwesenheit von Feuchtigkeit aufweisen.
Der zu behandelnde Gegenstand befindet sich außerhalb des Raums, wo die Entladung
stattfindet und die Behandlung bei Atmosphärendruck abläuft.
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Das Plasma ist ein durch eine ausreichende
elektromagnetische Energiequelle teilaktiviertes Gas. Die im Plasma
gebildeten Produkte sind ionisierte (Moleküle oder Atome), neutrale (solche
wie die Radikale) oder angeregte Produkte. Die gasförmigen Produkte
weisen eine gesteigerte Reaktivität auf, die es ihnen erlaubt, mit
den Oberflächen
des zu sterilisierenden Gegenstands oder der zu sterilisierenden
Gegenstände
in Wechselwirkung zu treten und auf diese Weise die auf den Oberflächen befindlichen
Mikroorganismen zu zerstören. Bei
Atmosphärendruck
sind bei einem Plasma, welches aus einfachem, nicht-biozidischem
Gas gebildet wird, diejenigen Produkte am reaktivsten, welche die
geringste Lebensdauer aufweisen, wobei die Wirksamkeit in starkem
Maße abhängig ist
von der Entfernung des Bereichs zum Erzeugen von Plasma vom Gegenstand.
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Ein erstes Prinzipschema einer Vorrichtung
zur Plasmasterilisation, welches das erfindungsgemäße Verfahren
einsetzt, ist in 1a veranschaulicht.
Die Vorrichtung ist um ein Behandlungsgehäuse 10, welches in
zwei Bereiche getrennt ist, aufgebaut: einen Bereich zum Erzeugen
von Plasma 10a, in dessen Inneren ein Plasma durch Entladung
zwischen zwei Elektroden gebildet wird, und einen Bereich zum Sterilisieren 10b,
wo sich der zu behandelnde Gegenstand befindet. Die Entladung wird
durch eine nicht-biozidische
Gasmischung, die von einer Gasquelle 12 bereitgestellt
und mittels des Durchströmens
einer Befeuchtungskammer 14 befeuchtet wird, erzeugt. Das
Behandlungsgehäuse
kann, je nach der beabsichtigten Anwendung, vollständig geschlossen
(und dann luftdicht) oder nur teilweise geöffnet sein.
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Die Gasmischung enthält Sauerstoff
und Stickstoff und ihre Zusammensetzung kann in Abhängigkeit von
der Art des zu behandelnden Gegenstands variieren. Vom in der Mischung
enthaltenen Sauerstoffgehalt hängt die
Agressivität
der Mischung gegenüber
den die zu sterilisierenden Gegenstände bildenden Materialien ab.
Die Gasmischung muß im
Minimum 10 Sauerstoff und 10% Stickstoff enthalten, um
einen annehmbaren sporiziden Effekt zu gewährleisten. Vorteilhafterweise
kann die Mischung aus von einem Kompressor erhaltener Außenluft
bestehen. Der Grad relativer Feuchtigkeit im Bereich zum Sterilisieren,
das heißt
bei den zu behandelnden Gegenständen,
liegt zwischen 50% und 100%, vorteilhafterweise über oder bei 90%. Zur Verbesserung
der Behandlungszeit kann vorteilhafterweise die Temperatur der Sterilisationsvorrichtung
kontrolliert werden, wobei die maximale Temperatur 80 °C nicht überschreitet,
um bestimmte Arten von Gegenständen, wie
hitzeempfindliche Objekte, nicht zu beschädigen.
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Der Durchsatz bei Eintritt der Gasmischung
in das Behandlungsgehäuse 10 wird
in Abhängigkeit
von der Form und der Menge der zu sterilisierenden Gegenstände eingestellt
mittels einer Kontrollvorrichtung 16, welche am Ausgang
der Gasquelle 12 angeordnet ist und eine Kontrolle der
Strömungsgeschwindigkeit
und Konzentration des Gases erlaubt.
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Die elektrische Entladung bildet
in der Tat ein Plasma, das Produkte von variabler Lebensdauer erzeugt.
Um einen Nutzen aus den aktivsten Produkten (solchen mit geringer
Lebensdauer) ziehen zu können derweil
man sich außerhalb
der Entladung befindet, ist es erforderlich sich zu vergewissern,
daß die
Ausbreitungszeit zwischen dem Bereich zum Erzeugen von Plasma und
dem Gegenstand minimal ist, das heißt, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit
zwischen diesen beiden Bestandteilen maximal ist. Indessen haben
die von den Erfindern durchgeführten
Experimente gezeigt, daß,
wenn überdies
alles andere gleich blieb, die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Verfahrens
sich verringerte, wenn die Ortsgeschwindigkeit des Gases im Bereich
des zu behandelnden Gegenstands anstieg. Es ist daher ebenso erforderlich
eine Strömung
zwischen dem Bereich zum Erzeugen von Plasma und dem Bereich zum
Sterilisieren zu wählen,
die einen Kompromiß zwischen
der größtmöglichen
Ausbreitungsgeschwindigkeit und der kleinstmöglichen Ortsgeschwindigkeit
gewährleistet.
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Die Befeuchtungskammer 14 erlaubt
die Befeuchtung der Gasmischung bis zur Feuchtigkeitssättigung bei
normalen Temperatur- und Druckbedingungen.
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Die unmittelbare Befeuchtung der
Mischung erlaubt die Vereinfachung des Verfahrens, wobei die Gaszufuhr
eingeschränkt
und die Strömungen
erleichtert werden. Die relative Feuchtigkeit der befeuchteten Gasmischung
(dem Trägergas)
wird vor Eintritt in das Behandlungsgehäuse 10 durch einen
geeigneten Sensor 18a kontrolliert, der am Eingang des
Bereichs zum Erzeugen von Plasma 10a angebracht ist, wobei
der Wert der relativen Feuchtigkeit die zur Sterilisation benötigte Behandlungszeit
bedingt. Tatsächlich
konnten die von den Erfindern durchgeführten Untersuchungen zeigen,
daß je
beträchtlicher
die relative Feuchtigkeit im Bereich des Gegenstands, desto kürzer die
Sterilisationszeit ist (siehe insbesondere am Beispiel weiter vorn).
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Der Sterilisationszyklus kann mit
einer externen kontinuierlichen oder intermittierenden Gasumwälzung oder
ohne externe Gasumwälzung
stattfinden. Es ist indes notwendig, daß eine Gasumwälzung (natürlich oder
erzwungen) im Innern des Gehäuses
vorhanden ist, um die Produkte vom Bereich der Erzeugung von Plasma
dem Bereich zum Sterilisieren zuzuführen. Im ersten Fall wird der
Durchsatz der Gasmischung durch die Kontrollvorrichtung 16 während des
gesamten Sterilisationszyklus konstant gehalten, und die gasförmigen Überreste
(Abgase), die von der Entladung herrühren, werden am Ausgang des
Behandlungsgehäuses 10 durch
einen Gassensor 20 gemessen, um die gemäß den Vorschriften festgelegten
Grenzkonzentrationen nicht zu überschreiten
(folglich beträgt
beispielsweise im Fall von Ozon der Mittelwert der erlaubten Aussetzung
eines Arbeitsplatzes während
8 Stunden 0,1 ppm gemäß der Norm
der Occupational Safety Health Administration), bevor diese, wenn
nötig,
durch ein Rückgewinnungssystem 22 abgeführt werden.
Im zweiten Fall wird das Behandlungsgehäuse bei Atmosphärendruck
mit der Gasmischung gefüllt
und dann vor dem Sterilisationszyklus isoliert (die Kontrollvorrichtung 16 umfaßt zu diesem
Zweck insbesondere eine Isolationsschleuse), wobei die Behandlung
in einem nicht erneuerten Gas stattfindet. Am Ende des Sterilisationszyklus
wird die Atmosphäre
des Behandlungsgehäuses 10 mittels
des Durchfluß der
Gasmischung bevor sie geöffnet
wird, erneuert. Im dritten Fall kann der Sterilisationszyklus gegebenenfalls
eine Abfolge von Zwischenphasen der Umwälzung der Gasmischung und der
Erzeugung von Plasma umfassen.
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Der Gassensor 20, der am
Ausgang des Behandlungsgehäuses
angebracht ist, erlaubt mit Hilfe von Befehlsmitteln 24,
die beispielsweise im Bereich des Gehäuses angeordnet sind, in Echtzeit
den Sterilisationszyklus freizugeben und die Behandlungszeit gemäß des Gaspegels
im Gehäuse
und der Strömungsbedingungen
anzupassen. Die Befehlsmittel sind vorteilhafterweise auch an der
Kontrollvorrichtung 16 und am Sensor der relativen Feuchtigkeit 18a angeordnet,
um eine vollständig
automatische Kontrolle des Sterilisationszyklus sicherzustellen.
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Es ist zu bemerken, daß die Befeuchtung
des Gases, was wesentlich der Gewährleistung einer genügenden Feuchtigkeit
im Bereich des zu sterilisierenden Gegenstands dient, ebenso möglich ist,
indem, wie in den 1b und 1c veranschaulicht, der Bereich
zum Erzeugen von Plasma mit einem ersten nicht biozidischen Gas 12 (welches
wenigstens 10% Sauerstoff und 10% Stickstoff, vorteilhafterweise
Außenluft
enthält) und
der Bereich zum Sterilisieren mit einem zweiten nicht biozidischen
Gas 26 (vorteilhafterweise Außenluft) versorgt wird, aber
anschließend
befeuchtet wird (beim Durchfluß durch
den Befeuchter 14), so daß die Feuchtigkeit bei erforderlichem
Niveau (dann am Eingang des Bereichs zum Sterilisieren 10b durch
einen zweiten Feuchtigkeitssensor 18b gemessen, der am
Ausgang des Befeuchters angebracht wird) aufrechterhalten wird. Es
ist zu bemerken, daß der
erste Sensor 18a beim Eingang in den Bereich zum Erzeugen
von Plasma 10a beibehalten werden kann, insbesondere wenn
das erste Gas nicht mit konstanter Feuchtigkeit zugeführt wird (beispielsweise
wenn es sich um Außenluft
handelt). Die ersten und zweiten nicht biozidischen Gase können gleicher
(1 b) oder verschiedener
Natur (1c) sein. Selbstverständlich kann
auch eine Kontrollvorrichtung des Durchsatzes 28 beim Ausgang
der zweiten Gasquelle 26 angebracht sein.
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2 stellt
ein detaillierteres Prinzipschema des Behandlungsgehäuses 10 dar,
das aus einem Bereich zum Erzeugen von Plasma 30 und einem
Bereich zum Sterilisieren 32 gebildet wird. Die beiden
Bereiche sind gegebenenfalls durch ein Metallgitter 34 getrennt,
wobei der Bereich zum Sterilisieren eine geschlossene oder auch
offene Gestaltung im Fall der Behandlung von Oberflächen aufweisen
kann. Der zu behandelnde Gegenstand 50 wird auf eine Unterlage,
die das Zirkulieren des Sterilisationsmittels über seine gesamte Oberfläche gestatten
muß, im
Bereich zum Sterilisieren 32 gestellt, das heißt außerhalb
des Bereichs zum Erzeugen von Plasma (Zwischenelektrodenbereich 30 der
Erzeugung der Entladung).
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Im veranschaulichten Beispiel erfolgt
die Versorgung durch ein feuchtes Gasgemisch, und der Bereich zum
Erzeugen von Plasma umfaßt
einerseits eine Eintrittsöffnung
für die
Zufuhr des Trägergases
und andererseits zwei Elektroden, eine Hochspannungselektrode 36,
die von einem Hochspannungsgenerator niedriger Frequenz 38 gespeist
wird und eine Massenelektrode 40, die dazu bestimmt sind
zwischen sich eine elektrische Entladung, sprich "Koronarentladung", zu erzeugen. Die
Koronarentladung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden von sehr
unterschiedlichem Krümmungsradius
verwendet werden. Die Erhöhung
des elektrischen Feldes an der Elektrode mit kleinem Krümmungsradius
erlaubt es, die zum Auftreten der Entladung notwendige Spannung
zu senken, derweil eine Spannungsspeisung verwendet wird, die von
niedriger Frequenz sein kann. Eine der beiden Elektroden – mit kleinem
und großem
Krümmungsradius – kann mit
der Hochspannung verbunden sein, wobei die andere an der Masse angeschlossen
ist. Selbstverständlich
ist diese Anordnung der Elektroden in keiner Weise einschränkend und
die Elektroden können
ebenso in Form eines Netzes paralleler Elektroden auftreten, deren
Zahl und Anordnung von der Gestalt und Natur des zu sterilisierenden
Gegenstands abhängen.
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Die Elektrode mit kleinem Krümmungsradius 36 (auf
dem Schema mit der Hochspannung verbunden) ist metallisch, gegebenenfalls
von einem Dielektrikum überzogen
und kann in Form von Spitzen, eines Drahtes oder eines Drahtes mit
Spitzen vorliegen. Wenn das Volumen des Bereichs zum Sterilisieren
beträchtlich
ist (was von der Gestalt und der Anzahl der zu behandelnden Gegenstände abhängt) sind
die Elektroden vorteilhafterweise als Netz paralleler Elektroden
errichtet, wobei die Versorgung der Hochspannungselektroden dann in
simultaner oder aufeinanderfolgender Weise während der Sterilisationszeit
stattfinden kann. Die Elektrodenanzahl und ihre Länge werden
so festgelegt, daß die
Erzeugung sterilisierender chemischer Produkte ausreicht, um die
zur Sterilisation erforderliche Konzentration zu erhalten.
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Die sterilisierenden chemischen Produkte,
die durch die Koronarentladung im Zwischenelektrodenbereich erzeugt
werden, können
in den Bereich zum Sterilisieren entweder natürlicherweise durch den elektrischen
Wind, der durch die Entladung zwischen den beiden Elektroden gebildet
wird (und der von der Elektrode mit kleinem Krümmungsradius auf die Elektrode
mit großem
Krümmungsradius
gerichtet ist) oder durch die Erzeugung einer erzwungenen Strömung im
Behandlungsgehäuse
befördert
werden.
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Die sporizide Wirksamkeit, folglich
die Sterilisationszeit an einem gegebenen Ort des Behandlungsgehäuses (auch
Reaktor genannt) hängt
von der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der Lokalgeschwindigkeit
ab. Bei einer einfachen Strömung
mit konstanter Geschwindigkeit sind die beiden Werte gleich: es
existiert folglich ein Optimum der Geschwindigkeit (und des Durchsatzes),
was eine minimale Sterilisationszeit gewährleistet.
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Zur Sterilisation von Gehäusen großer Dimension
in einer vernünftigen
Zeit ist es von Interesse, die Strömung im Innern des Gehäuses so
vorzusehen, daß das
Gas während
der Ausbreitungsphase beschleunigt und es lokal im Bereich der zu
sterilisierenden Oberfläche
abgebremst wird. Auf diese Weise können die Ausbreitungsgeschwindigkeit
und die Ortsgeschwindigkeit in unabhängiger Weise optimiert werden,
um die Sterilisationszeit zu verringern.
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Die Elektrode mit großem Krümmungsradius 40 (auf
dem Schema mit der Masse verbunden) ist ebenfalls metallisch, gegebenenfalls
von einer dielektrischen Beschichtung überzogen, was erlaubt, den Übergang in
den Lichtbogen während
des Sterilisationszyklus zu verhindern. Entsprechend der Anwendungen
kann sie die Form einer Ebene, die Form eines Drahtes oder die Form
eines Vollzylinders oder ebenso Gitterform einnehmen, um die Strömung der
bei der Entladung erzeugten chemischen Produkte zu erleichtern.
Die variable Geometrie der Elektroden erlaubt somit verschiedene
Verwendungen des Verfahrens: beispielsweise sterilisierende Verpackung,
Sterilisation von Hohlräumen,
Oberflächendesinfektion.
Es sollte bemerkt werden, daß die Elektroden
sich im Lauf der Zeit durch die Entladung oxidieren, wobei der Bereich
zum Erzeugen von Plasma und/oder die Elektroden nach einem (im Falle
einer Einmalverwendung) oder mehreren Behandlungszyklen ersetzt
werden können.
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Die Eintrittsöffnung des Trägergases 42 ist
vorzugsweise neben den Elektroden 36 und 40 angeordnet,
um dessen Durchfluß durch
den Zwischenelektrodenbereich zu optimieren, wobei die Plasmaerzeugung auf
den Zwischenelektrodenbereich beschränkt ist. Eine Gasaustrittsöffnung 44 ist,
was den Bereich zum Sterilisieren 32 betrifft, unterhalb
des zu behandelnden Gegenstands angeordnet in Bezug auf die natürliche Strömungsrichtung
des Gases.
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Ferner, damit das System mit den
elektromagnetischen Kompatibilitätsnormen
vereinbar ist, wird der Bereich der Erzeugung von Plasma, in dessen
Innern die Entladung erfolgt, vorteilhafterweise durch einen Faraday'schen Käfig 46 gebildet,
um die durch die Entladung erzeugten Interferenzen einzuschränken.
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In Serie mit der Massenelektrode
oder mit der Hochspannungselektrode ist eine Strommeßvorrichtung 48 geschaltet,
in deren Bereich es möglich
ist, einen Entladungsstrom zu messen. Die Messung dieses Stroms erlaubt
es, den zur Errichtung der Entladung im Zwischenelektrodenbereich
erforderlichen Spannungswert einzustellen und zu kontrollieren.
Durch Messung des Stroms oberhalb und unterhalb der Entladung ist
es möglich,
zu überprüfen, daß der durch
die Quelle eingespeiste Strom ganz dem entspricht, welcher der Massenelektrode
zugeführt
wird (Fehlerstromschutz).
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Der Hochspannungsgenerator 38 ist
ein Generator niedriger Frequenz. Das Spannungssignal, das auf die
Elektrode 36 angewendet wird, kann gleichmäßig, als
Rechteckspannung, mit positivem oder negativem Vorzeichen, alternativ
oder auch in zeitlichen Pulsen vorliegen.
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Die Erzeugung verschiedener chemischer
Gasprodukte hängt
von den Entladungsverhältnissen
ab. Um hinsichtlich der Sterilisation wirksame Koronarentladungsverhältnisse
zu erhalten, muß das
Spannungssignal ein für
die Geometrie der Elektroden geeignetes Vorzeichen besitzen. Das
Spannungssignal ist vorzugsweise gleichmäßig positiv bei einer Hochspannungselektrode,
die eine oder mehrere Spitzen umfaßt. Es ist vorzugsweise gleichmäßig negativ
bei einer als Draht vorliegenden Hochspannungselektrode. Bei von
einem Dielektrikum überzogenen
Elektroden wird es vorzugsweise alternativ gewählt.
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Der zur Errichtung einer elektrischen
Entladung im Zwischenelektrodenbereich erforderliche Spannungswert
hängt vom
Durchmesser der Hochspannungselektrode und dem Abstand zwischen
den Elektroden ab. Beispielsweise wurde gemessen, daß bei Anlegen
einer positiven Gleichspannung von 12 kV auf einen Draht mit einem
Durchmesser von 0,125 mm, bei einem Abstand zwischen den Elektroden
von 10 mm, eine Koronarentladung erhalten wird, die einen Entladungsstrom
von 50 ☐A/cm liefert. Es ist zu bemerken, daß diese
elektrische Entladung nur während
eines Bruchteils des Sterilisationszyklus aufrechterhalten werden
kann.
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Bei einem gegebenen Hochspannungssignaltyp,
der durch seine Polarität,
seine Form und seine Frequenz definiert ist, hängen die Entladungsverhältnisse
und die Erzeugung chemischer Produkte gleichsam von der Stromstärke ab.
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Die effektive Impedanz der Entladung,
die das Verhältnis
zwischen Strom und Spannung bezeichnet, kann sich im Lauf der Zeit
wandeln. Die Regulation geschieht vorzugsweise bei konstantem Strom,
um dieselben Entladungsverhältnisse
und dieselbe Erzeugung chemischer Produkte aufrechtzuerhalten, zur
Gewährleistung
einer gleichbleibenden Sterilisationswirkung. Bei linearen Elektroden
sind die Entladungsverhältnisse und
die Erzeugung chemischer Produkte eine Funktion des Stroms pro Längeneinheit.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sterilisationsvorrichtung
wird in 3 veranschaulicht,
die eine modulare Anordnung mit einer Zentraleinheit, mit welcher
verschiedene Typen von Behandlungsgehäusen verbunden sind, zeigt.
Diese modulare Anordnung erlaubt eine Vielzahl von Konfigurationen
vorzuschlagen, die sich im Typ des verwendeten Gehäuses und
durch die Art und Weise, wie dieses Gehäuse mit der Zentraleinheit
verbunden ist, unterscheiden. Es ist folglich möglich, eine Reihe von Gehäusen vorzuschlagen,
die den Bedürfnissen
eines jeden Anwenders gemäß dem Typ
der zu sterilisierenden Gegenstände
angepaßt
sind.
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Erfindungsgemäß umfaßt die modulare Anordnung eine
gemeinsame Zentraleinheit, welche die Quelle der Gasmischung, die
Befeuchtungskammer und die Hochspannungsspeisung umfaßt. Die
Zentraleinheit 60 umfaßt
eine oder mehrere Gasausgänge
(zum Beispiel 62) und eine entsprechende Anzahl von Hochspannungsausgängen (zum
Beispiel 64), die ein oder mehrere Behandlungsgehäuse speisen,
wovon jedes einen Bereich zum Erzeugen von Plasma 68, 70, 72,
der dem Bereich zum Erzeugen von Plasma 30 entspricht,
umfaßt,
und ein sterilisierendes Gas an einen Bereich zum Sterilisieren 76, 78, 80 bereitstellt,
welcher dem Bereich zum Sterilisieren 32 entspricht, der
die Gegenstände
vor der Behandlung beinhaltet. Die Bereiche zum Erzeugen von Plasma
und zum Sterilisieren können
zwei unterschiedliche Bereiche desselben Gehäuses bilden (zum Beispiel die
Gehäuse 74 und 130)
oder sie können
jede ein separates Gehäuse
einnehmen, welche dann als Gehäuse
zum Erzeugen von Plasma (im Fall der Gehäuse 68, 70, 72)
oder Gehäuse
zum Sterilisieren (bei den Gehäusen 76, 78, 80)
bezeichnet werden. Vorteilhafterweise befindet sich die Gesamtvorrichtung ganz
oder teilweise in einem Faraday'schen
Käfig,
um die durch die Entladung gebildeten Interferenzen einzuschränken.
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Die modulare Anordnung erlaubt es,
in simultaner Weise oder nicht, eine Gesamtheit von Gehäusen, die
in Anzahl, Form und Volumen an die Gegenstände angepaßt sind, ausgehend von einer
einzigen Zentraleinheit, die eine oder mehrere Hochspannungsspeisungen
umfaßt
und von einem einzigen Gasleitungssystem (das die Versorgung und
Entsorgung gewährleistet),
die in der Zentraleinheit 60 enthalten sind, zu behandeln. Das
Gas wird nach der Behandlung schließlich durch eine oder mehrere
Gasentsorgungseingänge
(zum Beispiel 82) in die Zentraleinheit zurückgeführt.
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Die Mittel zum Anzeigen und zum Steuern 84, 86, 88, 90,
die auf der Zentraleinheit 60 bezüglich der entsprechenden Gehäuse, mit
denen sie verbunden sind, angeordnet sind, erlauben eine individuelle
Kontrolle jedes Gehäuses,
wobei das Ingangsetzen des Sterilisationszyklus und die Regulierung
der Behandlungszeit gewährleistet
werden, durch Steuern des angemessenen Wertes der Zuflußströmung und
des Regelstroms und gegebenenfalls durch Bestimmung der Zusammensetzung
der verwendeten Gasmischung. Das Nachvollziehen verschiedener Befehle
wird durch den Ausdruck eines gedruckten Etiketts 94 auf
einem in die Zentraleinheit 60 integrierten Drucker 96 gewährleistet.
Für jedes
Gehäuse,
das eine spezifische Identifikationsnummer trägt, ist es somit möglich auf
dem Etikett das Behandlungsdatum und die Parameter des Sterilisationszyklus,
insbesondere seine Dauer, anzugeben. Die Gehäuse können mit einem automatischen
Identifikationssystem versehen sein, dem beispielsweise Barcodes
oder elektronische Etiketten des Typs RFID (Radio Frequency IDentification)
oder des Typs IRC (InfraRed Communication) zugrunde liegen, das
es erlaubt, mittels eines entsprechenden Lesegeräts 98b der Zentraleinheit,
automatisch die geeigneten Werte der Zuflußströmung des Durchsatzes und des
Regelstroms zu bestimmen und die Sterilisationszeit zu berechnen.
Die Etiketten können
im Innern des Gehäuses
angebracht und vorteilhafterweise mit Sensoren versehen sein, die
es erlauben den Sterilisationszyklus zu kontrollieren, insbesondere
chemische Meßsensoren
beispielsweise zur Messung der Feuchtigkeit, von Ozon, des pH oder
des Stickstoffdioxidgehalts.
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Der Bereich zum Sterilisieren kann,
gemäß der Anforderungen
des Anwenders, von variabler oder standardisierter Gestalt sein.
Durch Anpassung von Gestalt und Volumen des Bereichs an die zu sterilisierenden
Gegenstände
ist es möglich,
die Zirkulation des Sterilisationsmittels (seine Strömungsgeschwindigkeit
und seine Konzentration) um die Gegenstände herum zu optimieren und
somit eine homogene Behandlung zu gewährleisten.
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Die 4 bis 7 veranschaulichen verschiedene
Beispiele der Gehäusekonfiguration.
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In 4 ist
das Gehäuse
zum Sterilisieren 76, 78 unabhängig vom Gehäuse zum
Erzeugen von Plasma 68, 70 ausgeführt. Sie
umfaßt
in einer Box 100, bei der ein hermetischer Verschluß beispielsweise
durch Sicherheitsclips 102, die auf einem Deckel 104 der
Box Halt finden, gewährleistet
werden kann, eine Auflageplatte 106 für die zu sterilisierenden Gegenstände, beispielsweise
eine Schere 108, ein Skalpell 110 und ein Messer 112.
Die Auflageplatte, die aus einem porösen Material geschaffen sein
kann, um die Zirkulation der sterilisierenden chemischen Produkte
zu erleichtern, teilt die Box in zwei übereinander liegende Bereiche
ein, einen höher
liegenden Bereich 114 und einen unteren Bereich 116,
in denen nach und nach die sterilisierenden Produkte zirkulieren.
Die Zirkulation wird durch Öffnungen,
die auf der Platte oder auf der Box vorhanden sind, ermöglicht und
deren Anordnung festgelegt ist, um eine Laminarströmung im
Bereich zum Sterilisieren zu gewährleisten.
Beispielsweise können
Durchflußöffnungen 118 der
chemischen Produkte an der Auflageplatte vorgesehen werden ebenso
wie Eintritts- 120 und Austrittsöffnungen 122 der sterilisierenden
chemischen Produkte an der Box, jeweils im höher gelegenen Bereich 114 und
unteren Bereich 116. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen
sind mit die Rückströmung verhindernden
Ventilklappen und/oder vorteilhafterweise mit antibakteriellen Filtern
ausgestattet, um die Dichtheit des Innenraums der Box nach der Behandlung
zu gewährleisten. Die
Dichtheit kann gleichermaßen
durch ein einfaches manuelles Verschlußsystem gewährleistet werden, welches beispielsweise
eine Schlauchklemme verwendet. Da das Verhältnis zwischen Durchsatz und
Geschwindigkeit eine Funktion des Füllpegels des Gehäuses ist,
ist es möglich,
die Strömungsgeschwindigkeit
im Gehäuse
nach der Befüllung
mittels eines Geschwindigkeitssensors, der innerhalb des Gehäuses angebracht
ist, zu messen, um den Durchsatz auf den Wert einzustellen, der
den Erhalt der gewünschten
Strömungsgeschwindigkeit
erlaubt. Der Sensor kann vorteilhafterweise eines der Bestandteile
der elektronischen Etiketten 98a bilden.
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Um den sterilen Charakter eines Gegenstandes
bis zu seiner Verwendung aufrecht zu erhalten, ist zu bemerken,
daß es
im Grunde erforderlich ist, den Gegenstand vor der Behandlung zu
verpacken. Die chemischen Produkte müssen dann ins Innere der Verpackung
diffundieren und nicht mit dieser in Wechselwirkung treten. Im Falle
der Hitzesterilisation diffundiert der Wasserdampf durch die Verpackung
hindurch ohne mit dieser in Wechselwirkung zu treten, aber im Falle
der Gassterilisation ist es im Grunde nötig, eine Verpackung von spezifischer
Zusammensetzung zu entwickeln, die nicht mit den chemischen Produkten
des Plasmas interagiert.
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Die Einfachheit der oben beschriebenen
modularen Anordnung erlaubt dieses Problem zu vermeiden, denn die
Box bildet natürlicherweise
eine sterile Verpackung, ist überdies
leicht tragbar und wieder verwendbar. Es versteht sich, daß sie nach
dem Sterilisationszyklus für
diese bakteriologische Schutzfunktion geschlossen bewahrt werden
muß (Verpackung).
Aber falls sie geöffnet
werden muß,
um die von ihr umschlossenen Gegenstände ganz oder teilweise zu
verwenden, ist es dann allerdings erforderlich einen neuen Sterilisationszyklus
einzuleiten, wobei die Box in die Zentraleinheit zurückgestellt
wird. Es ist weiterhin anzumerken, daß die Box auch eine mechanische
Schutzfunktion gewährleistet
(Transport- oder Lagerungsköfferchen).
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Kommen wir zu 3 zurück,
die gleichermaßen
zwei weitere mögliche
Anordnungen des Behandlungsgehäuses
zur Durchführung
einer Sterilisation von Gegenständen
zeigt. In jeder dieser Anordnungen befinden sich der Bereich zur
Erzeugung von Plasma (Erzeugung der Entladung) und der Bereich zum
Sterilisieren in demselben Gehäuse 74, 130,
das direkt von der Zentraleinheit 60 mit Trägergas und
Hochspannung gespeist wird. Es versteht sich, daß die Gehäuse einen oder mehrere Bereiche
zum Erzeugen von Plasma enthalten können.
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5 veranschaulicht
eine erstes Ausführungsbeispiel
eines solchen Gehäuses,
das zur allgemeinen Verwendung gebraucht werden kann. Das Gehäuse 74,
das die Verpackung nach der Behandlung bildet, umfaßt eine
Box standardisierter Form 186, die gegebenenfalls in verschiedener
Gestalt auftritt. Sie umfaßt
einen oder mehrere Bereiche zum Erzeugen von Plasma 188,
die direkt in die Box eingelassen sind, Anschlüsse für die Versorgung mit Gas 190, 192 und
Spannung 194 sowie ein elektronisches Etikett 98a.
Die Dichtheit der nach außen
führenden
Gasverbindungen kann wie in der vorherigen Ausführungsform gewährleistet
werden, jedoch kann ein einfacher Bakterienfilter, der die Luft
und die Feuchtigkeit durchläßt, ausreichend
sein. Der Filter muß nicht
mit den sterilisierenden chemischen Produkten verträglich sein,
da die Entladung in der Verpackung integriert ist.
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Im Innern der Box 186 wird
eine Auflagefläche 196 beherbergt,
die vom Bediener gemäß des zu
behandelnden Gegenstands oder der zu behandelnden Gegenstände gewählt wird.
Die Auflage erlaubt die Überführung eines
standardisierten Gehäuses
in ein Gehäuse,
das spezifisch an einen oder mehrere einzelne Gegenstände angepaßt ist.
Tatsächlich,
da die Anschlüsse
und das Dichtungssystem gänzlich
in der Box enthalten sind, kann die innere Auflage 196 von
sehr einfacher Art sein, direkt dem Volumen und der Gestalt des
zu behandelnden Gegenstands angepaßt, mit einer Geometrie, die
so definiert ist, die Strömung
zu optimieren, wobei eine maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit für eine minimale
Ortsgeschwindigkeit bei den zu behandelnden Gegenständen gewährleistet
wird. Sie umfaßt
ein Gitter 198, auf das der oder die Gegenstände gestellt
werden und Ausbreitungsbereiche kleinen Schnitts 200, die
sich in einer Doppelwand 202 der Auflagefläche befinden,
wobei eine Beschleunigung des Gases bis zu lokalen Gaseinspeisungen 204 ermöglicht wird, die
in den Bereich zum Sterilisieren 206 im Bereich verschiedener
Teile des zu behandelnden Gegenstandes oder der zu behandelnden
Gegenstände
so münden,
daß eine
Sterilisation auf allen Flächen
gewährleistet wird.
Die Ausscheidungen werden am Ende des Gehäuses mittels eines Durchgangs 208 zurückgewonnen und über Rückführungsbereiche 210,
die in der Doppelwand enthalten sind sowie über die Wiedergewinnungsöffnung 192 zum
Hauptversorgungsbereich des Gehäuses
zurückgeleitet.
Die Ausbreitung der chemischen Produkte zu den lokalen Einspeisungen
kann gleichermaßen
durch einfache Röhren
von angepaßtem
Durchmesser gewährleistet
werden. Das Gehäuse
ist natürlich
von einem Deckel 212 bedeckt, der durch die Klemmen 214 unter
hermetischem Verschluß gehalten
wird.
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Es muß bemerkt werden, daß die Auflagefläche 196 gleichermaßen im Gehäuse 100 verendet
werden kann, und daß umgekehrt
die Auflageplatte 106 dieses letzten Gehäuses im
Gehäuse 74 Verwendung
finden kann.
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Die 6 und 6a veranschaulichen ein zweites
Ausführungsbeispiel
eines Behandlungsgehäuses, das
spezifischer zur Sterilisation eines Endoskops angepaßt und mit
drei unabhängigen
Bereichen zum Erzeugen von Plasma ausgestattet ist.
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Das Behandlungsgehäuse 130 ist
durch eine besondere Elektrodengeometrie gekennzeichnet, die den
Bereich zum Erzeugen von Plasma bildet, welche gleichermaßen die
in-situ Erzeugung von sterilisierenden chemischen Produkten erlaubt.
In der Tat können
die inneren Bereiche von Gegenständen
bei herkömmlichen
Sterilisationstechniken Schwierigkeiten bei der Sterilisation bereiten,
wenn die aktiven Prinzipien diese schlecht erreichen können. Das
Problem ist insbesondere gegeben bei Hohlräumen oder dem Innern von Röhren, wie
zum Beispiel im Fall der Kanäle
von Endoskopen. Nun erlaubt aber das Sterilisationsverfahren der Erfindung,
das in perfekter Weise zur Sterilisation dieser Hohlräume verwendet
werden kann, gleichermaßen das
Problem des Zugangs zu diesen inneren Bereichen in einfacher Weise
zu lösen.
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Das Gehäuse 130 liegt in der
Form einer Box vor, die hermetisch verschlossen werden kann und
deren Innenraum (genau gesagt der Bereich zum Sterilisieren) gemäß der Gestalt
des zu behandelnden Gegenstands angeordnet ist. Folglich, im veranschaulichten
Beispiel, worin das Endoskop im Gehäuse flach zusammengelegt ist,
werden drei verschiedene Bereiche zum Erzeugen von Plasma beschrieben,
einer 132 im Bereich seines Kopfteils 134 und
zwei weitere 136, 138 sind regelmäßig entlang
der äußeren Oberfläche seines Kanals 140 verteilt.
Das Trägergas
wird von der Zentraleinheit 60 mittels wenigstens einer äußeren Verbindung 142 der
Box zugeführt
und auf die Bereiche zum Erzeugen von Plasma durch die inneren Leitungen 144, 146 beziehungsweise 148 verteilt.
Die Elektroden dieser Bereiche zum Erzeugen von Plasma sind insbesondere durch
die Verbindungen 150, 152 mit einem ersten externen
Hochspannungsverbindungsstück 154 verbunden,
das in Verbindung mit einem ersten entsprechenden kompatiblen Verbindungsstück 158a der
gemeinsamen Zentraleinheit 60 steht. Eine Verbindung 160 erlaubt
die Ableitung des Gases nach der Behandlung hin zur Zentraleinheit.
Zur Sterilisation der inneren Oberfläche des Endoskopkanals ist
weiterhin ein System von spezifischen Drahtelektroden vorgesehen
(siehe 6a). Die Hochspannungselektrode 162,
die durch ein zweites Verbindungsstück 156, das ebenfalls
mit einem Verbindungsstück
der Zentraleinheit 158b verknüpft ist, kann in der Form eines
Drahtes ausgeführt
sein, welcher gegebenenfalls Spitzen umfaßt und der entlang der Längsachse
des Kanals angeordnet ist, und die Massenelektrode besteht vorteilhafterweise
aus einem Gitterzylinder, welcher um die Hochspannungselektrode
herum angeordnet ist. Eine Konfiguration mit zwei Drahtelektroden,
die als Bündel
gestaltet sind, ist ebenso vorstellbar. In allen Fällen müssen die
Drahtelektroden, aus Gründen
der Stabilität
der Entladung, von einer Isolierung umhüllt sein, wie dies beispielsweise
bei einem emaillierten Draht der Fall ist. Das Elektrodensystem
wird in den Endoskopkanal vor Beginn des Sterilisationszyklus eingeführt. Jedoch
kann es in bestimmten Fällen
bevorzugt werden, die Entladungselektroden (die gegebenenfalls austauschbar
sind) direkt in den zu behandelnden Gegenstand einzulassen. In der
Tat ist es vollkommen vorstellbar, daß der Bereich zum Erzeugen
von Plasma in den zu behandelnden Gegenstand schon bei dessen Entwurf
integriert ist und somit einen Teil dessen darstellt. Die Abführung von
Abgasen aus dem Bereich zum Sterilisieren 166 kann vom
Verbindungsstück 159 gleichermaßen durch
die Verbindung 160 erfolgen. Wie im vorhergehenden Beispiel
sind Gegenstromventile und/oder antibakteriellen Filter an den Schnittstellen
der Box 130 vorgesehen, um deren Dichtheit nach Abkoppelung
von der gemeinsamen Zentraleinheit 60 zu gewährleisten.
Eine individuelle Kontrolle der Box wird durch ein Anzeige- und
Steuermittel 92, das auf der Zentraleinheit angeordnet
ist, gewährleistet.
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Die Ausführungsformen des vorstehend
vorgeschlagenen Gehäuses
verwenden das Sterilisationsgehäuse
als Verpackung des zu behandelnden Gegenstands oder der zu behandelnden
Gegenstände.
Bei Verwendung eines Gegenstands, der die vollständige Öffnung des Gehäuses nötig macht,
müssen
alle Gegenstände,
selbst solche, die nicht gebraucht werden, vor der nächsten Verwendung
von neuem sterilisiert werden.
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Die 7a und 7b schlagen noch eine weitere
Anordnung des Behandlungsgehäuses
vor, welche dem Problem entspricht, das angesichts der Gegenstände aufgeworfen
wird, die gleichzeitig sterilisiert, aber getrennt verwendet werden.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel
wird das Behandlungsgehäuse
ganz oder teilweise aus einem weichen Material ausgeführt, das
eine individuelle Versiegelung nach der Behandlung erlaubt. Diese
Versiegelung erlaubt es, die im Gehäuse enthaltenen Gegenstände nach
der Sterilisation ohne das Risiko der Kontamination zu trennen und
die verschiedenen Gegenstände
tatsächlich
getrennt zu verwenden.
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[0083] In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Gehäuse
ein Beutel 220, der wenigstens eine durchsichtige Seite
und eine Öffnung
umfaßt,
um die verschiedenen Gegenstände
einführen
zu können.
Das Material des Beutels wird so gewählt, um die Tätigkeiten
des Aufschneidens und Versiegelns gleichzeitig zu erlauben, beispielsweise
durch Verschweißen
oder jedes andere entsprechende Verfahren. Die Gestalt und die Form
des Beutels werden durch den Bediener gemäß dessen Anforderungen bestimmt.
Der Beutel enthält eine
Plasmaquelle 222 am einen Ende und einen Ausführstutzen 224 am
anderen. Die Plasmaquelle und der Ausführstutzen können durch den Bediener auf
dem Beutel versiegelt, oder bei seinem Entwurf direkt in den Beutel
integriert werden. Nach der Ablage der zu behandelnden Gegenstände 226, 228, 230 wird
der Beutel an seinen Enden so versiegelt, daß die Dichtheit gegenüber dem Äußeren gewährleistet
ist, indem die Zirkulation des Gases von einem Ende des Gehäuses zum
anderen ermöglicht
wird. Diese Zirkulation kann erleichtert werden, derweil entweder
der Beutel einem leichten Unterdruck ausgesetzt wird, um ihn aufzublasen
oder unter Ausnutzung der Gestalt der Plasmaquelle oder des Verbindungsstutzens,
um ihn auszubreiten. Die Plasmaquelle und der Ausführstutzen
sind mit der Zentraleinheit 60 durch die Verbindungen 142 beziehungsweise 160 verknüpft. Eine
elektrische Leitung 158 gewährleistet die Versorgung der
Plasmaquelle mit Hochspannung.
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Nach dem Sterilisationszyklus ermöglicht eine
Versiegelungsgerät 232 die
Gegenstände
in einzelnen sterilen Säckchen 234, 236, 238 voneinander
und von der Quelle und dem Ausführstutzen
zu isolieren (siehe 7b).
Diese Tätigkeit
findet ohne Kontaminationsrisisko von außen statt. Die erreichte Isolierung
zwischen den Gegenständen
ermöglicht
eine getrennte Verwendung der verschiedenen Gegenstände. Die
Plasmaquelle und der Stutzen können
nach der Behandlung verworfen oder wiederaufbereitet werden. Dieses
Prinzip kann gleichermaßen
bei starren Gehäusen
Verwendung finden, indem in einen Beutel verschiedene Gehäuse eingebracht
werden, wobei der Beutel am Ende der Sterilisation die Funktion
des Deckels übernimmt.
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Schließlich ist zu bemerken, daß, in einer
nicht dargestellten Grundanordnung, alle zur Sterilisation notwendigen
Bestandteile (Trägergasquelle,
Befeuchter, Elektroden, Hochspannungsversorgung) ebenso wie das
Behandlungsgehäuse,
welches ein oder mehrere gleichzeitig zu behandelnde Gegenstände enthalten kann,
selbstverständlich
in einem einzigen geschlossenen Modul oder Gehäuse angeordnet sein können.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Plasmasterilisationsvorrichtung
ist in 8 veranschaulicht.
Es bezieht sich insbesondere auf die Desinfektion von Oberflächen. In
der Tat erlaubt das Verfahren der Erfindung den Entwurf einer Vorrichtung
zur Oberflächendesinfektion
mit Außenluft,
das beispielsweise zur Desinfektion von Böden verwendet werden kann.
Die zur Desinfektion benötigte
Zeit ist viel kürzer
als die, welche bei einer Sterilisation benötigt wird und erlaubt so die
Entwicklung eines Oberflächenbehandlungssystems
durch Verlagerung des Bereichs zum Erzeugen von Plasma. In diesem
Fall gewährleistet
die Behandlung eine forcierte Desinfektion gegenüber allen Mikroorganismen (Bakterien,
Hefen, Schimmel und Milben), und sie kann in eine Reinigungsvorrichtung
einbezogen sein, denn die zu behandelnden Gegenstände müssen vor
der Sterilisationsbehandlung nicht getrocknet werden.
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In einer solchen Oberflächendesinfektionsvorrichtung
wird der Bereich zum Sterilisieren nicht von einem geschlossenen
Gehäuse
gebildet, sondern durch einen freien Bereich direkt unterhalb des
Bereichs zum Erzeugen von Plasma. Tatsächlich stellt sich die Vorrichtung
in Form einer Bürste 168 dar,
mit einer Lüftungszufuhr 170,
die auf dem Bürstenkörper 172 befestigt
ist, welcher ein Schutzgehäuse
für die
verschiedenen zum Erzeugen von Plasma notwendigen Bestandteile darstellt.
Insbesondere kann das Elektrodensystem mit der Hochspannungseektrode 174 und
der Massenelektrode aus einem einfachen metallischen Gitter 176 bestehen.
Die Elektroden haben dieselben Eigenschaften wie diejenigen, die
im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wurden, wobei die Hochspannungselektrode beispielsweise
in Form von Spitzen, eines Drahtes oder als Draht mit Spitzen ausgeführt sein
kann. Gleichwohl ist die Hochspannungselektrode 174 hier,
aus Wirksamkeitsgründen,
plattiert und bildet somit einen Bimetallstreifen, der gegebenenfalls
Spitzen umfaßt,
in deren Mitte die Zufuhr der Gasmischung erfolgt. Durch diese spezifische
Struktur bildet das Elektrodensystem folglich zwei Plasmavorhänge im Zwischenelektrodenbereich.
Selbstverständlich
kann das Elektrodensystem bei größeren Vorrichtungen
mehrmals in paralleler Anordnung vervielfältigt sein. Die Speisung der
Elektroden wird vorteilhafterweise von einer oder mehreren Batterien 178 bewirkt,
die in den Bürstenkörper 172 integriert sind.
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In dieser Ausführungsform besteht das Gasgemisch
einfach aus Außenluft,
die in den Bürstenkörper durch
einen Außenlufteintritt 180 eingeführt und
dann in einem Wassertank 182 befeuchtet wird. Ein gegebenenfalls
mit einer Filtervorrichtung versehener Luftkompressor kann sich
unter Umständen
direkt hinter dem Lufteintritt vor dem Wassertank befinden.
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Das Funktionsprinzip dieser Bürste 168 ist
analog zu dem, welches die vorhergehenden Gehäuse leitet. Die von befeuchteter
Luft gebildete Gasmischung wird zwischen den Elektroden zu Plasma
transformiert, und die durch die Koronarentladung im Zwischenelektrodenbereich
erzeugten chemischen Produkte werden einerseits durch den elektrischen
Wind, der von der Elektrode mit kleinem Krümmungsradius (Bimetallstreifen der Hochspannungselektrode)
zur Elektrode mit großem
Krümmungsradius
(Gitter der Massenelektrode) gerichtet ist und andererseits durch
eine Zwangsumlüftung
zur zu desinfizierenden Oberfläche,
die sich unterhalb der Massenelektrode befindet, befördert. Es
findet so eine Desinfektion der Oberfläche statt, wobei die Gasableitung
natürlicherweise
durch das Gitter 176 erfolgt. Die Desinfektionsvorrichtung
kann ein Rollensystem (nicht dargestellt) umfassen, um die gesamte
betrachtete Oberfläche
zu durchlaufen.
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Es ist zu bemerken, daß die Zirkulation
des Trägergases
gleichmäßig im Elektrodensystem
verteilt werden muß und
insbesondere zwischen den beiden Hochspannungselektroden, um die
Erneuerung der Luft zu begünstigen
und den Durchfluß des
Trägergases
durch die beiden Plasmavorhänge
zu erzwingen.
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Das folgende Beispiel ermöglicht die
Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Plsmasterilisationsverfahrens
besser zu würdigen,
dessen sterilisierende Wirkung nach der Zusammensetzung des Trägergases
und nach der Art der Bakteriensporen verglichen wird.
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Die Versuche wurden mit biologischen
Indikatoren durchgeführt,
die gegen die Gassterilisation besonders resistente Mikroorganismen
enthielten. Es handelt sich um Sporen von Bacillus subtilis (entstammen
der Sammlung des Instituts Pasteur, CIP77.18) und von Bacillus stearothermophilus
(entstammen der Sammlung des Instituts Pasteur, CIP52.81), die auf
Glaslamellen inokuliert wurden. Jede Probe enthält 106 Bazillensporen.
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Jeder biologische Indikator wird
in den Bereich zum Sterilisieren eingebracht und einem Behandlungszyklus
unterworfen. Während
der Behandlung ist der Durchsatz der Gasmischung 0,2 Liter/mn in
einem Behandlungsbereich von 0,5 Litern bei Atmosphärendruck
und Raumtemperatur.
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Die Hochspannungselektrode ist eine
Stahlklinge von 5 cm Länge,
die Spitzen über
die gesamte Länge
trägt.
Die Massenelektrode ist eine Stahlscheibe von 5 cm Durchmesser.
Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 10 mm. Die Koronarentladung
wird durch Anlegen einer positiven Gleichspannung von 11 kV an die
Hochspannungselektrode erwirkt.
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Nachdem die biologischen Indikatoren
einem Behandlungszyklus von 20 Minuten ausgesetzt wurden, werden
sie in steriler Weise auf ein Nährmedium überführt. Die
biologischen Indikatoren, die Bacillus subtilis Sporen enthalten,
werden bei 37 °C
für 15
Stunden inkubiert. Die biologischen Indikatoren, die Bacillus stearothermophilus
Sporen enthalten, werden bei 56 °C
für 30
Stunden inkubiert.
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Es ist deutlich zu bemerken, daß das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere wirksam ist, wenn das Trägergas eine hohe relative Feuchtigkeit
enthält.
Im Gegensatz dazu ist bei einem klassischen Verfahren unter Verwendung
von Edelgas wie etwa Argon die Wirkung auf die Sporen von Bacillus
subtilis relativ gering und sogar sehr gering auf die Sporen von
Bacillus stearothermophilus, was kein für eine Sterilisation genügendes Qualitätsniveau
zu erhalten gestattet.
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Somit betrifft die Erfindung ein
Nachglimm-Plasmasterilisationsverfahren bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck
(oder einem Druck nahe Atmosphärendruck)
mittels einer Koronarentladung, welche in einer nichtbiozidischen
Gasmischung, die Sauerstoff und Stickstoff enthält und in Gegenwart von Feuchtigkeit
errichtet wird. Das Verfahren weist eine sporizide Wirkung auf Sporen
von Bacillus subtilis wie auch von Bacillus sterothermophilus auf
und zwar in weniger als einer Stunde. Das Verfahren erlaubt des
weiteren die Sterilisation von Gegenständen und Oberflächen, die
gemäß Gestalt
und Natur metallisch, zusammengesetzt und hitzeempfindlich sind.
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Die Plasmasterilisation durch Koronarentladung
scheint eine innovative Technik zu sein, die bei Raumtemperatur,
in einem Gas bei Atmosphärendruck
und ohne toxische Überreste
verwendet werden kann. Das so beschriebene Verfahren ist zugleich
von einfachem Entwurf, denn das Gehäuse muß keinen bedeutenden Druckunterschieden
standhalten, das System zur Versorgung mit Hochspannung ist von
niedriger Frequenz und das Gasversorgungssystem ist vereinfacht,
und leicht anzuwenden, denn es müssen
keine chemischen Produkte vor und nach dem Sterilisationszyklus
manipuliert werden und die Risiken der Umweltbelastung sind begrenzt.
Es weist weiterhin geringe Herstellungskosten auf durch das Zurückgreifen
auf gasförmige
Atmosphären
und einfache Elektrodenstrukturen.
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Die vorgeschlagenen Anwendungen betreffen
hauptsächlich
den medizinischen Bereich, aber das Verfahren kann auf einige weitere
industrielle Anwendungen ausgeweitet werden, beispielsweise in den
Bereichen Nahrungsmittel- oder Pharmaindustrie. Die große Flexibilität der Vorrichtung
gestattet des weiteren die Sterilisation von Oberflächen von
Verpackungen, Produkten oder Produktionsmitteln, die Desinfektion
von Umschließungsbereichen
oder Überführungsbereichen.
Die Vorrichtung kann auch zur Dekontamination innerer Oberflächen von
Klimaanlagen Verwendung finden.
