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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sterilisieren des Inneren
einer Kammer unter Verwendung entweder eines Zweikomponenten- oder
eines Vielkomponenten-Dampfs, wobei eine Komponente davon Wasser ist.
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Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten
zum Sterilisieren des Inneren einer Kammer einschließlich ihres
Inhalts in der pharmazeutischen, biotechnologischen und Nahrungsmittelindustrie
sowie in der Medizin. Eine Reihe von Verbindungen werden als Sterilisierungsmittel
eingesetzt, und davon sind einige nur teilweise effektiv und andere
haben schwerwiegende Nebenwirkungen, weil sie toxisch oder korrodierend
sind oder andere Umweltschäden hervorrufen
können.
Formaldehyd wird seit langem als billiges und recht effektives Sterilisierungsmittel verwendet,
aber Zweifel hinsichtlich seiner Sicherheit und Stabilität in bezug
auf die Umwelt können
den fortgesetzten Einsatz möglicherweise
verhindern. Wasserstoffperoxid ist eine einfache und billige Verbindung
mit guten Sterilisierungseigenschaften. Sein Hauptvorteil ist, daß es zu
Wasser und Sauerstoff abgebaut werden kann, die vollständig unschädliche Produkte
sind. In der Dampfphase kann Wasserstoffperoxid dazu dienen, große Arbeitsbereiche
von Sicherheitsschränken
bis zu Reinräumen
zu behandeln. Eine ausschließliche
Gasphase-Sterilisierung wirkt
nicht auf tiefe Kontaminierungsschichten, und als Vorstufe zu einer
Gasphase-Sterilisierung sind gute Reinigungsvorgänge notwendig.
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Wasserstoffperoxid-Gassterilisierungs-
und -Dekontaminierungssysteme sind entwickelt worden, um Kondensierung
zu vermeiden, und somit sind sowohl Durchfluß- als auch Umwälzsysteme
so organisiert worden, daß die
Dampfkonzentrationen insbesondere von Wasser unterhalb des Taupunkts
gehalten werden. Beispiele solcher Systeme sind in EP-A-0486623B1,
GB-B-2217619, WO-A-89/06140 und GB-A-2308066 beschrieben.
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Neuere Arbeiten haben gezeigt, daß für die rasche
Oberflächensterilisierung
und Dekontaminierung in Räumen
und kleineren Kammern oder Isoliereinheiten die Kondensierung eines
Gemischs aus Dämpfen
eines gasförmigen
Dekontaminierungsmittels wie etwa Wasserstoffperoxid und Wasser
ausschlaggebend ist. Man nimmt heute an, daß die gasförmige Oberflächensterilisierung
unter Anwendung von Wasserstoffperoxid ein Kondensationsprozeß ist, und
daher erscheint es sinnvoll, den Prozeß zu untersuchen, um zu erkennen,
wie er optimiert werden kann, so daß der Kondensationsprozeß vorteilhaft
genutzt werden kann. Diese Erkenntnis kann dann nicht nur bei dem
Sterilisierungsverfahren unter Einsatz von Wasserstoffperoxidgas
angewandt werden, sondern auch bei anderen Gemischen von Sterilisierungsgasen,
deren Wirksamkeit auf der Kondensation beruht.
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Bei der in EP-A-0 486 623 B1 beschriebenen Vorrichtung
wird das Luft-/Gasgemisch durch die zu sterilisierende dicht verschlossene
Kammer und dann durch die Vorrichtung umgewälzt, um das Gasgemisch zu erzeugen
und zu steuern. Das zu der Vorrichtung zurückkehrende Gas wird von jeglichem Wasserstoffperoxid
befreit und außerdem
getrocknet, bevor weiterer Wasserdampf und Wasserstoffperoxidgas
hinzugefügt
werden. Dieser Reinigungs- und Trocknungsvorgang ist wahrscheinlich
mit Verschwendung verbunden, da die aus dem zirkulierenden Gas entfernten
Dämpfe
ersetzt werden müssen, damit
in der hermetischen Kammer eine Kondensation erfolgen kann. Einen
Grund für
das Entfernen dieser Dämpfe
könnte
es nur geben, wenn die Konzentration des Wasserstoffperoxidgases
aufgrund von Zersetzung verringert worden wäre.
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Man weiß heute, daß die Zersetzung der Dampfphase
nicht bei Raumtemperaturen stattfindet, sondern daß eine solche
homogene Zersetzung nur bei höheren
Temperaturen geschieht, wie in dem Dokument "HYDROGEN PEROXIDE", CHARLES N. SATTERFIELD und RALPH L.
WENTWORTH, veröffentlicht
in AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, MONOGRAPH SERIES, WALTER C. SCHUMB,
Catalog Card Number 55-7807, Chapter 8, berichtet wird. Die Zersetzung
geschieht jedoch an Oberflächen,
die katalytisch sind, dabei handelt es sich jedoch anscheinend um
sehr kleine Mengen. Bisher hat kein Beobachter einen meßbare Zunahme
der Sauerstoffkonzentration beobachtet, und die gemessenen Wasserstoffperoxid-Gaskonzentrationen
stimmen weitgehend mit den Sattdampfdrücken der ursprünglichen wäßrigen Lösung überein,
die in den Luftstrom hinein verdampft wird. Alle Anzeichen weisen
somit darauf hin, daß die
Menge der Dampfphasenzersetzung von Wasserstoffperoxid sehr gering
ist.
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Da dieser Sterilisierungsprozeß auf der
Kondensation des Wasserstoffperoxiddampfs basiert, ist also der
kritischste Parameter die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der diese Kondensation
erreicht werden kann. Die zur Kondensation innerhalb der hermetischen
Umschließung
verfügbare
Menge an Wasserstoffperoxiddampf hängt von der der Kammer zugeführten Dampfkonzentration
und der die Kammer verlassenden Konzentration ab. Die Differenz zwischen
diesen beiden Mengen ist die Wasserstoffperoxidmenge, die zur Bildung
einer Kondensationsschicht verfügbar
ist.
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Die maximale Dampfkonzentration,
die der Kammer zugeführt
werden kann, hängt
von der Temperatur des in die Kammer eingeleiteten Gasstroms, der
Konzentration der in den Gasstrom verdampften wäßrigen Sterilisierungslösung und
dem Gesamtwassergehalt des Gases ab. Das Trägergas, normalerweise Luft,
das zum Transport der sterilisierenden Dämpfe durch das gesamte System
verwendet wird, ist auch nach Durchlauf durch das Trocknungssystem
niemals vollkommen trocken. Dieses zusätzliche Wasser im Trägergas verdünnt das
Wasserstoffperoxid geringfügig,
und dieses zusätzliche
Wasser verringert die Wasserstoffperoxidmenge, die von dem Gas transportiert
werden kann. Die Konzentration des aus der hermetischen Kammer austretenden Dampfs,
nachdem stabile Bedingungen erreicht worden sind, ist durch den
Sattdampfdruck für
die Bedingungen am Auslaß der
hermetischen Kammer bestimmt. Wenn also davon ausgegangen wird,
daß nur eine
unwesentliche Zersetzung stattfindet, hängt die Kondensationsrate von
der Konzentration der der Kammer zugeführten Gase und der Temperatur
der die Kammer verlassenden Gase ab.
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Im allgemeinen gibt es zwei Faktoren,
die bei der Betrachtung eines Gasphase-Oberflächensterilisierungsprozesses
wichtig sind. Der erste und wichtigste Faktor besteht darin sicherzustellen,
daß der Prozeß erfolgreich
war, und der zweite besteht im Erreichen der Sterilisierung in der
kürzestmöglichen Zeit.
Die häufigste
Technik zur Sicherstellung der Sterilität besteht in der Entwicklung
eines Zyklus und in der Prüfung
der Wirkungsweise mit biologischen Indikatoren. Diese Entwicklung
eines Zyklus umfaßt die
Optimierung jeder Phase des Sterilisierungszyklus. Das ist eine
komplexe Angelegenheit, denn abgesehen von den offensichtlichen Überlegungen
von Gaskonzentration und -strömung
gibt es viele Parameter, die während
des Optimierungsvorgangs zu berücksichtigen
sind. Einige der weniger offensichtlichen Parameter sind der Ausgangswert
der relativen Feuchte, der Feuchtegehalt eines etwaigen Mikroorganismus,
die Kondensationsrate und die Zeitdauer, die benötigt wird, bis das Kondensat
alle Mikroorganismen abtötet.
Die für
das Entfernen des Sterilisierungsgases am Ende des Zyk lus angewandte
Technik hat ebenfalls einen bedeutenden Einfluß auf die Gesamtzyklusdauer.
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Der optimierte Zyklus wird dann festgelegt unter
Anwendung der gleichen physikalischen Parameter wie Durchflußraten,
-dauern usw., berücksichtigt
jedoch nicht etwaige externe Faktoren, die sich ändern können, z. B. die externe Temperatur,
die die Wirksamkeit des Zyklus beeinflußt.
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Das Problem bei dieser festgelegten
Technik ist, daß dann,
wenn sich irgendwelche externen Einflüsse, die bei der Entwicklung
eines Zyklus nicht berücksichtigt
wurden, ändern,
ein Zyklus trotz ordnungsgemäßer Entwicklung
keinen Erfolg hat. Die beste Methode zur Überwindung dieser Schwierigkeit
besteht darin, diejenigen Parameter zu messen, die die eigentliche
Sterilisierung bewirken, und diese Meßwerte zur Steuerung des Zyklus
zu verwenden und nicht ein Set von vorbestimmten Faktoren für den Ablauf
identischer Zyklen zu verwenden. Die Technik der Verwendung der
Meßwerte
zur Steuerung des Zyklus führt
zu Änderungen
der Einzelheiten des Zyklus, wodurch etwaigen Änderungen der den Prozeß begleitenden
Umstände
entgegengewirkt wird.
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Diese Vorgehensweise bietet außerdem den Vorteil,
daß die
kürzeste
zuverlässige
Zyklusdauer gewährleistet
ist, denn der Prozeß läuft bis
zu einem Punkt ab, an dem er wirksam ist, und nicht weiter. Es ist
nicht notwendig, große
Sicherheitstoleranzen bei dem Zyklus vorzusehen, um seine Wirksamkeit
zu gewährleisten,
da der Punkt, an dem er wirksam ist, aus den Messungen bekannt ist.
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Die Ziele der vorliegenden Erfindung
sind die Steuerung des Sterilisierungszyklus unter Verwendung von
Sensoren und die Bereitstellung eines Umwälzsystems, bei dem die Schritte
des Entfernens von Wasserdampf und Sterilisierungsgasgemischen während der
kritischen Sterilisierungsphase des Zyklus nicht erforderlich sind.
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US-A-5 906 794 zeigt ein Durchfluß-Dampfphasensterilisierungssystem,
das eine dicht verschließbare
bzw. versiegelbare Kammer mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung und
einem Kreislauf aufweist, der mit den Kammeröffnungen in Fluidverbindung
ist, um einen geschlossenen Durchflußweg für die Umwälzung eines Trägergases
in die und aus der Kammer zu bilden. Das System weist ferner eine
Verdampfereinheit für
flüssiges
Sterilisierungsmittel zur Abgabe eines verdampften flüssigen Sterilisierungsmittels
in den Trägergasstrom
an der Aufstromseite der Einlaßöffnung auf,
und ein Konverter zur Umwandlung des Sterilisierungsmitteldampfs in
eine zur Entsorgung geeignete Form ist mit dem Kreislauf an der
Abstromseite der Kammerauslaßöffnung in
Fluidverbindung.
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Eine Trocknungseinheit ist in den
Kreislauf an der Abstromseite des Konverters eingefügt und hat
ein Ventil zur Steuerung des Durchflusses zu einer ersten Durchflußbahn durch
einen Lufttrockner und von dort zu dem Verdampfer oder einer zweiten Durchflußbahn, die
den Lufttrockner umgeht. Durch Ändern
der Fluidmenge durch die erste und die zweite Durchflußbahn kann
ein ausgewählter
Anteil des Trägergases
so geleitet werden, daß er
den Trockner umgeht, und die Feuchtigkeit des Trägergases kann so reguliert
werden, daß in
der Kammer ein vorbestimmter Sättigungsprozentsatz
des Sterilisierungsdampfs während
des Ablaufs des Sterilisierungszyklus aufrechterhalten wird.
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WO-A-00/38745 ist ein Dokument, das
nach Maßgabe
von EPÜ Art.
54(3) und (4) relevant ist, und zeigt einen Chargenprozeß zur Sterilisierung
eines Gegenstands unter Einsatz von konzentriertem Wasserstoffperoxiddampf.
Der Gegenstand wird in einen Sterilisator eingebracht, und Wasserstoffperoxid
und Wasser werden dem Sterilisator zugeführt. Das Wasserstoffperoxid
und Wasser werden verdampft unter Bildung eines Dampfs, der Wasserstoffperoxid
und Wasser aufweist. Die Konzentration des Wasserstoffperoxids in
dem Dampf und des Wassers in dem Dampf werden überwacht, und Wasserdampf wird aus
dem Sterilisator abgezogen, um das Wasserstoffperoxid zu erhöhen und
somit zu konzentrieren, bis das Verhältnis von Wasserstoffperoxid
zu Wasser einen gewünschten
Wert zum Erreichen der Sterilisierung hat.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein kontinuierliches Sterilisierungssystem anzugeben,
bei dem die Konzentration des Sterilisierungsmitteldampfs in der
zu sterilisierenden Kammer rascher, als das bisher möglich ist,
aufgebaut wird, um eine rasche Kondensation von Sterilisierungsmittel
in der Kammer zu erzielen und den Gesamtsterilisierungszyklus zu
verkürzen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zum Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters bereit,
das die Schritte des Umwälzens
eines Trägergases
und eines Sterili sierungsmittels durch den Behälter und durch einen Durchflußweg mit
einem Auslaß aus
dem Behälter
und einem Einlaß in
den Behälter
aufweist, wobei jedes Sterilisierungsmittel in dem Gasstrom, der
aus dem Behälter
erhalten wird, für eine
Entsorgung geeignet gemacht ist, und der Gehalt an Wasserdampf reduziert,
anschließend
der Gasstrom erwärmt
und weiteres Sterilisierungsmittel hinzugegeben wird, um den Behälter zu
sterilisieren, wobei der Durchflußweg zwei parallele Äste aufweist, wobei
in einem davon jedes Sterilisierungsmittel in dem Gasstrom für eine Entsorgung
geeignet gemacht und jeder Wasserdampfgehalt in dem Gas vermindert
wird und wobei in dem anderen davon das Trägergas erwärmt und ein Sterilisierungsmittel
zu dem Gas hinzugegeben wird, wobei das Verfahren ferner die folgenden
Schritte aufweist: anfängliches Umwälzen des
Trägergases
durch den einen Ast, Überwachen
des Feuchtigkeitsgehalts des Gases in dem Behälter, und Beenden des Trägergasflusses durch
den einen Ast, wenn die relative Feuchtigkeit in dem Behälter auf
ein vorbestimmtes Niveau vermindert worden ist, so daß die Oberflächen des
Gehäuses
relativ trocken sind, Initiieren eines Flusses des Trägergases
durch den anderen Ast und Hinzugeben von Sterilisierungsmitteldampf
oder -dämpfen
zu dem Gas, das durch den anderen Ast hindurchgeht, bis eine Kondensation
des Sterilisierungsmittels in dem Behälter stattfindet, Beenden der
Zufuhr von Sterilisierungsmittel zu dem Trägergas, Fortsetzen des Umwälzens des
Trägergases,
das im wesentlichen mit dem Sterilisierungsmitteldampf gesättigt ist, für eine vorbestimmte
Zeit, um eine Sterilisierung des Behälters sicherzustellen, Beenden
des Flusses durch den anderen Ast, und Umleiten des Trägergasflusses
durch den einen Ast, um das Sterilisierungsmittel aus dem Gasbehälter zu
extrahieren, um das Sterilisierungsmittel für eine Entsorgung geeignet
zu machen und die relative Feuchtigkeit des Trägergases zu vermindern.
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Insbesondere stellt die Erfindung
ein Verfahren zum Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters bereit,
das die folgenden Schritte aufweist: anfängliches Vermindern der relativen
Feuchtigkeit in dem Behälter
auf ungefähr
30% bis 40%, Umwälzen
eines Trägergases
zu dem Behälter,
Erhöhen
der Temperatur des umgewälzten
Gases über
Umgebungstemperatur, Zuführen
von Sterilisierungsmitteldampf oder -dämpfen zu dem umgewälzten Gas
in einer Menge, die ausreicht, um das Gas im wesentlichen zu sättigen,
wobei beim Abkühlen
in dem Behälter
ein Kondensat von dem Sterilisierungsmitteldampf an den Oberflächen des
Behälters
gebildet wird, Verteilung des Gases/Dampfs überall in dem Behälter, um
sicherzustellen, daß das
Kondensat an allen Oberflächen
in dem Behälter
gebildet wird, Messen der Menge an Kondensat, das an einer Oberfläche des
Behälters
gebildet ist, und Fortsetzen des Umwälzens des Gases/Dampfs, bis
eine erforderliche Menge des Kondensats in dem Behälter gebildet
worden ist, Beenden der Versorgung von Sterilisierungsmitteldampf zu
dem Behälter
während
eines Fortsetzens des Umwälzens
des gesättigten
Gases/Dampfs, um das Kondensat an den Oberflächen für eine vorbestimmte Zeitdauer
zu erhalten, und schließlich
Extrahieren des Sterilisierungsmitteldampfs aus dem Trägergas, während eines
Fortsetzens des Umwälzens
des Trägergases
durch den Behälter,
um das Kondensat aus dem Behälter
zu extrahieren.
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Bevorzugt wird der Sterilisierungsmitteldampf
aus dem Trägergas
extrahiert, indem der Dampf in entsorgungsfähige Bestandteile zerlegt wird.
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Es wird ferner bevorzugt, daß der Sterilisierungsmitteldampf
Wasserstoffperoxid und Wasserdampf ist. In diesem Fall wird das
Wasserstoffperoxid, das aus der Kammer mit dem umgewälzten Gas extrahiert
wird, einer katalytischen Wirkung unterworfen, um das Wasserstoffperoxid
in Wasserdampf und Sauerstoff zu zerlegen, wobei ersteres aus dem
Gas extrahiert wird, bevor das Gas wieder durch den Behälter umgewälzt wird.
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Der anfängliche Schritt des Reduzierens
der relativen Feuchtigkeit in dem Behälter kann durchgeführt werden,
indem das Trägergas
durch die Kammer umgewälzt
und Wasserdampf aus dem umgewälzten
Gas außerhalb
der Kammer extrahiert wird.
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Die relative Feuchtigkeit in dem
Behälter kann
anfänglich
auf ungefähr
35% vermindert werden. Außerdem
kann der Behälter
bei der verminderten relativen Feuchtigkeit für eine Zeitdauer entsprechend
der Größe des Behälters und
der Durchflußrate
des Gases gehalten werden, um eine Trockenheit der Oberflächen in
dem Behälter
sicherzustellen.
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Der Eingang zu dem einem Ast wird
geschlossen und der Eingang zu dem anderen Ast kann geöffnet werden
und umgekehrt, um einen Fluß durch
den einen oder den anderen der Äste
zur Verfügung
zu stellen. Beispielsweise kann eine Ventileinrichtung einen Fluß in den
einen Ast und nicht den anderen ermöglichen und umgekehrt.
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Alternativ können Pumpeinrichtungen in den parallelen Ästen vorgesehen
und verwendet werden, um einen Gasfluß entlang dem einen oder dem
anderen der parallelen Äste
in dem Durchflußweg
zu bewirken.
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Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zum
Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters vor, die folgendes aufweist:
eine Leitung für
den Fluß eines
Gases oder von Gasen, wobei die Leitung Mittel zum Erhalten und
Verbinden eines in der Leitung zu sterilisierenden Behälters aufweist,
um damit eine geschlossene Leitung zu bilden, Mittel, um Gas durch die
Leitung und den Behälter
umzuwälzen,
wobei die Leitung zwei parallele Äste aufweist, wobei einer von ihnen
Mittel aufweist, um ein Sterilisierungsmittel zu deaktivieren, das
zu dem Trägergas
hinzugegeben wird, das durch die Leitung strömt, und Mittel aufweist, um
das Gas zu entfeuchten, und wobei der andere der Äste Mittel
zum Erwärmen
des Gases und Mittel aufweist, um einen Sterilisierungsmitteldampf oder
-dämpfe
zu dem Gas zuzuführen,
wobei die Vorrichtung ferner Regelmittel zum Bestimmen, durch welchen
von den parallelen Ästen
das Gas strömt, aufweist,
wobei die Regelmittel Mittel umfassen, um die relative Feuchtigkeit
von dem Gas, das den Behälter
verläßt, zu bestimmen,
und die betriebsfähig sind,
um einen Fluß durch
den einen Ast aufrechtzuerhalten, der einen offenen Durchgang aufweist,
bis die relative Feuchtigkeit unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, und
um anschließend
den Fluß durch
den Ast zu beenden, und um einen Fluß in dem anderen Ast zu initiieren,
und Mittel umfaßt,
um eine Kondensation in dem Behälter
zu messen, um einen Fluß in dem
anderen Ast zu beenden, und um einen Fluß in dem einen Ast zu initiieren,
wenn sich die erforderliche Kondensationsmenge in dem Behälter aufgebaut hat.
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Ferner kann die Vorrichtung Mittel
aufweisen, um das Gas/die Dämpfe
durch den gesamten Behälter
zu verteilen, um sicherzustellen, daß das Kondensat an allen Oberflächen in
dem Behälter
gebildet wird.
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Es hat sich gezeigt, daß in wäßrigen Wasserstoffperoxidlösungen sehr
rasche Abtötungsraten selbst
bei Wasserstoffperoxidkonzentrationen von 10% erreicht werden, wobei
noch raschere Abtötungsraten
bei 20% Lösungen
erreicht werden. Da wir glauben, daß die gasförmige Oberflächensterilisierung
ein Mikrokondensationsprozeß ist,
kann dieser als analog zu der Arbeit "THE STERILISING EFFECT AGAINST BACILLUS
SUBTILIS SPORES OF HYDROGEN PEROXIDE AT DIFFERENT TEMPERATURES AND CONCENTRATIONS" von P. SWARTLING
und B. LINDGREN, J. DAIRY RES. (1968), 35,423, angesehen werden.
Diese Arbeit bildet einen guten Leitfaden im Hinblick auf die zu
erwartenden Ergebnisse, die mit einem gasförmigen Kondensationsprozeß erreicht
werden können.
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Dies ist auch ein Hinweis darauf,
daß selbst beim
Auftreten eines geringfügigen
Zersetzungsgrads infolge der Oberflächenkatalyse des Gases dennoch
eine Abtötung
erreicht werden würde.
Tatsächlich
erscheint eine solche Zersetzung sehr gering, wie aus den Gaskonzentrationsdaten
hervorgeht.
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Es folgt eine Beschreibung von einigen
speziellen Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen; die Zeichnungen
zeigen in:
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1 eine
schematische Darstellung einer versiegelten bzw. hermetisch verschlossenen
Kammer und eines Sterilisierungskreislaufs, der mit der Kammer verbunden
ist, um das Innere und den Inhalt der Kammer unter Verwendung eines
Gases zu sterilisieren, das einen wäßrigen Dampf eines flüssigen Sterilisierungsmittels
transportiert, wobei der Kreislauf zwei Pumpen oder Gebläse hat.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer hermetisch verschlossenen Kammer
und einer weiteren Ausführungsform
eines Kreislaufs, der mit der Kammer verbunden ist, um das Innere
der Kammer und ihren Inhalt zu sterilisieren, wobei ein Gas verwendet
wird, das einen wäßrigen Dampf
eines flüssigen
Sterilisierungsmittels enthält,
und der Kreislauf eine einzige Pumpe oder ein einziges Gebläse hat.
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Die Vorrichtung weist eine hermetisch
verschlossene Kammer 10 auf und hat einen Doppelkreislauf
zur Entfeuchtung, Sterilisierung und Belüftung der hermetischen Kammer 10.
Ein Trägergas,
d. h. Luft, und ein Sterilisierungsgas oder -gase werde aus der
hermetischen Kammer durch hermetische Anschlüsse, die die Kammer in Fluidverbindung
mit der Vorrichtung bringen, zu der Vorrichtung angesaugt.
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Die Vorrichtung weist auf: einen
Gasdurchflußkreislauf 12,
der in Reihe einen Gasmonitor 13, einen Temperatur- und
Feuchtigkeitsmonitor 14 und eine Durchflußmeßeinrichtung 15 enthält. Der
Gasmonitor ist eine elektrochemische Zelle, die ein der Gaskonzentration
proportionales Signal abgibt, oder kann ein Spektralfotometer für den nahen
Infrarotbereich sein. Geeignete Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren 14 sind
allgemein als handelsübliches
Einzelinstrument erhältlich,
und jede solche Einrichtung, die gegenüber Wasserstoffperoxiddampf
beständig ist,
ist für
diesen Anwendungszweck geeignet. Das bestgeeignete und kostengünstigste
Durchflußmeßsystem 15 basiert
auf der Messung der Druckdifferenz über eine Durchflußdrossel,
typischerweise eine Drosselscheibe.
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An der hermetischen Kammer ist ein
Kondensationsmeßsystem 16 angebracht.
Markensysteme sind nicht ohne weiteres verfügbar, aber es sind Techniken
entwickelt worden, die auf der Änderung des
Reflexionsvermögens
einer Oberfläche
in der Kammer basieren, um die gebildete Kondensatmenge anzuzeigen.
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An der Abstromseite des Durchflußmeßsystems
teilt sich der Kreislauf in zwei parallele Äste 17, 18.
Jeder Ast hat ein Gebläse 18, 19,
und jedem Gebläse
ist ein Sperrventil 21 zugeordnet. Da der erforderliche
Druck zum Umwälzen
des Gases durch das System im allgemeinen nicht hoch ist, genügt für einen
solchen Anwendungsfall ein übliches
drehzahlgeregeltes Zentrifugalgebläse. Die Sperrventile müssen sicherstellen,
daß kein
Rückfluß in die
falsche Richtung stattfindet. Bei dem vorliegenden Anwendungsfall
genügen
einfache Verschlußklappeneinrichtungen.
In dem ersten parallelen Ast 17 befinden sich ein System 22 zum
Deaktivieren und Entfernen des Sterilisierungsgases oder der -gase
aus dem Trägergas,
und ein weiteres System 23 zum Entfeuchten des Gasstroms.
An der Abstromseite des Entfeuchtungssystems ist eine Heizeinrichtung 24 angeordnet,
um die Temperatur des umgewälzten Gases
zu erhöhen.
Das Deaktivierungssystem für das
Sterilisierungsgas weist ein Katalysatorbett auf, das den Dampf
in unschädliche
Bestandteile zersetzt. Im Fall von Wasserstoffperoxidgas ist ein
geeigneter Katalysator Ruthenium auf inerten Pellets, wodurch das
Gas in Wasserdampf und Sauerstoff zersetzt wird.
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Ein Trockenmittel-Trockner kann den
Entfeuchtungsvorgang ausführen,
aber eine besser geeignete Technik besteht darin, die Gastemperatur
unter Verwendung eines Kälte systems
zu vermindern. Die Temperaturverminderung bewirkt, daß der Wasserdampf
mit den Zersetzungsprodukten kondensiert. Die resultierenden Kondensat-
und Zersetzungsprodukte können
dann abgepumpt werden. Es ist erforderlich, die Umwälzgastemperatur
nach dem Entfeuchten zu erhöhen,
und eine elektrische Heizeinrichtung 24 oder andere Heizeinrichtung
ist an der Abstromseite des Entfeuchters zu diesem Zweck angeordnet.
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In dem zweiten parallelen Ast befindet
sich eine Heizeinrichtung 25 zum Erhöhen der Gastemperatur vor dessen
Eintritt in einen Verdampfer 26, in dem das flüssige Sterilisierungsmittel
durch Erwärmen
in Dampf umgewandelt wird. Ein Vorrat 27 für flüssiges Sterilisierungsmittel
steuert den Flüssigkeitsdurchfluß zum Verdampfer.
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Die Heizeinrichtung 25 kann ähnlich wie
die andere Heizeinrichtung 24 aufgebaut sein. Der Verdampfer
ist ein Entspannungsverdampfer, in dem das flüssige Sterilisierungsmittel
dadurch verdampft wird, daß ein
Flüssigkeitsstrom
unter Schwerkraft auf eine aufgeheizte Oberfläche fällt. Der Flüssigkeitsstrom von dem Sterilisierungsmittelvorrat
wird mit einer ausgewählten
Rate unter Verwendung einer drehzahlgeregelten Pumpe, die von einem
Durchflußmeßsystem
gesteuert wird, auf die aufgeheizte Oberfläche zugeführt. Die Temperatur des in
die hermetische Kammer 10 einströmenden Gases wird bei 28 unter
Verwendung einer Standard-Temperaturmeßsonde gemessen. Der Gaseinlaß zu der
Kammer 10 erfolgt durch ein Gasverteilungssystem mit einer
rotierenden Düsenanordnung,
die Gas mit hoher Temperatur und Geschwindigkeit zu jedem Teil der Kammer
ausstößt. Außerdem ist
ein System vorgesehen, das den Gasdruck in dem Kreislauf so steuert, daß der Druck
nach Bedarf erhöht
oder vermindert wird.
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Die Komponenten bei der in 2 gezeigten alternativen
Ausführungsform
sind die gleichen und tragen die gleichen Bezugszeichen mit Ausnahme der
Gebläse-
und Ventilanordnung. In 2 wird
das Gas bzw. die Gase von einem einzigen Gebläse oder einer einzigen Pumpe 30 durch
das System gefördert.
Das Gas oder Gasgemische, die das Gebläse oder die Pumpe verlassen,
strömen
zu einem Dreiwegeventil 31, das den Strom entweder zu dem
ersten parallelen Ast durch Verbinden von Anschluß A mit
Anschluß C
oder zu dem zweiten parallelen Ast durch Verbinden von Anschluß A mit
Anschluß B lenkt.
Typischerweise ist das Ventil ein elektrisch angetriebenes Dreiwegekugelventil.
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Das Verfahren zum Sterilisieren des
Behälters
unter Verwendung der obigen Vorrichtung weist die Schritte auf:
Vermindern der relativen Feuchtigkeit in dem Behälter, anschließendes Umwälzen eines
Trägergases,
das einen wäßrigen Dampf
des Sterilisierungsgases oder der -gase enthält, und schließlich Entfernen
des Sterilisierungsgases oder der -gase.
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Die erste Phase des Verminderns der
relativen Feuchtigkeit ist wichtig, um sicherzustellen, daß sämtliche
Oberflächen
im Inneren der versiegelbaren Kammer den gleichen Trockenzustand
haben. Während
der zweiten Phase wird das Sterilisierungsgas oder die -gase der
hermetischen Kammer mit einer erhöhten Temperatur zugeführt, damit
möglichst
viel von dem Sterilisierungsmittel in die hermetische Kammer transportiert
werden kann. Die dritte und letzte Phase ist das Entfernen des Sterilisierungsgases
oder der -gase durch Einleiten eines reinen trockenen Trägergases
in die hermetische Kammer, um das aktive Gas oder die Gase abzuleiten.
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Die erste Phase des Verminderns der
Feuchtigkeit kann zwei Teile aufweisen, wobei im ersten die relative
Feuchtigkeit auf einen vorher gewählten Wert vermindert wird
und im zweiten Teil die Feuchtigkeit auf diesem Wert gehalten wird,
um der hermetischen Kammer das Erreichen eines stabilen Zustands
zu ermöglichen.
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Ebenso ist die zweite Phase, wobei
das Gas oder die Gase in die hermetische Kammer geleitet werden,
zweiteilig. Der erste Teil dient der Erhöhung der Konzentration und
dem Erzeugen des erforderlichen Kondensationsgrads an den Oberflächen, und ein
zweiter, Verweilteil dient dazu, das Kondensat auf die Mikroorganismen
wirken zu lassen. Der Kondensationsgrad wird während des ersten Teils der
zweiten Phase gemessen, und wenn er das erforderliche Niveau erreicht
hat, wird die Zufuhr von Sterilisierungsgas oder -gasen abgebrochen,
aber das Trägergas
mitsamt den gesättigten
Dämpfen
wird weiter umgewälzt.
Der umgewälzte
Sattdampf verhindert ein Verdampfen der Kondensationsschicht, so
daß der
Flüssigkeitsfilm
auf die Mikroorganismen einwirken kann.
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Während
der dritten und letzten Phase des Sterilisierungszyklus wird das
Trägergas
gemeinsam mit dem Sterilisierungsgas oder den -gasen durch ein System
umgewälzt, um
die aktiven Gase unschädlich zu
machen, so daß sie
abgeführt
werden können, während gleichzeitig
der Wasserdampf in einem Entfeuchter entfernt wird. Das reine Trägergas wird
dann zu der hermetischen Kammer zurückgeführt, wo es weiteres aktives
Gas oder Gase aufnimmt und dadurch das Niveau der aktiven Bestandteile
weiter vermindert. Dieser Prozeß wird
fortgesetzt, bis die Menge an aktiven Bestandteilen auf einen annehmbaren Wert
vermindert worden ist.
- 1. Die relative Feuchtigkeit
(RH) muß zu
Beginn des Sterilisierungszyklus geregelt werden. Wir haben festgestellt,
daß der
optimale Wert zwischen 30 und 40% liegt. Es gibt zwei Aspekte, die
im Hinblick auf den Ausgangswert von RH zu bedenken sind: Erstens
soll der kürzest
mögliche
Zyklus erhalten werden (dies erfordert, daß RH auf ungefähr 35% vermindert
wird), und zweitens soll ein wiederholbarer Zyklus erhalten werden.
Die Wiederholbarkeit hängt
von der Anwendung desselben Ausgangswerts von RH ab, und dieser
mag in Abhängigkeit
von den örtlichen
Bedingungen durchaus höher
als 35% sein. Da es nicht immer praktikabel ist, einen Ausgangswert
von 35% für RH
zu erreichen, ist es wesentlich, daß immer der gleiche Ausgangswert
angewendet wird. Höhere Werte
von RH verlängern
die zum Erreichen der Sterilisierung notwendige Zeitdauer, da das
an Oberflächen
gebildete Kondensat von etwa vorhandenem Wasser verdünnt wird.
- 2. Die Kondensatmenge ist wichtig; wenn zu viel gebildet wird,
wird der Zeitraum zum Entfernen der Oberflächenschicht nach dem Erreichen
der Sterilisierung länger,
da es länger
dauert, die Oberflächen
zu trocknen. Wenn nur die Bildung von ungenügender Kondensation zugelassen wird,
dann findet keine Sterilisierung statt. Die exakte Messung dieser
Oberflächenschicht
ist für den
Prozeß sehr
wichtig.
- 3. Aus der oben erwähnten
Arbeit von Swartling et al. geht hervor, daß eine gewisse "Tauchzeit" erforderlich ist,
damit die kondensierte Flüssigkeit wirksam
ist. Diese ist in den Sterilisierungszyklus als Verweilperiode eingebaut,
und eine Sicherheitstoleranz sollte innerhalb dieser Verweilperiode
zugelassen werden, um zu gewährleisten,
daß ein
vollständiges
Abtöten
erreicht worden ist. Diese Periode ist normalerweise nicht mehr
als einige Minuten einschließlich
der Sicherheitstoleranz.
- 4. Die Verteilung des in die Kammer eintretenden heißen Gases
ist ebenfalls wichtig. Wenn das Gas in die Kammer einströmt, beginnt
es rasch abzukühlen
und Kondensat zu bilden. Wenn das Gas beim Eintritt in die Kammer
nicht gründlich
vermischt ist, gibt es Stellen bevorzugter Kondensierung. Wenn dies
geschieht, haben andere Bereiche innerhalb der Kammer notwendigerweise
weniger Kondensation, und zum Erzielen einer vollständigen Abtötung in
allen Bereichen ist ein Gasüberschuß erforderlich.
Dieser Überschuß wird ungleichmäßig verteilt,
und das Entfernen am Ende des Zyklus, wenn die Kammer wieder zum Normalgebrauch
zurückkehrt,
dauert ebenfalls länger.
- 5. Die Messung von Konzentration und Temperatur des aus der
Kammer austretenden Gases liefert die Information an das System,
daß der
Sattdampfdruck erreicht worden ist. Dies ist zwar kein kritischer
Parameter, zeigt jedoch, daß die
Kondensation stattfindet. Wenn die Konzentration zu niedrig ist
und kein Kondensat gebildet wird, sollte der Zyklus abgebrochen
werden, und diese Messungen bestätigen
diesen Vorgang.
-
Somit weist der Prozeßzyklus
die folgenden Schritte auf:
- 1. Die Kammer wird
auf einen Ausgangswert von RH, normalerweise 35%, gebracht. Die
Kammer sollte für
einige Minuten auf diesem Niveau gehalten werden, um zu gewährleisten,
daß sämtliche Oberflächen ins
Gleichgewicht gebracht worden sind.
- 2. Sterilisierungsgas oder -gase und Wasserdampf werden mit
erhöhter
Temperatur in die Kammer eingeleitet und so verteilt, daß eine gleichmäßige Kondensatschicht
erzeugt wird. Die Kondensationsmenge wird gemessen, und wenn sie
einen hinreichenden Wert erreicht hat, wird der Gas- und Wassererzeuger
abgeschaltet.
- 3. Das kondensierte Gas oder die Gase und Wasser verbleiben
für eine
ausreichende Zeitdauer auf den Oberflächen, um die Sterilisierung
zu bewirken.
- 4. Am Ende der Verweilperiode wird der Kammer reine trockene
Luft zugeführt,
wodurch die Oberflächenkondensation
verdunstet und dadurch aus der Kammer entfernt wird.