DE69304337T2

DE69304337T2 - Verfahren zum einführen von sterilisiermitteln mit niedrigem dampfdruck während der sterilisation

Info

Publication number: DE69304337T2
Application number: DE69304337T
Authority: DE
Inventors: Robert W. Garner Nc 27528 Childers; Donald R. Raleigh Nc 27612 Gagne
Original assignee: American Sterilizer Co
Current assignee: American Sterilizer Co
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2013-11-12
Also published as: DE69304337D1; US5527508A; EP0668784B2; EP0668784B1; WO1994011035A1; JPH08505787A; HK1005852A1; CA2149133C; CA2149133A1; DE69304337T3; EP0668784A1; JP2928640B2

Description

Umfeld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Entkeimung bzw. Sterilisation verschiedenartiger Gegenstände und insbesondere die Anwendung einer Dampfverdichtung von chemischen Dampfsterilisiermitteln mit niedrigem Dampfdruck, um Gegenstände von komplexer und unregelmäßiger Gestalt zu sterilisieren.

Hintergrund der Erfindung

Komplexe Gegenstände, die eine Vielzahl enger Öffnungen, Löcher oder Rohre enthalten können, sind schwierig zu sterilisieren. Insbesondere Hohlräume mit offenen Enden, innere Aushöhlungen, blinde Leitungszweige und flache, nahe nebeneinander liegende Oberflächen stellen Schwierigkeiten dar. Die Sterilisierung von Gefriertrocknern an Ort und Stelle, sowie von blinden Leitungszweigen und Hohlräumen, die durch ein Leitungsnetz außerhalb der Gefriertrockenkammer geschaffen werden, das korrodiert ist, ein kleines äußeres Leck oder ein äußerst hohes Tiefe/Durchmesser-Verhältnis hat, kann ebenfalls eine extreme Herausforderung darstellen. Zudem kann es ebenfalls eine Schwierigkeit bereiten, Hohlräume und blinde Leitungszweige zu sterilisieren, die das Sterilisiermittelmaterial beliebig absorbieren.
Das Sterilisieren komplexer Gegenstände wird gegenwärtig unter Anwendung feuchter oder trockener Hitze, Chemikalien, ionisierender Strahlung, Elektronenstrahlen, Mikrowellen, Lichtbogenentladungen, Laser, Plasmen und chemischen Gasen mit hohem Dampfdruck ausgeführt. Hitze, durchdringende Strahlung oder chemische Gase mit hohem Dampfdruck wurden aufgrund ihrer Fähigkeit, eine Sterilisierung in sonst schwer zugänglichen engen Öffnungen, Löchern und Rohren zu bewirken, für die Sterilisierung von Gegenständen von unregelmäßiger Gestalt bevorzugt. Jedoch hat jedes dieser Verfahren Grenzen und wirft Probleme auf.
Im Sinne dieser Erfindung bedeutet der Ausdruck Sterilisierung eine Verringerung der biologischen Belastung um 6 Größenordnungen (6 log) (oder mehr).
In "Principles and Methods of Sterilization in Health Sciences", zweite Auflage, geschrieben von John J. Perkins und herausgegeben von Charles C. Thomas aus Springfield, Illinois, wird eine Anzahl dieser Sterilisationsverfahren diskutiert.
Eine bei Perkins auf Seite 289 enthaltene Tabelle für die Sterilisation mit trockener Hitze, die für eine Vielzahl von Temperaturen passende bzw. entsprechende Expositions- bzw. Einwirkzeiten enthält, ist nachstehend als Tabelle A wiedergegeben. Tabelle A Zeit-Temperatur Verhältnisse bei Sterilisation mit trockener Hitze
Sterilisation mit trockener Hitze erfordert keinen Druck, jedoch ist es sehr schwierig und völlig unbrauchbar, komplizierte Gegenstände, beispielsweise einen ganzen Gefriertrockner und dessen zugehöriges Leitungsnetz, unter Verwendung von elektrischen oder gasbetriebenen Heizgeräten oder mit Heißluft auf diese hohen Temperaturen zu erhitzen.
Die Sterilisation mit feuchter Hitze ist weit einfacher durchzuführen, da die Einleitung von gesättigtem Dampf in einen komplizierten Gegenstand, beispielsweise einen Gefriertrockner, sowohl die Hitze, wie auch die Feuchtigkeit liefert. Eine Tabelle für die Sterilisation mit feuchter Hitze, die für eine Vielzahl von Temperaturen entsprechende Einwirkzeiten enthält (Perkins, Seite 161), ist nachstehend als Tabelle B wiedergegeben. Tabelle B Zeit-Temperatur Verhältnisse bei Sterilisation mit feuchter Hitze
Beide Tabellen A und B enthalten Einwirkzeiten und berücksichtigen nicht die Zeit, die erforderlich ist, damit alle Komponenten im Innern des Gegenstandes, beispielsweise eines Gefriertrockners, und dessen zugehöriges Leitungsnetz die Temperatur erreichen.
Gemäß "Temperature Profiles and Sterilization within a Dead-ended Tube", geschrieben von Jack J. Young und Barbara L. Ferko und herausgegeben in der Juli-August Ausgabe des "Journal of Parenteral Science & Technology", kann die Zeit, bis ein blinder Leitungszweig die Temperatur erreicht, beträchtlich sein.
Die Daten von Tabelle III aus Young et al. für die Sterilisation von blinden Leitungszweigen bei 121º C sind nachstehend in Tabelle C wiedergegeben. Es ist festzuhalten, daß alle diese Zeiten, die das Erreichen der Temperatur berücksichtigen, verglichen mit den von Perkins (Tabelle B) empfohlenen Einwirkzeiten, viel länger sind. Die blinden Leitungszweige des Leitungsnetzes eines Gefriertrockners sind typischerweise um etwa 5º geneigt, so daß sie sich evakuieren können und sind oftmals länger als die bei Young et al. besprochenen. Somit wäre für ein vollständiges Sterilisieren eines Gefriertrockners und dessen zugehörigen Leitungsnetzes erwartungsgemäß eine Sterilisationszeit von rnehr als 358 Minuten erforderlich. Tabelle C Geschätzte Sterilisationszeiten in geschlossenen Rohren mit blinden Enden für verschiedene Rohr-Ausrichtungen
Die Zeit, die erforderlich ist, um einen massiven Gegenstand, wie beispielsweise einen Gefriertrockner, aufzuheizen, zu sterilisieren und abzukühlen, verringert die Zeit erheblich, die zur Verfügung steht, den Gegenstand (Gefriertrockner) für seinen beabsichtigten Zweck (Gefriertrocknen) zu verwenden. Das Hinzufügen von "Umhüllungen" bzw. "Verkleidungen", um die Kammer und den Kondensator zu heizen und zu kühlen, kann diese Zeit zwar erheblich verringern, d.h. von 24 Stunden auf 8 Stunden, jedoch auf Kosten einer thermischen Belastung der Kammer, des Kondensators und des zugehörigen Leitungsnetzes. Diese thermische Belastung führt, wenn sie mit der mit dem Gefriertrocknen einhergehenden extremen Kälte (-40º C) abgewechselt wird, zu undichten Stellen bzw. Lecks und kann tatsächlich verursachen, daß die Kammer und/oder der Kondensator brechen und regelmäßig mit großem Zeitaufwand ausgetauscht werden müssen.
Gasförmige chemische Sterilisierhilfsstoffe bzw. - mittel, beispielsweise Ethylenoxid, können zwar innerhalb von 2½ Stunden sterilisieren, jedoch ist eine längere Belüftungszeit, bis zu 24 Stunden, erforderlich, um die Rückstände zu entfernen. Die Entsorgung der verbrauchten Sterilisiermittel ist ebenfalls schwierig, da sie sowohl als giftig, wie auch als karzinogen erachtet werden. Einige Staaten, z.B. Kalifornien, verlangen, daß jedes Produkt, das mit Ethylenoxid in Kontakt gekommen ist, markiert bzw. mit der Aufschrift versehen wird, daß es mit einem bekannten Karzinogen behandelt wurde. Dies würde einem Hersteller gegenüber einem Konkurrenten, der ein anderes Sterilisationsverfahren verwendet hat, einen Nachteil verschaffen.
Die Verwendung eines Sterilisiermittels aus reinem, konzentrierten Ethylenoxid kann gefährlich sein, da es explosiv wird, wenn es mit Sauerstoff vermischt wird (während, wie auch am Ende des Zyklus, wenn Luft in die Kammer gelassen wird), so daß es typischerweise mit einem Verdünnungsmittel, beispielsweise Freon (das verboten ist, da es ein das Ozon abbauender Stoff ist), vermischt wird, bevor es in die Sterilisationskammer eingeleitet wird.
Ionisierende Strahlung muß von ausreichend hoher Energie sein, um die Gegenstände wirkungsvoll zu durchdringen. Dies erfordert die Verwendung von Röntgenstrahlen und/oder Gammastrahlen, die beide eine große und teure Vorrichtung erfordern und im allgemeinen gefährlich sind. Desweiteren kann von einer ionisierenden Strahlung nicht erwartet werden, daß sie durch und in alle Metallkomponenten, sowie durch das Leitungsnetz in einem komplexen Gegenstand, beispielsweise einem Gefriertrockner, wirkungsvoll eindringt.
Die Verwendung chemischer Dampfsterilisiermittel mit niedrigem Dampfdruck vermeidet zwar einige der vorstehend erwähnten Bedenken und Einschränkungen, da es aber für diese ebenfalls schwierig ist, in Löcher, Durchbrüche und Öffnungen der komplex gestalteten Gegenstände einzudringen, wurden mehrere Verfahren in Betracht gezogen, die darauf abzielen, ihre Durch- bzw. Eindringcharakteristiken zu verbessern. Diese Verfahren weisen typischerweise auf: (1) eine hochgradige Evakuierung der Sterilisierkammer vor der Einleitung des Sterilisiermittels; (2) ein Abwechseln der Evakuierimpulse und der Sterilisiermitteleinleitimpulse; (3) ein Anheben der Sterilisiermittelkonzentration und/oder des Kammerdruckes vor der Einbringung; (4) ein direktes Verbinden und Strömenlassen oder Rückführen des Sterilisiermittels durch den Hohlraum oder den Gegenstand; und (5) ein ununterbrochenes "Druckpulsieren" während der Sterilisationsphase.
Das US-Patent Nr. 4348357 sieht ein Verfahren für Plasma-Pulsation vor. Das US-Patent Nr. 4296067 sieht ein Verfahren vor, das darin besteht, ein Material, insbesondere Binden und chirurgische Instrumente, in einem Dampfdruckgefäß zu sterilisieren, das so nahe wie möglich am Vakuum arbeitet. Und schließlich offenbart das US-Patent Nr. 4372916 ein Verfahren, das abwechselnde Evakuierimpulse und Sterilisiermitteleinleitimpulse verwendet. Jedes der vorstehend genannten Verfahren wurde derart gestaltet, daß es das Durch- bzw. Eindringen des Sterilisiermittels verbessert, aber sie alle sind nach wie vor nicht ideal.
Das Erzielen einer Steigerung der Eindringwirksamkeit des Sterilisiermittels durch die Verwendung eines hogradigen Unterdrucks bzw. Vakuums, wie durch das US- Patent Nr. 4296067 vorgeschlagen, wurde bestätigt. Tests, die von AMSCO durchgeführt wurden und in nachstehender Tabelle D enthalten sind, bestätigten, daß dieses Verfahren für Wasserstoffperoxiddampf arbeiten würde. Dieses Vorstellung erfordert jedoch, wie es in der Tabelle zu sehen ist, wenn es mit Gasen mit einem niedrigen Dampfdruck angewendet wird, einen Vakuumpegel in der Größenordnung von 1,33 mbar (1 Torr) oder weniger, um beste Ergebnisse zu erzielen. Diese Forderung führt zu übermäßigen Abpumpzeiten und teuren Pumpeinrichtungen. Außerdem sind die unter Anwendung dieser Technik erreichten Ergebnisse mit weniger hochgradigen Unterdruck- bzw. Vakuumimpulsen erzielbar, wenn die hierin vorgeschlagene Erfindung angewendet wird. Tabelle D Durchschnittliches Eindringen eines Sterilisiermittels aus Wasserstoffperoxiddampf in einen blinden Leitungszweig aus passiviertem Edelstahl mit 1 cm Innendurchmesser und 120 cm Tiefe
Für die große Kammer waren Sterilisiermitteleindringergebnisse nicht verfügbar, da das Vakuumsystem nicht in der Lage war, diese bis auf 0,133 mbar (0,1 Torr) zu evakuieren. Eine sehr teure Pumpe wäre dazu fähig gewesen, jedoch wäre die zykluszeit im Verfahrensablauf beträchtlich angestiegen.
Eine Form eines blinden Leitungszweigs, der Abschnitte enthält, die mit 1 x 10&sup6; Sporen des Bacillus Steorothemophilus geimpft sind, wurde im Innern einer 81 Liter Kammer angeordnet, die eine Leckrate (einen Druckanstieg) von 0,2 mbar (150 microns) pro Minute hatte. Die Kammer wurde dann bis auf 0,133 mbar (0,1 Torr) evakuiert, bevor Wasserstoffperoxiddampf eingeleitet wurde, der den Druck auf etwa 7,98 mbar (6 Torr) anhob. Nach 6 Minuten anhaltender Sterilisation wurde die Kammer erneut evakuiert und der Sterilisierimpuls wiederholt. Nach 9 Sterilisierimpulsen waren alle Abschnitte steril.
Derselbe blinde Leitungszweig wurde außerhalb der Kammer angeordnet, jedoch unter Verwendung eines KF40- Adapters daran angebracht. Die Leckrate (Druckzunahme) der Kammer stieg nun aufgrund einer Leckrate von etwa 0,0085 Standardlitern pro Minute in den blinden Leitungszweig auf 0,31 mbar (230 microns) pro Minute an. Nach einem Sterilisierzyklus mit 9 Impulsen, was dem Ablauf identisch war, als der blinde Leitungszweig im Innern der Kammer war, wurde keiner der Abschnitte als steril befunden. Das verbesserte Eindringen, aufgrund der Verwendung eines hohen Vakuums vor der Einbringung, reichte nicht aus, um das kleine Leck in dem externen Leitungszweig zu überwinden.
Somit wurde festgestellt, daß das hohe Vakuum vor der Einbringung beim Sterilisieren großer, komplexer Gegenstände, beispielsweise Gefriertrockner, sehr teuer in der Durchführung ist, lange Zykluszeiten hat und nicht in der Lage ist, nach außen führende blinde Leitungszweige mit kleinen Lecks zu sterilisieren.
Das im US-Patent Nr. 4372916 besprochene Verfahren, das im Abwechseln der Evakuierimpulse und der Sterilisiermitteleinleitimpulse besteht, wurde unter Verwendung von Wasserstoffperoxiddampf an der 154 Ft³- Kammer ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Auswertung bei einer Evakuierung auf 1,33 mbar (1 Torr) sind in Tabelle E enthalten. Die Untersuchung wurde unter Verwendung von blinden Leitungszweigen aus passiviertem Edelstahl mit 1 cm Innendurchmesser und 120 cm Tiefe durchgeführt, die als biologische Herausforderung mit 1,0 x 10&sup0;&sup0;&sup6;&sup0;¹ Sporen des Bacillus Steorothemophilus verseuchte Probestücke enthielten. Tabelle E Anzahl steriler Proben / Anzahl getesteter Proben
Dieses Verfahren würde zwar funktionieren, jedoch wurde festgestellt, daß 16 bis 32 Sterilisierimpulse auszuführen sind, um in der Wirksamkeit dem zuvor besprochenen Verfahren mit hochgradigem Vakuum vor der Einbringung gleichzukommen.
Ein einfaches Erhöhen der Wasserstoffperoxiddampf- Konzentration in der 154 Kubikfuß-Kammer wurde auch bei verschiedenen der Einbringung vorhergehenden Vakuumpegeln untersucht. Tabelle F enthält die Daten für dieses Verfahren. Tabelle F Durchschnittliches Eindringen eines Sterilisiermittels aus Wasserstoffperoxiddampf in einen blinden Leitungszweig aus passiviertem Edelstahl mit 1 cm Innendurchmesser und 120 cm Tiefe
Die Daten für einen Sterilisationszyklus mit 4 Impulsen zeigen, daß ein Erhöhen der Konzentration das Eindringen zwar etwas verbessert, jedoch nicht zu dem erwünschten Grad an Eindringungswirkung führt. Nach dem Belüften waren die Rückstände höher, wenn erhöhte Mengen des Sterilisiermittels eingebracht wurden. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die Sättigungs-, oder Taupunkt- Bedingungen überschritten wurden und Kondensation einsetzte. Eine weitere Erhohung der eingebrachten Menge führte zu übermäßiger Kondensation und längerer Belüftung, sowie zu einer geringeren Eindringtiefe.
Das im US-Patent Nr. 4372916 beschriebene Verfahren mit direkter Kopplung ist nicht immer praktikabel, da alle blind endenden Anordnungen in Durchflußanordnungen umgewandelt werden müssen, um ein derartiges Verfahren durchzuführen. Dieses Umbauen würde insbesondere für Gegenstände unbrauchbar sein, die z.B. in einer Gefriertrockenkammer und einem Kondensator enthalten sind.
Es besteht ein Bedarf für ein Verfahren, das komplexe Gegenstgnde unter Verwendung chemischer Dampfsterilisiermittel mit niederigem Dampfdruck sterilisieren kann. Darüber hinaus besteht Bedarf an der Verbesserung der Eindringung derartiger Sterilisiermittel in Löcher und Öffnungen von solchen komplexen, zu sterilisierenden Gegenständen. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einem Verfahren, das sowohl in Anwendungen von kleinem Umfang, wie auch in Anwendung mit großem Umfang verwendet werden kann, ohne bezüglich des Zeitaufwandes für den Sterilisationszyklus untragbar zu sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung des Eindringens chemischer Dampfsterilisiermittel mit niederigem Dampfdruck in die Öffnungen und Aussparungen komplexer Gegenstände vorzusehen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die praktische Anwendung der Erfindung erkannt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels Vorrichtungen und Kombinationen verwirklicht und erreicht werden, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind.
Um die Aufgaben zu bewältigen und in Übereinstimmung mit dem Ziel der Erfindung, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung des Eindringens von Dampfsterilisiermittel in komplexe Gegenstände, wie beispielsweise Hohlkörper, vor, wobei Luft, Trockenluft (weniger als 5% Restfeuchtigkeit) oder Inertgas verwendet wird, um den Dampf, der in die offen oder geschlossen endenden Hohlräume diffundiert ist, weiter in den Hohlraum hinein zu befördern, als er auf natürliche Weise hineindiffundieren könnte. Die Zugabe von Luft oder Trockenluft oder Inertgas ruft ein höheres Druckdifferential und somit Strömungen hervor, als es auf natürliche Weise beim Pulsieren eines Niederdrucksterilisiermittels vorkommen wirde. Diese schnellere Strömung hilft, die Absorption und Zersetzung des Sterilisiermittels zu verhindern. Für die hier beschriebenen Zwecke ist unter Niederdrucksterilisiermittel jedes Sterilisiermittelgas zu verstehen, in dem die aktive Komponente einen Partialdruck von weniger als 30 mm Hg hat. Im Anschluß an die Dampfverdichtung wird ein Vakuum erzeugt, das die restlichen Sterilisiermitteldämpfe (und Feuchtigkeit) entfernt und das somit das System für den nächsten Sterilisationsimpuls vorbereitet.
Das Verfahren könnte auch mit anderen bekannten Verfahren kombiniert werden, wie z. B. einer hochgradigen Evakuierung der Kammer vor der Einführung des Sterilisiermittels, einer Abwechslung der Evakuierimpulse und Sterilisiermitteleinleitimpulse, einer Erhöhung der Sterilisiermittelkonzentration und einer direkten Kopplung und Leitung des Sterilisiermittels durch den Gegenstand.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung behebt die Nachteile der gegenwärtigen Sterilisationsverfahren, indem Luft, Trockenluft, mit Sterilisiermittel beladene Luft oder ein Inertgas, wie Helium oder Stickstoff, verwendet wird, um den in offen oder geschlossen endende Hohlräume hineindiffundierten Dampfsterilisiermittel zu verdichten. Die Luft wirkt wie ein Kolben, der den Dampf weiter in den Hohlraum hineinstößt und verdichtet und in ausreichendem Maße derart schnell ist, daß eine Diffusion, Zersetzung oder ein Außenleck die Verbesserungswirkung der Verdichtung nicht aufhebt. Die konzentrierten Sterilisiermittelgase oder -dämpfe sterilisieren dann den entferntesten Teil des Hohlraumes in einer zeitigen und wirkungsvollen Art und Weise. Hohlräume mit offenen Enden verhalten sich ähnlich wie Hohlräume mit geschlossenen Enden, bei denen von jedem Ende Dampf eintritt. Das Sterilisiermittel wird in das Zentrum des Hohlraumes gedrängt, wenn es der Dampfverdichtung ausgesetzt ist. Typischerweise hat die Dampfverdichtung selbst eine Dauer von weniger als eine Minute, jedoch sind längere Belüftungszeiten ebenso hilfreich. Nach einer Einwirkzeit folgt der Dampfverdichtung eine Beaufschlagung mit Vakuum, um als Vorbereitung für den nächsten Sterilisationsimpuls die verbleibenden Sterilisiermitteldämpfe zu entfernen und die Feuchtigkeit zu beseitigen. Dies ist für Sterilisiermittel vorteilhaft, deren zulässige Konzentrationen maximiert sind, wenn die Feuchtigkeit vor der Einleitung bei einem Minimum liegt.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung befindet sich ein Hohlkörper mit verschlossenen Enden in einer geschlossenen Sterilisationskammer bei Atmosphärendruck (1,01 bar (760 Torr)). Die Kammer wird zuerst auf einen Druck von weniger als oder gleich 0,532 bar (40 Torr), und vorzugsweise auf einen Druck zwischen 0,133 mbar (0,1 Torr) und 13,3 mbar (10 Torr) evakuiert. Dann werden Sterilisiermitteldämpfe eingeleitet, die den Druck in der Kammer auf einen Druck anheben, der größer als oder gleich dem zweifachen Anfangs-, Evakuierungsdruck ist und typischerweise zwischen 0,266 mbar (0,2 Torr) und 0,106 bar (80 Torr) liegt, vorzugsweise zwischen 7,98 mbar (6 Torr) und 79,8 mbar (60 Torr). Die bevorzugten Sterilisiermitteldämpfe werden aus elektrogeeignetem (electronic grade) Wasserstoffperoxid, nahrungsmittelgeeignetem (food grade) Wasserstoffperoxid, Peressigsäure, Essigsäure oder aus Mischungen davon erzeugt. Der Dampf kann sich selbst für einen Zeitraum, der normalerweise kleiner als oder gleich der zweifachen Halbwertszeit des Sterilisiermittels ist, die sich aus den Umgebungsbedingungen innerhalb der Kammer ergibt, überall in der Kammer und in dem blind endenden Hohlkörper verteilen. Für den hier betreffenden Zweck ist die Halbwertszeit die Zeit, die notwendig ist, um die Sterilisiermittelkonzentration entweder durch Zersetzung oder durch Absorption um die Hälfte zu reduzieren.
Der Dampfverdichtungsimpuls beginnt, wenn Luft, Trockenluft, Sterilisiermittel-beladene Luft oder ein anderes Inertgas, wie Helium oder Stickstoff, in die Kammer eingelassen wird. Folglich wird innerhalb einer vorgegebenen Zeit T der Druck in der Kammer auf einen Druck angehoben, der typischerweise sechsmal größer ist als der vorhergehende Druck und vorzugsweise zwischen 0,047 bar (36 Torr) und 0,47 bar (360 Torr) liegt. Die Zeit T hat typischerweise eine Dauer von weniger als 1 Minute. Das Sterilisiermittel kann dann für eine Zeitraum im Rohr verbleiben, der normalerweise größer als oder gleich seiner Halbwertszeit ist, während es im Rohr ist. Die Kammer wird dann erneut auf einen Druck von weniger als oder gleich 0,053 bar (40 Torr) evakuiert und der Verfahrensablauf solange wiederholt, bis die Sterilisation erreicht ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung befindet sich ein an beiden Enden offener Hohlkörper bei Atmosphärendruck (1,01 bar (760 Torr)) in einer geschlossenen Sterilisationskammer. Sterilisiermitteldämpfe werden von beiden Enden her in den Hohlkörper eingeleitet. Auf ähnliche Weise dringen Dampfverdichtungsimpulse von jedem Ende her in den offen endenden Hohlkörper ein, wobei der Sterilisiermitteldampf weiter in den Hohlkörper hineingestoßen wird, als er sonst hineindiffundieren würde. Der Sterilisationsvorgang wird dann im wesentlichen auf dieselbe Weise wie bei einem Hohlkörper mit geschlossenem Ende fortgesetzt.
Bei der Bestimmung der Zeit T, in der der Druck erhöht wird, um die Dampfverdichtung zu erzielen, und der Zahl, wie oft der Vorgang wiederholt werden muß, um ein optimales Abtötungspotential zu erzielen, wurden nachfolgende Berechnungen berücksichtigt.
Um der Einfachheit willen, wird angenommen, daß die Halbwertszeit des Sterilisiermittels im Innern des Rohres gleich der Zeit ist, die die Konzentration am blinden Ende des Rohres benötigt, um auf eine Menge anzusteigen, die gleich 1/4 des mittleren Konzentrationsgradienten zwischen dem Rohreinlaß und dem blinden Ende des Rohres ist. Zur Zeit T=0 ist die Konzentration am Einlaß gleich C und die Konzentration am blinden Ende ist gleich 0. Zur Zeit T=HL (Halbwertszeit des Sterilisiermittels im Rohr) ist die Konzentration am Einlaß auf 1/2 C gefallen und am blinden Ende auf 1/4 x ((C + C/2)/2 - 0) = 3/16 C angestiegen. Zur Zeit T=2HL ist die Konzentration am Einlaß auf 1/4 C gefallen und am blinden Ende zu 1/4 x ((1/2 C + 1/4 C)/2 - 3/16 C) + 1/2 x 3/16 C = 3/32 C geworden (da nur die Hälfte von dem, was am blinden Ende des Rohres zur Zeit T = HL vorhanden war, zur Zeit T = 2HL übrigbleibt).
Dieses Berechnungsmodell setzt sich solange fort, bis nach einer unendlichen Zeitdauer, in der die Sterilisierung anhält, das gesamte Abtötungspotential (Konzentration x Zeit) am Einlaß des Rohres als die Summe des mittleren Abtötungspotentials von jedem Halbwertszeitintervall berechnet werden kann. Es hat sich herausgesetellt, daß dies gleich einer unendlichen Reihe ist:
HL * (C + C/2)/2 + HL * (C/2 + C/4)/2 + HL * (C/4 + C/8)/2 + HL * (C/8 +C/16)/2 + HL * (C/16 + C/32)/2 + . . .
was sich zunächst zu
(3 * HL * C/2) *(1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 . . .)
und schließlich zu
3 * HL * C/2 = Abtötungspotential am Einlaß des Rohres vereinfacht.
Das Abtötungspotential am blinden Ende des Rohres ist in einer ähnlichen Weise gefunden worden. Jedoch ist die Reihe leicht komplexer, da das erste Halbwertszeitintervall sich von den übrigen Halbwertszeitintervallen unterscheidet. Nach einer unendlichen Zeitdauer, in der die Sterilisierung anhält, führt das das gesamte Abtötungspotential zu einer unendlichen Reihe:
HL * (0 + 3C/16)/2 + HL * (3C/16 + 3C/32)/2 + HL * (3C/32 + 3C/64)/2 + HL * (3C/64 + 3C/128)/2 + HL * (3C/128 + 3C/256)/2 + . .
was sich zunächst zu
HL * (3C/32 + HL * 9C/32 * (1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + . . .)
und schließlich zu
3 * HL * C/8 = Abtötungspotential am blinden Ende des Rohrs
vereinfacht.
Somit wäre zu erwarten, daß zum Sterilisieren des blinden Rohrendes viermal so viele Sterilisierimpulse benötigt würden, als zum Sterilisieren des Rohreinlasses.
Unter Verwendung dieser Formeln kann ermittelt werden, daß, wenn am Zeitpunkt T = 2HL vom Rohreinlaß zum Rohrende hin ein Dampfverdichtungsimpuls von 6:1 stattfindet, der komplette Dampfgehalt des Rohrs in das hintere Sechstel des Rohres in der Nähe des blinden Endes gedrückt werden würde. Folglich würde die Dampfkonzentration am blinden Ende dann ((C/4 + 3C/32)/2) * 6 = 66C/64 betragen.
Wenn die für die Verdichtung des Dampfes verwendete Luft ferner ebenfalls mit Sterilisiermittel beladen wäre, würde bei einer Konzentration C keine Diffusion aus dem blinden Ende des Rohres stattfinden. Die Konzentration des Sterilisiermittels am blinden Ende würde dann nur aufgrund des Abbaus entsprechend der Halbwertszeit-Beziehung abnehmen.
Im Gegensatz dazu wird nach einer gesamten Sterilisierzeit von T = 4HL das Abtötungspotential am Rohreinlaß ohne Dampfverdichtung
3HL * C/4 + 3HL * C/8 + 3HL * C/16 + 3HL * C/32 = 47HL * C/32
betragen.
In einer ähnlichen Weise wird das Abtötungspotential am blinden Ende des Rohres mit Dampfverdichtung
3HL * C/32 + 9HL * C/32 + 3HL * C/4 + 3HL * C/8 = 3HL * C/2
betragen.
Diese beiden Abtötungspotentiale sind nahezu identisch, was bedeutet, daß die Sterilisationszeit am blinden Ende des Rohres nahezu gleich der Sterilisationszeit am Einlaß des Rohres ist.

Kurze Beschreibung der Abbildung

Die vorliegende Erfindung kann am besten unter Bezugnahme auf die Abbildung verstanden werden, wobei
Fig. 1 ein schematisches Diagramm ist, das den Sterilisationszyklus der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung der Abbildung

Figur 1

Die Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, die einen Teil eines Sterilisationszyklusses mit Dampfverdichtung veranschaulicht.
Am Anfang ist die Sterilisationskammer typischerweise dem Atmosphärendruck (1,01 bar (760 Torr)) ausgesetzt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Sterilisationskammer zuerst auf einen vorgewählten Druck P1 evakuiert, der typischerweise niedriger als oder gleich 0,053 bar (40 Torr) ist. Dann werden Sterilisiermitteldämpfe eingeleitet, die den Druck in der Kammer innerhalb einer vorbestimmten Zeit T1 auf einen zweiten vorbestimmten Druck P2 anheben, der typischerweise mindestens zweimal so groß ist wie P1. P2 ist durch die Beschaffenheit des Niederdrucksterilisiermittels begrenzt. Der Dampf kann sich selbst überall in der Kammer (einschließlich den blind endenden Hohlkörpern) während einer vorbestimmten Zeit T2 verteilen, die normalerweise kleiner als oder gleich der zweifachen Halbwertszeit des Sterilisiermittels ist, die von der Umgebung innerhalb der Kammer abhängt. Die Dampfverdichtung beginnt mit dem Einlassen von Luft, Trockenluft, Sterilisiermittel-beladene Luft oder Inertgas ("Druckgas") in die Kammer. Beim Einlassen des Druckgases in die Kammer steigt der Druck innerhalb einer dritten vorbestimmten Zeit T3 auf einen dritten vorbestimmten Druck P3 an. Die Zeit T3 ist typischerweise von einer Dauer kürzer als 1 Minute. Der Druck P3 ist typischerweise höher als der sechsfache Druck P2. Das Druckgas und Sterilisiermittel können dann für eine vorbestimmte Zeit T4, die normalerweise größer als oder gleich der Halbwertszeit des Sterilisiermittels ist, während es im Rohr ist, im Innern des Rohres bleiben. Die Kammer wird dann wieder auf den Druck P1 evakuiert und der Verfahrensablauf wiederholt.
Der Druck, die Zeitbereiche und die Anzahl der Impulse sind je nach Gegenstand verschieden und hängen vom besonderen Gegenstand und seiner Anwendung ab. Das folgende sind lediglich erläuternde Beispiele der vorliegenden Erfindung, die für verschiedene Proben angewendet wird.

BEISPIELE

Beispiel 1

Biologische Stoffe, die aus 10&sup6; Sporen des Bacillus Steorothemophilus bestehen, werden entlang von Edelstahlstreifen von 120 cm Länge alle 10 cm angeordnet. Die Stahlstreifen werden in ein blind endendes Rohr aus passiviertem Edelstahl mit 1 cm Innendurchmesser und 120 cm Tiefe eingeschoben. Das Rohr wird dann bei Atmosphärendruck im Innern einer 2½ Kubikfuß großen Kammer angeordnet. Die Kammer wird zuerst auf verschiedene Drücke evakuiert, die von 0,133 mbar (0,1 Torr) bis 6,65 mbar (5 Torr) reichen. Dann werden Wasserstoffperoxiddämpfe eingeleitet, die den Druck in der Kammer um etwa 7,98 mbar (6 Torr) anheben. Der Wasserstoffperoxiddampf wird aus einer Lösung von 31 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid erzeugt. Dem Dampf kann sich dann für einen Zeitraum von einer halben Minute selbst überall in der Kammer und im Hohlkörper verteilen.
Dann wird Luft in die Kammer eingelassen; Der Druck steigt folglich innerhalb 20 Sekunden auf über 0,133 bar (100 Torr). Die Wasserstoffperoxiddämpfe können dann für einen Zeitraum von 5 Minuten im Innern der Kammer und des Rohres bleiben. Die Kammer wird dann erneut evakuiert und der Sterilisationsimpuls viermal wiederholt.

Beispiel 2

Das Experiment aus Beispiel 1 kann auch so durchgeführt werden, daß der Wasserstoffperoxiddampf in einen getrockneten Luftstrom eingeleitet wird, der zur Durchführung der Dampfverdichtung verwendet wird. Dies ist vorteilhaft, da das verwendete Sterilisiermittel in einer höheren Konzentration verwendet werden kann, wenn die Anfangsfeuchtigkeit minimiert ist.

Beispiel 3

Ein Träger mit Sporen des Bacillus Steorothemophilus befindet sich in der Mitte einer 3 Meter langen komplexeren I.V. Anordnung. Diese Probe wird dann in eine Sterilisationskammer bei 0,133 mbar (0,10 Torr) angeordnet. Es wird eine Dampfverdichtungszeit von einer Minute angewendet, was zu einem Abbau bzw. Abfall des Sporenträgers um 6 Größenordnungen (6,0 log) führt. Ein die Erfindung verwendender Zyklus mit 15 Impulsen ist ausreichend, um eine vollständige Sterilisation zu erzielen. Der Wasserstoffperoxiddampf wird aus einer Lösung mit 50 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid erzeugt.

Beispiel 4

Nachstehend sind Ergebnisse für die Anwendung des gegenwärtigen Sterilisationsverfahrens an einem blinden Leitungszweig aus passiviertem Edelstahl mit 1 cm Innendurchmesser und 120 cm Länge. Die blinden Leitungszweige wurden in einer 154 Kubikfuß großen Kammer angeordnet und während eines Sterilisationszyklusses mit 4 Impulsen auf 770 F gehalten. Die Daten zeigen, daß die Dampfverdichtung bei Vakuumwerten vor der Einbringung von 1,33 mbar (1 Torr) und 2,66 mbar (2 Torr) tiefer eindringt als bei einem identischen Zyklus, der die Dampfverdichtung nicht anwendet. Der Dampfverdichtungsimpuls reichte von 0,0133 bar (10 Torr) zu 0,219 bar (165 Torr) in 22 Sekunden.

Beispiel 5

Nachstehend sind für die Anwendung des gegenwärtigen Sterilisationsverfahrens an zwei blinden Leitunszweigen aus passiviertem Edelstahl mit 1 cm Innendurchmesser und 120 cm Tiefe die Ergebnisse vorgesehen. Die blinden Leitungszweige wurden in einer 154 Kubikfuß großen Kammer angeordnet und während eines Sterilisationszyklusses mit vier Impulsen auf 77º F gehalten. Die Menge des pro Impuls eingebrachten Sterilisiermittels und der Evakuierungsdruck vor der Einbringung wurden konstant auf 56 Gramm bzw. 1,33 mbar (1 Torr) gehalten.
Obwohl diese Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, soll der Umfang der Erfindung nicht auf die besonders dargelegten Ausführungsformen begrenzt sein, sondern vielmehr solche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abgedeckt werden, die im Sinne und Umfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sein können.

Beispiel 6

Das Experiment aus Beispiel 1 kann auch so durchgeführt werden, daß der Sterilisiermitteldampf aus einer Lösung erzeugt wird, die eine Mischung aus Peressigsäure, Essigsäure, Wasserstoffperoxid und Wasser ist. VigorOx Santitizer, hergestellt von FMC, ist eine solche Mischung, die aus 5,2 % Peressigsäure, 21,7 % Wasserstoffperoxid, 10,4 % Essigsäure und 62,7 % Wasser besteht.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Durchdringung mit Sterilisiermittel-Dämpfen bei niedrigem Dampfdruck während der Entkeimung eines Artikels in einer geschlossenen Kammer, mit den aufeinanderfolgenden Schritten:

(a) Evakuieren der Kammer auf einen vorbestimmten Unterdruck;

(b) Einleiten von Sterilisiermittel-Dämpfen in die Kammer und damit einhergehende Anhebung des Druckes in der Kammer auf einen vorbestimmten zweiten Unterdruck innerhalb einer vorbestimmten Zeit;

(c) Verteilenlassen der Sterilisiermittel-Dämpfe in der Kammer während einer vorbestimmten Zeitdauer;

(d) Einleiten eines Gases in die Kammer innerhalb einer dritten vorbestimmten Zeitdauer, und Anheben des Druckes in der Kammer auf einen vorbestimmten Druck bis hin zu atmosphärischem Druck; und

(e) Belassen des Gases und der Sterilisiermittel-Dämpfe in der Kammer während einer vorbestimmten Zeitdauer.

(f) Wiederholen der Schritte (a) - (e) nach Bedarf, um ein vorbestimmtes Niveau an Entkeimung zu erzielen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste vorbestimmte Druck im Evakuierungsschritt geringer als oder gleich 53,2 mbar (40 Torr) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste vorbestimmte Druck im Evakuierungsschritt zwischen 0,133 mbar (0,1 Torr) und 13,3 mbar (10 Torr) beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck beim Schritt des Einleitens von Sterilisiermittel-Dämpfen in die Kammer auf den zweiten vorbestimmten Druck angehoben wird, welcher höher als oder gleich dem Doppelten des ersten vorbestimmten Druckes ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite vorbestimmte Druck während des Schrittes des Einleitens von Sterilisiermittel-Dämpfen in die Kammer zwischen 7,98 mbar (6 Torr) und 0,798 bar (60 Torr) beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite vorbestimmte Zeitdauer weniger als oder gleich der zweifachen Halbwertszeit des Sterilisiermittel-Dampfes in der geschlossenen Kammer ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dritte vorbestimmte Zeitdauer zwischen 3 und 120 s beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dritte vorbestimmte Druck höher als das Sechsfache des zweiten vorbestimmten Druckes ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dritte vorbestimmte Druck zwischen 47,88 mbar (36 Torr) und 0,478 bar (360 Torr) beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vierte vorbestimmte Zeitdauer linger als die Halbwertszeit des Sterilisiermittels während seines Vorhandenseins in der Kammer ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (a) bis (e) zwischen zweimal und zweiunddreißigmal wiederholt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gas in Schritt (d) aus der Gruppe ausgewählt ist, die im wesentlichen aus Luft, Trockenluft, Helium und Stickstoff sowie Mischungen davon besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sterilisiermittel- Dampf aus einer Lösung erzeugt wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche im wesentlichen aus Wasserstoffperoxid, Wasserstoffperoxid und Wasser, Peressigsäure, Essigsäure sowie Mischungen davon besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druckunterschied zwischen dem dritten und dem zweiten Druck größer als der Druckunterschied zwischen dem zweiten und dem ersten Druck ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dampfkompression ausreichend hoch ist, um eine größere Eindringtiefe des Sterilisiermittel-Dampfes als mittels der natürlichen Diffusion des Sterilisiermittel-Dampfes zu bewirken.