DE69714426T2

DE69714426T2 - Sterilisationsvorrichtung

Info

Publication number: DE69714426T2
Application number: DE69714426T
Authority: DE
Inventors: David Briggs; Richard Anthony Rudd Little
Original assignee: Jenact Ltd
Current assignee: Jenact Ltd
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JP2000507140A; EP0889740A1; GB9606438D0; DE69714426D1; WO1997035624A1; EP0889740B1; CA2248997A1; ATE221392T1; AU2298797A; US6507030B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sterilisationsvorrichtung.
Es ist bekannt, dass ultraviolette Strahlung Sterilisationseigenschaften hat. Typischerweise werden Lampen verwendet, um Strahlung einer geeigneten Wellenlänge herzustellen. Diese Lampen müssen mit einer besonderen Energieversorgung verbunden werden und die Vorrichtung ist daher etwas umständlich bei der Verwendung. Weiterhin haben die Lampen eine begrenzte Lebensdauer und leiden unter Abschattungsproblemen, die durch ihre Verbindungskabel und innere Elektroden verursacht werden. Im Sterilisationsbereich kann eine Abschattung bei Teilen eines Artikels dazu führen, dass er mit einem ungenügenden kumulativen Betrag an Strahlung beaufschlagt wird, um eine wirksame Sterilisation zu erreichen.
Kürzlich ist es erkannt worden, dass eine ultraviolette Birne die durch Mikrowellenstrahlung mit Energie versorgt wird, eine Lösung für wenigstens einige der mit den Lampen verbundenen Probleme zur Verfügung stellen kann.
Das US-Patent No. 5,166,528 beschreibt viel der bisher durchgeführten Forschung. Dieses Patent beschreibt ein nichtleitendes Gehäuse, welches eine oder mehrere mittels Mikrowellen mit Energie versorgbare Ultraviolett-Birnen trägt und welches innerhalb des Mikrowellenkäfigs eines herkömmlichen Mikrowellenofens angeordnet werden kann. Ein zu sterilisierender Artikel wird innerhalb des Käfigs entweder innerhalb oder benachbart zum Gehäuse angeordnet. In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der zu sterilisierende Artikel Mikrowellenstrahlung ausgesetzt. Das Patent räumt ein, dass eine Erhitzung des Artikels durch die Mikrowellen auftritt, bemerkt aber, dass diese begrenzt ist, weil die Sterilisation nur z. B. 30 bis 40 Sekunden in Anspruch nimmt. Der Anmelder hat jedoch herausgefunden, dass dies in der Praxis ein ernst zu nehmendes Problem ist, erstens weil jegliche Erhitzung des Artikels nicht zu akzeptieren ist, wie das z. B. bei einigen Kontaktlinsen der Fall ist, bei denen eine Erhitzung eine Zerstörung der Linse verursacht. Zweitens kann die Sterilisationsdauer mehr als 40 Sekunden betragen, und drittens ist die Erhitzung des Artikels nicht die einzige Erwägung; es ist z. B. nicht möglich einen leitfähigen Artikel mit den im Patent beschriebenen Einrichtungen zu sterilisieren. Die praktischen Anwendungen der Lehre der US 5,166,528 sind daher beschränkt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lehre der US 5,166,528 zu verbessern und insbesondere das Problem der Sterilisierung von mikrowellenempfindlichen Artikeln unter Verwendung wenigstens einer mit Mikrowellen mit Energie versorgten Ultraviolett-Birne zu lösen.
Demgemäß wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Sterilisator zur Verfügung gestellt, umfassend ein Gehäuse, welches geöffnet werden kann und angeordnet ist, um einen oder mehrere Artikel, die sterilisiert werden sollen, vollständig zu umschließen, wobei das Gehäuse ferner angeordnet ist, um eine Mikrowellenstrahlung zu dämpfen, so dass bei der Verwendung, wenn das Gehäuse mit einer Mikrowellenenergie bestrahlt wird, die Mikrowellenfeldenergie überall in dem Inneren des Gehäuses wesentlich kleiner als diejenige außerhalb des Gehäuses ist, und wobei das Gehäuse wenigstens einen gasdichten Hohlraum einschließt, der eine gasförmige Ladung enthält, wobei die Ladung aus der Gruppe von Materialien gewählt ist, die eine ultraviolette Strahlung emittieren, wenn sie mit einer Mikrowellenstrahlung bestrahlt werden, wobei das Gehäuse im Wesentlichen aus einem UV-transmissiven Material konstruiert ist, wodurch ein Artikel, der innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist, durch Bestrahlung mit einer ultravioletten Strahlung sterilisiert wird.
Typischerweise besteht die gasförmige Ladung aus Quecksilber oder einem Metallhalogenid und das Gehäuse ist im Wesentlichen aus einem ultraviolett durchlässigen Material konstruiert, wie Quarz, welches ausreichend wärmebeständig, mikrowellendurchlässig und ultraviolettdurchlässig für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist. Die gasförmige Ladung kann auch Edelgase, wie Neon oder Argon und/oder Helium enthalten. Indem das Gehäuse so eingerichtet ist, dass die Mikrowellenstrahlung gedämpft wird, während es gleichzeitig für Ultraviolettstrahlung möglich ist einzudringen, werden die Nachteile nach dem Stand der Technik vermieden.
Die Dämpfung kann erreicht werden, indem nur gasförmige Ladung verwendet wird, die im Wesentlichen die einfallende Mikrowellenenergie vom Mikrowellen- in das ultraviolette Spektrum umwandelt, indem das meiste der Mikrowellenwellenlänge absorbiert und die Energie in das ultraviolette Spektrum zurück übertragen wird. Das führt zu einer effektiven Dämpfung der auf den Artikel im Gehäuse einfallenden Mikrowellenenergie. Alternativ können Dämpfer wie Wasser (welches die Energie in Hitze umwandelt) oder elektrisch leitfähige Elemente (eingerichtet, um das Mikrowellenfeld gemäß der herkömmlichen Feldtheorie einzustellen) verwendet werden. Die Aufgabe der Dämpfung ist es, das Aussetzen des Artikels einer ultravioletten Strahlung bei keimtötenden Wellenlängen (typischerweise ungefähr 260 nm) zu maximieren, während die Mikrowellenfeldenergie auf einen Betrag reduziert wird, der ungenügend ist, um den Artikel zu beschädigen oder im Fall von leitfähi gen Artikeln ungenügend ist, einen Lichtbogen zu erzeugen und in Folge dessen die Mikrowellenquelle zu beschädigen.
Das Ausführungsbeispiel verwendet nur gasförmige Ladung, um den Energiebetrag der Mikrowellenstrahlung innerhalb des Gehäuses zu dämpfen, weil das die effizienteste Verwendung der Mikrowellenenergie bewirkt (da die Energie weitgehend in ultraviolette Strahlung umgewandelt wird anstatt in Wärme).
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Sterilisieren eines Artikels das Anordnen von einem oder mehreren der Artikel in ein Gehäuse hinein, wobei das Gehäuse angeordnet ist, um den oder jeden Artikel vollständig einzuschließen, wobei das Gehäuse einen gasdichten Hohlraum umfasst, der eine gasförmige Ladung enthält, und wobei die Ladung aus der Gruppe von Materialien gewählt ist, die eine ultraviolette Strahlung emittieren, wenn sie mit einer Mikrowellenstrahlung bestrahlt werden, und Bestrahlen des Gehäuses mit einer Mikrowellenstrahlung, wobei das Gehäuse im Wesentlichen aus einem UV-transmissiven Material konstruiert und derart angeordnet ist, dass der Energiepegel der Mikrowellenstrahlung innerhalb des Gehäuses kleiner als derjenige außerhalb und nicht ausreichend ist, um in einer signifikanten Weise den Artikel zu beschädigen, und wobei der Artikel durch Bestrahlung mit einer ultravioletten Strahlung sterilisiert wird.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
Figur A ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Sterilisators zum Sterilisieren von Kontaktlinsen ist;
Figur B ein Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels nach Figur A ist;
Figur C ein Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels nach Figur A ist;
Figur D ein Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels nach Figur A ist; und
Figur E ein alternativen Deckel zur Verwendung mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur D ist.
Unter Bezugnahme auf Figur A umfasst der Sterilisator ein Gehäuse mit einem Unterbau 2 und einem Deckel 4. In der Draufsicht ist das Gehäuse im Allgemeinen kreisförmig. Der Unterbau 2 hat zwei Wiegen 6A, 6B, jede zum Halten einer entsprechenden Kontaktlinse 8A, 8B. Die Wiegen 6 sind fest angebracht, um die Linsen zu halten und zu verhindern, dass sie verloren gehen, und sie können auch so angebracht sein, um eine Menge an Flüssigkeit, wie Kontaktlinsen, Spülflüssigkeit oder eine Salzlösung aufzunehmen, um eine Dehydrierung der Linsen während der Sterilisierung zu verhindern. Der Unterbau 2 und der Deckel 4 sind hohl, so dass entsprechende Hohlräume 2C, 4C zum Halten einer gasartigen Ladung gebildet sind, welche dazu geeignet ist, ultraviolette Strahlung zu emittieren, wenn sie mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt wird. Typischerweise wird die Ladung eine Quecksilberladung sein und der Deckel und der Unterbau werden aus Quarz konstruiert.
Beim Gebrauch wird das Gehäuse in einem Mikrowellenkäfig angeordnet, wie ein resonanter Mulitmode-Käfig, der Bestandteil eines herkömmlichen Mikrowellenofens ist. Mikrowellenenergie wird in den Käfig eingekoppelt in einer herkömmlichen Art und Weise und das im Wesentlichen gleichförmige in dem Käfig hergestellte Feld verursacht eine gleichförmige Bestrahlung der äußeren Oberfläche des Gehäuses. Wenigstens ein Teil der Mikrowellenenergie wird umgewandelt durch das Gehäuse in UV- Energie und die UV-Energie trifft auf den Artikel auf, der in dem Gehäuse angeordnet ist (in diesem Fall ein Paar Kontaktlinsen).
Als Folge der dämpfenden Wirkung der Gasladung auf die Mikrowellenstrahlung ist der in der Figur mit x bezeichnete Bereich im Wesentlichen frei von Mikrowellenstrahlung und daher werden die Linsen 8A, 8B im Wesentlichen nur mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt (und daher nicht "gekocht" durch die Mikrowellenenergie). In einer typischen Anordnung werden Dämpfungen von 25 dB der Mikrowellenenergie erreicht. Ob das eine "wesentliche" Dämpfung ist, hängt davon ab, ob sie ausreichend ist, um Schaden am Artikel (oder der Mikrowellenquelle bei einem elektrisch leitfähigen Artikel) bei gegebener Dauer und Intensität der Mikrowellenstrahlung im Inneren des Gehäuses während der Sterilisation zu vermeiden.
Das Gehäuse nach Figur A hat äußere Abmessungen von etwa 110 mm · 150 mm und innere Abmessungen von ungefähr 80 mm · 120 mm. Der Gasdruck ist niedrig, ungefähr 133,3 Pa (1 torr oder 1 mmHg) und die Ladung besteht aus Quecksilber und Argon. Höhere Gasdrücke verursachen größere Intensitäten an UV- Strahlung, aber es wird auch Wärme in größeren Mengen produziert, welche bei einigen Anwendungen unerwünscht sein kann.
Es ist zu verstehen, dass die oben beschriebene Anordnung und die nachstehend beschriebenen für die Ultraviolettbestrahlung von anderen mikrowellenempfindlichen Artikeln als Kontaktlinsen verwendet werden können.
Unter Bezugnahme auf Figur B ist eine alternative Deckelanordnung gezeigt, bei der ein zentraler Abschnitt des Deckels nach unten in den Unterbau 2 vorspringt. Dies ist eine einfachere Form zum Herstellen als die Figur A.
Unter Bezugnahme auf Figur C umfasst das Gehäuse einen Deckel, bei dem die Form ähnlich zu der des Unterbaus nach Figur A ist, aber so dimensioniert ist, dass er konzentrisch innerhalb des Unterbaus 2 angeordnet werden kann. Der Spalt zwischen den Seiten des Deckels 4 und des Unterbaus 2 ist so dimensioniert, dass er einen Mikrowellenbremseffekt gemäß der herkömmlichen Feldtheorie hat. Dieser Spalt wird daher eine Funktion der Mikrowellenwellenlänge sein und typischerweise ein Vielfaches von λ/4 sein, wobei λ die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist.
Es wird im Allgemeinen wünschenswert sein, die Mikrowellenstrahlung nur unter Verwendung einer gasförmigen Ladung zu dämpfen, weil das eine effiziente Umwandlung der Mikrowellenenergie in ultraviolette Energie bewirkt. Es kann jedoch notwendig sein, bestimmte Teile der zu sterilisierenden Artikel vor Ultraviolettstrahlung oder zur Erleichterung der Konstruktion des Gehäuses abzuschirmen, so dass die Kavitäten 2C, 4C nicht vollständig das Gehäuse umgeben. In diesem Fall können andere Mikrowellendämpfer verwendet werden, wie das z. B. in den Figuren D und E gezeigt ist.
In Figur D wird ein leitfähiger (vorzugsweise metallischer) Deckel verwendet, der im PTFE oder ein ähnliches anderes nichtleitendes Material oder Polymer eingeschlossen ist. Die Anordnung ermöglicht es, dass der elektromagnetische Abstimmungseffekt des Leiters betrieben werden kann, ohne dass ein Lichtbogen zu den leitenden Seiten des Mikrowellenkäfigs, in dem der Sterilisator angeordnet ist, möglich ist. Dieses Ausführungsbeispiel enthält einen inneren Wassermantel, (der auch mit jedem der anderen Ausführungsbeispiele verwendet werden kann), gebildet durch die Konstruktion einer inneren Haut 10 innerhalb der inneren Oberfläche des Unterbaus 2. Ein wasserdichter Hohlraum wird zwischen der inneren Haut und der inneren Oberfläche gebildet, in den Wasser zur Ausbildung eines Wassermantels eingeführt werden kann. Der Zweck des Mantels ist es, Mikrowellenenergie weiter zu dämpfen, wenn sie durch die Gehäusewände hindurchtritt. Das Wasser ist geeignet, aber nicht wesentlich. Andere Materialien, welche weitergehend UV-transparent sind, können anstelle des Mantels verwendet werden.
Figur E zeigt einen alternativen Deckel, der keinen Hohlraum 4C für eine gasförmige Ladung enthält, bei dem der Deckel an der Oberseite offen ist, so dass er mit Wasser befüllt werden kann. Wie oben diskutiert, dämpft Wasser die Mikrowellenenergie, indem sie in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Die Mikrowellenstrahlung kann auch unter Verwendung eines Leiters, eines netzförmigen Materials, wie einem Drahtgitter, gedämpft werden, wobei der Gitterabstand im Verhältnis zur Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung so gewählt wird, dass ein Kompromiss zwischen einer Minimierung der Dämpfung der ultravioletten Strahlung und einer Maximierung derjenigen der Mikrowellenstrahlung gebildet wird.
Es muss verstanden werden, dass der Ausdruck "Sterilisierung" allgemein in dem Sinn verwendet wird, dass die Wellenlänge, Intensität und Dauer der UV-Bestrahlung entweder empirisch oder unter Verwendung bekannter Methoden eingestellt werden kann, um den gewünschten Grad an bakterieller Zerstörung an der Oberfläche des Artikels oder der Artikel im Gehäuse zu erreichen. Es muss auch verstanden werden, dass die beschriebene Vorrichtung für Nichtsterilisationsanwendungen, wie das Aushärten von Harz und/oder Tinte verwendet werden kann.

Claims

1. Sterilisator, umfassend ein Gehäuse (2, 4), welches geöffnet werden kann und angeordnet ist, um einen oder mehrere Artikel (8A, 8B), die sterilisiert werden sollen, vollständig zu umschließen, wobei das Gehäuse ferner angeordnet ist, um eine Mikrowellenstrahlung zu dämpfen, so dass bei der Verwendung, wenn das Gehäuse (2, 4) mit einer Mikrowellenenergie bestrahlt wird, die Mikrowellenfeldenergie überall in dem Inneren (x) des Gehäuses wesentlich kleiner als diejenige außerhalb des Gehäuses ist, und wobei das Gehäuse wenigstens einen gasdichten Hohlraum (2C, 4C) einschließt, der eine gasförmige Ladung enthält, wobei die Ladung aus der Gruppe von Materialien gewählt ist, die eine ultraviolette Strahlung emittiert, wenn sie mit einer Mikrowellenstrahlung bestrahlt werden, wobei das Gehäuse im wesentlichen aus einem UV-transmissiven Material konstruiert ist, wodurch ein Artikel, der innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist, durch die Bestrahlung mit einer ultravioletten Strahlung sterilisiert wird.

2. Sterilisator nach Anspruch 1, wobei der gasdichte Hohlraum (2C, 4C) integral mit wenigstens einem Teil der Gehäusewand ist und dadurch definiert wird.

3. Sterilisator nach Anspruch 1 oder 2, ausgelegt für die Sterilisation von einer oder mehreren Kontaktlinsen (8A, 8B).

4. Verfahren zum Sterilisieren eines Artikels, umfassend das Anordnen von einem oder mehreren der Artikel in ein Gehäuse hinein, wobei das Gehäuse (2, 4) angeordnet ist, um den oder jeden Artikel vollständig einzuschließen, wobei das Gehäuse (2, 4) einen gasdichten Hohlraum (2C, 4C) umfasst, der eine gasförmige Ladung enthält, und wobei die Ladung aus der Gruppe von Materialien gewählt ist, die eine ultraviolette Strahlung emittieren, wenn sie mit einer Mikrowellenstrahlung bestrahlt werden, und Bestrahlen des Gehäuses mit einer Mikrowellenstrahlung, wobei das Gehäuse (2, 4) im wesentlichen aus einem UV-transmissiven Material konstruiert und derart angeordnet ist, dass der Energiepegel der Mikrowellenstrahlung innerhalb des Gehäuses (2, 4) kleiner als diejenige außerhalb ist und nicht ausreichend ist, um in einer signifikanten Weise den Artikel zu beschädigen, und wobei der Artikel durch eine Bestrahlung mit einer ultravioletten Strahlung sterilisiert wird.