DE69724958T2

DE69724958T2 - Verfahren zur sterilisierung in diffusionsbeschrankten umgebunden

Info

Publication number: DE69724958T2
Application number: DE69724958T
Authority: DE
Inventors: Taylor Paul JACOBS; Morrell John JACOBS; Szu-Min Lin; O. Tralance ADDY
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2017-04-05
Also published as: SG86993A1; DE69726329T2; CA2201572C; CN1169877A; DK0799621T3; AU721001B2; MY120695A; EP0799621A1; JPH1028722A; AU1770197A; ES2210455T3; NO311603B1; US6132680A; AU2454997A; CA2201572A1; RU2218184C2; CN1491725A; BR9708498A; JP2001514531A; DE69724958D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Fachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anwendung einer Peroxidquelle und eines Unterdrucks zur Sterilisierung von Erzeugnissen, wie medizinische Instrumente, und insbesondere auf Verfahren, die den Schritt des Kontaktierens der Erzeugnisse oder der diffusionsbeschränkten Umgebung, die Erzeugnisse enthält, mit einer Peroxidquelle vor Einwirkung des Unterdrucks oder des Unterdrucks verbunden mit Plasma.
Beschreibung des Standes der Technik
Medizinische Instrumente werden üblicherweise sterilisiert, wobei entweder Wärme, wie sie durch Dampf bereitgestellt wird, oder eine Chemikalie, wie Formaldehyd oder Ethylenoxid als Gas oder Dampf verwendet werden. Jede dieser Methoden hat Nachteile. Viele medizinische Vorrichtungen, wie faseroptische Vorrichtungen, Endoskope, Elektrowerkzeuge usw., sind empfindlich gegenüber Wärme, Feuchtigkeit oder beidem. Formaldehyd und Ethylenoxid sind beides toxische Gase, die eine potenzielle Gefahr für das medizinische Personal darstellen. Probleme mit Ethylenoxid sind besonders gravierend, weil seine Verwendung lange Lüftungszeiten benötigt, um das Gas aus den Erzeugnissen, die sterilisiert wurden, zu beseitigen. Dadurch verlängert sich die Sterilisierungszeit in unerwünschter Weise.
Bei der Sterilisierung unter Verwendung von flüssiger Wasserstoffperoxidlösung hat man festgestellt, dass eine hohe Sterilisationsmittelkonzentration, eine längere Einwirkungszeit und/oder höhere Temperaturen erforderlich sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Sterilisierung mit Wasserstoffperoxiddampf einige Vorteile gegenüber anderen chemischen Sterilisationsverfahren hat (siehe z. B. US-Patente Nr. 4.169.123 und 4.169.124).
Die Kombination von Wasserstoffperoxid mit einem Plasma bietet bestimmte zusätzliche Vorteile, wie es dargestellt wird im US-Patent 4.643.876, erteilt am 17. Februar 1987 an Jacobs und Miterf.; US-Patent 4.756.882, erteilt am 12. Juli 1988 ebenfalls an Jacobs und Miterf. stellt die Verwendung von Wasserstoffperoxiddampf dar, der aus einer wässrigen Wasserstoffperoxid-Lösung als Vorläufer der reaktiven Arten, die mit einem Plasmaerzeuger gewonnen werden, erzeugt wird. Die Kombination von Wasserstoffperoxiddampf der in die unmittelbare Nähe des zu sterilisierenden Erzeugnisses diffundiert, mit Plasma bewirkt eine Sterilisierung der Erzeugnisse, auch innerhalb geschlossener Verpackungen. Man hat auch festgestellt, dass diese Methode der Kombination von Wasserstoffperoxiddampf mit Plasma, während sie bei „offenen" Systemen hilfreich sind, nicht ausreichen, um eine Sterilisierung von Erzeugnissen zu bewirken, die diffusionsbeschränkte Bereiche haben, da die Methode vom Diffundieren des Sterilisationsmitteldampfes in die unmittelbare Nähe des Erzeugnisses abhängt, bevor eine Sterilisierung erreicht werden kann. So hat man festgestellt, dass diese Methoden eine hohe Konzentration an Sterilisationsmittel, längere Einwirkungszeit und/oder erhöhte Temperaturen benötigten, wenn sie für lange, enge Hohlräume angewendet werden. Zum Beispiel sind Hohlräume, die länger als 27 cm sind und/oder einen Innendurchmesser von weniger als 0,3 cm haben, besonders schwer zu sterilisieren. So gibt es nach dem Stand der Technik keine einfache, sichere, wirksame Methode zur Sterilisierung kleinerer Hohlräume.
Die Sterilisierung von Erzeugnissen, die diffusionsbeschränkte Bereiche haben, wie lange, enge Hohlräume, stellt deshalb eine besondere Herausforderung dar. Methoden, bei denen Wasserstoffperoxiddampf verwendet wird, der aus einer wässrigen Lösung des Wasserstoffperoxids gewonnen wird, haben bestimmte Nachteile, da:

1. Wasser einen höheren Dampfdruck als Wasserstoffperoxid hat und schneller aus einer wässrigen Lösung verdampft als Wasserstoffperoxid.
2. Wasser ein geringeres Molgewicht als Wasserstoffperoxid hat und schneller als Wasserstoffperoxid im Dampfzustand diffundiert.

Dadurch, wenn eine wässrige Lösung des Wasserstoffperoxids in einem Bereich verdampft, der zu sterilisierende Gegenstände umgibt, erreicht zuerst das Wasser die Gegenstände und in höherer Konzentration. Der Wasserdampf wird deshalb zu einer Barriere für das Eindringen von Wasserstoffperoxiddampf in die diffusionsbeschränkten Bereiche, wie kleine Spalte und lange, enge Hohlräume. Man kann das Problem nicht durch Beseitigen des Wassers aus der wässrigen Lösung und Verwendung von höherkonzentriertem Wasserstoffperoxid lösen, da, neben anderen Gründen, konzentrierte Wasserstoffperoxid- Lösungen von mehr als 65 Masse % aufgrund des Oxidationscharakters gefährlich sein kann.
US-Patent 4.952.370 von Cummings und Miterf. legt ein Sterilisierungsverfahren offen, bei dem wässriger Wasserstoffperoxiddampf zuerst auf dem zu sterilisierenden Erzeugnis kondensiert und dann eine Vakuumquelle an der Sterilisationskammer appliziert wird, um das Wasser und das Wasserstoffperoxid vom Erzeugnis zu verdampfen. Diese Methode ist dazu geeignet, Oberflächen zu sterilisieren, doch unwirksam für eine schnelle Sterilisierung diffusionsbeschränkter Bereiche , wie die, die man bei mit Hohlräumen versehenen Vorrichtungen festgestellt hat, da dies ebenfalls von der Diffusion des Wasserstoffperoxiddampfes in den Hohlraum abhängt, um die Sterilisierung zu bewirken.
Das US-Patent 4.943.414 mit dem Titel "Methode zur Dampfsterilisation von Erzeugnissen, die Hohlräume besitzen", das an Jacobs und Miterf. erteilt wurde, legt ein Verfahren offen, bei dem ein Behälter, der eine kleine Menge verdampfbare, flüssige Sterilisationsmittellösung enthält, an einem Hohlraum angebracht ist und das Sterilisationsmittel verdampft und direkt in den Hohlraum des Erzeugnisses strömt, da der Druck während des Sterilisationsvorgangs verringert wird. Dieses System hat den Vorteil, dass das Wasser und der Wasserstoffperoxiddampf durch die vorhandene Druckdifferenz durch den Hohlraum gezogen werden, wobei die Sterilisationsrate für Hohlräume erhöht wird, doch es hat den Nachteil, dass der Behälter an jedem zum sterilisierenden Hohlraum angebracht werden muss. Darüber hinaus verdampft Wasser schneller und tritt vor dem Wasserstoffperoxiddampf in den Hohlraum ein.
Im US-Patent 5.492.672 wird ein Verfahren zur Sterilisierung enger Hohlräume offengelegt. Dieses Verfahren nutzt einen Mehrkomponenten-Sterilisationsmitteldampf und erfordert einen Strom Sterilisationsmitteldampf und die Unterbrechung dieses Stroms nacheinander in abwechselnder Reihenfolge. Es wird eine komplizierte Vorrichtung zur Realisierung der Methode eingesetzt. Da es sich um ein Durchströmen von Dampf handelt, werden Hohlräume mit geschlossenen Enden nicht ohne weiteres bei dem Verfahren sterilisiert.
So bleibt ein Bedarf für eine einfache und wirksame Methode der Dampfsterilisation von Erzeugnissen, die Bereiche besitzen, in denen die Diffusion dieser Dämpfe beschränkt ist, wie bei langen, engen Hohlräumen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Sterilisierung des Innenraums eines Erzeugnisses mit einem diffusionsbeschränkten Bereich, wie einem Erzeugnis , das einen Hohlraum besitzt. Die Methode umfasst die Schritte des Kontaktierens des Inneres des Erzeugnisses mit einer Peroxidquelle und der Unterdruckeinwirkung auf das Erzeugnis für eine Zeit, die ausreicht, eine vollständige Sterilisierung zu bewirken. Bei einer Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle eine Flüssigkeit oder kondensierten Dampf. Bei einer anderen Ausführungsform, umfasst die Peroxidquelle, die kondensierten Dampf umfasst, Wasserstoffperoxid oder Peressigsäure. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle, die einen kondensierten Dampf umfasst, Wasserstoffperoxid- oder Peressigsäuredampf. Wenn der Einwirkungsschritt eine Stunde lang bei 40°C und 10 Torr durchgeführt wird und die Peroxidquelle 1 mg/l Wasserstoffperoxid enthält, verbleibt im diffusionsbeschränkten Bereich vorzugsweise 0,17 mg/l oder mehr Wasserstoffperoxid oder es verbleiben 17% oder mehr Wasserstoffperoxid, das darin nach dem Einwirkungsschritt plaziert wurde. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen, hat der diffusionsbeschränkte Bereich die gleiche oder eine stärkere Diffusionsbeschränkung, als sie durch einen Hohlraum von 17 cm Länge und einem Innendurchmesser von 3 mm aufweist, oder hat die gleiche oder eine stärkere Diffusionsbeschränkung als ein Hohlraum, dessen Verhältnis von Länge zum Innendurchmesser bei über 50 liegt. Die Peroxidquelle hat vorzugsweise eine Konzentration von unter 25 Masse %. Der Kontaktierungsschritt kann durch Applizierung mit Hilfe einer Methode, wie Einspritzen, statisches Tränken, Durchfluss von Flüssigkeiten, Aerosolsprühen, Kondensation oder körperliches Verdrängen durchgeführt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der diffusionsbeschränkte Bereich ein Hohlraum von mindestens 27 cm Länge und hat einen Innendurchmesser von maximal 3 mm, vorzugsweise einen Innendurchmesser von maximal 1 mm. Der Einwirkungsschritt wird vorzugsweise über 60 Minuten oder weniger durchgeführt und erfolgt vorzugsweise bei einem Druck unterhalb des Dampfdrucks von Wasserstoffperoxid. So liegt der bevorzugte Druckbereich unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung zwischen 0 und 100 Torr. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Druck ca. 10 Torr und der Einwirkungsschritt wird bei einer Temperatur von ca. 23°C bis ca. 28°C durchgeführt. Der Einwirkungsschritt kann den Schritt der Erwärmung des Erzeugnisses, wie zum Beispiel durch Erwärmung der Kammer, in der der Einwirkungsschritt stattfindet, beinhalten. Die Kammer kann auf ca. 40°C bis 45°C erwärmt werden. Alternativ dazu kann die Peroxidquelle erwärmt werden, wie zum Beispiel auf eine Temperatur von ca. 40°C bis 45°C. Optional kann der Schritt der Plasmaeinwirkung auf die Vorrichtung während der Unterdruckeinwirkung auf die Vorrichtung durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform, bei die Einwirkung von Plasma angewendet wird, wird die Methode in einer ersten Kammer durchgeführt und das Plasma wird in einer zweiten, separaten Kammer erzeugt. Diese Ausführungsform umfasst weiterhin den Schritt des Einströmens in die erste Kammer. Vorteilhafterweise können die Kontaktierungsund/oder Einwirkungsschritte der Methode ein oder mehrere Male wiederholt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Methode der Sterilisierung des Inneren und Äußeren eines Erzeugnisses. Diese Methode umfasst folgenden Schritte: Kontaktieren des Erzeugnisses mit einer Peroxidquelle und Plazierung des Erzeugnisses in einer diffusionsbeschränkten Umgebung.
Die Kontaktierungs- und Plazierungsschritte können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Diesen Schritten folgt die Unterdruckeinwirkung auf die diffusionsbeschränkte Umgebung über eine Zeit, die ausreicht, um eine vollständige Sterilisation zu bewirken. Der Kontaktierungsschritt kann sowohl vor als auch nach dem Plazierungsschritt durchgeführt werden. Wird der Einwirkungsschritt bei 40°C und 10 Torr durchgeführt und es wird eine Peroxidquelle appliziert, die 1 mg/l Wasserstoffperoxid umfasst, behält der diffusionsbeschränkte Bereich vorzugsweise 0,17 mg/l oder mehr Wasserstoffperoxid nach dem Einwirkungsschritt zurück oder behält nach dem Einwirkungsschritt 17% oder mehr darin plaziertes Wasserstoffperoxid zurück. Der Einwirkungsschritt kann den Schritt der Erwärmung des Erzeugnisses umfassen, wie zum Beispiel durch Erwärmung der Kammer, in der der Einwirkungsschritt stattfindet, oder durch Erwärmung der Peroxidquelle. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen weist die diffusionsbeschränkte Umgebung die gleiche oder eine stärkere Beschränkung der Diffusion auf wie sie durch eine einzige Einlass-/Auslassöffnung mit einem Innendurchmesser von 9 mm oder weniger und einer Länge von einem 1 cm oder mehr gegeben ist, oder ist ausreichend diffusionsbeschränkt, um eine rostfreie Stahlklinge in einem Glasrohr von 2,2 cm mal 60 cm mit einem Gummistopfen, durch den ein Auslaufrohr aus rostfreiem Stahl von 1 mm mal 50 cm verläuft, bei einem Vakuum von 10 Torr und einer Temperatur von 40°C in einer Stunde vollständig zu sterilisieren. Bei einer Ausführungart umfasst die Peroxidquelle eine Flüssigkeit oder kondensierten Dampf. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle, die eine Flüssigkeit beinhaltet, Wasserstoffperoxid- oder Peressigsäuredampf. Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Peroxidquelle, die einen kondensierten Dampf umfasst, Wasserstoffperoxid- oder Peressigsäuredampf. Der Kontaktierungsschritt kann durch Zuführung durch Methoden, wie Einspritzung, statisches Tränken, Durchfluss von Flüssigkeit, Aerosolsprühen, Kondensation oder körperliches Verdrängen durchgeführt werden. Bei der Unterdruckeinwirkung auf den Hohlraum kann auch Plasma verwendet werden.
Wird Plasma verwendet, kann die Methode in einer abgedichteten Kammer durchgeführt und das Plasma in dem Behälter erzeugt werden.
So kann die Methode in der ersten Kammer durchgeführt und das Plasma in einer zweiten, separaten Kammer durchgeführt werden und das Plasma strömt dann in die ersten Kammer. Der diffusionsbeschränkte Behälter kann mindestens ein Auslassrohr besitzen, wie eines, das mindestens 1,0 cm lang ist und einen Innendurchmesser von 9 mm oder weniger hat. Das Auslassrohr kann auch einen Filter besitzen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform reicht der Filter aus, um das Eindringen von Bakterien aus der Umgebung in den Behälter zu verhindern. Die Peroxidquelle kann mit einer Konzentration von unter 25 Masse % verwendet werden. Der Einwirkungsschritt erfolgt vorzugsweise über 60 Minuten oder weniger. Die Methode kann zusammen mit dem Schritt der Erwärmung des Erzeugnisses während des Einwirkungsschrittes durchgeführt werden. Der Einwirkungsschrtt kann bei einem Unterdruck zwischen 0 und 100 Torr durchgeführt werden. Vorteilhafterweise können die verschiedenen Schritte dieser Methode auch ein oder mehrere Male wiederholt werden.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Herstellung eines sterilisierten Erzeugnisses in einem diffusionsbeschränkten Behälter. Diese Methode umfasst das Kontaktieren des Erzeugnisses mit einer Peroxidquelle und Plazierung des Erzeugnisses in einem diffusionsbeschränkten Behälter in beliebiger Reihenfolge. Erfolgt der erste Kontaktierungsschritt vor der Plazierung, kann das Kontaktieren nach dem Plazierungsschritt wiederholt werden. Diesen Schritten folgt die Einwirkung von Unterdruck auf den diffusionsbeschränkten Behälter über eine Zeit, die ausreicht, eine vollständige Sterilisierung des Erzeugnisses zu bewirken. Der bei diesem Aspekt der Erfindung verwendete Behälter hat mindestens ein Auslassrohr. Das Auslassrohr hat vorzugsweise einen darin befindlichen Filter, der vorzugsweise ausreicht, um das Eindringen von Bakterien in den Behälter zu verhindern. Das Auslassrohr ist mindestens 1,0 cm lang und/oder hat einen Innendurchmesser von 9 mm oder weniger. Vorteilhafterweise können der Einwirkungsschritt, der Kontaktierungsschritt oder die gesamte Methode ein oder mehrere Male wiederholt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kontaktierungsschritt die Applizierung über Einspritzen, statisches Tränken, Durchfluss von Flüssigkeit, Aerosolsprühen, Kondensation oder physisches Verdrängen.
Auf den Behälter kann Plasma einwirken, während auf den Behälter ein Unterdruck einwirkt. Bei einer Ausführungsform wird die Methode in einer abgedichteten Kammer durchgeführt und das Plasma wird in der Kammer erzeugt. Der Einwirkungsschritt wird vorzugsweise über 60 Minuten oder weniger und/oder bei einem Druck zwischen 0 und 100 Torr durchgeführt. Der Behälter kann während des Einwirkungsschrittes erwärmt oder die Peroxidquelle vor dem Kontaktieren erwärmt werden. Die Erfindung umfasst auch das sterilisierte Erzeugnis in einem diffusionsbeschränkten Behälter, das durch die Methode dieses Aspekts hergestellt wird. Bei einer Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle eine Flüssigkeit oder kondensierten Dampf. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle, die eine Flüssigkeit beinhaltet, Wasserstoffperoxid oder Peressigsäure. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle, die kondensierten Dampf beinhaltet, Wasserstoffperoxid- oder Essigsäuredampf.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Herstellung eines sterilisierten Erzeugnisses in einem diffusionsbeschränkten Behälter. Diese Methode umfasst die Plazierung des Erzeugnisses im diffusionsbeschränkten Behälter und Kontaktieren des Behälters mit einer Peroxidquelle in beliebiger Reihenfolge. Diesen Schritten folgt die Einwirkung von Unterdruck auf den diffusionsbeschränkten Behälter über eine Zeit, die ausreicht, um eine vollständige Sterilisierung des Erzeugnisses zu bewirken. Der bei diesem Aspekt der Erfindung verwendete Behälter hat mindestens eine Verbindungsöffnung, die ein Auslassrohr oder ein luft- und dampfdurchlässiges Fenster umfasst. Das Auslassrohr hat vorzugsweise einen darin befindlichen Filter, der vorzugsweise ausreicht, um das Eindringen von Bakterien in den Behälter zu verhindern. Das Auslassrohr ist mindestens 1,0 cm lang und/oder hat einen Innendurchmesser von 9 mm oder weniger. Die Verbindungsöffnung ist vorzugsweise über einen Verbinder mit dem zu sterilisierenden Erzeugnis verbunden, so dass der Sterilisierungsdampf durch das Erzeugnis und aus dem Behälter strömen kann. Der Verbinder ist vorzugsweise eine Rohrleitung oder ein Adapter, der an einen Hohlraum des genannten Erzeugnisses angebracht werden kann, oder ein geschlossener Raum, der einen Teil des Erzeugnisses mit dem Hohlraum enthält.
Bei einer Ausführungsform ist das Auslassrohr zusätzlich an ein Ventil außerhalb des Behälters angeschlossen, und das Ventil steht in Verbindung mit einer Vakuumquelle. Bei einer Ausführungsform ist die Verbindungsöffnung, die ein Fenster umfasst, für Mikroorganismen undurchlässig. Vorteilhafterweise können der Einwirkungsschritt, der Kontaktierungsschritt oder die gesamte Methode ein oder mehrere Male wiederholt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kontaktierungsschritt die Applizierung über Einspritzen, statisches Tränken, Durchfluss von Flüssigkeit, Aerosolsprühen, Kondensation oder körperliche Verdrängung. Auf den Behälter kann während des Einwirkens von Unterdruck auf den Behälter Plasma einwirken. Bei einer Ausführungsform wird die Methode in einer abgedichteten Kammer durchgeführt und das Plasma wird in der Kam mer erzeugt. Der Einwirkungsschritt wird vorzugsweise über 60 Minuten oder weniger und/oder bei einem Druck zwischen 0 und 100 Torr vorgenommen. Der Behälter kann während des Einwirkungsschritts erwärmt oder die Peroxidquelle vor dem Einwirkungsschritt erwärmt werden. Die Erfindung umfasst auch das durch die Methode dieses Aspekts in einem diffusionsbeschränkten Behälter sterilisierte Erzeugnis. Bei einer Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle eine Flüssigkeit, einen festen Stoff oder kondensierten Dampf. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle, die einen festen Stoff beinhaltet, einen Harnstoffperoxidkomplex oder Natriumpyrophosphat-Peroxidkomplex oder einen ähnlichen Komplex. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Peroxidquelle, die kondensierten Dampf beinhaltet, Wasserstoffperoxid- oder Essigsäuredampf.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnitt eines Hohlraums, der eine beimpfte rostfreie Stahlklinge enthält, die in einem Glasrohr plaziert ist, das nur eine enge Öffnung besitzt, um eine diffusionsbeschränkte Umgebung für das Untersuchen der Sterilisierungsmethode der vorliegenden Erfindung zu schaffen.
2 ist ein Querschnitt einer beimpfte rostfreien Stahlklinge, die direkt in einem Glasrohr plaziert ist, das nur eine enge Öffnung besitzt, um eine wechselnde diffusionsbeschränkte Umgebung zum Untersuchen der Sterilisationsmethode der vorliegenden Erfindung zu schaffen.
3 ist ein Querschnitt einer beimpfte rostfreien Stahlklinge, die direkt in einem Glasrohr plaziert ist, die einen Filter besitzt, die an seiner engen Öffnung angeordnet ist, um eine wechselnde diffusionsbeschränkte Umgebung zum Testen der Sterilisationsmethode der vorliegenden Erfindung zu schaffen.
4 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbeschränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter, der eine begrenzte Diffusionsöffnung besitzt (Verbindungsöffnung bestehend aus einer Rohrleitung).
5A ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbeschränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter, der eine begrenzte Diffusionsöffnung besitzt (Verbindungsöffnung bestehend aus einer Rohrleitung oder der Hohlraumvorrichtung)) und ei nem Rohrverbinder, um eine Hohlraumvorrichtung mit der Verbindungsöffnung des Behälters zu verbinden.
5B ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbeschränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter, der eine begrenzte Diffusionsöffnung (Verbindungsöffnung, die aus einer Rohrleitung oder der Hohlraumvorrichtung besteht) und einen Verbinder zu einem geschlossen Raum besitzt, um eine Hohlraumvorrichtung mit der Verbindungsöffnung des Behälters zu verbinden.
6 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbeschränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter, der eine Öffnung für begrenzte Diffusion und einen Verbinder zum geschlossenen Raum besitzt, um eine Hohlraumvorrichtung mit dem Fenster zu verbinden.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Das Sterilisieren des Inneren von mit Hohlräumen versehenen Vorrichtungen stellt immer eine Herausforderung an Sterilisationssysteme dar. Ein schnelles Sterilisieren von mit Hohlräumen versehenen Vorrichtungen oder anderen diffusionsbeschränkten Erzeugnissen bei niedrigen Temperaturen oder geringen Sterilisationsmittel-konzentrationen stellt eine noch größere Herausforderung dar. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Mängel der Sterilisationssysteme, die dem Stand der Technik entsprechen, durch die Vorbehandlung oder Kontaktierung von zu sterilisierenden Erzeugnissen mit einer Peroxidquelle vor der Einwirkung eines Vakuums oder optional, von Plasma, überwunden. Alternativ dazu kann eine diffusionsbeschränkte Umgebung, die zu sterilisierende Erzeugnisse enthält, vor einer Vakuumeinwirkung mit einer Peroxidquelle kontaktiert werden. Die Peroxidquelle umfasst eine Flüssigkeit oder kondensierten Dampf, wobei in dem Fall ein Erzeugnis kontaktiert wird. In dem Fall, wo eine diffusionsbeschränkte Umgebung kontaktiert wird, umfasst die Peroxidquelle zusätzlich einen Feststoff. Die Flüssigkeit umfasst wässrige Lösungen von Wasserstoffperoxid oder Peressigsäure. Der Feststoff umfasst einen Harnstoffperoxid-Komplex. oder Natriumpyrophasphat-Peroxidkomplex oder einen ähnlichen Peroxidkomplex. Der Dampf umfasst Wasserstoffperoxid- oder Peressigsäuredampf. Die bevorzugte Methode der vorliegenden Erfindung nutzt wässriges Wasserstoffperoxid als Peroxidquelle, um ein zu sterilisierendes Erzeugnis zu kontaktieren. Die Methoden der vorliegenden Erfindung ermöglichen die schnelle Sterilisierung von Erzeugnissen mit und ohne Hohl räume unter Bedingungen, die die Erzeugnisse weder beschädigen noch toxische Rückstände auf den sterilen Erzeugnissen hinterlassen.
Bei der Methode der vorliegenden Erfindung wird die Peroxidquelle in direkten Kontakt mit dem zu sterilisierenden Erzeugnis oder mit der diffusionsbeschränkten Umgebung, die den zu sterilisierenden Artikel enthält, gebracht. Im Fall einer Vorrichtung mit Hohlräumen kann die Peroxidquelle direkt dem Hohlraum zugeführt werden. Im Fall eines Erzeugnisses, das einen Bereich besitzt, wo die Dampfdiffusion eingeschränkt ist, kann die Peroxidquelle dem Inneren des diffusionsbeschränkten Bereichs zugeführt werden.
Für Erzeugnisse, die nicht diffusionsbeschränkt sind, kann die Peroxidquelle an beliebiger Stelle in die diffusionsbeschränkte Umgebung eingebracht werden. Die Peroxidquelle wird dem Hohlraum zugeführt oder mit dem zu sterilisierenden Erzeugnis in Kontakt gebracht oder mit der diffusionsbeschränkten Umgebung, die das zu sterilisierende Erzeugnis enthält, kontaktiert durch Mittel wie direkte Applizierung oder körperliche Verdrängung, statisches Tränken, Durchfluss von Flüssigkeit, Aerosolsprühen oder Dampfkondensierung. Körperliches Verdrängen umfasst auch die Plazierung eines Behälters, der die Peroxidquelle enthält. Bei der bevorzugten Methode der vorliegenden Erfindung können die wässrigen Lösungen von Wasserstoffperoxid relativ verdünnt sein, z. B. bis hin zu 1,6 oder weniger Masseprozent, da die Sterilisierung nicht durch den Kontakt mit der Wasserstoffperoxidlösung erreicht wird, sondern bei geringen Temperaturen und in kurzen Zeitspannen durch Einwirkung von Wasserstoffperoxiddampf unter Vakuum oder Vakuum kombiniert mit Plasma. Die Methode der vorliegenden Erfindung ist besonders bei Erzeugnissen effektiv, die nicht oder schwer zugängliche Stellen haben. Diese Erzeugnisse umfassen lange, enge Hohlräume, Scharniere, und andere Erzeugnisse, die Bereiche haben, wo die Diffusion von Dampf eingeschränkt ist.
Die allgemeine Funktionsweise einer Ausführungsform einer bevorzugten Methode der vorliegenden Erfindung, die für die Sterilisierung des Inneren von langen, engen Hohlräumen hilfreich ist, ist folgende:

1. Der zu sterilisierende Hohlraum wird mit der Peroxidquelle in Kontakt gebracht. Die Peroxidquelle kann körperlich als kleine Menge direkt dem Hohlraum oder durch statisches Tränken, Durchfluss von Flüssigkeit, Aerosolsprühen oder Dampfkondensation zugeführt werden.
3. Der zu sterilisierende Hohlraum befindet sich in einer Kammer und die Kammer ist abgedichtet und evakuiert (Die Peroxidquelle kann ebenfalls dem Inneren des Erzeugnisses zugeführt werden, nachdem das Erzeugnis in der Kammer plaziert wurde.
4. Auf den Hohlraum wirkt ein Vakuum über einen Zeitraum und mit einer Temperatur ein, die ausreicht, um eine Sterilisierung zu bewirken.
5. Der sterile Hohlraum wird aus der Kammer entfernt.

Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine ähnliche Methode zur Sterilisierung sowohl des Inneren als auch des Äußeren eines Erzeugnisses angewendet. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird das zu sterilisierende Erzeugnis in einer diffusionsbeschränkten Umgebung plaziert. Die diffusionsbeschränkte Umgebung kann eine stabiler Behälter oder flexibler Beutel sein, der mindestens ein Auslassrohr besitzt. Bei dieser Ausführungsform ist das Auslassrohr vorzugsweise diffusionsbeschränkt. Alternativ dazu ist es nicht erforderlich, dass das Auslassrohr diffusionsbeschränkt ist, so lange die Diffusion von Sterilisationsdampf durch das zu sterilisierende Erzeugnis beschränkt wird, wo zum Beispiel der Sterilisationsdampf durch einen begrenzten Diffusionsbereich oder Hohlraum eines zu sterilisierenden Erzeugnisses strömen muss. Dies hängt von der KonFiguration des Behälters ab. Das Auslassrohr kann aus einer Vielzahl von Materialien gefertigt werden, wie Glas, Metalle oder Kunststoffe und kann einen Filter umfassen. Der Filter kann ausreichen, um das Eindringen von Bakterien aus der Umgebung in den Behälter zu verhindern. Die Peroxidquelle wird in das Innere des Erzeugnisses eingeführt. Die Peroxidquelle kann entweder vor oder nach der Plazierung des Erzeugnisses in der diffusionsbeschränkten Umgebung eingebracht werden. Die diffusionsbeschränkte Umgebung, die das zu sterilisierende Erzeugnis enthält, wird dann in der Kammer plaziert, ein Vakuum wirkt ein und es wird entfernt, wie in den Schritten 2 bis 4 oben beschrieben.
Die allgemeine Funktionsweise einer alternativen Ausführungsform der Methode der vorliegenden Erfindung, die für die Sterilisierung des Inneren langer, enger diffusionsbeschränkter Hohlräume hilfreich ist, ist folgende:

1. Das zu sterilisierende Erzeugnis wird in einer diffusionsbeschränkten Umgebung, wie zum Beispiel einem Behälter, plaziert, wobei der Behälter mindestens eine Verbindungsöffnung enthält, die ein Auslassrohr oder luft- und dampfdurchlässiges Fenster besitzt; und
2. Die diffusionsbeschränkte Umgebung wird mit einer Peroxidquelle kontaktiert, wobei die Schritte 1 und 2 in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, gefolgt von
3. auf die diffusionsbeschränkte Umgebung wirkt ein Unterdruck für eine Zeit ein, die ausreicht, um eine vollständige Sterilisierung des Erzeugnisses zu bewirken.

Die Verbindungsöffnung wird vorzugsweise durch einen Verbinder mit dem Erzeugnis so verbunden, so dass Sterilisationsdampf durch das Erzeugnis und aus dem Behälter strömen kann. Bei dieser Ausführungsform ist die Verbindungsöffnung, die ein Auslassrohr oder Luft- und dampfdurchlässiges Fenster umfasst, auch vorzugsweise diffusionsbeschränkt. Alternativ dazu ist es nicht erforderlich, dass die Verbindungsöffnung, insbesondere das luft- und dampfdurchlässige Fenster, eine Öffnung mit beschränkter Diffusion ist, so lange wie die Diffusion des Sterilisationsdampfes durch das zu sterilisierende Erzeugnis beschränkt ist, wo zum Beispiel der Sterilisationsdampf durch einen Bereich mit beschränkter Diffusion oder Hohlraum eines zu sterilisierenden Erzeugnisses strömen muss. Dies hängt von der KonFiguration des Behälters ab. Das Auslassrohr kann aus einer Vielzahl von Materialien, wie Glas, Metall und Kunststoff hergestellt werden und kann einen Filter umfassen. Der Filter kann ausreichen, um das Eindringen von Bakterien aus der Umgebung in den Behälter zu verhindern. Das luft- und dampfdurchlässige Fenster kann aus durchlässigen Materialien, wie Tyvak, gefertigt werden.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die alle oben genannten Methoden betrifft, wird über einen Zeitraum, der ausreicht, eine Sterilisierung zu bewirken, das zu sterilisierende Erzeugnis einem Vakuum ausgesetzt, gefolgt von einer Plasmabehandlung mit niedriger Temperatur. Wird in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen der Begriff "Plasma" verwendet, soll dieser Begriff einen Teil des Gases oder Dampfes umfassen, der Elektronen, Ionen, freie Radikale, zerfallene und/oder angeregte Atome oder Moleküle enthält, die im Ergebnis eines angelegten elektrischen Feldes erzeugt werden, einschließlich begleitender Strahlung, die erzeugt werden könnte. Das angelegte Feld kann einen breiten Frequenzbereich abdecken; es werden jedoch üblicherweise Hochfrequenz oder Mikrowellen verwendet.
Die Sterilisierungsmethoden der vorliegenden Erfindung können aus für Plasma verwendet werden, dass nach der Methode, die im vorher genannten US-Patent 4,643,876 dargestellt wurde, erzeugt wird. Alternativ können die Methoden der vorliegenden Erfindung mit Plasmen verwendet werden, die in den US-Patenten 5,115,166 oder 5,087,418 beschrieben werden, bei denen das zu sterilisierende Erzeugnis sich in einer Kammer befindet, die von der Plasmaquelle getrennt ist.
Die vorliegende Erfindung bietet verschiedene Vorteile gegenüber früheren Dampfsterilisierungssysteme, zum Beispiel (1) kann die Schnellsterilisation von Vorrichtungen mit Hohlräumen und diffusionsbeschränkten Erzeugnissen schnell bei niedrigen Temperaturen erreicht werden; (2) wird die Verwendung von konzentrierten, potenziell gefährlichen Lösungen antimikrobieller Mittel vermieden werden; (3) gibt es keine Notwendigkeit, einen speziellen Behälter zur Applizierung von Sterilisationsdampf in langen, engen Hohlräumen anzubringen; (4) gibt es keine toxischen Rückstände; (5) kann, da das Produkt am Ende des Prozesses trocken ist, eine sterile Lagerung dieser Erzeugnisse erreicht werden; (6) können Hohlräume mit geschlossenen Enden sterilisiert werden und (7) kann das Verfahren ohne unzulässige Wirkungen beliebig wiederholt werden. Die Methode der vorliegenden Erfindung bietet deshalb eine höchst effiziente, ungefährliche und relative kostengünstige Sterilisationsmöglichkeit.
Um die Wirksamkeit der bevorzugten Sterilisationsmethode der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, wurden zuerst vorläufige Versuche durchgeführt, um die Wirkung der verdünnten Wasserstoffperoxidlösungen auf verunreinigten Flächen in einer offenen, nicht diffusionsbeschränkten Umgebung zu bewerten. Diese Versuche werden unten in Beispiel 1 beschrieben.
Beispiel 1
Um die Sterilisationswirkung von verdünnter Wasserstoffperoxidlösung allein zu bewerten, nutzte man eine biologische Herausforderung, die aus 2,5 × 10⁶ Bacillus stearothermophilus-Sporen auf einer Edelstahl-Skalpellklinge bestand. Beimpfte Klingen wurden in 40 ml Wasserstoffperoxidlösung in einem 100 ml Becher getaucht. Es wurden Wasserstoffperoxidlösungen mit vier verschiedene Konzentrationen verwendet: 3%, 6%, 9% und 12% Masse.
Die Klingen verblieben in den Peroxidlösungen über verschiedene Zeiträume. Die Klingen wurden dann aus den Lösungen entnommen und auf Sterilität geprüft. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 1 als Verhältnis der Anzahl der beimpften Klingen, die nach der Behandlung verunreinigt blieben, zur Anzahl der untersuchten beimpften Klingen aufgeführt.
Tabelle 1 Wirkung der H₂O₂-Konzentration und Tränkungszeiten auf Sporenaktivität der H₂O₂-Lösung
Es gab keine vollständige Sterilisierung bevor die Klingen nicht mindestens 90 Minuten in eine 12%ige Wasserstoffperoxidlösung getaucht wurden. Darüber hinaus war keine der getesteten Klingen nach 2 Stunden in einer 6%igen Wasserstoff-peroxidlösung sterilisiert. Aus diesen Daten wird klar, dass der Kontakt mit verdünnter Wasserstoffperoxidlösung allein für die Sterilisierung unwirksam ist, wenn nicht verlängerte Tränkungszeiten und konzentrierte Lösungen angewendet werden.
Die nächsten Versuche dienten der Bestimmung der Sterilisationswirkung einer Vorbehandlungsstufe auf lange, enge Hohlräume, bei der die zu sterilisierenden Hohlräume vor der Einwirkung eines Vakuums einer Wasserstoffperoxidlösung ausgesetzt werden. Die Versuche bewerteten die Wirksamkeit der Wasserstoffperoxid-dampf-Sterilisierung in den Hohlräumen. Die Versuche werden detailliert unten in Beispiel 2 beschrieben.
Beispiel 2
Es wurde eine biologische Belastung bestehend aus 1,9 × 10⁶ B. steraothermophilus-Sporen auf einer Edelstahl-Skalpellklinge verwendet. Einige beimpfte Klingen waren mit einer Lösung aus wässrigem Wasserstoffperoxid vorbehandelt. Andere beimpfte Klingen, spezifizierte Kontrollklingen, erhielten keine Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxid. Die Vorbehandlung bestand aus 5-minütigem statischen Tränken in Peroxidlösung. Die vorbe handelten Klingen wurden mit Fließpapier getrocknet und jede Klinge wurde dann in einem Hohlraum aus rostfreiem Stahl, 3 mm Innendurchmesser (ID) × 50 cm Länge plaziert. Der Hohlraum hatte ein Mittelstück von 1,3 cm ID und 5 cm Länge. Die vorbehandelte Klinge wurde in diesem Mittelstück plaziert und weitere Wasserstoffperoxidlösung in unterschiedlichen Mengen dem Mittelstück hinzugegeben. Die Kontrollklingen wurden identisch behandelt, außer dass sie nicht mit Wasserstoffperoxidlösung vorbehandelt wurden. Die Hohlräume wurden dann in einer Vakuumkammer plaziert, und die Kammer wurde auf 1 Torr evakuiert und 15 Minuten lang auf diesem Wert gehalten und während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Nach der Einwirkung des Vakuums wurde die Kammer entlüftet und die Klingen aus der Kammer entnommen und auf Sterilität geprüft. Es wurden folgende Ergebnisse erreicht:
Tabelle 2 Wirkung der Vorhandlung und Wasserstoffperoxidkonzentration auf die Sterilisierung des Inneren von Hohlräumen (A) mit 1%iger Wasserstoffperoxidlösung und Vakuum
(B) mit 3%iger Wasserstoffperoxidlösung und Vakuum
C) mit 6%iger Wasserstoffperoxidlösung und Vakuum
Wie aus diesen Ergebnissen ersichtlich, kann die Sterilisierung bewirkt werden, indem relativ verdünnte Peroxidlösungen verwendet werden und ein Unterdruck einwirkt. Wird das Vakuum angewendet, verdampfte das dem Mittelstück zugeführte Peroxid und kontaktierte die Klinge, was ausreichte, um eine Sterilisierung zu bewirken. Aus diesen Daten ist ersichtlich, dass die Vorbehandlung die Wirksamkeit erhöht, doch dass die Vorbehandlung unnötig ist, so lange wie Peroxid von innen nach außen diffundiert.
Die Sterilisierung innerhalb verschiedener Hohlraumgrößen nach Vorbehandlung mit Peroxid wurde mit der Sterilisierung innerhalb der Hohlräume ohne Vorbehandlungsschritt verglichen. Diese Versuche werden detailliert in Beispiel 3 beschrieben.
Beispiel 3
Es wurde eine biologische Belastung bestehend aus 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen auf einer Edelstahl-Skalpellklinge, angewendet. Test A in Tabelle 3 unten bestand aus den beimpften Klingen, die mit einer Lösung aus 3%igem wässrigen Peroxid vorbehandelt wurden. Die Vorbehandlung bestand aus 5-minütigem statischen Tränken in der Peroxidlösung. Die vorbehandelten Klingen wurden mit Fließpapier getrocknet, dann in das Mittelstück eines Edelstahlhohlraumes mit unterschiedlicher Größe zusammen mit 10 μl 3%iger Wasserstoffperoxidlösung plaziert. Das Mittelstück hatte einen ID von 1,3 cm und eine Länge von 5 cm. Test B in Tabelle 3 unten bestand aus identisch beimpften Kontrollklingen, die keine Verbehandlung mit Wasserstoffperoxid erhielten. Jede beimpfte Kontrollklinge wurde direkt in das Mittelstück eines Edelstahlhohlraumes zusammen mit 10 μl 3%iger Wasserstoffperoxidlösung plaziert. Das Mittelstück hatte Abmessungen, die mit denen aus Test A identisch waren. Hohlräume verschiedener Abmessungen wurden dazu verwendet, die Wirkung auf die Sterilisierung des Innendurchmessers und der Länge des Hohlraums zu bewerten. Die Hohlräume wurden in einer Unterdruckkammer plaziert, und die Kammer wurde 15 Minuten lang auf 1 Torr evakuiert. In diesen 15 Minuten des Sterilisierungszykluses erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Nach der Einwirkung des Vakuums wurde die Kammer belüftet und die Klingen aus der Kammer entnommen und auf Sterilität geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt, wobei das "L/D-Verhältnis" das Verhältnis von Länge zum Innendurchmesser angibt.
Tabelle 3 Wirkung der Vorbehandlung mit verdünntem Wasserstoffperoxid in verschieden großen Hohlräumen
Alle Hohlräume, die ein L/D-Verhältnis größer als 50 aufwiesen, die unter den Bedingungen des Versuche A des Beispiels 3 getestet wurden, waren ausreichend diffusionsbeschränkt, um mit diesem System sterilisiert zu werden. So wird angenommen, dass andere Hohlräume, die ein L/D-Verhältnis größer 50 haben, ein ausreichendes Niveau an Diffusionsbeschränkungen für die Sterilisation gemäß der vorliegenden Erfindung haben sollten. Diese Versuche zeigen, dass im direkten Gegensatz zu Methoden des Standes der Technik, Sterilität durch Diffusion von Wasserstoffperoxiddampf vom Inneren des Erzeugnisses zum Äußeren des Erzeugnisses leichter bei längeren, engeren Hohlräumen zu erreichen ist als bei kürzeren, breiteren Hohlräumen. Man nimmt an, dass dies dadurch begründet ist, dass größere Hohlräume zu viel Wasserstoffperoxiddampf aus dem Inneren des Hohlraums während der Sterilisationsphase diffundieren lassen.
So kontaktiert der Dampf nicht die Innenflächen für eine Zeit oder mit einer Konzentration, die ausreicht, um Sterilisierung zu bewirken.
Wie oben gesagt, sind die Methoden des Standes der Technik der Wasserstoffperoxiddampf-Sterilisierung von Hohlräumen im Allgemeinen auf relativ kurze und breite Hohlräume beschränkt. Im Gegensatz zu den Methoden des Standes der Technik wirkt die Methode der vorliegenden Erfindung auf das Innere langer, enger Hohlräume, einschließlich jener, die länger als 27 cm sind und/oder einen Innendurchmesser von weniger als 3 mm besitzen.
Um zu bestimmen, ob die Fähigkeit des Sterilisierungsdampfes zur Diffundierung im System ein kritischer Faktor zur Erreichung der Sterilität ist, wurden weitere Versuche durchgeführt, um diffusionsbeschränkte und offene, nicht diffusionsbeschränkte Systeme zu vergleichen. Ein nicht diffusionsbeschränktes System ist eines, bei dem die Diffusion von Dämpfen in und um das Erzeugnis nicht durch enge Öffnungen, lange, enge Hohlräume oder ähnliches eingeschränkt wird. Der hierin verwendete Begriff "diffusionsbeschränkt" bezieht sich auf eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften: (1) Fähigkeit eines Erzeugnisses, das im Sterilisierungsystem der vorliegenden Erfindung plaziert ist, 0,17 mg/l oder mehr Wasserstoffperoxidlösung nach einer Stunden bei 40°C und 10 Torr zurückzubehalten; (2) Vorhandensein der gleichen oder stärkeren Diffusionsbeschränkung, als diese durch eine einzige Eingangs-/Auslassöffnung von 9 mm oder weniger im Innen durchmesser und 1 cm oder länger gegeben ist; (3) Vorhandensein der gleichen oder stärkeren Diffusionsbeschränkungen, als dies durch einen Hohlraum von 27 cm Länge und einem Innendurchmesser von 3 mm gegeben ist; (4) Vorhandensein der gleichen oder stärkeren Diffusionsbeschränkung, als diese durch einen Hohlraum mit einem Verhältnis von Länge zum Innendurchmesser von mehr als 50 gegeben ist; (5) die Fähigkeit eines Erzeugnisses, das im Sterilisierungssystem der vorliegenden Erfindung plaziert wurde, 17 % oder mehr Wasserstoffperoxidlösung, die darin plaziert wurde, nach einer Stunde bei 40°C und 10 Torr zurückzuhalten; oder (6) Vorhandensein ausreichender Diffusionsbeschränkung, um eine Klinge aus rostfreiem Stahl in einem 2,2 cm mal 60 cm Glasrohr, das einen Gummistopfen mit einem Edelstahlauslassrohr von 1 mm mal 50 cm besitzt, vollständig zu sterilisieren. Es wird anerkannt, dass Merkmale (1) und (5) variieren in Abhängigkeit von der Ausgangskonzentration des Wasserstoffperoxids, das im Erzeugnis plaziert ist. Dies kann jedoch ohne weiteres durch einen Fachmann bestimmt werden.
Wie im Abschnitt, Hintergrund der Erfindung, gesagt, sind Erzeugnisse, die diffusionsbeschränkte Bereiche haben, schwer durch Anwendung von bekannten Methoden der Wasserstoffperoxid-Dampfsterilisation zu sterilisieren, da diese Methoden von der Diffusion der Peroxiddämpfe vom Äußeren des Erzeugnisses zum Inneren des Erzeugnisses abhängen. Die Versuche, die zur Bewertung der Bedeutung der Steriliserungsdampfdiffusion durchgeführt wurden, sind in Beispiel 4 beschrieben.
Beispiel 1
Wasserstoffperoxiddampf-Sterilisierung wurde sowohl bei offenen als auch diffusionsbeschränkten Systemen untersucht. Das offene System bestand aus Edelstahlhohlräumen, die Innendurchmesser von 1, 3 und 6 mm und Längen von 15, 27, 40 und 50 cm hatten. Edelstahl-Skalpellklingen wurden mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft und die Klingen im Mittelstück des Hohlraums zusammen mit 10 μl 3%iger Wasserstoffperoxidlösung plaziert. Die Abmessungen des Mittelstückes waren 1,3 cm ID, 5 cm Länge und 6,6 cm³ Volumen.
Das diffusionsbeschränkte System wird in 1 dargestellt. Identisch beimpfte Skalpellklingen 5 wurden im Mittelstück 10 der Hohlräume 15 plaziert, die Abmessungen hatten, die mit den oben genannten identisch waren. Zehn μl 3%iger Wasserstoffperoxidlösung wurde dem Mittelstück 10 des Hohlraums 15 ebenfalls hinzugegeben. Der Hohlraum 15 wurde dann in einem Glasrohr 20 von 2,2 cm × 60 cm plaziert. Das Rohr 20 wurde an einem Ende geschlossen, und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25 verschlossen, der ein 1 mm × 10 cm Edelstahlrohr besaß, das im Stopfen 25 eingesetzt war. So konnten durch das Glasrohr 20 ein- und austretende Gase nur diese 1 mm × 10 cm große Öffnung passieren.
Das offene Hohlraumsystem und das diffusionsbeschränkte System wurde in einer Vakuumkammer plaziert. Die Kammer wurde auf einen Druck von 1 Torr evakuiert und verblieb so 15 Minuten lang, und während dieser Zeit stieg die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Die Kammer wurde dann belüftet und die Klingen aus den Hohlräumen entnommen und auf Sterilität geprüft. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Tabelle 4 Wasserstoffperoxiddampf-Sterilisierung mit offenen und diffusionsbeschränkten Systemen
Unter den Versuchsbedingungen des Beispiels 4, wurde keine Sterilisierung in den kürzeren, breiteren Hohlräumen im offenen System ohne Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxid erreicht. Eine Vorbehandlung und weitere Versuchsbedingungen, wie höhere Peroxidkonzentration oder längere Behandlungszeit, würde wahrscheinlich eine Sterilisierung des 27 cm × 3 mm großen Hohlraums erlauben, der ein L/D-Verhältnis größer als 50 besitzt. Im diffusionsbeschränkten System wurden die Klingen bei allen Hohlraumgrößen unter Verwendung einer 3%igen Wasserstoffperoxidlösung sterilisiert.
Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Wasserstoffperoxidquelle in einer diffusionsbeschränkten Umgebung eine vollständige Sterilisierung im System gestattet. Es ist die Beschränkung der Dampfdiffusion im System, nicht die Länge oder der Innendurchmesser des Hohlraums an sich, der die Wirksamkeit der Wasserstoffperoxiddampf-Sterilisierung bestimmt. Diese Daten zeigen jedoch wiederum, dass im Gegensatz zu den Methoden der Wasserstoffperoxiddampf-Sterilisierung, die den Stand der Technik darstellen, die Methode der vorliegenden Erfindung wirksam ist, auch bei nicht diffusiionsbeschränkten Erzeugnissen, wenn sie in einer diffusionsbeschränkten Umgebung plaziert werden.
Um den Gedanken weiterhin zu prüfen, dass Beschränkung der Dampfdiffusion in einem System die Fähigkeit beeinträchtigt, das System zu sterilisieren, wurde folgender Versuch durchgeführt.
Beispiel 5
Eine Edelstahl-Skalpellklinge 5 wurde in einem Glasrohr 20 von 2,2 cm × 60 cm plaziert, das an einem Ende geschlossen wurde, wie in 2 dargestellt. Jede Klinge 5 war mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft worden. Bei einigen Versuchen ließ man das Glasrohr 20 an einem Ende offen, wodurch ein offenes System entstand. Um einen diffusionsbeschränkten Bereich zu schaffen, wurde das offene Ende des Glasrohrs 20 mit einem Gummistopfen 25 verschlossen, der ein Edelstahlrohr 30 von 1 mm × 10 cm in seiner Mitte besaß. Sowohl beim offenen als auch diffusionsbeschränkten System wurde 50, 100, 150 und 200 μl Wasserstoffperoxidlösung mit einer Konzentration von 3% oder 6% zusammen mit der beimpften Klinge 5 in das Glasrohr 20 gegeben. Das Rohr 20 wurde in einer Vakuumkammer plaziert, und die Kammer 15 Minuten lang auf 1 Torr evakuiert, und während dieser Zeit stieg die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C.
Nur das diffusionsbeschränkte System wurde auch mit 1 Torr 30 Minuten lang getestet, und während dieser Zeit stieg die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 33°C. Die Vakuumkammer wurde dann entlüftet und die Klingen 5 aus dem Rohr 20 entnommen und auf Sterilität geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.
Tabelle 5 Wasserstoffperoxiddampf-Sterilisierung in offenen und diffusionsbeschränkten Systemen Offenes System, 15 Minuten Vakuum bei 1 Torr
Diffusionsbeschränktes System, 15 Minuten Vakuum bei 1 Torr
Diffusionsbeschränktes System, 30 Minuten Vakuum bei 1 Torr
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe einer Wasserstoffperoxidlösung mit nachfolgendem Vakuum für die Erreichung einer raschen Sterilisierung in einem offenen System unwirksam ist. Eine identische Behandlung in einem diffusionsbeschränkten System im Vergleich ergibt eine vollständige Sterilisierung, außer bei der schwächsten Konzentration von Wasserstoffperoxid in einer Menge von nur 50 μl. Eine Sterilisierung kann jedoch durch eine höhere Einwirkung des Vakuums bewirkt werden.
So ist die Methode der vorliegenden Erfindung, bei der kleine Mengen Wasserstoffperoxidlösung dem zu sterilisierenden Erzeugnis vor dem Einwirken eines Vakuums zugeführt werden, eine wirksame Sterilisierungsmethode. Die Methode hängt nicht davon ab, ob der Sterilisierungsdampfes in das zu sterilisierende Erzeugnis diffundiert. Stattdessen wird der Wasserstoffperoxiddampf durch das Vakuum im System erzeugt. Dieser Dampf wird daran gehindert, das System zu schnell zu verlassen, da die Diffusion des Sterilisierungsdampfes vom Inneren des Erzeugnisses zum Äußeren des Erzeugnisses verlangsamt wird. In einer diffusionsbeschränkten Umgebung kontaktiert deshalb der Dampf das zu sterilisierende Erzeugnis für eine Zeit, die ausreicht, um eine vollständige Sterilisierung zu bewirken. Darüber hinaus entfernt im Gegensatz zu den Methoden des Standes der Technik, bei denen Wasser in der Peroxidlösung zuerst verdampft wird und zu einer Barriere für die Durchdringung des Peroxiddampfes wird, die Methode der vorliegenden Erfindung zuerst Wasser aus dem System, wodurch der Wasserstoffperoxiddampf, der im System verbleibt, konzentriert wird. Und was noch wichtiger ist, in der bevorzugten Methode der vorliegenden Erfindung erfolgt die Diffusion des Dampfes von Innen nach Außen statt von Außen nach Innen wie nach dem Stand der Technik. Demzufolge dient die Diffusionsbeschränkung in der vorliegenden Erfindung einer besseren Wirksamkeit der Sterilisierung statt diese zu verringern, wie nach dem Stand der Technik Um die Wirkung der verschiedenen Drücke auf ein diffusionsbeschränktes System zu bestimmen wurde folgendes Experiment durchgeführt.
Beispiel
Eine Edelstahl-Skalpellklinge 5 wurde in einen Glasrohr 20 2,2 × 60 cm plaziert, das an einem Ende, wie in 2 dargestellt, geschlossen wurde. Jede Klinge 5 war mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft worden. Um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu schaffen, wurde das offene Ende des Glasrohres 20 mit einem Gummistopfen 25 verschlossen, der ein Edelstahlrohr 30 1 mm × 10 cm in seiner Mitte besaß. Wasserstoffperoxidlösung mit einer Konzentration von 3% in Mengen von 50, 100, 150 oder 200 μl wurde zusammen mit der beimpften Klinge 5 in Glasrohr 20 gegeben. Das Rohr 20 wurde in einer Vakuumkammer plaziert und 15 Minuten lang verschiedenen Drücken ausgesetzt, und während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. In einem weiteren Experiment, um die Wirkung der erhöhten Temperatur auf das System zu bestimmen, wurde das Rohr 20 zuerst auf 45°C erwärmt, dann 15 Minuten lang einem Druck von 50 Torr ausgesetzt.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Tabelle 6 Wirkung von Temperatur und Druck auf ein diffusionsbeschränktes System 15 Minuten Vakuum mit 3%iger Wasserstoffperoxidlösung:
15 Minuten Vakuum mit 3%igem Wasserstoffperoxid bei 45°C
Diese Daten zeigen, dass in diffusionsbeschränkten Umgebungen bei Drücken bis ca. 25 Torr bei 28°C eine Sterilisierung erzielt werden kann. Bei Drücken von 30 Torr und darüber wurde keine Sterilisierung erreicht. Es wird angenommen, dass dies der Tatsache geschuldet ist, dass der Dampfdruck des Wasserstoffperoxids bei 28°C bei ca. 28 Torr liegt. So kam es bei höheren Drücken zu keiner Verdampfung des flüssigen Wasserstoffperoxids im Inneren des Glasrohres. Dies wurde durch Versuche bestätigt, die mit einem Druck von 50 Torr bei 45°C durchgeführt wurden, bei denen eine Sterilisierung erreicht wurde. Der Dampfdruck des Wasserstoffperoxids erhöht sich bei 45°C, auf diese Weise verdampfte das Wasserstoffperoxid bei 50 Torr, wobei die im Inneren des Rohrs plazierte Klinge wirksam sterilisiert wurde.
Dementsprechend sollten, um die Sterilisierung unter Anwendung der Methode der vorliegenden Erfindung, bei der eine wässrige Lösung Wasserstoffperoxid eingesetzt wird, zu erzielen, die Temperatur und der Druck in der Vakuumkammer so sein, dass eine Verdampfung der wässrigen Wasserstoffperoxidlösung erreicht wird, d. h. das System sollte vorzugsweise unter dem Dampfdruck des Wasserstoffperoxids arbeiten. Der Druck muss unterhalb des Dampfdrucks des Wasserstoffperoxids liegen, so dass die im System vorhandene Wasserstoffperoxidlösung verdampft wird und aus dem Inneren der diffusionsbeschränkten Umgebung nach außen diffundiert. Alternativ dazu kann das Wasserstoffperoxid örtlich verdampft werden, wo das System über dem Dampfdruck bleibt, indem der Stelle, an dem sich das Peroxid befindet, Energie zugeführt wird, wie zum Beispiel durch Mikrowellen, Funkwellen oder andere Energiequellen.
Um die Wirkung der Druck- und Temperaturveränderung im diffusionsbeschränkten System, das in Beispiel 6 beschrieben wird, weiter zu bestimmen, wurden folgende Experimente durchgeführt.
Beispiel 7
Eine Edelstahl-Skalpellklinge 5 wurde in ein Glasrohr 20 2,2 cm × 60 cm plaziert, das an einem Ende, wie in 2 dargestellt, geschlossen wurde. Jede Klinge 5 war mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft worden. Um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu schaffen, wurde das offene Ende des Glasrohrs 20 mit einem Gummistopfen 25 verschlossen, der eine Edelstahlrohr 30 1 mm × 10 cm in seiner Mitte besaß. Wasserstoffperoxidlösung mit einer Konzentration von 3% wurde in Mengen von 50, 100, 150 oder 200 μl zusammen mit der beimpften Klinge 5 in das Glasrohr 20 gegeben. Das Rohr 20 wurde in einer Vakuumkammer plaziert, und die Kammer auf 5 Torr evakuiert. Um den Druck in der Kammer zu ändern, wurde das Ventil zur Vakuumpumpe so geschlossen, dass der Druck nach 15 Minuten in der Kammer von 5 Torr auf 6,15 Torr anstieg, und während dieser Zeit die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C stieg. In einem zweiten Versuch wurde das Rohr 20 in der Kammer plaziert und diese wurde auf 50 Torr evakuiert. Die Temperatur des Glasrohrs 20 erhöhte sich auf 45°C, nachdem die Evakuierung der Kammer abgeschlossen war. Das Rohr 20 wurde 15 Minuten lang behandelt. Die Ergebnisse dieser Versuche werden unten beschrieben.
Tabelle 7 Wirkung wechselnder Temperatur und Druck auf auf ein diffusionsbeschränktes Sterilisierungssystem Druck erhöhte sich von 5 Torr auf 6,15 Torr:
Temperatur des Rohrs erhöhte sich auf 45°C:
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks oder einer konstanten Temperatur in der diffusionsbeschränkten Umgebung nicht erforderlich ist, um eine Sterilisierung zu bewirken. Unter den untersuchten Bedingungen verdampft das Was serstoffperoxid und bleibt mit der zu sterilisierenden Vorrichtung für eine Zeit in Kontakt, die ausreicht, um eine vollständige Sterilisierung zu bewirken.
Die bevorzugte Methode der vorliegenden Erfindung hängt von der Zuführung flüssigen Wasserstoffperoxids zum zu sterilisierenden Erzeugnis vor einer Vakuum- oder Plasmabehandlung ab. Es wurden folgende Versuche durchgeführt, um zu bestimmen, welche Auswirkung die Stelle der Zuführung von Wasserstoffperoxid in der diffusionsbeschränkten Umgebung hat.
Beispiel 8
Eine Edelstahl-Skalpellklinge wurde mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft, und die Klinge im Mittelstück 10 eines Hohlraums 15, wie in 1 dargestellt, plaziert. Die Abmessungen des Mittelstücks 10 betrugen 1,3 cm ID, 5 cm Länge und 6,6 cm³ Volumen, während der Hohlraum selbst in der Größe variierte und einen ID von 1, 3 oder 6 mm und eine Länge von 15, 27, 40 oder 50 cm besaß. Der Hohlraum 15 wurde in einem Glasrohr 20 von 2,2 cm × 60 cm plaziert. Das Rohr 20 wurde an einem Ende verschlossen, und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25 verschlossen, durch ein 1 mm × 20 cm großes Edelstahlrohr 30 bedaßt, das durch den Stopfen 25 geführt war. So konnten in das und aus dem Glasrohr 20 strömende Gases nur diesen 1 mm × 10 cm große Öffnung passieren. 10 μl 3%ige Wasserstoffperoxidlösung wurde im Hohlraum 15 oder 100 μl 3%ige Wasserstoffperoxidlösung im Glasrohr 20 plaziert, doch außerhalb des Edelstahlhohlraumes 15. Das Glasrohr 20 wurde dann in einer Vakuumkammer plaziert, die abgedichtet und 15 Minuten lang auf 1 Torr evakuiert wurde, und während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Diese Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen:
Tabelle 8 Wirkung von Wasserstoffperoxidlösung, die außerhalb des inneren Hohlraums plaziert wurde
Diese Daten zeigen, dass unter den Versuchsbedingungen des Beispiels 8 keine Sterilisierung im inneren des Hohlraums erfolgte, wenn die Wasserstoffperoxidlösung außerhalb des Hohlraums in einer diffusionsbeschränkten Umgebung plaziert wurde, doch dass eine vollständige Sterilisierung erfolgte, wenn die Wasserstoffperoxidlösung in allen Hohlräumen in einer diffusionsbeschränkten Umgebung plaziert wurde. Wenn der Wasserstoffperoxiddampf von außen nach innen diffundieren muss, kann der Sterilisierungsdampf in einer diffusionsbeschränkten Umgebung nicht in den inneren Hohlraum eindringen, wenn der Hohlraum nicht groß genug ist. So gestatteten, wenn die Wasserstoffperoxidlösung außerhalb des Hohlraums plaziert wurde, nur die kürzesten, breitesten Hohlräume ein ausreichendes Eindringen von Dampf, um eine Sterilisierung innerhalb des Hohlraums zu ermöglichen. Diese Daten bestätigen, dass die Methoden des Standes der Technik, die eine Diffusion des Sterilisierungsdampfes von außerhalb des Erzeugnisses in das Innere des Erzeugnisses keine Sterilisierung bei diffusionsbeschränkten Umgebungen unter diesen Bedingungen erreichen können. Im Gegensatz dazu kann unter den gleichen Bedingungen, außer, wo das Wasserstoffperoxid im Erzeugnis plaziert wurde, wenn Wasserstoffperoxid von innen nach außen diffundiert, eine vollständige Sterilisierung mit viel geringeren Wasserstoffperoxidmengen erfolgen.
Die Methode der vorliegenden Erfindung ist deshalb in Umgebungen hilfreich, wo die Diffusion des Sterilisierungsdampfes beschränkt ist. Um die Auswirkung der Veränderungen im Umfang der Diffusionsbeschränkungen innerhalb einer diffusionsbeschränkten Umgebung zu bewerten, wurden folgende Versuche durchgeführt.
Beispiel 9
Eine Edelstahl-Skalpellklinge 5 wurde mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft und in einem Glasrohr 20 2,2 cm × 60 cm, wie in 2 dargestellt, plaziert. Das Rohr 20 wurde an einem Ende geschlossen, und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25 verschlossen. Es wurden Edelrohre 30 verschiedener Abmessungen durch den Stopfen 25 geführt. So konnten in das und aus dem Glasrohr 20 strömende Gase nur die Öffnung im Rohr 30 passieren, die zwischen 1 mm und 6 mm Durchmesser variierte. Dreiprozentige Wasserstoffperoxidlösung in Mengen zwischen 50 μl und 200 μl wurden im Glasrohr 20 plaziert. Das Glasrohr 20 wurde dann in einer Vakuumkammer plaziert, die dann abgedichtet und 15 Minuten lang auf 5 Torr evakuiert wurde, und während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Darüber hinaus wurden drei Hohlräume 15 Minuten lang bei 10 Torr mit 3%igem Wasserstoffperoxid untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 9 unten aufgeführt.
Tabelle 9 Wirkungen der Rohrgröße und des Vakuumdrucks auf die Sterilisierung 15 Minuten Vakuum bei 5 Torr mit 3%igem Wasserstoffperoxid
15 Minuten Vakuum bei 10 Torr mit 3%igem Wasserstoffperoxid
Bei der Mehrzahl der untersuchten Umgebungen wurde eine vollständige Sterilisierung erreicht. Keine Sterilisierung konnte bei 5 Ton erreicht werden, wobei das kürzeste Edelstahlrohr und nur 50 μl Wasserstoffperoxidlösung verwendet wurden. Größere Mengen Wasserstoffperoxid müssen bei diesen Systemen verwendet werden.
Diese Daten bestätigen auch, dass der Vakuumdruck sich auf die Wirksamkeit der Sterilisierung auswirkt, da der Behälter mit dem kürzesten und breitesten Auslassrohr eine Sterilisierung bei 10 Torr, doch nicht bei 5 Torr bewirken konnte. Bei zu geringen Drücken (wie zum Beispiel Drücke unter 5 Torr bei den untersuchten Bedingungen) jedoch, scheint es, dass der Wasserstoffperoxiddampf zu schnell aus dem Inneren des sterilisierten Erzeugnisses herausgezogen wird, was zu einem unzureichenden Menge an Wasserstoffperoxiddampf führt, der mit dem Inneren der Vorrichtung kontaktiert, um eine Sterilisierung zu bewirken. Es scheint so, dass, obwohl ein Druck von 5 Torr akzeptable Ergebnisse liefert, ein Druck von ca. 10 Torr unter den untersuchten Bedingungen besser ist.
Die Methode der vorliegenden Erfindung hat sich in diffusionsbeschränkten Umgebungen von Metall und Glas als wirksam erwiesen. Um zu bewerten, ob die Methode in diffusionsbeschränkten Umgebungen, die aus anderen Materialien gebildet werden, wirksam ist, wurden folgende Experimente, die in den Beispielen 10 und 11 beschrieben sind, durchgeführt.
Beispiel 1
Bei diesem Test wurde ein diffusionsbeschränktes System untersucht. Es wurden 1,2 × 10⁶ B. steaothermophilus-Sporen auf Vliesstoff-Polypropylenstücken geimpft. Wie in 1 dargestellt, wurden die beimpften Stücke 5 im Mittelstück 10 eines Kunststoffhohlraums 15 zusammen mit 10 μl 3%iger Wasserstoffperoxidlösung plaziert. Das Mittelstück 10 bestand aus Teflon^TM und hatte Abmessungen von 1,3 cm × 5 cm. Der Hohlraum 15 variierte von 1 mm bis 6 mm ID und 15 cm bis 50 cm Länge. Teflon^TM wurde für den 1 mm Hohlraum, Polyethylen für den 3 mm und 6 nun Hohlraum verwendet. Der Hohlraum 15 wurde dann in einem 2,2 cm × 60 cm großen Glasrohr 20 plaziert. Das Glasrohr 20 wurde an einem Ende geschlossen und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25 abgedichtet, in dem sich ein PTFE-Rohr von 1 mm × 10 cm befand. Das Glasrohr 20 wurde in der Vakuumkammer plaziert und 15 Minuten lang bei 1 Torr behandelt, und während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind unten aufgeführt.
Tabelle 10A Sterilisierung in diffusionsbeschränkten Systeme unter Verwendung von Kunststoffhohlräumen
Eine Sterilisierung in diffusionsbeschränkten Umgebungen kann sowohl in kurzen, breiten Hohlräumen als auch in langen, engen Hohlräumen bewirkt werden, unabhängig davon, ob Metall oder Kunststoff zur Bildung von Hohlräumen verwendet wird. So ist die Methode der vorliegenden Erfindung eine wirksame Sterilisierungsmethode für diffusionsbeschränkte Erzeugnisse und kann für eine Vielzahl dieser Erzeugnisse, unabhängig von ihrer Zusammensetzung, verwendet werden.
Um dieses weiter zu bestätigen, wurden Edelstahlklingen mit 2,1 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen und Polypropylenstücke mit 1,2 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft. Wie in 2 dargestellt, wurden die Klingen 5 oder Vliesstoff-Polypropylenstücke 5 in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 zusammen mit 50 μl 3 %iger Wasserstoffperoxidlösung plaziert. Ein Ende des Rohres wurde geschlossen und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25 abgedichtet, in dem sich entweder ein 1 mm × 10 cm Edelstahlrohr 30 oder ein 1 mm × 10 cm Teflon^TM-Rohr 30 befand. Das Glasrohr wurde im Inneren einer Vakuumkammer plaziert und 15 Minuten lang bei 5 Torr behandelt und während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Es wurden folgende Ergebnisse erreicht.
Tabelle 10B Wirkung von Metall und Kunststoff auf die Sterilisierung in einem diffusionsbeschränkten System
So bieten alle vier Kombinationen aus Metall und Kunststoff eine wirksame Wasserstoffperoxiddampf-Sterilisierung in einer diffusionsbeschränkten Umgebung. Diese Untersuchung bestätigt, dass die Methode der vorliegenden Erfindung eine wirksame Sterilisierungsmethode für diffusionsbeschränkte Erzeugnisse ist und bei einer Vielzahl dieser Erzeugnisse, unabhängig vom dafür verwendeten Material, angewendet werden kann.
Danach wurden weitere Untersuchungen durchgeführt, um die Wirkung unterschiedlicher Temperaturen und Drücke auf die Sterilisierung in einem diffusionsbeschränkten System zu bewerten. Diese Untersuchungen sind unten beschrieben.
Beispiel 11
Es wurden Edelstahlklingen mit 2,1 × 10⁶ B. stearothenmphilus-Sporen beimpft. Die Klingen 5 wurden mit verschiedenen Mengen 3%iger Wasserstoffperoxidlösung in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 plaziert, wie in 2 dargestellt. Das Glasrohr 20 wurde in einer Vakuumkammer plaziert und über verschiedene Zeiträume hinweg unterschiedlichen Drücken und Temperaturen ausgesetzt. In diesen Sterilisationszyklen, die in Tabelle 1A aufgeführt sind, erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf die angegebenen Temperaturen. Bei den in Tabelle 11B genannten Versuchen wurde die Kammer auf ca. 45°C erwärmt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann statt der Erwärmung der Kammer die Temperatur der Peroxidlösung selbst erhöht werden. Bei den Versuchen, die in Tabelle 11C dargelegt sind, erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C während der 15-minütigen Einwirkung des Vakuums.
Tabelle 11A Wirkung von Zeit und Peroxidmenge auf die Sterilisierung in einer diffusionsbeschränkten Umgebung Bei einem Druck von 5 Torr
Tabelle 11B Wirkung von erhöhter Kammertemperatur und Peroxidmenge auf die Sterilisierung in einer diffusionsbeschränkten Umgebung Kammer bei ca. 45°C
Tabelle 11C Wirkung von Druck und Peroxidmenge auf die Sterilisierung in einer diffusionsbeschränkten Umgebung Mit 15 Minuten Einwirkungszeit
Unter den Testbedingungen des Beispiels 11 konnte bei großen Mengen Wasserstoffperoxidlösung keine Sterilisierung erreicht werden, wenn das Vakuum nur für eine sehr kurze Zeit einwirkte. Es wird angenommen, dass dies zumindest teilweise dadurch bedingt ist, dass Wasser schneller verdampft als Wasserstoffperoxid. So verdampft zuerst das in der wässrigen Lösung vorhandene Wasser, und es wird mehr Zeit benötigt, damit das Wasserstoffperoxid verdampft. Dies erklärt auch, warum mit größeren Mengen Wasserstoffperoxidlösung eine Sterilisation bei höheren Temperaturen erreicht werden konnte; die Verdampfung des Wasserstoffperoxids tritt bei höheren Temperaturen eher ein. So sind, wenn mehr Wasser im System vorhanden ist, entweder höhere Temperaturen oder mehr Zeit erforderlich, um eine Sterilisierung zu erreichen.
Wiederum wird aus diesen Daten klar, dass etwas höhere Drücke, d. h. 10 Torr eine wirksamere Sterilisierung unter diesen Bedingungen erreichen. Es wird angenommen, dass aufgrund der höheren Drücke mehr Wasserstoffperoxiddampf im Inneren des Systems zurückgehalten wird. Ist der Druck zu niedrig, wird der Wasserstoffperoxidampf zu schnell dem System entzogen.
Um eine vermeintliche Mindestkonzentration von Peroxid im Flüssigkeits-Nakuumsystem in einem diffusionsbeschränkten Behälter zu bewerten, wurde Beispiel 12 ausgeführt.
Beispiel 12
Es wurden verschiedene Peroxidkonzentrationen in einem System, das im Wesentlichen im Zusammenhang mit 2 beschrieben wird, verwendet. In diesem System war das Auslassrohr 35 ein Edelstahlrohr, das eine Länge von 50 cm und einen Innendurchmesser von 1 mm besaß. Eine Edelstahlklinge, mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft, wurde in einem Behälter, der ein 2,2 cm × 60 cm Glasrohr war, plaziert. Der Be hälter wurde mit unterschiedlichen Mengen 3%igem Wasserstoffperoxid befüllt. Der Behälter wurde in einer Vakuumkammer von 173 Litern plaziert und der Druck 1 Stunde lang auf 10 Torr verringert. Während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 40°C. Es wurde die Sporenaktivität für jede Peroxidkonzentration bewertet. Darüber hinaus wurde die Peroxidmenge, die im Behälter nach der Sterilisierung verblieb, durch übliche Tritrationsmethoden bewertet, bei denen das Peroxid mit Kaliumiodid reagiert und mit Natriumthiosulfat titriert wurde. Ergebnisse werden in Tabelle 12 dargestellt, wobei "N/B" nicht bestimmt bedeutet.
Tabelle
Die Ergebnisse aus Tabelle 12 zeigen, das 1,0 mg/l 3%iges flüssiges Peroxid im untersuchen System erforderlich waren, um eine Sterilisierung zu erreichen. Darüber hinaus war unter den Versuchsbedingungen eine Konzentration von 0,17 mg/l Peroxid, die im System verblieben, ausreichend, um eine vollständige Sterilisierung zu bewirken. Diese Daten zeigen auch, dass das bei diesen Versuchen verwendete Glasrohr ein ausreichendes Niveau an Diffusionsbeschränkung bot, um 17% des darin plazierten Wasserstoffperoxids zurückzuhalten.
Wir untersuchten weiterhin die Auswirkungen von Länge und Innendurchmesser des Auslassrohres in einem System, das dem Beispiel 12 ähnlich war. Die Untersuchung wird in Beispiel 13 dargestellt.
Beispiel 13
Es wurde ein System verwendet, das dem oben im Zusammenhang mit Beispiel 12 beschriebenen ähnlich war, außer dass das Vakuum nur 15 Minuten und nicht 1 Stunde dauerte. So erhöhte sich die Temperatur nur auf ca. 28°C. Bei dieser Untersuchung wurde die Größe des Auslassrohres 35 sowie die Menge der 3%igen Peroxidlösung verändert. Die Ergebnisse werden in Tabelle 13 dargestellt.
Tabelle 13
Die Ergebnisse zeigen, dass, vorausgesetzt es ist ausreichend Peroxid vorhanden, die Diffusionsbeschränkung, die durch eine einzige Einlass-/Auslassöffnung von 9 mm Innendurchmesser oder weniger oder 1 cm Länge oder darüber gegeben ist, ausreicht, um eine Sterilisierung zu bewirken.
Um die Auswirkung von Änderungen im Ausmaß der Dampfdiffusionsbeschränkung im System auf die Wirksamkeit der Sterilisierung zu bewerten, wurde folgende Untersuchung durchgeführt.
Beispiel 14
Eine Edelstahlklinge wurde mit 2,1 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft. Die Klinge wurde in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20, wie in 3 dargestellt, zusammen mit unterschiedlichen Mengen an 3%iger Wasserstoffperoxidlösung plaziert. Ein Ende des Rohrs wurde verschlossen und das offene Ende mit einem Gummistopfen 25 abdichtet, in dem sich ein Spritzenfilter 35 eingesetzt war. Das Glasrohr 20 wurde in einer Vakuumkammer plaziert und 15 Minuten lang bei 5 Torr behandelt und in dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C.
Als Kontrolle wurden identisch beimpfte Klingen in 2,2 cm × 60 cm Glasrohre plaziert. Das offene Ende der Rohre wurde offen gelassen und kein Stopfen oder Spritzenfilter verwendet. So wurde die Diffusion des Dampfes aus dem Rohrinneren nicht eingeschränkt.
Es wurden verschiedene Spritzenfilter mit unterschiedlichen Porengrößen untersucht, einschließlich MFS PTFE 25 mm Spritzenfilter mit einem 0,2 μm Membranfilter und einem 0,5 μm Membranfilter; eines Nalgene PTFE 50 mm Spritzenfilters mit einem 0,2 μm Membranfilter und einem 0.45 μm Membranfilter; eines sterilen Whatman Anatop^TM 10 Plus Spritzenfilters mit einem 0,02 μm Membranfilter und einem 0,1 μm Membranfilter; und schließlich ein Gelman Acrodisc^TM CR PTFE Spritzenfilter mit einer 0,2 μm, 0,45 μm und einer 1,0 μm Membran. Es wurden folgende Ergebnisse erreicht.
Tabelle 14 Sporenaktivität der H₂O₂-Lösung bei Vakuum in einem Behälter mit einem Spritzenfilter 15 Minuten Vakuum und 3%iges Wasserstoffperoxid (a) ohne Spritzenfilter und Stopfen:
(b) mit MFS^TM PTFE 25 mm Spritzenfilter: (1) 0,2 μm Membranfilter
(2) 0,5 μm Membranfilter
(3) mit 2 MFS^TM-Filtern gemeinsam bei 5 Torr Druck
(c) mit Nalgene^TM PTFE 50 mm Spritzenfilter: (1) 0,2 μm Membranfilter
(2) 0,45 μm Membranfilter
(d) mit Whatman Anatop^TM 10 Plus Spritzenfilter: (1) 0.02 um Membranfilter
(2) 0,1 μm Membranfilter
(e) mit Gelman Acrodisc^TM CR PTFE Spritzenfilter: (1) 0,2 μm Membranfilter
(2) 0,45 μm Membranfilter
(3) 1,0 μm Membranfilter
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich, erzeugen bestimmte Filter keine ausreichende diffusionsbeschränkte Umgebung bei einem Druck von 5 Torr, wenn nur 50 μl Wasserstoffperoxidlösung im System plaziert werden. Andere Filtersorten schafften eine ausreichende Diffusionsbeschränkung. Diese Filter hatten entweder längere Hohlräume oder kleinere Filterporen. Nimmt man größerer Mengen Peroxidlösung, 10 Torr Druck oder serielle Filter, erhöht sich die Wirksamkeit des Sterilisationssystems. Dies ist wichtig, da Filter, einschließlich die aus Tyvak^TM, oft für die Verpackung steriler Erzeugnisse verwendet werden, um eine Neukontamination mit Bakterien zu verhindern. Diese Filter haben im Allgemeinen eine Porengröße von 1 μm oder kleiner oder, im Fall von Tyvak^TM, erzeugen einen torquierten Pfad, den Bakterien nicht überwinden können. Bei der vorliegenden Erfindung können Filter in Kombination mit anderen Verpackungsmitteln verwendet werden, um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu schaffen, um eine Sterilisierung zu bewirken, und das sterile Erzeugnis kann während der Lagerung vor der Verwendung in der Verpackung verbleiben. Der Filter verhindert eine Neukontaminierung des sterilen Erzeugnisses.
4 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbeschränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter, der eine begrenzte Diffusionsöffnung oder Verbindungsöffnung, aus einem Rohr bestehend, besitzt. Diese Verbindungsöffnung 30 kann eine luftdurchlässige Mikroorganismen-Sperre, wie einen Filter, besitzen, um die Sterilität der Vorrichtungen 15 und 40 im Behälter 20 aufrecht zu erhalten, nachdem der Behälter 20 aus der Vakuumquelle entnommen wurde. Die Vorrichtung 40 ohne Hohlraum und das Äußere der Hohlraumvorrichtung 15 können mit Peroxiddampf sterilisiert werden, der aus der Peroxidquelle im Behälter 20 erzeugt wird. Bei einer Methode der wirksamen Sterilisierung des Inneren der Hohlraumvorrichtung 15 muss der Peroxiddampf in der Hohlraumvorrichtung 15 erzeugt werden. Deshalb benötigt die Hohlraumvorrichtung 15 eine Vorbehandlung mit flüssigem Peroxid.
Die 5 bis 6 zeigen weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die andere Verpackungsmittel verwenden, um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu erzeugen, damit eine Sterilisierung bewirkt wird. Eine weitere Herangehensweise kann für das Sterilisieren des Inneren der Hohlraumvorrichtung 15 angewendet werden, ohne dass das Innere des Hohlraums 15 mit der Peroxidquelle vorbehandelt wird. Damit der Peroxiddampf der im Behälter 20 erzeugt wird, durch das Innere der Hohlraumvorrichtung 15 strömt, kann ein Verbinder verwendet werden, um die Hohlraumvorrichtung 15 mit der Verbindungsöffnung 30 des Behälters 20 zu verbinden. 5A und 5B zeigen dieses Herangehen. 5A ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbe schränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter 20, der eine eingeschränkte Diffusionsöffnung oder Verbindungsöffnung 30, aus einer Rohrleitung bestehend, und einen Rohrverbinder 45 besitzt, um eine Hohlraumvorrichtung 15 mit der Verbindungsöffnung 30 des Behälters 20 zu verbinden. 5B ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbeschränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter 20, der eine beschränkte Diffusionsöffnung (Verbindungsöffnung 30 aus einer Rohrleitung bestehend) und einem Verbinder 50 des geschlossenen Raums besitzt, um eine Hohlraumvorrichtung 15 mit der Verbindungsöffnung 30 des Behälters 20 zu verbinden. Der Verbinder 50 des geschlossenen Raums hat eine Schnittstelle 51 zwischen dem Behälter 20 und dem Verbinder 50 des geschlossenen Raums. Diese Schnittstelle 51 kann auf verschiedene Weise hergestellt wird, so dass ein Teil der Hohlraumvorrichtung 15 in den Verbinder 50 des geschlossenen Raums eingeführt werden kann, während eine Luft- und Dampfdrucksperre zwischen den Teilen 15 und 50 aufrecht erhalten wird. Eine Möglichkeit, dies zu erreicht, ist der Einsatz eines Kameraverschlusses, wobei eine Irisblende, wie eine Präzisionsirisblende von Edmund Scientific, verwendet wird. Es kann eine optionale Feder verwendet werden, damit die Schließung der Blende gesichert ist. Eine weitere Möglichkeit, eine akzeptable Schnittstelle zu erzielen, ist der Einsatz zweier Platten, wobei die Fläche zwischen den beiden Platten aus einem komprimierbaren Material bestehen, wie Gummi besteht. Die Hohlraumvorrichtung 15 kann zwischen die beiden Platten gelegt und die beiden Platten zueinander bewegt werden, um eine gas- und dampfdichte Abdichtung um die Hohlraumvorrichtung 15 herum zu bilden. Optional kann man ein poröses Material , wie ein Schwamm oder luftdurchlässiges Material als komprimierbares Material verwenden. In diesem Fall kann Dampfsterilisationsmittel durch die Hohlraumvorrichtung diffundieren. Noch eine weitere Möglichkeit, eine akzeptable Schnittstelle zu erzielen, ist ein Loch oder eine horizontale Öffnung bei einer oder mehreren Hohlraumvorrichtungen 15, wobei das Loch oder die Öffnung eine gas- oder flüssigkeitsauflasbare Öffnung ist. So kann der Verbinder ein Rohradapter 45 sein, der an der Hohlraumvorrichtung 15 angebracht wird, oder ein geschlossener Raum, der einen Teil der Hohlraumvorrichtung 15 enthält. Da eine der Öffnungen der Hohlraumvorrichtung 15 mit der Verbindungsöffnung 30 mit dem Verbinder 45 oder 50 verbunden ist, muss das verdampfte Peroxid durch die Hohlraumvorrichtung 15 evakuiert werden. Der Rohrverbinder 45 kann aus beliebigem Material, wie Silikon, Teflon usw. hergestellt werden, das den Kompatibilitätsanforderungen des Systems hinsichtlich Wärme, Druck, Gas und Dampf entspricht. Die gleichen Überlegungen gelten für Materialien, die für andere darin dargestellten Teile verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die beschränkte Diffusionsöffnung entweder über die Verbindungsöffnung 30 oder die Hohlraumvorrichtung 15 erzeugt werden kann.
6 stellt einen weiteren möglichen Aufbau dar. 6 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer diffusionsbeschränkten Umgebung, dargestellt durch einen Behälter 20, der eine Verbindungsöffnung 30, bestehend aus einem Fenster mit einer luftdurchlässigen Sperre und einem Verbinder 50 eines geschlossenen Raums, um eine Hohlraumvorrichtung 15 mit dem Fenster 30 zu verbinden. Bei dieser Ausführungsform, wird die Hohlraumvorrichtung 15 mit dem Verbinder 50 verbunden und wird als Vorrichtung verwendet, um den diffusionsbeschränkten Bereich im Behälter 20 zu schaffen. Deshalb kann die Verbindungsöffnung 30 in den 4, 5A und 5B durch ein luftdurchlässiges Fenster 30 ausgetauscht werden, falls dies gewünscht wird. Dieses poröse Fenster 30 gestattet das Diffundieren von Luft und Dampf, doch verhindert, dass Mikroorganismen von außen die sterilisieren Instrumente 15 oder 40 im Behälter oder Beutel 20 kontaminieren. Bei einer Umgebung mit vermindertem Druck wird zuerst der Peroxiddampf im Behälter oder Beutel 20 erzeugt und dann diffundiert er durch die Hohlraumvorrichtung 15 in den Verbinder 50. Der gesamte Verbinder 50 kann aus luftdurchlässigem Material bestehen. 6 zeigt weiterhin, wie der verminderte Druck zu erreichen ist. Dies wird über eine Öffnung 55 in der Vakuumkammer 65 erreicht, wobei die Öffnung mit der Vakuumpumpe 60 verbunden ist, um eine Umgebung mit vermindertem Druck zu erzeugen. Um zu untersuchen, ob andere Sterilisierungmittel auch eine Sterilisierung in diffusionsbeschränkten Umgebungen bewirken können, wurde folgende Untersuchung durchgeführt.
Beispiel 15
Eine Edelstahlklinge wurde mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft. Die Klinge 5 wurde in ein 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 plaziert, wie in 2 dargestellt, zusammen mit verschiedenen Mengen 4,74%iger Peressigsäurelösung (Solvay Interox ltd., Wanington, England). Das Glasrohr wurde in einer Vakuumkammer plaziert und 15 Minuten lang einem Druck von 5 Ton ausgesetzt. Während dieser Zeit erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind unten dargestellt.
Tabelle 15 Sterilisierung mit Peressignsäure in einem diffusionsbeschränkten System
Diese Ergebnisse zeigen, dass Peressigsäure, in der auch Wasserstoffperoxid vorhanden ist, auch für die Sterilisierungsmethode der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Es wurde festgestellt, dass durch Applizieren kleiner Mengen Wasserstoff-peroxidlösung bei einem zu sterilisierenden Erzeugnis vor dem Einwirken des Vakuums die Sterilisierung bei niedrigen Temperaturen und kürzeren Zeiten bewirkt werden kann. Die folgende Untersuchung wurde durchgeführt, um verschiedene Methoden der Applizierung von Wasserstoffperoxidlösung bei dem zu sterilisierenden Erzeugnis zu bewerten. Weiterhin wurde die Wirksamkeit der Vakuum- und der Plasmabehandlung nach der Vorbehandlung mit wässrigem Wasserstoffperoxid verglichen. Die Untersuchung wird in Beispiel 16 unten beschrieben.
Beispiel 16
In einer ersten Testserie wurden Edelstahlklingen mit 2,5 × 110⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft. Die Klingen wurden im erweiterten Mittelstück mit einem 3 mm × 50 cm Edelstahlhohlraum plaziert. Der Hohlraum wurde in einem 1000 ml Becher plaziert, der 800 ml Wasserstoffperoxidlösung enthielt. Der Hohlraum wurde 5 Minuten lang in 3%iger Wasserstoffperoxidlösung getränkt. Es wurde die Anzahl der überlebenden Organismen nach diesem ersten Tränken bestimmt. Die Hohlräume wurde aus der Wasserstoffperoxidlösung entnommen und die Außenseite mit Papierhandtüchern abgetrocknet. Das Innere der Hohlräume wurde getrocknet, indem ein Ende des Hohlraums in einem Kolben plaziert und drei Sekunden lang Druckluft hineingeblasen wurde. Die Hohlräume wurden geschüttelt und das Blasen und Schütteln wiederholt, bis keine Lösung mehr herausgeblasen wurde. Danach wurde der Hohlraum in einer Sterilisationskammer plaziert und entweder 15 Minuten lang einem Vakuum von 0,5 Torr oder 15 Minuten lang Plasma bei 0,5 Torr ausgesetzt. Nach 15 Minuten Vakuum erhöhte sich die Temperatur von ca. 23°C auf ca. 28°C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16A unten dargestellt.
Tabelle 16A Wirkung der Tränkung H₂O₂-Lösung auf Sporenaktivität in Edelstahlhohlräumen entweder vor einer Plasma- oder Vakuumbehandlung Sterilitätsprüfergebnisse
Ein fünfminütiges Tränken in 3%iger Wasserstoffperoxidlösung war ein wirksames Mittel für die Applizierung des Wasserstoffs im Hohlraum vor der Vakuum- oder Plasmabehandlung. Wie bereits erwähnt, ist die Behandlung mit Wasserstoff-peroxidlösung allein für die Erreichung von Sterilisierung bei Verwendung von verdünnten Lösungen und kurze Tränkungszeiten unwirksam. Die Applizierung von Wasserstoffperoxidlösung über das statische Tränken ist mindestens eine genauso wirksame Methode für die Zuführung von Wasserstoffperoxid wie das Absetzen kleiner Mengen direkt in den Hohlraum der Vorrichtung.
Der Durchfluss von Wasserstofperoxid wurde als Nächstes untersucht. Hier wurden Edelstahlklingen mit 2,5 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft. Die Klingen wurden in das erweiterte Mittelstück eines 3 mm × 50 cm Edelstahlhohlraums plaziert. Es wurde Wasserstoffperoxidlösung mit einer Konzentration von 3% dem Hohlraum mit einer Durchflussrate von 0,1 l/min unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe zugeführt. Der Hohlraum wurde wie oben beschrieben getrocknet. Nach der Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxidlösung wurde der Hohlraum dann in einer Sterilisationskammer plaziert und entweder 15 Minuten lang einem Vakuum von 0,5 Torr oder 15 Minuten lang Plasma bei 0,5 Torr ausgesetzt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 16B dargelegt.
Tabelle 16B Wirkungen des Durchflusses von H₂O₂-Lösung auf Sporenaktivität entweder vor einer Vakuum- oder einer Plasmabehandlung in Edelstahlhohlräumen Sterilitätsprüfergebnisse
Die Applizierung von Wasserstoffperoxidlösung über konstanten Strom ist ebenso eine wirksame Art und Weise, dem System Wasserstoffperoxid zuzuführen.
Schließlich wurde die Wirkung der Zuführung von Wasserstoffperoxid durch Aerosolsprühen untersucht. Edelstahlklingen wurde mit 2,5 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft. Die beimpften Klingen wurden in das erweiterte Mittelstück eines 3 mm × 50 cm Edelstahlhohlraums plaziert. Dreiprozentige Wasserstoffperoxidlösung wurde dem Hohlraum über ein 3 Sekunden langes Aerosolsprühen zugeführt. Die Aerosolmenge wurde mit 0,04 l/min bestimmt. Nach einer Wartezeit von 5 Minuten nach der Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxid wurde der Hohlraum wie oben beschrieben getrocknet und dann wurde er in einer Sterilisationskammer plaziert und entweder 15 Minuten lang einem Vakuum von 0,5 Torr oder 15 Minuten lang Plasma bei 0,5 Torr ausgesetzt. Die Ergebnisse in Tabelle 16C dargelegt.
Tabelle 16C Wirkungen der Aerosolzuführung von H₂O₂-Lösung auf Sporenaktivität entweder vor einer Vakuum- oder einer Plasmabehandlung in Metallhohlräumen Sterilitätsprüfergebnisse
Der Durchfluss von Wasserstoffperoxid entweder als Flüssigkeit oder als Aerosol kann auch durch Einbringen erhöhten Drucks Zuführungsende oder verringerten Druck am Ausgangsende der zu behandelnden Vorrichtung erreicht werden.
Aus den Daten in den Tabellen 16A–16C ist ersichtlich, dass alle drei Methoden der Applizierung von Wasserstoffperoxidlösung am zu sterilisierenden Erzeugnis zu einer wirksamen Sterilisierung führte. So scheint es, dass eine Anzahl unterschiedlicher Applizierungsmethoden angewendet werden kann, so lange die Wasserstoffperoxidlösung vor dem Einwirken des Vakuums oder Plasmas vorhanden ist.
Schließlich wurde die Wirksamkeit der Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxid vor einem Sterilisierungszyklus, der das Einwirken von Wasserstoffperoxiddampf, Vakuum und Plasma vereint, bewertet. Die Untersuchung wurde wie folgt durchgeführt.
Beispiel 17
Edelstahlklingen wurden mit 2,5 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen beimpft. Die Klingen wurden mit 3%iger Wasserstoffperoxidlösung entweder 1 oder 5 Minuten lang getränkt. Die Klingen wurden dann in das erweiterte Mittelstück eines 3 mm × 50 cm Edelstahlhohlraums plaziert. Der Hohlraum wurde dann in einer Sterilisationskammer plaziert, der auf ca. 0,5 Torr evakuiert wurde. Der Sterilisationszyklus bestand aus 15-minütiger Wasserstoffperoxiddampf-Diffusion mit mindestens 6 mg/l Wasserstoffperoxid, gefolgt von 15 Minuten Plasma bei 400 Watt. Nach der Plasmabehandlung wurde die Kammer belüftet und die Klingen auf Sterilität geprüft. Die Ergebnisse werden unten darstellt.
Tabelle 17 Wirkungen der H₂O₂-Tränkung auf Sporenaktivität in Edelstahlhohlräumen vor einem Wasserstoffperoxiddampf- und Plasmazyklus Sterilitätsprüfergebnisse
Die Bearbeitung der Hohlräume in einem Wasserstoffperoxid- und Plasmazyklus allein hinterließ im Durchschnitt 30 überlebende Organismen pro Klinge. Eine Vorbehandlung der Klingen durch fünfminütiges Tränken in einer 3%igen Wasserstoffperoxidlösung allein hinterließ durchschnittlich 8,2 × 10⁵ überlebende Organismen pro Klinge. So war unter diesen speziellen Testbedingungen, eine Kombination der Einwirkung von Wasserstoffperoxiddampf und Plasma, das sich für viele Erzeugnisse als wirksam herausgestellt hat, bei einer diffusionsbeschränkten Umgebung unwirksam. Durch Vorbehandlung des zu sterilisierenden Erzeugnisses mit verdünnter Wasserstoffperoxidlösung vor den Einwirkungen von Wasserstoffperoxiddampf oder Plasma kann eine vollständige Sterilisierung erreicht werden.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten flüssigen Sterilisierungslösungen, die Wasserstoffperoxid enthalten, beschrieben wird, werden Fachleute erkennen, dass gleichwertige Sterilisierungsmethoden für andere Quellen an Peroxidsterilisationsmittel angepasst werden können. Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein Sterilisationsmittel, das einen Dampfdruck hat, der unter dem von Wasser oder einem anderen Lösungsmittel liegt, in das das Sterilisationsmittel gegeben werden kann, verwendet. Für diese Sterilisationsmittel ist es nur wichtig, dass der Dampfdruck unter dem Lösungsmittel innerhalb der hier betrachteten Temperaturbereiche liegt. Bei einer noch weiteren Ausführungsform kann eine feste Quelle Peroxidsterilisationsmittel verwendet werden. Diese flüssigen und festen Sterilisationsmittel können an die hierin beschriebenen Verfahren mit nur geringen Anpassungen hinsichtlich der Unterschiede im Dampfdruck zwischen Wasser stoffperoxid und diesen anderen Sterilisationsmittel angepasst werden, wie es ohne weiteres von Fachleuten bestimmt werden kann. So lange der örtliche Dampfdruck an der Stelle des Sterilisationsmittels unter dem Dampfdruck des Sterilisationsmittels liegt, kann eine Sterilisierung erreicht werden, wie sie im wesentlichen oben beschrieben ist.
Schlussfolgerung
Die Erreichung einer raschen Sterilisierung von mit Hohlraum versehenen Vorrichtungen bei niedrigen Temperaturen unter Anwendung geringen Sterilisationsmittelkonzentrationen ist bis jetzt überaus herausfordernd gewesen. Es wurde eine überlegene Sterilisationsmethode herausgefunden, die die Probleme der bekannten Methoden überwindet. Durch Vorbehandlung von zu sterilisierenden Erzeugnisses oder einer diffusionsbeschränkten Umgebung, die Erzeugnisse enthält, mit einer Peroxidquelle, wie einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung vor Einwirken eines Vakuums kann eine rasche Sterilisierung bei niedrigen Temperaturen, ohne Beschädigung der Erzeugnisse erreicht werden, ohne dass toxische Rückstände bleiben und ohne die Notwendigkeit, spezielle Behälter anzubringen. Die Methode der vorliegenden Erfindung ist wirksam, ungefährlich und kostengünstig.

Claims

Verfahren zur Sterilisierung des Inneren eines Erzeugnisses mit einem diffusionsbeschränkten Bereich mit den Schritten: Kontaktieren des Inneren des diffusionsbeschränkten Bereiches mit einer flüssigen Peroxidquelle und Unterdrückeinwirkung auf die Vorrichtung, um das Peroxid zu verdampfen, wobei der Peroxiddampf aus dem Inneren des diffusionsbeschränkten Bereiches in einer Zeit, welche ausreicht, die Sterilisierung des diffusionsbeschränkten Bereiches zu bewirken, nach außen diffundiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich ein Hohlraum ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Hohlraum mindestens 27 cm lang ist und einen Innendurchmesser von nicht mehr als 3 mm, vorzugsweise nicht mehr als 1 mm hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich die gleiche oder eine stärkere Beschränkung der Diffusion aufweist, wie bzw. als ein Hohlraum von 27 cm Länge mit einem Innendurchmesser von 3 mm.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich die gleiche oder eine stärkere Beschränkung der Diffusion aufweist, wie bzw. als ein Hohlraum mit einem Verhältnis der Länge zum Innendurchmesser von mehr als 50.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Einwirkungsschritt das Einwirken eines Druckes auf das Erzeugnis umfaßt, welcher geringer ist als der Dampfdruck von Wasserstoffperoxid.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Druck zwischen 0 Torr und 100 Torr liegt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Druck etwa 10 Torr ist und die Einwirkung bei einer Temperatur von 23°C bis 28°C erfolgt.
Verfahren zur Sterilisierung des Inneren und des Äußeren eines Erzeugnisses mit den Schritten: Kontaktieren des Inneren des Erzeugnisses mit einer flüssigen Peroxidquelle und Plazieren des Erzeugnisses in einer diffusionsbeschränkten Umgebung, wobei die Schritte des Kontaktierens und des Plazierens in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden können gefolgt von Unterdruckeinwirkung auf den diffusionsbeschränkten Bereich über eine Zeit, welche ausreicht, um die Sterilisierung zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, bei welchem die Peroxidquelle ein kondensierter Dampf ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Kontaktierungsschritt vor dem Plazierungsschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, welches zusätzlich das erneute Kontaktieren des Erzeugnisses mit der flüssigen Peroxidquelle nach dem Plazierungsschritt umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, bei welchem der Einwirkungsschritt in einer Kammer erfolgt, wobei das Verfahren den weiteren Schritt der Erwärmung der Kammer während des Einwirkungsschrittes auf vorzugsweise zwischen 40°C und 45°C umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, bei welchem, wenn der Einwirkungsschritt bei 40 °C und 10 Torr über eine Stunde durchgeführt wird und wenn beim Kontaktierungsschritt 1 mg/l Wasserstoffperoxid eingeleitet wird, die diffusionsbeschränkte. Umgebung derart diffusionsbeschränkt ist, daß sie 17% oder mehr als 0,17 mg/l des darin nach dem Einwirkungsschritt eingebrachten Wasserstoffperoxides zurückhält.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die diffusioisbeschränkte Umgebung aus einem Behälter mit mindestens einer Verbindungsöffnung besteht, die aus einem Auslaßrohr besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, bei welchem die flüssige Peroxidquelle eine Konzentration von weniger als 25 Masse-% hat.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Erzeugnis einen Hohlraum aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, bei welchem der Kontaktierungsschritt ein oder mehrere Mal(e) wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die diffusionsbeschränkte Umgebung die gleiche oder eine stärkere Beschränkung der Diffusion aufweist, wie sie durch eine einzige Einlaß- oder Auslaßöffnung mit einem Durchmesser von 9 mm oder weniger und einer Länge von 1 cm oder mehr gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die diffusionsbeschränkte Umgebung ausreichend diffusionsbeschränkt ist, um eine rostfreie Stahlklinge in einem Glasrohr von 2,2 cm mal 60 cm mit einem Gummistopfen, durch den ein Auslaßrohr aus rostfreiem Stahl von 1 mm mal 50 cm verläuft, bei einem Vakuum von 10 Torr und einer Temperatur von 40°C in einer Stunde vollständig zu sterilisieren.
Verfahren zur Herstellung eines sterilisierten Erzeugnisses in einem diffusionsbeschränkten Behälter mit den Schritten: Kontaktieren des Erzeugnisses mit einer flüssigen Peroxidquelle und Plazieren des Erzeugnisses im diffusionsbeschränkten Behälter mit mindestens einem Auslaßrohr, wobei die Schritte des Kontaktierens und des Plazierens in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden können gefolgt von der Einwirkung einer Unterdruckdifferenz auf den diffusionsbeschränkten Behälter, um Wasserstoffperoxiddampf zu erzeugen, der aus dem Inneren des Behälters nach außen diffundiert, wobei die Einwirkung über eine Zeit erfolgt, welche ausreicht, um die Sterilisierung zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem der Kontaktierungsschritt vor dem Plazierungsschritt durchgeführt und nach dem Plazierungschritt wiederholt wird.
Verfahren zur Herstellung eines sterilisierten Erzeugnisses in einem diffusionsbeschränkten Behälter mit den Schritten: Plazieren des Erzeugnisses im diffusionsbeschränkten Behälter mit mindestens einer Verbindungsöffnung die aus einem Auslaßrohr oder einem Luft- und dampfdurchlässigen Fenster besteht und Kontaktieren des Inneren des diffusionsbeschränkten Behälters mit Wasserstoffperoxidquelle, wobei die Schritte des Plazierens und des Kontaktierens in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden können gefolgt von der Unterdruckeinwirkung auf den diffusionsbeschränkten Behälter, wobei die Einwirkung über eine Zeit erfolgt, welche ausreicht, um die Sterilisierung des Erzeugnisses zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 24, bei welchem das Auslaßrohr ein Filter enthält.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem das Filter ausreicht, um den Eintritt von Bakterien in den Behälter zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 15, 21 oder 23, bei welchem das Auslaßrohr mindestens 1,0 cm lang ist.
Verfahren nach Anspruch 15, 21 oder 23, bei welchem das Auslaßrohr einen Innendurchmesser von 9 mm oder weniger hat.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem die Verbindungsöffnung über einen Verbinder mit dem Erzeugnis verbunden ist, so daß der Sterilisierungsdampf durch das Erzeugnis hindurch aus dem Behälter ausströmen kann.
Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem der Verbinder eine Rohrleitung oder ein Adapter ist, der an einen Hohlraum des Erzeugnisses oder an einen geschlossenen Raum, der einen Teil des Erzeugnisses mit dem Hohlraum enthält, angeschlossen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem das Auslaßrohr zusätzlich an ein Ventil außerhalb des Behälters angeschlossen ist, welches mit einer Vakuumquelle in Verbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem das Fenster für Mikroorganismen undurchlässig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 9, 21 oder 23, bei welchem der Einwirkungsschritt ein oder mehrere Mal(e) wiederholt und vorzugsweise das ganze Verfahren ein oder mehrere Mal(e) wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 9, 21 oder 23, bei welchem der Einwirkungsschritt die Anwendung eines oder mehrerer Verfahren umfaßt, welches) aus der Gruppe Einspritzen, statisches Tränken, Durchfluß von Flüssigkeit, Aerosolsprühen, Kondensation oder körperliches Verdrängen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 9, 21 oder 23, welches weiterhin den Schritt der Einwirkung eines Plasmas auf den Behälter oder das Erzeugnis während der Unterdruckeinwirkung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 34, sofern er von Anspruch 1 oder 9 abhängig ist, bei welchem das Verfahren in einer ersten Kammer durchgeführt sind das Plasma in einer zweiten separaten Kammer erzeugt wird, und das Verfahren den weiteren Schritt des Einströmens des Plasmas in die erste Kammer umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 34, sofern er von einem der Ansprüche 1, 21 oder 23 abhängig ist, bei welchem das Verfahren in einer abgedichteten Kammer durchgeführt und das Plasma in dieser Kammer erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 9, 21 oder 23, bei welchem der Einwirkungsschritt über 60 Minuten oder weniger ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 9, 21 oder 23, mit dem weiteren Schritt der Erwärmung des Behälters oder Erzeugnisses während des Einwirkungsschrittes.
Verfahren nach Anspruch 1, 21 oder 23, mit dem weiteren Schritt der Erwärmung der Peroxidquelle vor dem Kontaktierungsschritt.
Verfahren nach Anspruch 39, sofern er von Anspruch 1 abhängig ist, bei welchem die Peroxidquelle auf 40°C bis 45°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 9, 21 oder 23, bei welchem der Einwirkungsschritt die Einwirkung eines Unterdruckes zwischen 0 Torr und 100 Torr auf den Behälter oder auf das Erzeugnis umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, 9, 21 oder 23, bei welchem die Wasserstoffperoxidquelle eine Flüssigkeit, einen festen Stoff oder kondensierten Dampf und vorzugsweise Wasserstoffperoxid, Peressigsäure, einen Harnstoffperoxidkomplex, einen Natriumpyrophosphat-Peroxidkomplex oder einen ähnlichen Peroxidkomplex umfaßt.