DE69726329T2

DE69726329T2 - Methode zur Sterilisation mit Wasserstoffperoxid-Vorbehandlung

Info

Publication number: DE69726329T2
Application number: DE69726329T
Authority: DE
Inventors: Tralance O. Addy; Paul Taylor Jacobs; Szu-Min Lin; Jon Morrell Jacobs
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: US6030579A; ES2210455T3; US6319480B1; AU1770197A; US5980825A; US6589481B1; CN1112938C; MX9702501A; EP0799621A1; DE69724958D1; IN192210B; AU2454997A; ES2206703T3; DE69726329D1; US6068817A; CN1216926A; CA2251153C; CN1131715C; KR970069042A; EP0907381B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung von Wasserstoffperoxid und negativem Druck, um Artikel, wie medizinische Instrumente, zu sterilisieren, sowie insbesondere ein Verfahren, das einen Vorbehandlungsschritt der Artikel mit flüssigem Wasserstoffperoxid vor der Einwirkung eines negativen Drucks oder eines negativen Drucks kombiniert mit Plasma beinhaltet.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Medizinische Instrumente sind herkömmlicher Weise durch den Einsatz von entweder Hitze, beispielsweise durch Dampf zur Verfügung gestellt, oder einer Chemikalie, wie Formaldehyd oder Ethylenoxid im gas- oder dampfförmigen Zustand, sterilisiert worden. Jede dieser Methoden hat Nachteile. Viele medizinische Geräte, wie faseroptische Vorrichtungen, Endoskope, Kraftwerkzeuge, usw. sind empfindlich gegenüber Hitze, Feuchtigkeit oder beidem. Formaldehyd und Ethylenoxid sind beides toxische Gase, die eine potentielle Gefährdung für das Pflegepersonal darstellen. Probleme mit Ethylenoxid sind besonders ernst, da dessen Verwendung lange Belüftungszeiten benötigt, um das Gas von den Artikeln, die sterilisiert worden sind, zu entfernen. Dieses führt zu unerwünscht langen Sterilisatinnszykluszeiten.
Es wurde gefunden, dass die Sterilisation unter Verwendung von flüssigen Wasserstoffperoxiden eine hohe Konzentration an Sterilisationsmittel, ausgedehnte Behandlungszeiten und/oder erhöhte Temperaturen erfordert. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass die Sterilisation unter Verwendung von Wasserstoffperoxiddampf einige Vorteile gegenüber anderen chemischen Sterilisationsverfahren hat (siehe z. B. U.S. Pat. Nr. US-A-4,169,123 und US-A-4,169,124). Gemäß U.S. Pat. US-A-4,643,876, am 17. Februar 1987 für Jacobs et al. erteilt, gehen bei der Kombination von Wasserstoffperoxid mit einem Plasma gewisse zusätzliche Vorteile einher. U.S. Pat. US-A-4,756,882, am 12. Juli 1988 ebenfalls für Jacobs et al. erteilt, offenbart die Verwendung von Wasserstoffperoxiddampf erzeugt aus einer wässerigen Lösung von Wasserstoffperoxid, als eine Vorstufe einer durch einen Plasmagenerator erzeugten reaktiven Spezies. Die Kombination von Wasserstoffperoxiddampf, das in enger Nachbarschaft mit den zu sterilisierenden Artikeln diffundiert, und Plasma wirkt, um die Artikel sogar innerhalb verschlossener Verpackungen zu sterilisieren. Während des weiteren diese Verfahren, Wasserstoffperoxiddampf mit einem Plasma zu kombinieren, in "offenen" Systemen geeignet sind, wurde gefunden, dass sie unzureichend sind, um eine Sterilisation in Artikeln mit Bereichen eingeschränkter Diffusion zu bewirken, da diese Verfahren von der Diffusion des Sterilisationsdampfes in enger Nachbarschaft abhängen, bevor eine Sterilisation erreicht werden kann. Diese Methoden erfordern demgemäß eine hohe Konzentration an Sterilisationsmitteln, ausgedehnte Behandlungszeiten und/oder erhöhte Temperaturen, wenn bei langen, engen Hohlkörper eingesetzt. Beispielsweise sind Hohlkörper, die länger als 27 cm sind und/oder einen internen Durchmesser von weniger als 2,3 cm haben, besonders schwer zu sterilisieren. Demgemäß existiert keine einfache, sichere, effektive Methode zur Sterilisierung schmaler Hohlkörper im Stand der Technik.
Die Sterilisation von Artikeln, enthaltend diffusionsbeschränkte Bereiche, wie lange enge Hohlkörper, stellt daher eine besondere Herausforderung dar. Verfahren, die Wasserstoffperoxiddampf verwenden, der aus einer wässerigen Lösung von Wasserstoffperoxid erzeugt worden ist, haben gewisse Nachteile, weil:

1. Wasser verfügt über einen höheren Dampfdruck als Wasserstoffperoxid und wird aus einer wässerigen Lösung schneller verdampfen als Wasserstoffperoxid.
2. Wasser verfügt über eine geringeres Molekulargewicht als Wasserstoffperoxid und wird schneller in die Dampfphase diffundieren als Wasserstoffperoxid.

Aus diesem Grunde wird, wenn eine wässerige Lösung an Wasserstoffperoxid in dem die zu sterilisierenden Gegenstände umgebenden Bereich verdampft wird, das Wasser diese Gegenstände zuerst und in hoher Konzentration erreichen. Der Wasserdampf stellt daher eine Barriere für die Penetration von Wasserstoffperoxiddampf in diffusionsbeschränkte Bereiche dar, wie schmale Spalten und lange enge Hohlkörper. Man kann das Problem nicht durch Entfernung des Wassers aus der wässerigen Lösung und durch den Einsatz an höher konzentriertem Wasserstoffperoxid lösen, da unter anderem konzentrierte Lösungen an Wasserstoffperoxid größer 65 Gew.-% bedingt durch ihre oxidierende Natur gefährlich sein können.
U.S. Pat. US-A-4,952,370 von Cummings et al. offenbart ein Sterilisationsverfahren, bei dem wässeriger Wasserstoffperoxiddampf zunächst auf dem zu sterilisierenden Artikel kondensiert wird und anschließend eine Vakuumquelle an die Sterilisationskammer angeschlossen wird, um das Wasser und Wasserstoffperoxid von dem Artikel zu verdampfen. Dieses Verfahren ist geeignet, um Oberflächen zu sterilisieren, es ist jedoch ineffektiv für die schnelle Sterilisation diffusionsbeschränkter Bereiche, wie solche, die man in Hohlkörpervorrichtungen findet, da dieses ebenfalls von der Diffusion des Wasserstoffperoxiddampfes des in die Hohlkörper abhängt, um eine Sterilisation zu bewirken.
Die U.S. Pat. US-A-4,943,414 (und EP-A-0 302 419), betitelt "Verfahren zur Dampfsterilisation von Artikeln mit Hohlräumen" und für Jacobs et al. erteilt, offenbart ein Verfahren, in dem ein Gefäß, enthaltend eine geringe Menge an verdampfbarer flüssiger Sterilisationsmittellösung, an dem Hohlraum befestigt ist, und das Sterilisationsmittel verdampft und fließt direkt in den Hohlraum des Artikels, wenn der Druck während des Sterilisationszyklus reduziert wird. Dieses System hat den Vorteil, dass der Wasser- und Wasserstoffperoxiddampf durch das existierende Druckdifferential durch den Hohlraum gezogen werden, wodurch die Sterilisationsgeschwindigkeit für Hohlräume gesteigert wird, hat jedoch den Nachteil, dass das Gefäß an jedem zu sterilisierenden Hohlraum befestigt werden muß. Außerdem wird das Wasser schneller verdampft und geht dem Wasserstoffperoxiddampf in dem Hohlraum voran.
In der U.S. Pat. Nr. US-A-5,492,672 wird ein Verfahren zur Sterilisierung schmaler Hohlkörper offenbart. Dieses Verfahren verwendet einen mehrkomponentigen Sterilisationsmitteldampf und erfordert alternierend aufeinander folgende Perioden des Flusses an Sterilisationsmitteldampf sowie die Unterbrechung dieses Flusses. Eine komplexe Vorrichtung wird eingesetzt, um dieses Verfahren auszuführen. Da ein Durchfluss an Dampf eingesetzt wird, können geschlossenendige Hohlkörper nicht ohne weiteres mit diesem Verfahren sterilisiert werden.
Demgemäß verbleibt ein Bedarf nach einer einfachen und wirksamen Methode zur Dampfsterilisation von Artikeln mit Bereichen, in denen die Diffusion dieses Dampfes eingeschränkt ist, wie bei langen, schmalen Hohlkörper.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisation des Inneren einer Vorrichtung mit Bereichen eingeschränkter Diffusion, wie bei einer Vorrichtung mit einem Hohlraum. Das Verfahren umfasst die Schritte des Kontaktierens des Inneren der Vorrichtung mit einer wässerigen Lösung, enthaltend Wasserstoffperoxid, und der Einwirkung von negativem Druck auf die Vorrichtung für eine Zeitdauer, die ausreicht, um eine vollständige Sterilisation zu bewirken. In einer Ausführungsform stellt die flüssige Lösung Peressigsäure dar. Wenn der Einwirkungsschritt für 1 Stunde bei 40°C und 10 torr durchgeführt wird, hält der Bereich eingeschränkter Diffusion vorzugsweise 0,17 mg/L oder mehr Wasserstoffperoxid zurück, oder hält 17% oder mehr an darin plaziertem Wasserstoffperoxid nach dem Einwirkschritt zurück. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen hat der diffusionsbeschränkte Bereich dieselbe oder eine größere Diffusionsbeschränkung als die, welche durch einen Hohlraum mit einer Länge von 27 cm und einem internen Durchmesser von 3 mm zur Verfügung gestellt wird, oder hat dieselbe oder eine größere Diffusionsbeschränkung als eine solche, die durch einen Hohlraum mit einem Länge-zu-Innendurchmesser-Verhältnis größer als 50 zur Verfügung gestellt. Die Lösung verfügt vorzugsweise über eine Konzentration von weniger als 25 Gew.-%. Der Kontaktierschritt kann über einen Zufluss via einer Methode wie der Injektion, dem stationären Einweichen, dem Flüssigdurchfluss oder einem Aerosolspray durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt der Bereich mit eingeschränkter Diffusion über einen Hohlraum mit einer Länge von wenigstens 27 cm und einem Innendurchmesser von nicht mehr als 3 mm, besonders bevorzugt über einen Innendurchmesser von nicht mehr als 1 mm. Der Einwirkschritt wird vorzugsweise für 60 Minuten oder weniger durchgeführt und wird vorzugsweise bei einem Druck durchgeführt, der geringer ist als der Dampfdruck von Wasserstoffperoxid. Demgemäß liegt der bevorzugte Druckbereich unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung zwischen 0 und 100 torr. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Druck ungefähr 10 torr, und der Einwirkschritt wird bei einer Temperatur von ungefähr 23°C bis ungefähr 28°C durchgeführt. Der Einwirkschritt kann den Schritt des Aufheizens des Artikels beinhalten, beispielsweise durch Aufheizen der Kammer, in der der Einwirkschritt stattfindet. Die Kammer kann auf etwa 40°C bis etwa 45°C aufgeheizt werden. Alternativ kann die Lösung aufgeheizt werden, beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 40°C bis etwa 45°C. Optional kann der Schritt des Einwirkens eines Plasmas auf die Vorrichtung während des Schritts des Einwirkens von negativem Druck auf die Vorrichtung vorgenommen werden. In einer Ausführungsform, bei der die Einwirkung von Plasma zum Einsatz kommt, wird das Verfahren in einer ersten Kammer durchgeführt und das Plasma wird in einer zweiten, separaten Kammer erzeugt. Diese Ausführungsform umfasst ferner den Schritt des Fließens des Plasmas in die erste Kammer. Vorteilhafterweise können die Kontaktier- und Einwirkschritte des Verfahrens ein- oder mehrmals wiederholt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung des Inneren und des Äußeren eines Artikels. Dieses Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: Kontaktieren des Artikels mit einer wässerigen Lösung, enthaltend Wasserstoffperoxid; und Platzieren des Artikels in einer Umgebung mit eingeschränkter Diffusion. Die Kontaktier- und Platzierschritte können in jedweder Reihenfolge durchgeführt werden. An diese Schritte schließt sich ein Einwirken von negativem Druck auf die Umgebung mit eingeschränkter Diffusion für eine Zeitdauer, die ausreicht, um eine vollständige Sterilisation zu bewirken, an. Der Kontaktierschritt kann sowohl vor als auch nach dem Platzierschritt durchgeführt werden. Wenn der Einwirkschritt bei 40°C und 10 torr durchgeführt wird, hält die Umgebung mit eingeschränkter Diffusion vorzugsweise 0,17 mg/L oder mehr Wasserstoffperoxid nach dem Einwirkschritt zurück, oder hält 17% oder mehr an darin nach dem Einwirkschritt plaziertem Wasserstoffperoxid zurück. Der Einwirkschritt kann den Schritt des Erhitzens des Artikels beinhalten, beispielsweise durch Erhitzen der Kammer, in der der Einwirkschritt stattfindet, oder durch Erhitzen der flüssigen Lösung. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen verfügt die Umgebung mit eingeschränkter Diffusion über dieselbe oder eine größere Diffusionsbeschränkung als jene, die durch eine einzige Eingangs- und Ausgangsöffnung mit einem Innendurchmesser von 9 mm oder weniger und einer Länge größer 1 cm erzeugt wird, oder ist hinreichend diffusionseingeschränkt, um eine Klinge aus rostfreiem Stahl in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr mit einem Gummistopfen mit einem 1 mm × 50 cm Ausgangsrohr aus rostfreiem Stahl darin bei einem Vakuum von 10 torr für 1 Stunde bei 40°C vollständig zu sterilisieren. Die Lösung kann Peressigsäure sein. Der Kontaktierschritt kann den Zufluss via einer Methode wie der Injektion, dem stationären Einweichen, dem Flüssigdurchfluss oder dem Aerosolspray darstellen. Ebenfalls kann Plasma während des Schritts des Einwirkens von negativem Druck auf den Hohlkörper verwendet werden. Wenn Plasma verwendet wird, kann das Verfahren in einer verschlossenen Kammer durchgeführt werden und das Plasma wird innerhalb des Behälters erzeugt. Demgemäß kann das Verfahren in einer ersten Kammer durchgeführt und das Plasma in einer zweiten, separaten Kammer erzeugt werden, und das Plasma fließt in die erste Kammer. Der Behälter mit eingeschränkter Diffusion kann wenigstens über ein Ausgangsrohr verfügen, beispielsweise eines, das über eine Länge von mindestens 1 cm verfügt und einen Innendurchmesser von 9 mm oder weniger aufweist. Das Ausgangsrohr kann ebenfalls einen Filter beinhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform reicht der Filter aus, um den Eintritt von Bakterien aus der Umgebung in den Behälter zu verhindern. Die Lösung kann eingesetzt werden mit einer Konzentration von weniger als 25 Gew.-%. Der Einwirkschritt wird vorzugsweise für 60 Minuten oder weniger durchgeführt. Das Verfahren kann einhergehen mit dem Schritt des Erhitzens des Artikels, während der Einwirkschritt durchgeführt wird. Demgemäß kann der Einwirkschritt in einer Kammer durchgeführt und die Kammer während des Einwirkschritts erhitzt werden. Der Einwirkschritt kann bei einem negativem Druck zwischen 0 und 100 torr durchgeführt werden. Vorteilhafterweise können die verschiedenen Schritte dieses Verfahrens ebenfalls ein oder mehrere Male wiederholt werden.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 stellt eine Querschnittsansicht eines Hohlraums dar, enthaltend eine Klinge aus angeimpftem rostfreien Stahl in einem Glasrohr mit nur einer schmalen Öffnung, um eine Umgebung mit eingeschränkter Diffusion zwecks Testens des Sterilisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
2 stellt eine Querschnittsansicht einer angeimpften Klinge aus rostfreiem Stahl dar, die direkt in einem Glasrohr platziert ist, das nur eine schmale Öffnung aufweist, um eine ausgewechselte Umgebung mit eingeschränkter Diffusion zwecks Testens des Sterilisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung zur erzeugen.
3 stellt eine Querschnittsansicht einer angeimpften Klinge aus rostfreiem Stahl dar, direkt platziert in einem Glasrohr mit einem an seiner schmalen Öffnung platzierten Filter, um eine ausgewechselte Umgebung mit eingeschränkter Diffusion zwecks Testens des Sterilisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die Sterilisation der Innenseite von Hohlraumvorrichtungen hat immer eine Herausforderung für Sterilisationssysteme dargestellt. Eine schnelle Sterilisation von Vorrichtungen mit Hohlräumen oder anderen Artikeln mit eingeschränkter Diffusion bei geringen Temperaturen und geringen Konzentrationen an Sterilisationsmittel zu erreichen, stellt eine nochmals größere Herausforderung dar. Mit der vorliegenden Erfindung werden die Mängel der Sterilisationssysteme des Standes der Technik durch Vorbehandlung der zu sterilisierenden Artikel mit einer wässerigen Lösung von Wasserstoffperoxid (d. h. einer Lösung, umfassend sowohl Wasser wie auch Wasserstoffperoxid) vor dem Einwirken eines Vakuums oder, optional, Plasma behoben. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besorgt eine schnelle Sterilisation von Artikeln mit Hohlräumen und ohne Hohlräume unter Bedingungen, die die Artikel weder schädigen noch toxische Rückstände auf dem sterilisierten Artikel belassen.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden verdünnte wässerige Lösungen von Wasserstoffperoxid in direktem Kontakt mit dem zu sterilisierenden Artikel gebracht. Im Fall einer Vorrichtung mit einem Hohlraum wird die Lösung direkt in den Hohlraum eingebracht. Im Fall eines Artikels mit einem Bereich, in dem die Diffusion von Dampf eingeschränkt ist, wird die Lösung in das Innere des Bereichs mit eingeschränkter Diffusion eingebracht. Die Wasserstoffperoxidlösung wird in den Hohlraum eingebracht oder in Kontakt mit dem zu sterilisierenden Artikel gebracht durch Mittel wie beispielsweise der direkten Einbringung, einem stationären Einweichprozess, einem Flüssigdurchflussprozess oder mittels Aerosolspray. Die wässerigen Lösungen von Wasserstoffperoxid können relativ verdünnt sein, beispielsweise so gering wie bis 1 bis 3 Gew.-% oder weniger, da die Sterilisation nicht erreicht wird durch Kontakt mit der Wasserstoffperoxidlösung, sondern vielmehr erreicht wird bei tiefen Temperaturen und in kurzen Zeitabschnitten bei Einwirkung von Wasserstoffperoxiddampf unter Vakuum oder unter Vakuum kombiniert mit Plasma. Dieses Verfahren der vorliegenden Erfindung ist besonders wirksam bei Artikeln mit unzugänglichen oder schwierig zu erreichenden Plätzen. Derartige Artikel umfassen lange, schmale Hohlräume, Gelenke und andere Artikel mit Räumen, bei denen die Diffusion von Dämpfen eingeschränkt ist.
Die generelle Vorgehendweise einer Ausführungsform eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung, die geeignet ist zur Sterilisation der Innenseite von langen, schmalen Hohlräumen, stellt sich wie folgt dar:

1. Der zu sterilisierende Hohlraum wird einer wässerigen Lösung von verdünntem Wasserstoffperoxid ausgesetzt. Die wässerige Lösung kann als eine geringe Menge direkt in den Hohlraum eingebracht werden oder mittels stationären Einweichens, Flüssigdurchfluss oder Aerosolspray.
2. Der zu sterilisierende Hohlraum wird in einer Kammer platziert, und die Kammer wird verschlossen und evakuiert. (Peroxide können ebenfalls innerhalb des Artikels eingebracht werden nach Platzierung des Artikels in der Kammer.)
3. Der Hohlraum wird einem Vakuum für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur, die ausreicht, die Sterilisation zu bewirken, ausgesetzt.
4. Der sterile Hohlraum wird aus der Kammer entfernt.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein ähnliches Verfahren eingesetzt, um sowohl das Innere als auch das Äußere eines Artikels zu sterilisieren. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform wird der zu sterilisierende Artikel in einer Umgebung mit eingeschränkter Diffusion platziert. Falls der zu sterilisierende Artikel selber diffusionsbeschränkt ist, beispielsweise ein langer, schmaler Hohlkörper, wird Peroxid in das Innere des Artikels eingeführt. Bei Artikeln, die nicht diffusionsbeschränkt sind, kann das Peroxid irgendwo innerhalb der Umgebung mit eingeschränkter Diffusion eingeführt werden. Peroxid kann entweder vor oder nach der Platzierung des Artikels in der Umgebung mit eingeschränkter Diffusion eingeführt werden. Die den zu sterilisierenden Artikel enthaltende Umgebung mit eingeschränkter Diffusion wird dann in der Kammer plaziert, einem Vakuum ausgesetzt und entfernt gemäß obigen Schritten 2 bis 4.
In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zu sterilisierende Artikel einem Vakuum ausgesetzt, gefolgt durch ein Tieftemperaturplasma für eine Zeit, die ausreicht, um eine Sterilisation zu bewirken. Wenn in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, ist beabsichtigt, dass der Begriff "Plasma" jeglichen Anteil des Gases oder Dampfes umfasst, der Elektronen, Ionen, freie Radikale, dissozierte und/oder angeregte Atome oder Moleküle, hergestellt als ein Ergebnis eines angewendeten elektrischen Feldes, einschließlich jeder begleitenden Strahlung, die erzeugt werden könnte, enthält. Das angewendete Feld kann einen breiten Frequenzbereich abdecken; jedoch werden eine Radiofrequenz oder Mikrowellen gewöhnlich eingesetzt.
Das Sterilisationsverfahren der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls verwendet werden mit Plasmen, erzeugt durch das in der kürzlich genannten U.S. Pat. US-A-4,643,876 offenbarte Verfahren. Alternativ kann es mit in den U.S. Patenten US-A-5,115,166 oder US-A-5,087,418 beschriebenen Verfahren verwendet werden, gemäß denen der zu sterilisierende Artikel in einer Kammer lokalisiert wird, die von der Plasmaquelle getrennt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt mehrere Vorteile gegenüber früheren Dampfsterilisationssystemen bereit, beispielsweise: (1) die schnelle Sterilisation von Vorrichtungen mit Hohlräumen und von Artikeln mit eingeschränkter Diffusion kann schnell bei tiefen Temperaturen erreicht werden; (2) der Einsatz konzentrierter, potentiell gefährlicher Lösungen von anti-mikrobiellen [Substanzen] wird verhindert; (3) die Notwendigkeit, ein spezielles Gefäß, um Sterilisationsmitteldämpfe in lange, schmale Hohlräume einzubringen, ist eliminiert; (4) es verbleiben keine toxischen Rückstände; (5) da das Produkt am Ende des Verfahrens trocken ist, kann ein steriles Lagern dieser Artikel erreicht werden; (6) geschlossenendige Hohlräume können sterilisiert werden; und (7) das Verfahren kann wie gewünscht ohne unzulässige Wirkungen wiederholt werden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung stellt daher ein hochwirksames, nicht gefährliches und relativ kostengünstiges Sterilisationsverfahren zur Verfügung.
Um die Wirksamkeit des Sterilisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, wurden zunächst erste vorbereitende Tests durchgeführt, um die Wirkung verdünnter Wasserstoffperoxidlösungen auf kontaminierte Oberflächen in einer offenen Umgebung mit nicht eingeschränkter Diffusion abzuschätzen. Diese Tests werden unten in Beispiel 1 beschrieben.
Beispiel 1
Um die Sterilisationswirksamkeit der verdünnten Wasserstoffperoxidlösung alleine zu ermitteln, wurde eine biologische Probe, bestehend aus 2,5 × 10⁶ Bacillus stearothermophilus-Sporen auf einer Skalpellklinge aus rostfreiem Stahl eingesetzt. Angeimpfte Klingen wurden in 40 ml Wasserstoffperoxidlösung in einem 100 ml Becher eingetaucht. Vier verschiedene Konzentrationen an Wasserstoffperoxidlösungen wurden verwendet: 3, 6, 9 und 12 Gew.-%. Den Klingen wurde gestattet, in den Peroxidlösungen für unterschiedliche Zeitabschnitte einzuweichen. Die Klingen wurden anschließend aus der Lösung entfernt und auf Sterilität getestet. Die Ergebnisse dieses Tests werden in Tabelle 1 als Verhältnis der Anzahl an angeimpften Klingen, die nach der Behandlung kontaminiert bleiben, zu der Anzahl an getesteten angeimpften Klingen aufgelistet.
Tabelle 1 Wirkung der H₂O₂-Konzentration und Einweichzeiten auf die sporizide Aktivität der H₂O₂-Lösung Konzentration der H₂O₂ Lösung
Die vollständige Sterilisation wurde nicht bewirkt, bis nachdem die Klingen für wenigstens 90 Minuten in einer 12% Wasserstoffperoxidlösung eingeweicht worden waren. Ferner wurde keine der getesteten Klingen nach 2 Stunden in 6% Wasserstoffperoxidlösung sterilisiert. Aus diesen Daten wird klar, dass der alleinige Kontakt mit verdünnter Wasserstoffperoxidlösung unwirksam ist, um eine Sterilisation zu bewirken, wenn nicht ausgedehnte Einweichzeiten und konzentrierte Lösungen eingesetzt werden.
Als nächstes wurde ein Test durchgeführt, um die Wirkung eines Vorbehandlungsschritts auf die Sterilisation von langen, schmalen Hohlräumen abzuschätzen, gemäß dem die zu sterilisierenden Hohlräume vor der Einwirkung eines Vakuums einer Wasserstoffperoxidlösung ausgesetzt werden. Der Test ermittelte die Wirksamkeit der Wasserstoffdampfsterilisation innerhalb der Hohlräume. Der Test wird detailliert unten in Beispiel 2 dargestellt.
Beispiel 2
Eine biologische Probe, bestehend aus 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen auf einer Skalpellklinge aus einem rostfreien Stahl, wurde verwendet. Einige angeimpfte Klingen wurden mit einer Lösung von wässerigem Wasserstoffperoxid vorbehandelt. Andere angeimpfte Klingen, ausgewiesene Kontrollklingen, erhielten keine Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxid. Die Vorbehandlung bestand aus 5 Minuten statischem Einweichens in Peroxidlösung. Die vorbehandelten Klingen wurden trocken getupft, und jede Klinge wurde anschließend in einem Hohlkörper aus rostfreiem Stahl, 3 mm Innendurchmesser (ID) × 50 Länge, platziert. Der Hohlkörper wies ein zentrales Stück mit 1,3 cm ID und 5 cm Länge auf. Die vorbehandelte Klinge wurde in diesem zentralem Stück platziert, und zusätzliche Wasserstoffperoxidlösung wurde in unterschiedlichen Mengen in das zentrale Stück eingegeben. Kontrollklingen wurden identisch behandelt, abgesehen davon, dass sie keine Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxidlösung erhielten. Die Hohlkörper wurden in einer Vakuumkammer platziert, und die Kammer auf 1 torr evakuiert und dort für 15 Minuten gehalten, während welcher Zeit die Temperatur von ungefähr 23°C auf ungefähr 28°C anstieg. Der Einwirkung des Vakuums folgend wurde die Kammer belüftet und die Klingen wurden aus der Kammer entfernt und auf Sterilität untersucht. Die Ergebnisse waren wie folgt:
Tabelle 2 Wirkung der Vorbehandlung und Wasserstoffperoxidkonzentration auf die Sterilisation des Inneren von Hohlkörpern (A) mit 1% Wasserstoffperoxidlösung und Vakuum
(B) mit 3% Wasserstoffperoxidlösung und Vakuum
(C) mit 6% Wasserstoffperoxidlösung und Vakuum
Wie an diesen Ergebnissen zu sehen ist, kann die Sterilisation durch Verwendung relativ verdünnter Lösungen an Peroxid und Einwirkung von negativem Druck bewirkt werden. Wenn das Vakuum angewendet wurde, wurde das zu dem zentralen Stück des Hohlkörpers hinzugefügte Peroxid verdampft und kontaktierte die Klinge, was genügte, um eine Sterilisation zu bewirken. Anhand dieser Angaben kann gesehen werden, dass die Vorbehandlung die Wirksamkeit steigert, dass jedoch die Vorbehandlung unnötig ist, solange das Peroxid aus dem Inneren nach außen defundiert.
Die Sterilisation innerhalb unterschiedlicher Hohlkörpergrößen nach der Vorbehandlung mit Peroxid wurde mit der Sterilisation innerhalb der Hohlkörper ohne Vorbehandlungsschritt verglichen. Dieser Test ist im Detail im Beispiel 3 wiedergegeben.
Beispiel 3
Eine biologische Probe, bestehend aus 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen auf einer Skalpellklinge aus rostfreiem Stahl, wurde eingesetzt. Der Test A in Tabelle 3 unten bestand aus angeimpften Klingen, die mit einer Lösung an 3% wässerigem Wasserstoffperoxid vorbehandelt waren. Die Vorbehandlung bestand aus 5 Minuten statischem Einweichen in der Peroxidlösung. Die vorbehandelten Klingen wurden trocken getupft, sodann in das zentrale Stück des Hohlkörpers aus einem rostfreien Stahl, der in seiner Größe variierte, zusammen mit 10 μl an 3% Wasserstoffperoxidlösung platziert. Das zentrale Stück verfügte über 1,3 cm ID und eine Länge von 5 cm. Der Test B in Tabelle 3 unten bestand aus identischen, ange impften Kontrollklingen, die keine Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxid erhielten. Jede angeimpfte Kontrollklinge wurde direkt in dem zentralen Stück des Hohlkörpers aus einem rostfreien Stahl zusammen mit 10 μl aus 3% Wasserstoffperoxidlösung platziert. Das zentrale Stück verfügte über Abmessungen identisch zu denen in Test A. Hohlräume unterschiedlicher Dimensionierung wurden eingesetzt, um die Auswirkung des Innendurchmessers und der Länge des Hohlraums auf die Sterilisation zu ermitteln. Die Hohlräume wurden in einer Vakuumkammer platziert und die Kammer wurde für 15 Minuten auf 1 Torr evakuiert. Während des 15 minütigem Sterilisationszyklus nahm die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zu. Der Einwirkung des Vakuums folgend wurde die Kammer belüftet und die Klingen wurden aus der Kammer entfernt und auf Sterilität getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt, wo "L/D-Verhältnis" das Verhältnis von Länge zu Innendurchmesser anzeigt.
Tabelle 3 Wirkung der Vorbehandlung mit verdünntem Wasserstoffperoxid in Hohlräumen unterschiedlicher Größe
Alle Hohlräume mit einem L/D-Verhältnis größer als 50, die unter den Bedingungen des Tests A des Beispiels 3 getestet wurden, waren hinreichend diffusionseingeschränkt, um in diesem System sterilisiert zu werden. Demgemäß wird angenommen, dass andere Hohlräume mit einem L/D-Verhältnis größer als 50 ebenfalls ein hinreichendes Niveau an Diffusionsbeschränkung zur Sterilisation im Einklang mit der vorliegenden Erfindung bereitstellen. Dieser Test zeigt, dass in direktem Kontrast zu den Verfahren des Standes der Technik Sterilität vermittels der Diffusion von Wasserstoffperoxiddampf aus dem Inneren des Artikels zu dem Äußeren des Artikels leichter in längeren, schmaleren Hohlräumen zu erreichen ist als in kürzeren, breiteren Hohlräumen. Es wird angenommen, dass dieses dadurch bedingt wird, dass die größeren Hohlräume zuviel Wasserstoffperoxiddampf gestatten, während des Sterilisationsprozesses aus dem Inneren des Hohlraums zu verdampfen. Der Dampf kontaktiert demgemäß nicht die internen Oberflächen für einen Zeitraum, der ausreicht oder mit einer Konzentration, die ausreicht, um eine Sterilisation zu bewirken.
Wie oben erörtert, sind Verfahren zur Wasserstoffperoxiddampfsterilisation von Hohlräumen nach dem Stand der Technik grundsätzlich begrenzt auf den Einsatz in relativ kurzen und breiten Hohlräumen. Im Gegensatz zu diesen Verfahren nach dem Stand der Technik ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung in dem Inneren von langen, schmalen Hohlräumen wirksam, umfassend jene, die länger als 27 cm in der Länge sind und/oder einen Innendurchmesser von weniger als 3 mm haben. Um zu bestimmen, ob die Fähigkeit des Sterilisationsmitteldampfes, innerhalb des Systems zu verdampfen, ein kritischer Faktor bei der Erreichung von Sterilität ist, wurden zusätzliche Tests durchgeführt, um diffusionsbeschränkte und offene, nicht diffusionsbeschränkte Systeme zu vergleichen. Ein nicht diffusionsbeschränktes System ist eines, in dem die Diffusion von Dämpfen in und um den Artikel nicht durch eine enge Öffnung, lange, schmale Hohlräume oder dergleichen beschränkt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich "diffusionsbeschränkt" auf jede einzelne oder mehrere der folgenden Eigenschaften: (1) die Fähigkeit eines innerhalb eines Sterilisationssystems der vorliegenden Erfindung plazierten Artikels 0,7 mg/L oder mehr Wasserstoffperoxidlösung nach 1 Stunde bei 40°C und 10 torr zurückzubehalten; (2) über die gleiche oder größere Diffusionsbeschränkung zu verfügen als die durch eine einzelne Eingangs- und Ausgangsöffnung mit einem Innendurchmesser von 9 mm oder weniger und einer Länge von 1 cm oder mehr zu erzeugen; (3) über dieselbe oder größere Diffusionsbeschränkung zu verfügen als die durch einen Hohlraum mit einer Länge von 27 cm und einem Innendurchmesser von 3 mm erzeugte; (4) über dieselbe oder größere Diffusionsbeschränkung zu verfügen als die durch einen Hohlraum mit einem Längen-zu-Innendurchmesser-Verhältnis größer als 50 erzeugte; (5) die Fähigkeit eines in einem Sterilisationssystem der vorliegenden Erfindung platzierten Artikels 17% oder mehr an darin platzierter Wasserstoffperoxidlösung nach 1 Stunde bei 40°C und 10 torr zurückzuhalten; oder (6) hinreichend diffusionsbeschränkt zu sein, um eine Klinge aus rostfreiem Stahl in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr mit einem Gummistopfen mit einem 1 mm × 50 cm Austrittsrohr aus rostfreiem Stahl darin bei einem Vakuum von 10 torr für 1 Stunde bei 40°C im Einklang mit der vorliegenden Erfindung vollständig zu sterilisieren. Es wird anerkannt, dass die Eigenschaften (1) und (5) in Abhängigkeit von der Anfangskonzentration an in dem Artikel plazierten Wasserstoffperoxid variieren werden; jedoch kann dieses auf einfache Weise durch einen Fachmann bestimmt werden.
Wie diskutiert in dem Kapitel Hintergrund der Erfindung, sind Artikel mit diffusionsbeschränkten Bereichen bei Einsatz bekannter Verfahren der Wasserstoffperoxiddampfsterilisation schwierig zu sterilisieren, da die Verfahren von der Diffusion der Peroxiddämpfe von außerhalb des Artikels in das Innere des Artikels abhängig sind. Ein Test, durchgeführt, um die Bedeutung der Sterilisationsmitteldampfdiffusion zu ermitteln, wird in Beispiel 4 beschrieben.
Beispiel 4
Die Wasserstoffperoxiddampfsterilisation wurde sowohl in offenen als auch in diffusionsbeschränkten Systemen getestet. Das offene System bestand aus Hohlkörpern aus rostfreiem Stahl mit Innendurchmessern von 1, 3 und 6 mm und Längen von 15, 27, 40 und 50 cm. Skalpellklingen aus rostfreiem Stahl wurden angeimpft mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen, und die Klingen wurden in dem zentralen Stück des Hohlkörpers zusammen mit 10 μl an 3% Wasserstoffperoxidlösung platziert. Die Abmessungen des zentralen Stückes betrugen 1,3 ID, 5 cm Länge und 6,6 cc an Volumen.
Das diffusionsbeschränkte System ist in 1 veranschaulicht. Auf identische Weise angeimpfte Skalpellklingen 5 wurden in den zentralen Stücken 10 der Hohlkörper 15 platziert mit Abmessungen identisch denen, wie oben beschrieben. 10 μl an 3% Wasserstoffperoxidlösung wurde ebenfalls zu dem zentralen Stück 10 des Hohlkörpers 15 hinzugefügt. Der Hohlkörper 15 wurde dann in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 platziert. Das Rohr 20 wurde an einem Ende verschlossen, und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25 mit einem 1 mm × 10 cm Rohr 30 aus rostfreiem Stahl, das durch den Stopfen 25 geführt war, gestöpselt. Demgemäß konnten Gase nur durch diese 1 mm × 10 cm Öffnung in das Glasrohr 20 hinein- oder hinaustreten.
Das offene Hohlkörpersystem und das diffusionsbeschränkte System wurden innerhalb einer Vakuumkammer platziert. Die Kammer wurde auf einen Druck von 1 torr evakuiert, der für 15 Minuten gehalten wurde, während welcher Zeit die Temperatur von ungefähr 23°C auf ungefähr 28°C zunahm. Die Kammer wurde dann belüftet, und die Klingen wurden aus dem Hohlkörper entfernt und auf Sterilität untersucht. Die Ergebnisse sind wie folgt:
Tabelle 4 Wasserstoffperoxiddampfsterilisation in offenen und diffusionsbeschränkten Systemen
Unter den Testbedingungen von Beispiel 4 wurde die Sterilisation in den kürzeren, breiteren Hohlkörpern bei dem offenen System nicht erreicht ohne Vorbehandlung mit Was serstoffperoxyd. Vorbehandlung und andere Testbedingungen, wie höhere Peroxydkonzentration oder längere Behandlungszeiten, würden wahrscheinlich die Sterilisation von 27 cm × 3 mm Hohlkörpern erlauben, die ein L/D-Verhältnis von größer als 50 haben. In diffusionseingeschränkten Systemen wurden die Klingen in allen Höhlkörpergrößen unter Verwendung einer dreiprozentigen Wasserstoffperoxydlösung sterilisiert.
Diese Ergebnisse deuten an, dass die zur Verfügungstellung einer Wasserstoffperoxydquelle in einer Umgebung mit beschränkter Diffusion innerhalb des Systems die vollständige Sterilisation erlaubt. Es ist die Beschränkung der Dampfdiffusion in dem System, nicht die Länge oder der Innendurchmesser des Hohlkörpers per se, die die Wirksamkeit der Wasserstoffperoxyddampfsterilisation bestimmt. Allerdings zeigen diese Daten wiederum, dass anders als bei Verfahren der Wasserstoffperoxyddampfsterilisation von Höhlkörpern nach dem Stand der Technik das Verfahren der vorliegenden Erfindung sogar bei nicht diffusionsbeschränkten Artikeln wirksam ist, wenn in einer diffusionsbeschränkten Umgebung platziert.
Um weiter die Idee zu testen, dass die Beschränkung der Diffusion von Dampf in einem System die Fähigkeit beeinflusst, das System zu sterilisieren, wurde das folgende Experiment durchgeführt.
Beispiel 5
Eine Skalpellklinge 5 aus rostfreiem Stahl wurde in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20, das an einem Ende verschlossen war, platziert, wie in 2 veranschaulicht. Jede Klinge 5 war mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft worden. Für einige Tests wurde das Glasrohr 20 an einem Ende offen gelassen, um ein offenes System zur Verfügung zu stellen. Um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu erzeugen, wurde das offene Ende des Glasrohres 20 mit einem Gummistopfen 25, enthaltend ein 1 mm × 10 cm Rohr 30 aus rostfreiem Stahl durch seine Mitte, versiegelt. Sowohl in dem offenen als auch in dem diffusionsbeschränkten System wurde eine Wasserstoffperoxydlösung mit einer Konzentration von entweder 3% oder 6% zu dem Glasrohr 20 in Mengen von 50, 100, 150 oder 200 μl hinzugefügt, zusammen mit der angeimpften Klinge 5. Das Rohr 20 wurde in einer Vakuumkammer platziert, und die Kammer wurde für 15 Minuten auf 1 Torr evakuiert, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C anstieg. Das diffusionsbeschränkte System wurde ebenfalls für 30 Minuten bei 1 Torr getestet, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 33°C anstieg. Die Vakuumkammer wurde anschließend belüftet, und die Klingen 5 wurden aus dem Rohr 20 entfernt und auf Sterilität getestet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 5 aufgelistet.
Tabelle 5 Wasserstoffperoxyddampfsterilisation 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 von Wasserstoffperoxydlösung, gefolgt durch Vakuumwirkung, unwirksam ist, um eine schnelle Sterilisation in einem offenen System zu erhalten. Die identische Behandlung in einem diffusionsbeschränkten System resultiert im Vergleich in einer vollständigen Sterilisation, abgesehen von der schwächsten Konzentration an Wasserstoffperoxydlösung in einer Menge von nur 50 μl. Die Sterilisatian kann jedoch bewirkt werden durch Steigerung der Vakuumeinwirkung.
Demgemäß stellt das Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem geringe Mengen an Wasserstoffperoxydlösung vor der Vakuumeinwirkung zu dem zu sterilisierenden Artikel gebracht werden, ein wirksames Sterilisationsverfahren dar. Das Verfahren hängt nicht von der Diffusion des Sterilisationsmitteldampfes in den Artikel, der sterilisiert wird, ab. Vielmehr wird der Wasserstoffperoxyddampf durch das Vakuum in dem System erzeugt. Dieser Dampf wird daran gehindert, das System zu schnell zu verlassen, da die Diffusion des Sterilisationsmitteldampfes von der Innenseite des Artikels zu der Außenseite des Artikels verlangsamt ist. In einer Umgebung mit beschränkter Diffusion kontaktiert der Dampf daher den zu sterilisierenden Artikel für eine Zeitdauer, die ausreicht, eine vollständige Sterilisation zu bewirken. Anders als bei Verfahren nach dem Stand der Technik, bei denen Wasser aus der Peroxydlösung zuerst verdampft und zu einer Barriere für die Penetration des Peroxyddampfes wird, entfernt das Verfahren der vorliegenden Erfindung außerdem zuerst das Wasser aus dem System, wodurch der in dem System verbleibende Wasserstoffperoxyddampf konzentriert wird. Wichtiger noch in der vorliegenden Erfindung ist, dass die Dampfdiffusion nicht von außen nach innen gemäß dem Stand der Technik, sondern von innen nach außen stattfindet. Als Ergebnis dient die Diffusionsbeschränkung in der vorliegenden Erfindung nicht dazu, die Wirksamkeit zu verringern, wie im Stand der Technik, sondern die Wirksamkeit der Sterilisation zu erhöhen.
Um den Effekt verschiedener Drücke auf ein diffusionsbeschränktes Sterilisationssystem zu bestimmen, wurde das folgende Experiment durchgeführt.
Beispiel 6
Eine Skalpellklinge 5 aus rostfreiem Stahl wurde in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20, das an einem Ende verschlossen war, platziert, wie in 2 gezeigt. Jede Klinge 5 wurde mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu erzeugen, wurde das offene Ende des Glasrohres 20 mit einem Gummistopfen 25, enthaltend ein 1 mm × 10 cm Rohr 30 aus rostfreiem Stahl in seiner Mitte, versiegelt. Wasserstoffperoxydlösung mit einer Konzentration von 3% wurde zu dem Glasrohr 20 in Mengen von 50, 100, 150 oder 200 μl hinzugefügt, zusammen mit der angeimpften Klinge 5. Das Rohr 20 wurde in der Vakuumkammer platziert und für 15 Minuten unterschiedlichen Drücken ausgesetzt, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zunahm. Um den Effekt einer erhöhten Temperatur auf das System zu bestimmen, wurde in einem weiteren Experiment das Rohr 20 zunächst auf 45°C erwärmt und anschließend für 15 Minuten einem Druck von 50 Torr ausgesetzt. Die Ergebnisse waren wie folgt.
Tabelle 6 Die Wirkung der Temperatur und des Druckes auf ein diffusionsbeschränktes System 15 Minuten Vakuum mit 3%iger Wasserstoffperoxydlösung
15 Minuten Vakuum mit 3%igem Wasserstoffperoxyd bei 45°C
Diese Daten zeigen, dass die Sterilisation in diffusionsbeschränkten Umgebungen bei einem Druck von etwa 25 Torr bei 28°C erreicht werden kann. Bei Drücken von 30 Torr und höher wurde keine Sterilisation erreicht; es wird angenommen, dass dieses bedingt ist durch die Tatsache, dass der Dampfdruck von Wasserstoffperoxyd bei 28°C ungefähr 28 Torr beträgt. Demgemäß wurde bei höheren Drücken das flüssige Wasserstoffperoxyd in dem Glasrohr nicht verdampft. Dieses wurde bestätigt durch den beim Druck von 50 Torr bei 45°C durchgeführten Test, bei dem eine Sterilisation erreicht wurde. Der Dampfdruck von Wasserstoffperoxyd nimmt bei 45°C zu, weshalb Wasserstoffperoxyd bei 50 Torr verdampft wurde und wodurch die in dem Rohr platzierte Klinge wirksam sterilisiert wurde.
Um die Sterilisation bei Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu erreichen, sollten folglich die Temperatur und der Druck in der Vakuumkammer derart sein, dass eine Verdampfung der wässrigen Wasserstoffperoxydlösung erreicht wird, d. h. das System sollte vorzugsweise unterhalb des Dampfdrucks von Wasserstoffperoxyd betrieben werden. Es ist nötig, dass der Druck unterhalb des Dampfdrucks von Wasserstoffperoxyd ist, so dass die in dem System vorliegende Wasserstoffperoxydlösung verdampft wird und von dem Inneren der diffusionsbeschränkten Umgebung nach außen diffundiert. Alternativ kann das Wasserstoffperoxyd lokal verdampft werden, wo das System über dem Dampfdruck bleibt, mittels Einbringens von Energie an die Stelle des Peroxyds, beispielsweise mittels Mikrowellen, Radiowellen oder anderer Energiequellen.
Um des weiteren die Wirkung variierender Drücke und Temperaturen in dem in Beispiel 6 beschriebenen diffusionsbeschränkten System zu bestimmen, wurden die folgenden Experimente durchgeführt.
Beispiel 7
Eine Skalpellklinge 5 aus rostfreiem Stahl wurde in ein 2,2 cm × 60 cm Glasrohr, das an einem Ende verschlossen war, platziert, wie in 2 veranschaulicht. Jene Klinge 5 war mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft worden. Um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu erzeugen, wurde das offene Ende des Glasrohres 20 mit einem Gummistopfen 25, enthaltend ein 1 mm × 10 cm Röhre 30 aus rostfreiem Stahl durch seine Mitte, versiegelt. Wasserstoffperoxydlösung mit einer Konzentration von 3% wurde zu dem Glasrohr 20 in Mengen von 50, 100, 150 oder 200 μl zusammen mit der angeimpften Klinge 5 gegeben. Das Rohr 20 wurde in einer Vakuumkammer platziert, und die Kammer wurde auf 5 Torr evakuiert. Um den Druck in der Kammer zu variieren, wurde das Ventil zu der Vakuumpumpe verschlossen, so dass der Druck in der Kammer von 5 Torr auf 6,15 Torr in 15 Minuten anstieg, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zunahm. In einem zweiten Test wurde das Rohr 20 in einer Kammer platziert, und die Kammer wurde auf 50 Torr evakuiert. Die Temperatur des Glasrohres 20 wurde, nachdem die Evakuierung der Kammer vollständig war, auf 45°C angehoben. Das Rohr 20 wurde für 15 Minuten behandelt. Die Ergebnisse dieser Test sind unten darstellt.
Tabelle 7
Wirkung variierender Temperaturen und Drücke auf ein diffusionsbeschränktes Sterilisationssystem
Der Druck nahm von 5 Torr auf 6,15 Torr zu:
Die Temperatur des Rohres nahm auf 45°C zu:
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes oder einer konstanten Temperatur in der diffusionsbeschränkten Umgebung nicht erforderlich ist, um eine Sterilisation zu bewirken. Unter den getesteten Bedingungen wird Wasserstoffperoxyd verdampft und für eine Zeitdauer in Kontakt mit dem zu sterilisierenden Gerät gehalten, die ausreicht, eine vollständige Sterilisation zu bewirken.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beruht auf der Einbringung von flüssigem Wasserstoffperoxyd zu dem zu sterilisierenden Artikel vor der Vakuum- oder Plasmabehandlung. Der folgende Test wurde durchgeführt, um den Effekt des Ortes der Einbringung von Wasserstoffperoxyd in der diffusionsbeschränkten Umgebung zu bestimmen.
Beispiel 8
Eine Skalpellklinge 5 aus rostfreiem Stahl wurde mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft, und die Klinge 5 wurde in dem Mittelstück 10 eines Hohlkörpers 15 platziert, wie in 1 veranschaulicht. Die Dimensionen des Mittelstücks 10 betrugen 1,3 cm ID, Länge 5 cm und Volumen 6,6 cc, während der Hohlkörper selber in seiner Größe variierte und über ein ID von 1, 3 oder 6 mm und eine Länge von 15, 27, 40 oder 50 verfügte. Der Hohlkörper 15 wurde in eine 2,2 cm × 60 cm Glasröhre 20 platziert. Das Rohr 20 wurde verschlossen an einem Ende und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25, enthaltend eine 1 mm × 10 cm Röhre 30 aus rostfreiem Stahl, die durch den Stopfen 25 platziert ist, gestöpselt. Demgemäß konnten die in das Glasrohr 20 eintretenden oder austretenden Gase nur durch diese 1 mm × 10 cm große Öffnung passieren. 10 μl einer 3%igen Wasserstoffperoxydlösung wurden in dem Hohlkörper 15 platziert, oder 100 μl einer 3%igen Wasserstoffper oxydlösung wurden in dem Glasrohr 20 platziert, jedoch außerhalb des Hohlkörpers 15 aus rostfreiem Stahl. Das Glasrohr 20 wurde anschließend in einer Vakuumkammer platziert, die verschlossen und für 15 Minuten auf 1 Torr evakuiert wurde, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zunahm. Die Ergebnisse dieses Tests sind wie folgt:
Tabelle 8 Effekt einer außerhalb des Inneren von einem Hohlkörper platzierten Wasserstoffperoxydlösung
Diese Daten zeigen, dass unten den Testbedingungen gemäß Beispiel 8 die Sterilisation in dem Inneren des Höhlkörpers nicht eintrat, wenn Wasserstoffperoxydlösung außerhalb des Hohlkörpers in einer diffusionsbeschränkten Umgebung platziert wurde, das jedoch vollständige Sterilisation bewirkt wurde, wenn die Wasserstoffperoxydlösung in allen Hohlkörpern in einer diffusionsbeschränkten Umgebung platziert wurde. Wenn der Wasserstoffperoxyddampf von außen nach innen diffundieren muss, kann der Sterilisationsmitteldampf nicht in das Innere des Hohlkörpers in einer diffusionsbeschränkten Umgebung eintreten, es sei denn, der Hohlkörper ist hinreichend groß. Wenn demgemäß die Wasserstoffperoxydlösung außerhalb des Hohlkörpers platziert wurde, gestatten nur die kürzesten und breitesten Hohlkörper eine hinreichende Dampfpenetration, um eine Sterilisation innerhalb des Hohlkörpers zu ermöglichen. Diese Angaben bestätigen, dass Verfahren nach dem Stand der Technik, welche die Diffusion von Sterilisationsmitteldampf von außerhalb des Artikels zu dem Artikelinneren erfordern, unter diesen Bedingungen nicht eine Sterilisation in diffusionsbeschränkten Umgebungen erreichen können. Im Gegensatz hierzu trat unter den gleichen Bedingungen mit viel geringeren Mengen an Wasserstoffperoxyd eine vollständige Sterilisation ein, abgesehen davon, dass das Wasserstoffperoxyd innerhalb des Artikels platziert wurde, wodurch dem Wasserstoffperoxyd gestattet wurde, von innen nach außen zu diffundieren.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist daher für Umgebungen geeignet, in denen die Diffusion des Sterilisationsmitteldampfes limitiert ist. Um den Effekt des Wechsels des Ausmaßes an Diffusionsbeschränkung innerhalb einer diffusionsbeschränkten Umgebung zu ermitteln, wurde der folgende Test durchgeführt.
Beispiel 9
Eine Skalpellklinge 5 aus rostfreiem Stahl wurde mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft, und in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 platziert, wie in 2 veranschaulicht. Das Rohr 20 wurde an einem Ende verschlossen, und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25 gepfropft. Eine Röhre 30 aus rostfreiem Stahl mit unterschiedlichen Ausmaßen wurden durch den Stopfen 25 eingeführt. Demgemäß konnten die in das Glasrohr 20 eintretenden und austretenden Gase nur durch die Öffnung in der Röhre 30 passieren, deren Durchmesser von 1 mm bis 6 mm variierte. Eine 3%ige Wasserstoffperoxydlösung in Volumina, die von 50 μl bis 200 μl reichten, wurde ebenfalls innerhalb des Glasrohres 20 platziert. Das Glasrohr 20 wurde anschließend in einer Vakuumkammer platziert, die verschlossen und 15 Minuten bei 5 Torr evakuiert wurde, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C anstieg. Zusätzlich wurden drei Hohlkörper für 15 Minuten bei 10 Torr mit 3% Wasserstoffperoxyd getestet. Die Ergebnisse dieses Test sind nachfolgend in der Tabelle 9 aufgelistet.
Tabelle 9 Auswirkungen der Röhrenausmaße und des Vakuumdruckes auf die Sterilisation 15 Vakuum bei 5 Torr bei 3% Wasserstoffperoxyd
15 Minuten Vakuum bei 10 Torr mit 3% Wasserstoffperoxyd
Eine vollständige Sterilisation wurde in er Mehrheit der getesteten Umgebungen erreicht. Die Sterilisation konnte nicht erreicht werden bei Verwendung der kürzesten Länge einer Röhre aus rostfreiem Stahl bei 5 Torr und mit nur 50 μl Wasserstoffperoxydlösung. Größere Volumen an Wasserstoffperoxyd müssen in diesem System eingesetzt werden.
Diese Angaben bestätigen ebenfalls, dass der Vakuumdruck die Sterilisationswirksamkeit beeinflusst, da der Behälter mit dem kürzesten und breitesten Austrittsrohr Sterilisation bei 10 Torr, nicht jedoch bei 5 Torr bewerkstelligen konnte. Bei zu niedrigen Drücken (beispielsweise Drücke unterhalb von 5 Torr unter den getesteten Bedingungen) erscheint es jedoch, dass der Wasserstoffperoxyddampf aus dem Inneren des zu sterilisierenden Artikels zu schnell herausgezogen wird, was in einer unzureichenden Menge an Wasserstoffperoxyd dampf resultiert, der es gestattet ist, das Innere des Gerätes zu kontaktieren, um eine Sterilisation zu bewirken. Es erweckt den Anschein, dass, obwohl ein Druck von 5 Torr akzeptable Ergebnisse produziert, ein Druck von etwa 10 Torr unter den getesteten Bedingungen besser ist.
Es ist gezeigt worden, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung wirksam ist in diffusionsbeschränkten Umgebungen aus Metall und Glas. Um zu ermitteln, ob das Verfahren in diffusionsbeschränkten Umgebungen, die aus anderen Materialien geformt sind, wirksam ist, wurden die in den Beispielen 10 und 11 beschriebenen Versuche durchgeführt.
Beispiel 10
Für diesen Test wurde ein diffusionsbeschränktes System untersucht. 1,2 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen wurden auf Polypropylenvliesstücke aufgeimpft. Wie in 1 veranschaulicht, wurden die angeimpften Stücke 5 innerhalb des Mittelstücks 10 eines Plastikhohlkörpers 15 platziert, zusammen mit 10 μl einer 3%igen Wasserstoffperoxydlösung. Das Mittelstück 10 war aus Teflon^TM gefertigt und hatte die Ausmaße 1,3 cm × 5 cm. Der Hohlkörper 15 variierte von ID 1 mm bis 6 mm und von 15 cm bis 50 cm in der Länge. Teflon^TM wurde für den 1 mm Höhlkörper eingesetzt, Polyethylen wurde für den 3 mm und den 6 mm Höhlkörper eingesetzt. Der Höhlkörper 15 wurde dann in ein 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 gesetzt. Das Glasrohr 20 wurde an einem Ende verschlossen, und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25, enthaltend ein 1 mm × 10 cm Stück aus PTFE-Rohr 30 durch dieses hindurch, abgedichtet. Das Glasrohr 20 wurde in der Vakuumkammer platziert und für 15 Minuten bei 1 Torr behandelt, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zunahm. Die Ergebnisse dieses Tests sind nachfolgend aufgeführt.
Tabelle 10A Sterilisation in diffusionsbeschränkten Systemen unter Verwendung von Plastikhohlkörpern
Sterilisation in diffusionsbeschränkten Umgebungen kann sowohl in kurzen, breiten Hohlkörpern als auch in langen, engen Hohlkörpern bewirkt werden, unabhängig davon, ob Metall oder Plastik eingesetzt wird, um die Hohlkörper zu bilden. Demgemäß stellt das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein wirksames Sterilisationsverfahren für diffusionsbeschränkte Artikel dar und kann für eine breite Vielfalt an derartigen Artikeln eingesetzt werden, unabhängig von ihrer Zusammensetzung.
Um dieses weiter zu bestätigen, wurden 2,1 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen auf Klingen aus rostfreiem Stahl aufgeimpft, und 1,2 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen wurden auf Polypropylenvliesstücke aufgeimpft. Wie in 2 gezeigt, wurden die Klingen 5 oder die Polyproplyenvliesstücke 5 in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 platziert zusammen mit 50 μl an 3%iger Wasserstoffperoxydlösung. Ein Ende des Rohres wurde verschlossen und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25, enthaltend entweder ein 1 mm × 1 cm Rohr aus rostfreiem Stahl darin oder ein 1 mm × 10 cm Stück aus einer Teflon^TM-Röhre 30 darin, abgedichtet. Das Glasrohr 20 wurde in einer Vakuumkammer platziert und für 15 Minuten bei 5 Torr behandelt, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zunahm. Die Ergebnisse sind wie folgt.
Tabelle 10B Wirkung von Metall und Plastik auf die Sterilisation in einem diffusionsbeschränkten System
Danach stellen alle vier Kombinationen an Metall und Plastik eine wirksame Wasserstoffperoxyddampfsterilisation in einer diffusionsbeschränkten Umgebung zur Verfügung. Dieser Test bestätigt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein wirksames Sterilisationsverfahren für diffusionsbeschränkte Artikel darstellt und für eine breite Vielfalt an derartigen Artikeln verwendet werden kann, unabhängig von dem eingesetzten Material, aus dem sie geformt sind.
Ein weiterer Test wurde als nächstes durchgeführt, um die Wirkung unterschiedlicher Temperaturen und Drücke auf die Sterilisation von diffusionsbeschränkten Systemen zu ermitteln. Dieser Test wird nachfolgend beschreiben.
Beispiel 11
Klingen aus rostfreiem Stahl wurden mit 2,1 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Die Klingen wurden in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 platziert, wie in 2 veranschaulicht, zusammen mit verschiedenen Mengen an 3%iger Wasserstoffperoxydlösung. Das Glasrohr 20 wurde in einer Vakuumkammer platziert und verschiedenen Drücken und verschiedenen Temperaturen bei unterschiedlichen Zeitdauern ausgesetzt. Während der in Tabelle 11A wiedergegebenen Sterilisationszyklen stieg die Temperatur von etwa 23°C auf die angezeigten Temperaturen an. In den in Tabelle 11B wiedergegebenen Experimenten wurde die Kammer auf etwa 45°C erwärmt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform wurde nicht etwa die Kammer erwärmt, sondern die Temperatur der Peroxydlösung selber wurde erwärmt. In den in Tabelle 11C wiedergegebenen Experimenten wurde die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C während der 15minütigen Einwirkzeit des Vakuums erhöht.
Tabelle 11A Auswirkung der Zeit und des Peroxydvolumens auf die Sterilisation in einer diffusionsbeschränkten Umgebung Bei einem Druck von 5 Torr
Tabelle 11B Auswirkung einer erhöhten Kammertemperatur und eines erhöhten Peroxydvolumens auf die Sterilisation in einer diffusionsbeschränkten Umgebung Ca. 45°C Kammertemperatur
Tabelle 11C Auswirkung von Druck und Peroxydvolumen auf die Sterilisation in einer diffusionsbeschränkten Umgebung Mit 15-minütiger Einwirkzeit
Unter den Testbedingungen gemäß Beispiel 11 waren große Volumen an Wasserstoffperoxydlösung unwirksam, um eine Sterilisation zu erreichen, wenn das Vakuum für für kurze Zeitdauern angewendet wurde. Es wird angenommen, dass dieses wenigstens teilweise dadurch bedingt ist, dass Wasser schneller verdampft als Wasserstoffperoxyd. Das in der wässrigen Lösung vorliegende Wasser wird daher zuerst verdampfen, und es wird mehr Zeit benötigt, um das Wasserstoffperoxyd zu verdampfen. Dieses erklärt ebenfalls, warum die größeren Volumen an Wasserstoffperoxydlösung wirksam waren bei Erreichung einer Sterilisation bei höheren Temperaturen; die Verdampfung des Wasserstoffperoxyds tritt bei höheren Temperaturen eher ein. Wenn demgemäß mehr Wasser in dem System zugegen ist, werden entweder höhere Temperaturen oder mehr Zeit benötigt, um eine Sterilisation zu erreichen.
Von diesen Daten ausgehend, erscheint es wiederum so, dass geringfügig höhere Drücke, d. h. 10 Torr, unter diesen Bedingungen eine Sterilisation wirksamer bewirken. Es wird angenommen, dass dieses dadurch bedingt ist, das bei höheren Drücken mehr Wasserstoffperoxyddampf in dem System zurückgehalten wird. Bei einem zu geringen Druck wird Wasserstoffperoxyddampf zu schnell aus dem System gezogen.
Um eine mutmaßliche Minimumkonzentration an Peroxyd in dem Flüssig-Vakuum-System in einem diffusionsbeschränkten Behälter zu bestimmen, wurde Beispiel 12 durchgeführt.
Beispiel 12
Verschiedene Konzentrationen an Peroxyd wurden in einem System, im wesentlichen wie dem in Zusammenhang mit der 2 beschriebenen, verwendet. In diesem System stellte das Ausgangsrohr 35 ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Länge von 50 cm und einem Innendurchmesser von 1 mm dar. Eine Klinge aus rostfreiem Stahl, angeimpft mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen wurde in dem Behälter, bei dem es sich um ein 2,2 cm × 60 cm Glasrohr handelte, platziert. Verschiedene Mengen an 3%igem Wasserstoffperoxyd wurden in den Behälter eingeführt. Der Behälter wurde in einer Vakuumkammer mit einem Volumen von 173 l platziert, und der Druck wurde für eine Dauer von 1 Stunde auf 10 Torr verringert, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 40°C zunahm. Die sporizide Aktivität wurde bei jeder Konzentration an Peroxyd ermittelt. Außerdem wurde in dem Behälter nach dem Sterilisationsprozess verbleibende Peroxydmenge durch Standardtitrations-techniken ermittelt, bei denen das Peroxyd mit Kaliumjodid reagierte und mit Natriumthiosulfat titriert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 gezeigt, in der "N/D" bedeutet: nicht ermittelt.
Tabelle 12
Die in Tabelle 12 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass 1,0 mg/L an 3%igem flüssigen Peroxyd in dem getesteten System erforderlich waren, um eine Sterilisation zu bewirken. Ferner war unter den getesteten Bedingungen eine Konzentration von 0,17 mg/L an in dem System verbleibenden Peroxyd hinreichend, um eine vollständige Sterilisation zu bewerkstelligen. Diese Daten zeigen ebenfalls, dass das in diesen Experimenten eingesetzte Glasrohr ein hinreichendes Maß an Diffusionsbeschränkung zur Verfügung stellte, um 17% des darin platzierten Wasserstoffperoxyds zurückzuhalten.
Wir untersuchten ferner die Auswirkungen der Länge und des Innendurchmessers des in dem System eingesetzten Ausgangsrohres ähnlich zu dem gemäß Beispiel 12. Dieser Test wird in Beispiel 13 gezeigt.
Beispiel 13
Es wurde ein System ähnlich dem oben im Zusammenhang mit Beispiel 12 beschriebenen eingesetzt, mit der Ausnahme, dass nicht 1 Stunde sondern 15 Minuten an Vakuum eingesetzt wurden. Die Temperatur nahm demgemäß nur auf etwa 28°C zu. In diesem Test wurde die Größe des Ausgangsrohres 35 variiert wie auch das Volumen an 3%iger Peroxydlösung. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 13 dargestellt.
Tabelle 13
Die Ergebnisse zeigen, dass, vorrausgesetzt hinreichend Peroxyd ist zugegen, die durch einen einzigen Eingangs- und Ausgangsanschluss mit einem Innendurchmesser von 9 mm oder weniger oder einer Länge von 1 cm oder mehr erzeugte Diffusionsbeschränkung ausreichend ist, um eine Sterilisation zu bewirken.
Um des weiteren die Wirkung der Veränderung des Ausmaßes an Dampfdiffusionsbeschränkung in dem System auf die Sterilisationswirksamkeit zu ermitteln, wurde der folgende Test durchgeführt.
Beispiel 14
Eine Klinge aus rostfreiem Stahl wurde mit 2,1 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Die Klinge 5 wurde in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 platziert, wie in 3 gezeigt, zusammen mit unterschiedlichen Mengen an 3%iger Wasserstoffperoxydlösung. Ein Ende des Rohres wurde verschlossen, und das offene Ende wurde mit einem Gummistopfen 25, enthaltend ein darin eingeführtes Spritzenfilter 35, abgedichtet. Das Glasrohr 20 wurde in einer Vakuumkammer platziert und für 15 Minuten bei 5 Torr behandelt, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zunahm. Zur Kontrolle wurden auf identische Weise angeimpfte Klingen in 2,2 cm × 60 cm Glasrohren platziert. Das offene Ende der Rohre wurde offengelassen, es wurde kein Stopfen und kein Spritzenfilter eingesetzt. Die Diffusion des Dampfes aus dem Inneren des Rohres wurde demgemäß nicht eingeschränkt.
Verschiedene Spritzenfilter mit unterschiedlichen Porengrößen wurden getestet, einschließlich einem MFS PTFE 25 mm Spritzenfilter mit einem 0,2 μm Membranfilter und einem 0,5 μm Membranfilter; einem Nalgene PTFE 50 mm Spritzenfilter mit einem 0,2 μm Membranfilter und einem 0,45 μm Membranfilter; einem Whatman Anatop^TM 101 Plus sterilen Spritzenfilter mit einem 0,02 μm Membranfilter und einem 0,1 μm Membranfilter; und schließlich einem Gelman Acrodisc^TM CR PTFE Spritzenfilter mit einer 0,2 μm, einer 0,45 μm und einer 1,0 μm Membran. Die Ergebnisse sind wie folgt.
Tabelle 14 Sporizide Aktivität einer H₂O₂-Lösung mit Vakuum in einem Behälter, enthaltend ein Spritzenfilter 15 Minuten Vakuum und 3% Wasserstoffperoxyd (a) ohne Spritzenfilter und Stopfen
(b) mit einem MFS^TM PTFE 25 mm Spritzenfilter (1) 0,2 μm Membranfilter
(2) 0,5 μm Membranfilter
(3) Mit 2 MFS^TM Filtern zusammen mit einem Druck von 5 Torr
(c) Mit einem Nalgene^TM PTFE 50 mm Spritzenfilter (1) 0,2 μm Membranfilter
(2) 0,45 μm Membranfilter
(d) Mit einem Whatman Anatop^TM 10 Plus Spritzenfilter (1) 0,02 μm Membranfilter
(2) 0,1 μm Membranfilter
(e) Mit einem Gelman Acrodisc^TM CR PTFE Spritzenfilter (1) 0,2 μm Membranfilter
(2) 0,45 μm Membranfilter
(3) 1,0 μm Membranfilter
Aus diesen Ergebnissen wird offensichtlich, dass bestimmte Filtermarken nicht eine hinreichende diffusionsbeschränkte Umgebung bei einem Druck von 5 Torr erzeugen, wenn nur 50 μl an Wasserstoffperoxydlösung in dem System platziert sind. Andere Filtermarken stellten hingegen eine hinreichende Diffusionsbeschränkung zur Verfügung; diese Filtermarken verfügten entweder über längere Hohlkörper oder schmalere Filterporengrößen. Die Verwendung größerer Wasserstoffperoxydvolumen, eines Drucks von 10 Torr oder von seriellen Filtern verstärkt die Wirksamkeit des Sterilisationssystems. Dieses ist wichtig, da Filter, einschließlich solche aus Tyvek^TM hergestellte, häufig in Verpackungen von sterilen Artikeln verwendet werden, um eine Rekontamination mit Bakterien zu verhindern. Diese Filter haben generell Porengrößen von 1 μm oder weniger oder, wie im Fall von Tyvek^TM, erzeugen einen verzweigten Weg, den Bakterien nicht durchqueren können. Gemäß der vorliegenden Erfindung können Filter in Kombination mit anderen Verpackungsmitteln eingesetzt werden, um eine diffusionsbeschränkte Umgebung zu erzeugen, um eine Sterilisation zu bewirken, und die sterilen Artikel können während der Lagerung vor dem Einsatz in der Verpackung verbleiben; die Filter werden eine Rekontamination des sterilen Artikels verhindern.
Um zu testen, ob andere Sterilisationsmittel ebenfalls eingesetzt werden können, um eine Sterilisation in diffusionsbeschränkten Umgebungen zu bewirken, wurde der folgende Test durchgeführt.
Beispiel 15
Eine Klinge aus rostfreiem Stahl wurde mit 1,9 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Die Klinge 5 wurde in einem 2,2 cm × 60 cm Glasrohr 20 platziert, wie in 2 gezeigt, zusammen mit verschiedenen Mengen an 4,74%iger Peressigsäurelösung (Solvay Interox Ltd., Warrington, England). Das Glasrohr 20 wurde in einer Vakuumkammer platziert und für 15 Minuten einem Druck von 5 Torr ausgesetzt, während welcher Zeit die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zunahm. Die Ergebnisse dieses Tests sind unten dargestellt.
Tabelle 15 Sterilisation mit Peressigsäure in einem diffusionsbeschränkten System
Diese Resultate zeigen, dass Peressigsäure, in der Wasserstoffperoxyd co-existent ist, ebenfalls in dem Sterilisationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
Es wurde gefunden, dass durch die Einbringung geringer Mengen an Wasserstoffperoxydlösung zu einem zu sterilisierenden Artikel vor der Vakuumeinwirkung die Sterilisation bei tieferen Temperaturen und in kürzeren Zeitdauern bewirkt werden konnte. Der folgende Test wurde durchgeführt, um verschiedene Methoden der Einbringung von Wasserstoffperoxydlösung zu einem zu sterilisierenden Artikel zu untersuchen. Ferner wurde die Wirksam keit von Vakuumbehandlung und Plasmabehandlung, die der Vorbehandlung mit wässrigem Wasserstoffperoxyd folgten, getestet. Der Test wird nachfolgend in Beispiel 16 beschrieben.
Beispiel 16
In einer ersten Testserie wurden Klingen aus rostfreiem Stahl mit 2,5 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Die Klingen wurden in einem ausgedehnten Mittelstück eines 3 mm × 50 cm Hohlkörpers aus rostfreiem Stahl platziert. Der Hohlkörper wurde in einem 1000 ml Becher, enthaltend 800 ml Wasserstoffperoxydlösung, platziert. Der Hohlkörper wurde für 5 Minuten in einer 3%igen Wasserstoffperoxydlösung eingetaucht. Die Anzahl der überlebenden Organismen wurde nach diesem anfänglichen Eintauchen bestimmt. Die Hohlkörper wurden aus der Wasserstoffperoxydlösung entfernt und die Außenseite mit Papiertüchern trocken getupft. Das Innere der Hohlkörper wurde getrocknet mittels Platzierens von einem Ende des Hohlkörpers in einer Flasche und Blasens mit einem dreisekündigen Stoß mit komprimierter Luft. Die Hohlkörper wurden geschüttelt, und das Blasen und Schütteln wurde wiederholt, bis keine Lösung mehr herausgeblasen wurde. Nachfolgend wurde der Hohlkörper in einer Sterilisationskammer platziert und entweder für 15 Minuten einem Vakuum von 0,5 Torr oder für 15 Minuten einem Plasma bei 0,5 Torr ausgesetzt. Nach 15-minütigem Vakuum nahm die Temperatur von etwa 23°C auf etwa 28°C zu. Die Ergebnisse sind nachfolgend in der Tabelle 16A aufgeführt.
Tabelle 16A Wirkung eines Bades in H₂O₂ Lösung auf die sporizide Aktivität in Hohlkörpern aus rostfreiem Stahl vor der Behandlung mit entweder einem Plasma oder einem Vakuum
Ein fünfminütiges Eintauchen in 3%iger Wasserstoffperoxydlösung stellte ein wirksames Mittel dar, um Wasserstoffperoxyd vor einer Vakuum- oder Plasmabehandlung in den Hohlkörper einzubringen. Wie vorangehend angemerkt, ist die Behandlung mit einer Wasserstoffperoxydlösung alleine bei Verwendung verdünnter Lösungen und kurzer Eintauchzeiten unwirksam, um eine Sterilisation zu erreichen. Der Eintrag einer Wasserstoffperoxydlösung via stationärem Einweichens stellt einen wenigstens so wirksamen Weg dar, um Wasserstoffperoxyd einzubringen, wie die Deponierung kleiner Volumen direkt in den Hohlkörper der Vorrichtung.
Der Durchflusseintrag von Wasserstoffperoxyd wurde als nächstes getestet. Klingen aus rostfreiem Stahl wurden hier mit 2,5 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Die Klingen wurden in einem ausgedehnten Mittelstück eines 3 mm × 50 cm Hohlkörpers aus rostfreiem Stahl platziert. Wasserstoffperoxydlösung mit einer Konzentration von 3% wurde zu dem Hohlkörper mit einer Fließrate von 0,1 L/min unter Verwendung einer Peristaltikpumpe befördert. Der Hohlkörper wurde wie oben beschrieben getrocknet. Der Vorbehandlung mit einer Wasserstoffperoxydlösung folgend wurde der Hohlkörper anschließend in einer Sterilisationskammer platziert und entweder einem Vakuum von 0,5 Torr für 15 Minuten oder einem Plasma bei 0,5 Torr für 15 Minuten ausgesetzt. Die Ergebnisse sind nachfolgend in der Tabelle 16B aufgeführt.
Tabelle 16B Auswirkungen einer Durchflusseinbringung einer H₂O₂ Lösung auf die sporizide Aktivität vor der Behandlung von Hohlkörpern aus rostfreiem Stahl mit entweder einem Vakuum oder einem Plasma
Der Eintrag der Wasserstoffperoxydlösung via konstantem Durchfluss stellt ebenfalls einen wirksamen Weg dar, um Wasserstoffperoxyd zu dem System zu befördern.
Schließlich wurde die Wirkung der Einbringung von Wasserstoffperoxyd mittels eines Aerosolsprays getestet. Klingen aus rostfreiem Stahl wurden mit 2,5 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Die angeimpften Klingen wurden in einem ausgedehnten Mittelstück eines 3 mm × 50 cm Hohlkörpers aus rostfreiem Stahl platziert. Eine 3%ige Wasserstoffperoxydlösung wurde zu dem Hohlkörper via eines dreisekündigen Aerosolsprayens befördert. Die Aerosolspraygeschwindigkeit wurde ermittelt mit 0,04 L/min. Nach fünfminütigem Warten, das auf die Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxyd folgte, wurde der Hohlkörper wie oben beschrieben getrocknet, und der Hohlkörper wurde anschließend in einer Sterilisationskammer platziert und entweder für 15 Minuten einem Vakuum von 0,5 Torr oder für 15 Minuten bei 0,5 Torr einem Plasma ausgesetzt. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 16C aufgeführt.
Tabelle 16C Wirkungen eines Aerosoleintrags einer H₂O₂ Lösung auf die sporizide Aktivität vor der Behandlung in Metallhohlkörpern mit entweder einem Vakuum oder einem Plasma
Der Durchfluss von Wasserstoffperoxyd entweder als flüssige Lösung oder als Aerosol kann ebenfalls erreicht werden durch Einführen eines erhöhten Druckes an dem Eintragende oder eines reduzierten Druckes an dem Ausgangsende der zu behandelnden Vorrichtung.
Es wird anhand der Daten in den Tabellen 16A bis 16C offensichtlich, dass alle drei Methoden der Einbringung einer Wasserstoffperoxydlösung in den zu sterilisierenden Artikel eine wirksame Sterilisation gewährleisten. Es erscheint demnach so, dass eine Anzahl an unterschiedlichen Einbringungsverfahren verwendet werden kann, solange die Wasserstoffperoxydlösung in dem System zugegen ist, bevor das Vakuum oder das Plasma einwirken.
Schließlich wurde die Wirksamkeit der Vorbehandlung mit Wasserstoffperoxyd vor einem Sterilisationszyklus, der die Einwirkung von Wasserstoffperoxyddampf, Vakuum und Plasma kombiniert, ermittelt. Der Test war wie folgt.
Beispiel 17
Klingen aus rostfreiem Stahl wurden mit 2,5 × 10⁶ B. stearothermophilus-Sporen angeimpft. Die Klingen wurden in einer 3%igen Wasserstoffperoxydlösung für entweder 1 oder 5 Minuten eingetaucht. Die Klingen wurden dann in einem ausgedehnten Mittelstück eines 3 mm × 50 cm Hohlkörpers aus rostfreiem Stahl platziert. Der Hohlkörper wurde anschließend in einer Sterilisationskammer platziert, die auf etwa 0,5 Torr evakuiert wurde. Der Sterilisationszyklus umfasste eine 15-minütige Wasserstoffperoxyddampfdiffusion mit einem Minimum von 6 mg/L Wasserstoffperoxyd, gefolgt durch ein 15-minütiges Plasma von 400 Watt. Im Anschluss an die Plasmabehandlung wurde die Kammer belüftet und die Klingen wurden auf Sterilität getestet. Die Ergebnisse werden nachfolgend gezeigt.
Tabelle 17 Wirkung eines H₂O₂ Lösung-Bades auf die sporizide Aktivität in Hohlkörpern aus rostfreiem Stahl vor einem Wasserstoffperoxyddampf- und einem Plasmazyklus
Das Behandeln der Hohlkörper alleine in einem Wasserstoffperoxyddampf oder einem Plasmazyklus ließ durchschnittlich 30 überlebende Organismen pro Klinge zurück. Die Vorbehandlung der Klingen durch Eintauchen in eine 3%ige Wasserstoffperoxydlösung für 5 Minuten alleine ließ durchschnittlich 8,2 × 10⁵ überlebend Organismen pro Klinge zurück. Unter den Testbedingungen war demnach eine Kombination einer Wasserstoffperoxyddampfeinwirkung und einer Plasmaeinwirkung, welche sich für viele Artikel als wirksam erwiesen hat, in einer diffusionsbeschränkten Umgebung unwirksam. Durch Vorbehandlung der zu sterilisierenden Artikel mit verdünnter Wasserstoffperoxydlösung vor der Einwirkung von Wasserstoffperoxyddampf und Plasma konnte jedoch eine vollständige Sterilisation erreicht werden.
Während die Erfindung beschrieben worden ist im Zusammenhang mit flüssigen Sterilisationsmittellösungen, enthaltend Wasserstoffperoxyd, wird davon ausgegangen, dass equivalente Sterilisationsverfahren durch den Fachmann an andere Sterilisationsmittelflüssigkeiten angepasst werden können. In einer alternativen Ausführungsform wird ein Sterilisationsmittel mit einem Dampfdruck, der geringer ist als der von Wasser oder einem Lösungsmittel, in dem das Sterilisationsmittel zur Verfügung gestellt wird, eingesetzt. Für solche Sterilisationsmittel ist es nur wichtig, dass der Dampfdruck geringer ist als der des Lösungsmittels innerhalb des hier betrachteten Temperaturbereichs. Derartige Sterilisationsmittel können an die hierin beschriebenen Techniken mit nur geringfügigen Änderungen angepasst werden, die gemacht werden bedingt durch die Unterschiede im Dampfdruck zwischen Peroxyd und derartigen anderen Sterilisationsmitteln, was ohne weiteres durch den Fachmann festgestellt werden kann. Solange der lokale Dampfdruck an dem Ort der Sterilisationsmittelflüssigkeit geringer als der Dampfdruck des Sterilisationsmittels ist, kann die Sterilisation im wesentlichen wie vorangehend beschrieben erreicht werden.
Schlussfolgerung
Das Erreichen einer raschen Sterilisation von Vorrichtungen mit Hohlkörpern bei tiefen Temperaturen unter Verwendung geringer Konzentration an Sterilisationsmittel ist bislang eine herausragende Herausforderung gewesen. Ein überlegenes Sterilisationsverfahren ist gefunden worden, dass den Problemen bekannter Verfahren abhilft. Durch die Vorbehandlung von zu sterilisierenden Artikeln mit einer wässrigen Lösung an Wasserstoffperoxyd vor der Einwirkung eines Vakuums kann eine schnelle Sterilisation bei tiefen Temperaturen ohne Beschädigung der Artikel erreicht werden, ohne dass toxische Rückstände zurückbleiben und ohne die Notwendigkeit, spezielle Behältnisse festigen zu müssen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist effizient, ungefährlich und außerdem preiswert.

Claims

Verfahren zur Sterilisation des Inneren einer Vorrichtung mit einem Bereich mit eingeschränkter Diffusion umfassend die folgenden Schritte: Kontaktieren des Bereiches mit eingeschränkter Diffusion mit einer wäßrigen Lösung, die Wasserstoffperoxid enthält; Behandlung des Bereiches mit eingeschränkter Diffusion mit einem Unterdruck, um zumindest einen Teil der Lösung zu verdampfen, und zwar über einen Zeitraum, welcher ausreicht, die vollständige Sterilisation des Bereiches mit eingeschränkter Diffusion zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Lösung ein Aerosol ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Lösung eine Peressigsäure-Lösung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Kontaktierungsschritt die Zufuhr nach einem oder mehreren Verfahren umfaßt, das bzw. die aus der Gruppe Einspritzen, statisches Tränken, Durchleiten von Flüssigkeit und Aerosolsprühen ausgewählt ist bzw. sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich ein Hohlraum ist.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem weiteren Schritt der Behandlung der Vorrichtung mit einem Plasma während des Schrittes der Behandlung mit Unterdruck.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich eine mehr oder weniger eingeschränkte Diffusion aufweist, wie sie bei einem Hohlraum mit einer Länge von 27 cm und einem Innendurchmesser von 3 mm gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich eine mehr oder weniger eingeschränkte Diffusion aufweist, wie sie bei einem Hohlraum mit einem Verhältnis der Länge zum Innendurchmesser von mehr als 50 gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Lösung eine Konzentration von weniger als 25 Masse-% hat.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem weiteren Schritt der Erwärmung des Erzeugnisses während des Behandlungsschrittes.
Verfahren zur Sterilisation des Inneren und des Äußeren mit den Schritten: Kontaktieren des Erzeugnisses mit einer wäßrigen Lösung, die Wasserstoffperoxid enthält; Plazieren des Erzeugnisses in einer Umgebung mit eingeschränkter Diffusion, wobei die Schritte des Kontaktierens und des Plazierens in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden; gefolgt von der Behandlung der Umgebung mit eingeschränkter Diffusion mit einem Unterdruck über einen Zeitraum, welcher ausreicht, die vollständige Sterilisation zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Umgebung mit eingeschränkter Diffusion einen Behälter mit mindestens einem Austrittsrohr umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Austrittsrohr mindestens 1,0 cm lang ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Austrittsrohr ein Filter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Filter ausreicht, um den Eintritt von Bakterien aus der Umgebung in den Behälter zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Lösung ein Aerosol ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Lösung eine Peressigsäure-Lösung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem der Kontaktierungsschritt die Zufuhr nach einem oder mehreren Verfahren umfaßt, das bzw. die aus der Gruppe Einspritzen, statisches Tränken, Durchleiten von Flüssigkeit und Aerosolsprühen ausgewählt ist bzw. sind.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Umgebung ein Hohlraum ist.
Verfahren nach Anspruch 11 mit dem weiteren Schritt der Behandlung der Vorrichtung mit einem Plasma während des Schrittes der Behandlung mit Unterdruck.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Umgebung eine mehr oder weniger eingeschränkte Diffusion aufweist, wie sie bei einem Hohlraum mit einer Länge von 27 cm und einem Innendurchmesser von 3 mm gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Umgebung eine mehr oder weniger eingeschränkte Diffusion aufweist, wie sie bei einem Hohlraum mit einem Verhältnis der Länge zum Innendurchmesser von mehr als 50 gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Lösung eine Konzentration von weniger als 25 Masse-% hat.
Verfahren nach Anspruch 11 mit dem weiteren Schritt der Erwärmung des Erzeugnisses während des Behandlungsschrittes.