DK164687B - Fremgangsmaade til sterilisering af gasimpermeable overflader med chlordioxid - Google Patents

Description

i

DK 164687 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til sterilisering af ikke-gasgennemtrængelige overflader med chlordioxid af den i indledningen til krav 1 angivne art.

5 Den kontinuerlige indførelse af nye materialer, der ikke kan stråle- eller varmesteriliseres eller steriliseres ved eksponering for flydende systemer har gjort det nødvendigt at udvikle andre steriliseringsmidler. En udbredt moderne fremgangsmåde til dette formål er baseret på anvendelse af 10 gasformige kemiske midler. Sådanne kemiske forbindelser skal imidlertid anvendes selektivt, da kun sådanne, der dræber sporer, kan klassificeres som kemiske sterilisationsmidler. Der er en lang række antimikrobielle midler til rådighed, men i de fleste tilfælde dræber de ikke 15 resistente bakterielle sporer. Mikrobiocider er specifikt begrænset til destruktion af den type organisme, der får suffikset "cid", for eksempel henviser baktericid til dræb-ning af bakterier, fungicid til svampe, vericid til vira og sporicid til sporer, såvel bakterielle som fra svampe. Da 20 bakterielle sporer er de mest vanskelige at ødelægge, kan kun sporicider betragtes som synonyme med kemosteri-lisationsmidler. Disse kan defineres som kemiske midler, som, når de anvendes på rette måde, kan ødelægge alle former for mikrobiologisk liv, herunder bakterielle og svampe, 25 sporer og vira.

Gasformigt ethylenoxid og formaldehyd anvendes i mange hospitaler og medicinalforskningsindretninger til at sterilisere udstyr eller arbejdsområder, der ikke let kan varme-30 eller væskesteriliseres. Formaldehyd er, hvis det anvendes i høje koncentrationer, tilbøjeligt til at efterlade en rest af fast paraformaldehyd.

Af denne årsag undgås det ofte til sterilisation af fint-35 mærkende udstyr eller i situationer, i hvilke allergiske reaktioner overfor dette stof kan optræde. Ethylendioxid, 2

DK 164687 B

der i modsætning til formaldehyd, penetrerer godt ind i porøse materialer, absorberes kraftigt af gummi og af mange plasttyper, så at dampene ikke let fjernes ved kort beluft-ning.

5

Publikationen af undersøgelser med hensyn til mutagenicitet og onkogenicitet for både ethylenoxid og formaldehyd truer med at føre til alvorlige begræsninger, om ikke direkte forbud, i anvendelsen af disse forbindelser som sterilisa-10 tionsmidler. Begrænsningerne vil forøge de omkostninger, der er forbundet med ethylenoxidsterilisation markant.

Bortset fra dets potentielle sundhedsfare er ethylenoxid vanskeligt at håndtere ved de koncentrationer og temperatu-15 rer, der kræves for effektiv sterilisation. Ethylenoxid i en koncentration på 3-80% i luft er voldsomt eksplosivt, og derfor anvendes ethylenoxid sædvanligvis i blanding med en inertgas, såsom en flourcarbon, for eksempel 12% ethylen- / T5 \ oxid og 88% freon 12v ' (E. I. Dupont Co.). Ved sterilisa-20 tion af medicinalprodukter anvendes almindelige temperaturer så høje som 130-140°F (54-60eC) for at sikre sterilitet ved en kammerkoncentration på 300-1200 mg/1 ethylenoxid. Prehumidificering efterfulgt af gaseksponeringstider på mindst 4,0 timer anvendes sædvanligvis. Ethylenoxid er også 25 mere effektiv til at dræbe tørre sporer på porøse materialer, såsom papir eller klæde, end på ikke-porøse materialer, såsom glas, keramiske materialer, hårde plasttyper og metaller. Jfr. C. W. Bruch og Μ. K. Bruch, Gaseous Disinfection, in Disinfection, M. A. Benarde, Ed., Marcel 30 Decker, Pub., New York (1970) side 149-207.

Det har længe været kendt, at chlordioxid er biologisk aktivt, og ældre undersøgelser indicerer, at det har bakteri-cide, vericide og sporicide egenskaber, når det anvendes i 35 vandig opløsning ved mindste koncentrationer på ca. 0,20-0,25 mg/1. Jfr. W. J. Masschelein in Chlorine Dioxide: Che- 3

DK 164687 B

mistry and Environmental Impact of Oxychlorine Compounds, R. C. Rice, Ed., Ann Arbor Science Pub. (1979); G. M. Ridenour, et al., Water & Sewage Works, 96, 279 (1949). Nyere patenter har imidlertid anført, at vandig chlordioxid 5 alene ikke er sporicid, med mindre det anvendes i nærværelse af stabiliseringsmiddel, jfr. Snyder, US patentskrift nr. 4.073.888. Sterilisation med vandig chlordioxid lider af alle de generelle ulemper, der er forbundet med anvendelse af vandige sterilisationsmidler, herunder formule-10 rings- og håndteringsvanskeligheder, den manglende evne til at sterilisere fugtfølsomt udstyr eller materialer og ud-fældelse af rester efter tørring.

Der kendes meget lidt til chlordioxids gasfasekemi i luft.

15 Ved koncentrationer på fra ca. 10% (det vil sige fra ca.

288 mg/1) er forbindelsen ustabil og detonerer somme tider - sandsynligvis ved en stød- eller lyskatalyseret sønderdeling. Af denne årsag kan chlordioxidgas ikke lagres. Ved den samme koncentration er det helt stabilt i vandig opløs-20 ning.

Chlordioxids kemi i vand antages at påvirkes ved dannelsen af hydrater. Ved lave temperaturer (men over 0°C) fælder høje koncentrationer chlordioxid ud som hydrater med noget 25 varierende sammensætning; opvarmning tillader disse at gen opløses. Det er sandsynligt, at chlordioxid i disse opvarmede opløsninger stadig har nogle vandmolekyler, der er samlet omkring det. Sådanne hydrater vil naturligvis ikke forekomme i dampfasen.

30

Generelt må både afstanden fra det ene molekyle til det andet i gasfasen, og fraværelsen af virkningen af polære opløsningsmidler helt igennem ændre chlordioxids kemi i luft. Endeligt har kun relativt små molekyler tilstrække-35 ligt damptryk til at koeksistere med chlordioxid. Således findes forbindelser, der hyppigt er tilgængelige for reak- 4

DK 164687 B

tion. i naturligt vand (for eksempel proteiner, visse aminosyrer, huminsyrer og fulvensyrer) ikke i damptilstanden.

Lovenly (US patentskrift nr. 3.591.515) beskriver pulver-5 formige sammensætninger, der kan formuleres til at frigøre 10-10.000 ppm chlordioxidgas. Den frigjorte chlordioxidgas beskrives at være nyttig til at dræbe bakterier og forebygge svampevækst på frugt under transport.

10 På grund af de håndteringsvanskeligheder, der er forbundet med chlordioxid, forskellen i dets gasfase- og opløsningskemi samt uoverensstemmelser i det ovennævnte arbejde, er det ikke blevet påvist, at chlordioxid har nytte som kemo-steriliserende middel i nogen koncentration.

15

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive en enkel og praktisk anvendelig fremgangsmåde til sterilisering af gasimpermeable overflader med chlordioxid, specielt i forbindelse med udstyr, som anvendes indenfor det medi-20 cinske område, og som kan bestå af porcelæn, keramiske materialer, metaller, plast eller glas.

Dette formål opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, som er ejendommelig ved, at overfladerne bringes i kontakt 25 med en atmosfære, der består af en effektiv mængde chlordioxid i gasform og en inert gas ved en temperatur, som ikke væsentlig overstiger omgivelsestemperaturen og holdes i kontakt med denne gasatmosfære, fortrinsvis i mindst 1 time.

30

Herved er der anvist en fremgangsmåde, hvor steriliseringen foregår under forhold, hvor der ikke ændres på omgivelsernes temperatur, tryk og fugtighed. Man kan regulere den effektive koncentration af chlordioxidgas til et niveau, hvor 35 eksplosion, korrosivitet og restudfældning ikke frembyder komplikationer af betydning. Desuden kan gassen anvendes i 5

DK 164687 B

forbindelse med et apparat, hvor muligheden for udslip af en toksisk koncentration af chlordioxidgas i atmosfæren på arbejdspladen bliver minimal.

5 En foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden er ejendommelig ved, at overfladen bringes i kontakt med en atmosfære indeholdende 11-40 mg chlordioxid/1.

Endelig kan ifølge opfindelsen overfladen, der skal steri-10 liseres, bringes i kontakt med en atmosfære, som består af nitrogen og chlordioxid.

Chlordioxidgas kan fremstilles ved en hvilken som helst af de fremgangsmåder, der er kendt. En foretrukken fremgangs-15 måde er disproportionering af natriumchloritopløsninger i nærværelse af syrer. Ved en udførelsesform for denne fremgangsmåde behandles en fortyndet opløsning af vandig kaliumper sul fat med en fortyndet opløsning af natriumchlorit ved stuetemperatur, det vil sige ved 20-30eC, i en lukket 20 reaktionsbeholder, se Rosenblatt, et al., J. Org. Chem., 28, 2790 (1963). Temperaturen i den chlordioxidatmosfære, der dannes i rummet over den oprørte reaktionsblanding, kan indstilles ved ekstern opvarmning eller afkøling. Den ønskede mængde chlordioxidgas slippes derefter ind i et egnet 25 eksponeringskammer, der fortrinsvis er delvist evakueret, og som indeholder de genstande, der skal steriliseres. Chlordioxidgas slippes ind i eksponeringskammeret i blanding med en bærergas, der er inert (ikke reaktiv sammen med) overfor chlordioxid ved de koncentrationer, der anven-30 des til sterilisation. Det endelige indre tryk kan indstilles, det vil sige til en atmosfære eller derover, med nitrogen, argon eller en anden inert gas. Ved afslutningen af eksponeringsperioden evakueres eksponeringskammeret for at fjerne chlordioxiden og skylles med filtreret inert gas el-35 ler luft. Den evakuerede chlordioxid kan let sønderdeles ved at lade den passere gennem et reduktionsmiddel, for 6

DK 164687 B

eksempel ved at lade den passere gennem en søjle af natriumthiosulfatspåner.

Sammensætningen af den chlordioxidatmosfære, der anvendes 5 til forskellige sterilisationsforsøg, kan bestemmes colori-metrisk ved en hvilken som helst af standardmetoderne, for eksempel ved metoden ifølge Wheeler et al., Microchem. J., 23, 168-164 (1978). En prøve af atmosfæren inden i eksponeringskammeret udtages via en membranport under anvendelse 10 af en gastæt sprøjte. Prøvens volumen varieres afhængigt af den forventede koncentration af chlordioxid i atmosfæren. Atmosfæren prøves fortrinsvis ved begyndelsen og afslutningen af eksponeringsperioden. Sprøjtens indhold sprøjtes i en egnet beholder, for eksempel en cuvette, som indeholder 15 et lige så stort volumen af kemikalier, der reagerer til dannelse af en chlordioxidkoncentrationsafhængig farve. Efter reaktionens afslutning måles opløsningens absorbans ved en hensigtsmæssig bølgelængde, og koncentrationen af chlordioxid bestemmes via en referencekurve. Denne fremgangsmåde 20 kan generelt tilpasses til benyttelse af en hvilken som helst af de velkendte kolometriske fremgangsmåder til analyse for chlordioxid. Sporerne fra standardtestorganismen til bestemmelse af den effektive steriliseringskoncentration af chlordioxidgas er sådanne fra Bacillus subtilis 25 var. niger (ATCC 9372). De tørre sporer fra denne organisme er kendt for at være ekstremt resistente overfor sterilisation og er ofte anvendt til at måle effektiviteten for sterilisationsmidler, se for eksempel P. M. Borick og R. E. Pepper, The Spore Problem, in Disinfection, Μ. A. Benarde, 30 Ed., Marcel Decker, Pub., N.Y. (1970) side 85-102 og A. M. Cook og M. R. W. Brown, J. Appl. Bact., 28, 361 (1965), hvortil der i øvrigt henvises. Derfor vurderes en hvilken som helst given koncentration af chlordioxid som effektiv som sterilisationsmiddel, hvis en begyndelsespopulation på 5 7 35 10 -10 sporer ikke viser nogen vækst på et næringsmedium efter ni dages observation efter eksponeringen for denne 7

DK 164687 B

koncentration.

Standardsuspensioner af sporer fra B. subtilis var. niger fremstilles som beskrevet af Dudd og Dalev i J. Appl., 5 Bacteriol., 49, 89 (1980), som der i øvrigt henvises til. Testpapirstrimler til inkubation fremstilles ved at sætte 0,2 ml af en methanolisk suspension af sporerne til 7 x 35 mm strimler præsteriliseret Whatman 3 mm papir i glas-petriskåle. Papiret vakuumtørres (30 min. ved 30°C og 30 in 10 Hg. (762 mm Hg)) og holdes ved stuetemperatur og -fugtighed (20-30°C, 40-60% relativ luftfugtighed) før anvendelsen.

Sporemængden på hver strimmel fremstilles på denne måde af 1,4 x 10^ sporer.

15 Metalfolieteststykker fremstilles ved at forme 18 x 28 mm firkanter af aluminiumfolie til små bægre. Disse steriliseres i glas-petriskåle. Til hvert bæger sættes 0,2 1 af en methanolisk suspension af sporerne. Bægrene tørres ved stuetemperatur og holdes ved stuetemperatur og -fugtighed 20 før anvendelsen. Sporemængden i hvert bæger er ca. 1,4 x 10^ sporer.

Folier og papirstrimler i glas-petriskåle anbringes i eksponeringskammeret og eksponeres i op til 1,0 time for for-25 skellige koncentrationer af chlordioxidgas i nitrogen. Der anvendes et område for gaskoncentrationer for at bestemme de effektive steriliserende koncentration for hver overflade.

30 Efter eksponering overføres papirstrimlerne til individuelle rør med sterilt vækstfremmende medium og observeres for vækst med hensigtsmæssige intervaller. Aluminiumfoliebægrene rystes med glasperler i vand for at fjerne sporerne. Sporesuspensionen bringes derefter i kontakt med egnede me-35 diumpræparater og observeres for vækst. Hvis ingen vækst observeres efter inkubationsperioden, tilskrives en steri- 8

DK 164687 B

litetstilstand til de eksponerede materialer.

Det har vist sig, at eksponering af papirstrimler til koncentrationer så lave som ca. 40 mg/1 chlordioxidgas ved en temperatur på ca. 27°C og en relativ luftfugtighed på ca.

5 60% i ca. 1 time resulterer i reproducerbar sterilisation af strimlerne, det vil sige ingen sporevækst observeres efter en ni dages inkubationsperiode. Overraskende i lyset af ethylenoxids opførsel viste sporerne sig ikke at være mere resistente, når de eksponeres på aluminium. Koncentrationer 10 af chlordioxidgas så lave som ca. 35 mg/1 resulterer i reproducerbar sterilisation af foliebægrene. For hvert materiale opnås sterilitet i et antal forsøg efter eksponering for lavere koncentrationer af chlordioxidgas, herunder koncentrationer så lave som 11 mg/1.

15

Opfindelsen vil blive nærmere belyst ved nedenstående detaljerede eksempler.

EKSEMPEL 1 20

En 1000 ml tohalset, rundbundet kolbe forsynes med en til-drypningstragt og en magnetisk omrører. Et tilledningsrør for nitrogengas forsynes med et glasuldsfilter, og en nåleventil anbringes således, at nitrogen kan tilledes under 25 reaktionsblandingens overflade. Et udløbsrør forsynes med en nåleventil og anbringes således, at gas kan lades passere fra toppen af reaktionsbeholderen til eksponeringsbeholderen.

30 En 2000 ml glas-reaktionskedel forsynet med en membrandækket åbning, et manometer og tillednings- og fraledningsåb-ninger anvendes som eksponeringsbeholder. Fraledningsrøret fra 1000 ml-kolben forbindes til tilledningsåbningen på inkubationsbeholderen .

I et typisk forsøg fyldes 1000 ml-kolben med 100 ml 8% van- 35

DK 164687 B

9 dig natriumchloritopløsning og nitrogen. Alle ventilerne lukkes, og en opløsning af 2,0 g kaliumpersulfat i 100 mk vand tilsættes dråbevis under omrøring. Reaktionsblandingen omrøres i 20-45 min. ved 27°C for at afslutte dannelsen af 5 chlordioxidgas.

Eksponeringskammeret fyldes med 3-6 sporebelagte papirstrimler eller aluminiumfoliebægre, hver indeholdt i en individuel glas-petriskål. Kammeret skylles med nitrogen, 10 lukkes og evakueres derefter (30 inHg). Udløbsventilen på det rør, der føres fra reaktionsbeholderen, åbnes, og den mængde chlordioxidgas, der slippes ind fra reaktionsbeholderen, kontrolleres ved at følge trykforøgelsesaflæsningerne på manometret. Udløbsventilen lukkes, og trykket i eks-15 poneringsbeholderen bringes derefter til 1 atmosfære ved tilledning af nitrogen.

Der udtages straks en prøve af atmosfæren i beholderen ved fjernelse af 0,5-2,0 ml af atmosfæren ved hjælp af en gas-20 tæt sprøjte via membranen. Chlordioxidkoncentrationen bestemmes ved metoden ifølge Wheeler et al., Microchem. J., 23, 160 (1978). Efter 60 min. af forløbet udtages atter en prøve af atmosfæren. Eksponeringskammeret evakueres derefter og fyldes igen med filtreret luft. Evakuerings- og gen- 25 fyldningstrinnene gentages, kammeret åbnes, og indholdet fjernes under sterile betingelser.

Papirstrimlerne overføres aseptisk til individuelle rør med typticase soyamedium og inkuberes ved 37°C. Observationer 30 til bestemmelse af nærværelse eller fraværelse af sporevækst gøres efter 24 og 28 timer. De rør, som ikke viser vækst efter 48 timer, inkuberes i en uge og observeres hver 24. time. Hvis ingen vækst observeres efter en uge, noteres strimlen som negativ eller steriliseret.

Efter eksponering overføres folierne til individuelle rør, 35 10

DK 164687 B

som indeholder 20 ml sterilt vand og nogle få glaskugler. Efter kraftig omrøring for at frigøre og suspendere sporerne, anbringes 0,1 ml af suspensionen i to eksemplarer på en plade med typticase soyaagar. Pladerne inkuberes ved 37°C 5 og observeres som beskrevet ovenfor for papirstrimlerne. Hensigtsmæssige kontrolstrimler- og folier gennemkøres til disse bestemmelser. Resultatet af 18 specifikke forsøg er sammenfattet i TABEL 1 som eksempel 1-19.

10 TABEL 1

CHLORDIOXID-STERILISATION

Resultater1 15 Eksempel Chlordioxid (mg/1) Strimler Foliebægre 2 11 0/6 0/6 3 12 0/6 0/6 4 25 0/6 0/6 20 5 31 1/6 0/6 6 34 0/6 5/6 7 35 1/6 0/6 8 40 0/6 0/6 9 41 0/6 0/6 25 10 44 0/5 0/6 11 45 0/6 0/6 12 46 0/6 0/6 13 65 0/6 0/6 14 69 1/6 0/6 30 15 78 0/6 0/6 16 84 0/6 0/6 17 94 . 0/6 0/6 18 98 0/6 0/6 19 113 0/6 0/6 35

Eksponeringstid 1 time. Resultater i antal strimler eller 11

DK 164687 B

bægre, på hvilke der observeres vækst/antal strimler eller bægre, der eksponeres.

Resultaterne fra eksempel 2-19 viser, at en chlordioxidkon-5 centration på mindst 40 mg/1 er effektiv til at sterilisere papirstrimler, som er forurenet med tørre B. subtilis-spo-rer, og således formodentlig til at dræbe en hvilken som helst anden tilstedeværende mikroorganisme. De spredte eksempler på vækst, der observeres i eksempel 5, 7 og 14 kan 10 der i det store og hele ses bort fra på grund af tilfældige forsøgsfejl. Det forventes, at en mere nøje kontrol af la-boratorieprocedurerne og de biologiske standarder vil påvise effektiv sterilisation over hele det anvendte gaskoncentrationsområde. Lignende koncentrationer skulle forventes 15 at sterilisere andre typer porøse, organiske overflader, såsom gummi, gaspermeable plast, svamp, plantemateriale, træ eller lignende, uden at bevirke væsentlig sønderdeling eller restafsætning.

20 En koncentration af chlordioxid på mindst 35 mg/1 er tilstrækkelig til at sterilisere aluminiumfolie, der er konta-mineret med tørre sporer. Den vækst, der observeres på folie i eksempel 6, skyldes formodentlig tilfældige forsøgsfejl, da et område med lavere gaskoncentrationer konsistent 25 resulterede i sterilisation. Disse resultater fører til den forventning, at andre ikke-porøse overflader, der normalt er impermeable for gassteriliserende midler, let kunne steriliseres under lignende betingelser, for eksempel sådanne fra læge- eller tandlægeinstrumenter eller -udstyr dannet 30 af metaller, såsom rustfrit stål, pieteret stål, aluminium eller nikkel eller ikke-porøse plasttyper, porcelæn, keramiske materialer eller glas.

Chlordioxidgas er også med held anvendt til at sterilisere 35 kommercielt tilgængelige sporestrimler, der er forseglet i gaspermeable papiromslag. En fremgangsmåde, der kan anven- 12

DK 164687 B

des til sterilisering af sådanne materialer, beskrives nedenfor.

EKSEMPEL 20 5 Æ)

Seks Spordar^-papirsporestrimler (American Sterilizer Corp., Eric, Pa.), der hver indeholder en blanding af sporer fra B, subtilis og B. stearothermophilus (NCTC 10003) og hver indeholdt i en forseglet, steril konvolut af "glassine"-pa-10 pir eksponeres for atmosfærer, som indeholder 50 og 100 mg/1 chlordioxidgas som beskrevet i eksempel 1. De forseglede sporestrimler fjernes fra eksponeringskammeret, åbnes under sterile betingelser og inkuberes efter ni dages inkubation, hvilket indicerer, at strimlerne er effektivt ste-15 riliseret under disse betingelser.

Det forventes derfor, at chlordioxid vil sterilisere konta-minerede overflader, der er forseglet i gaspermeable beholdermaterialer, såsom belagt eller ubelagt papir, plastpla-20 der eller lignende, effektivt uden at reagere signifikant med beholdermaterialerne. Evnen for effektive koncentrationer af chlordioxid til let at permeere gennem sådanne indelukker kan finde anvendelse ved sterilisationen af medicinalprodukter, der fortrinsvis steriliseres efter pakning 25 for at bevares i steril tilstand under transport og lagring.

Det er således påvist, at chlordioxidgas er et effektivt kemosterilisationsmiddel til en række tørre overflader un-30 der betingelser med stuetemperatur, -tryk og -fugtighed. Overflader, der er forseglet i gaspermeable materialer, steriliseres også effektivt under disse betingelser. Selvom effektive koncentrationer til sterilisation antydes ved procedurerne i ovenstående eksempler, forventes det, at la-35 vere koncentrationer også vil være effektive til at sterilisere de pågældende materialer.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til sterilisering af gasimpermeable overflader med chlordioxid, kendetegnet ved, at 5 overfladerne bringes i kontakt med en atmosfære, der består af en effektiv mængde chlordioxid i gasform og en inert gas ved en temperatur, som ikke væsentlig overstiger omgivelsestemperaturen og holdes i kontakt med denne gasatmosfære i mindst 1 time. 10

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at overfladen bringes i kontakt med en atmosfære indeholdende 11-40 mg chlordioxid/1.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendeteg net ved, at overfladen bringes i kontakt med en atmosfære, som består af nitrogen og chlordioxid.