JP2014522277A - 医療用プラズマ滅菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は過酸化水素を投入してプラズマを発生させ、滅菌に効果的なＯＨラジカルを生成して被処理物の滅菌を達成させるための装置に関する。
【解決手段】
本発明は滅菌処理が行われる滅菌反応器と、上記滅菌反応器と連結された真空ポンプを備え、上記滅菌反応器の内部を真空状態にする真空形成部と、過酸化水素を提供する過酸化水素供給部と、マイクロウェーブを利用してプラズマを発生させるマイクロウェーブプラズマ発生部とを含み、上記マイクロウェーブプラズマ発生部は、マイクロウェーブを発生させる電磁波発生源と、過酸化水素が上記の滅菌反応器に供給されるように上記過酸化水素供給部と上記滅菌反応器を連結して、マイクロウェーブによってプラズマが発生するプラズマ発生部と、上記電磁波発生源から発生したマイクロウェーブを上記プラズマ発生部に伝えるマイクロウェーブガイドとを備える医療用プラズマ滅菌装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療用乾式滅菌によって適応可能な滅菌装置に関するものであり、より具体的には過酸化水素を投入してプラズマを発生させ、滅菌に効果的なＯＨラジカルを生成して被処理物の滅菌を達成させるための装置に関する。

医療装置の滅菌はエチレンオキシド（Ｅｔｈｌｙｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ、ＥＴＯ）ガスを利用する方法と、オゾンと水を利用する方法と、古典的には高温スチームを利用する方法等が用いられている。

ＥＴＯ接触方式は、滅菌効果は優れているものの、ＥＴＯガスの毒性が強いため、使用者の健康に大きな危害を加えることがあり、扱い難いという欠点がある。また、オゾンと水を利用する方法は非常に長い処理時間を必要とする。尚、高温スチームを利用した滅菌方法は、滅菌時間も短く、滅菌効果も優れているが、熱に弱い処理物は使用できない欠点がある。

最近、プラズマと過酸化水素を用いる滅菌装置が開発され、好ましい滅菌性能を示している。しかし、高価な電源装置を用いるため、装置の価格が高い。

本発明は、前述したような問題点を解決するためのものであり、製造費用が低く、熱に弱い材質の被処理物に対して使用が可能であり、滅菌処理時間を短縮できる医療用プラズマ滅菌装置を提供する。

上記本発明の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、

被処理物に対する滅菌処理が行われる滅菌反応器と、上記滅菌反応器と連結された真空ポンプを備え、上記滅菌反応器の内部を真空状態にする真空形成部と、上記滅菌反応器の内部に供給される気体状態の過酸化水素を提供する過酸化水素供給部と、マイクロウェーブを用いてプラズマを発生させるマイクロウェーブプラズマ発生部とを含み、上記マイクロウェーブプラズマ発生部はマイクロウェーブを発生させる電磁波発生源と、過酸化水素が上記滅菌反応器に供給されるように、上記過酸化水素供給部と上記滅菌反応器を連結してマイクロウェーブによってプラズマが発生するプラズマ発生部と、上記電磁波発生源から発生したマイクロウェーブを上記プラズマ発生部に伝えるマイクロウェーブガイドとを備えることを特徴とする医療用プラズマ滅菌装置が提供される。

上記プラズマ発生部は、誘電体材質のチューブ又はカップ形状があり得る。

上記プラズマ発生部は、二重管から成り立ち、２つの管の間に冷却用流体が流れることができる。

上記マイクロウェーブガイドは、両端が閉鎖された管の形態であり、その長さ方向に沿って上記電磁波発生源と上記プラズマ発生部が離隔されて設置できる。

上記真空形成部は、上記プラズマ発生部を通して真空排気できる。

本発明によれば、前記本発明の目的を全て達成できる。具体的には、医療用器具の使用後、再使用が可能な滅菌装置を提供し、熱変形しやすい材質の医療器具の滅菌にも使用できる滅菌装置を提供し、比較的低価の過酸化水素プラズマ滅菌装置を提供して、短い滅菌時間を有する滅菌装置を提供し、簡単な構造と簡単な使用手順の滅菌装置を提供し、外気温度３０℃未満でも滅菌可能な滅菌装置を提供する。また、マイクロウェーブ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）発生器を用いてプラズマを発生させ、被処理物の周囲ではない領域で主にプラズマが発生し、被処理物に発生ラジカルが接触できるようにする。

本発明の一実施例による過酸化水素とマイクロウェーブを用いる医療用プラズマ滅菌装置を概略的に図示した構成図である。 図１に図示された過酸化水素供給部を概略的に図示した構成図である。 図１に図示されたマイクロウェーブプラズマ発生器の斜視図である。 図３に図示されたマイクロウェーブ伝達部材の平面図である。 図３に図示されたマイクロウェーブプラズマ発生器が滅菌反応器と連結された状態を概略的に図示した構成図である。 図１に図示された医療用プラズマ滅菌装置による医療用装備の滅菌方法を図示したフローチャートである。

以下の特定の構造乃至機能的な説明は、単に本発明の概念による実施例を説明するための目的で例示されたものであり、本発明の概念による実施例は、様々な形態で実施でき、本明細書又は出願で説明された実施例に限定されると解釈されてはならない。

本発明の概念による実施例は、多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるので、特定の実施例は図面に例示し、本明細書又は出願で詳細に説明する。しかし、これは本発明の概念による実施例を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物乃至代替物を含むものとして理解すべきである。

第１及び／又は第２等の用語は多様な構成要素を説明するのに使用されるが、上記構成要素は上記用語に限定されない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用され、例えば、本発明の概念による権利範囲から外れないまま、第１構成要素は第２構成要素と命名されることができ、同様に第２構成要素は第１構成要素とも命名されることができる。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、「接続されて」いると言及されるときは、その他の構成要素に直接に連結されているか、又は接続されていることもあるが、その間に他の構成要素が存在することもあると理解されるべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」ているか、又は「直接接続されて」いると言及されるときは、その間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。構成要素間の関係を説明するための他の表現、すなわち、「〜の間に」と「すぐ〜の間に」、又は「〜に隣接する」と「〜に直接隣接する」等の表現も同様に解釈されるべきである。

本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明らかに異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む（備える）」又は「有する」等の用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、又はそれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つ若しくはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品、又はそれらを組み合わせたものの存在、又は付加の可能性を予め排除するものではないと理解されるべきである。

他に定義されない限り、技術的又は科学的用語を含め、ここで使用される全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。一般的に使用される、辞典に定義されているような用語は、関連技術が文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において明確に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されない。

本発明による過酸化水素とマイクロウェーブを用いる医療用プラズマ滅菌装置は、以下のような特徴を有する。

マイクロウェーブをウェーブガイドのようなキャビティー（Ｃａｖｉｔｙ）に閉じ込め、スタンディングウェーブ（Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ）を構成して高い電場をもたらし、これを利用して特定の気体にプラズマを発生させることができる。マイクロウェーブプラズマは、一般的なＤＣ又はＲＦプラズマに比べて高い電子温度とプラズマ密度が得られ、より幅広い範囲の圧力条件でプラズマを維持できる長所を有する。（ｅ．g．５〜１５ｅV、１０８〜１０１５ｃm−３、ｕｎｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ：１０mtorr〜７６０torr、ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ：few μtorr〜１０mtorr）

また、比較的高いイオン化率を達成し、シース（Ｓｈｅａｔｈ）の電圧が低くスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）による電極又は構造物の損傷を最小にできる長所がある。

本発明ではマイクロウェーブを発生させることができる電磁波源（マグネトロン等）に適切なウェーブガイドを設置し、一端には誘電体負荷を設置して誘電体負荷の内部に適切なｐｄ（圧力×間隙）を造成するとプラズマが発生される。このとき発生されたプラズマに過酸化水素が存在すると、電子衝突、ＵＶ吸収、分子・原子との衝突により、ＯＨラジカル等の滅菌に必要な物質が生じる。

過酸化水素が存在する条件では、プラズマが発生される場合、発生されるＵＶによって、バクテリア等の細胞や胞子が滅菌されることもでき、高エネルギーの電子及び気体粒子が直接衝突して死滅させるかもしれない。また、最も重要な役割は、過酸化水素の分解によりＯＨラジカル又はＨＯ_２ラジカル等の高酸化性化学物質が生じ、滅菌反応を加速することができる。

低温条件でもプラズマを発生させられるので、樹脂等の熱に弱い材質に対しても滅菌可能であり、圧力の調整によって微細で複雑な構造の医療装置にも適応できる。

また、プラズマ発生部が被処理物から離隔されて、電気的衝撃による医療装置の故障も防止できる。

上述した本発明の目的、特徴、及び長所は、添付図面に関する次の実施例を通じてより明らかになるはずである。以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一な部材を示す。

図１を参照すると、医療用プラズマ滅菌装置１００は、滅菌反応器１１０と、真空形成部１２０と、外気供給部１３０と、過酸化水素供給部１４０と、マイクロウェーブプラズマ発生部１５０とを含む。

滅菌反応器１１０は、被処理物の医療用装備に対する滅菌処理が行われる反応器である。滅菌反応器１１０には、滅菌反応器１１０内の温度を測定する温度測定センサー１１１と、滅菌反応器１１０内の圧力を測定する圧力測定センサー１１２と、滅菌反応器１１０、及び被処理物の温度を制御するためのヒーター（未図示）が備えられる。図面に図示されてはいないが、滅菌反応器１１０には、開閉可能な作業ドアと、真空排気口と、オゾン供給口と、過酸化水素供給口と、外気供給口が設けられる。滅菌反応器１１０の内部は、約１００mtorr未満の真空度を保証できるようにし、使用用途の必要によって内部の体積が算定される。

真空形成部１２０は、真空ポンプ１２１と、第１連結配管１２２と、第１調節バルブ１２２を備える。真空形成部１２０は、滅菌反応器１１０の内部を真空状態にする。真空ポンプ１２１は、滅菌反応器１１０の内部の気体を外部に排気する。真空ポンプ１２１は、過酸化水素に対する耐久性を有するものが好ましい。第１連結配管１２２は、真空ポンプ１２１と滅菌反応器１１０に設けられた真空排気口（未図示）の間を連結する。第１調節バルブ１２３は、第１連結配管１２２上に設置され、第１連結配管１２２を開閉する。真空ポンプ１２１を通過した排気ガスは、オキシダント（ｏｘｉｄａｎｔ）除去装置１２４を経て、最終的に排気される。

外気供給部１３０は、第２調節バルブ１３１と、第２連結配管１３２と、ヒーター１３３を備える。外気供給部１３０は、必要なときに外気を滅菌反応器１１０に供給する。第２調節バルブ１３１は、第２連結配管１３２上に設置され、第２連結配管１３２を開閉する。第２連結配管１３２は、滅菌反応器１１０に設けられた外気供給口（未図示）と連結される。ヒーター１３３は、第２連結配管１３２上に外気供給口（未図示）に隣接して設置され、滅菌反応器１１０の温度を制御する。

図１と図２を参照すると、過酸化水素供給部１４０は、過酸化水素気化装置１４１と、第３連結配管１４２と、第３調節バルブ１４３とを備える。過酸化水素供給部１４０は、滅菌反応器１１０の内部に気化した過酸化水素を供給する。過酸化水素気化装置１４１は、内部に過酸化水素が貯蔵される貯蔵空間を提供し、ヒーター１４１ａと、温度調節器１４１ｂと、排水バルブ１４１ｃと、給水バルブ１４１ｄと、水位センサー１４１ｅとを備える。ヒーター１４１ａは、過度の蒸発によって液体状態の過酸化水素が冷却され結氷されることを防止する。温度調節器１４１ｂは、ヒーター１４１ａの作動を制御する。排水バルブ１４１ｃは、過酸化水素気化装置１４１内に貯蔵された液体過酸化水素を排水する際に用いられる。給水バルブ１４１ｄは、過酸化水素気化装置１４１内に液体過酸化水素を供給する際に用いられる。水位センサー１４１ｅを通じて過酸化水素気化装置１４１内に貯蔵された液体過酸化水素の量が測定される。過酸化水素気化装置１４１で用いられる過酸化水素の濃度は１〜１００％である。これとは別に、噴霧、オゾン酸基等の方法により、過酸化水素が滅菌反応器１１０に提供されることもできる。気化装置１４１は、過酸化水素の供給量が滅菌反応器１１０の設定温度で滅菌反応器１１０の内部体積の飽和圧力の１００％未満に相当する量だけ蒸発されて供給できるように３〜１００％濃度の液体上過酸化水素を蒸発させることができる。

第３連結配管１４２は、過酸化水素気化装置１４１とマイクロウェーブプラズマ発生部１５０の間を連結する。第３連結配管１４２は、温度調節又は保温できるものが好ましい。第３調節バルブ１４３は、第３連結配管１４２上に設置されて第３連結配管１４２を開閉する。

図１及び図３乃至図５を参照すると、マイクロウェーブプラズマ発生部１５０は、マイクロウェーブプラズマ発生器１５１と電源供給器１５９を備える。マイクロウェーブプラズマ発生部１５０はマイクロウェーブを利用してプラズマを発生させる。

マイクロウェーブプラズマ発生器１５１は、電磁波発生源１５３と、マイクロウェーブガイド１５２と、プラズマ発生部１５４と、チューナー部１５５を備える。

電磁波発生源１５３はマイクロウェーブを発生させる。マイクロウェーブとは、０．３〜３００ＧＨｚの周波数の電磁波であり、軍用レーダー、家庭用調理器、無線通信等の分野で使用され、水原子の回転振動数（Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と帯域が同じため、水に吸収されて水分子を過熱する特徴を有する。また、遠距離電力輸送の可能性も報告されている。電磁波発生源１５３として、本実施例ではマグネトロンを用いると説明するが、本発明がこれに制限されるものではない。電磁波発生源１５３は、アンテナ１５３ａを備える。電磁波発生源１５３は、電源供給器１５９から電源を供給されて作動する。

マイクロウェーブガイド１５２は、両端が閉鎖された四角断面の管形態である。マイクロウェーブガイド１５２には、その長さ方向に離隔されて電磁波発生源１５３とプラズマ発生部１５４が設置される。マイクロウェーブガイド１５２の内部空間に電磁波発生源１５３のアンテナ１５３ａが位置する。マイクロウェーブガイド１５２は、電磁波発生源１５３で発生したマイクロウェーブをプラズマ発生部１５４に伝える。マイクロウェーブガイド１５２には、電磁波発生源１５３が設置される位置に対応して形成された電磁波発生源設置穴１５２ａと、プラズマ発生部１５４が設置される位置に対応して形成されたプラズマ発生部設置穴１５２ｂが設けられる。電磁波発生源設置穴１５２ａとプラズマ発生部設置穴１５２ｂの間には、マイクロウェーブガイド１５２の長さ方向に沿って順に位置する複数のチューナー設置穴１５２ｃが設けられる。

プラズマ発生部１５４は、誘電体材質のチューブ（これとは別にカップ形状もあり得る）形態としてマイクロウェーブガイド１５２の内部空間を突き抜けるように、プラズマ発生部設置穴１５２ｂに設置される。プラズマ発生部１５４の一端は、滅菌反応器１１０と連結され、他端は過酸化水素供給部１４０の第３連結配管１４２と連結され、過酸化水素ガスがプラズマ発生部１５４を経て滅菌反応器１１０に提供される。プラズマ発生部１５４の内部では、マイクロウェーブによってプラズマが発生し、それによってその内部を通過する過酸化水素は分解され、ＯＨラジカル又はＨＯ_２ラジカル等の滅菌反応を加速させる高酸化性の化学物質が生成される。プラズマ発生部１５４は、二重管から成り立ち、管と管の間に冷却用流体（オイル、圧縮空気等）が流れるように構成できる。

チューナー部１５５は、多数のチューニング部材１５５ａを備える。チューニング部材１５５ａは、棒形状としてマイクロウェーブガイド１５２に形成されたチューナー設置穴１５２ｃにそれぞれねじ結合と同様の方式で結合される。チューニング部材１５５ａは、マイクロウェーブガイド１５２の内部空間へ突出された長さがそれぞれ調節される。本実施例では、チューニング部材１５５ａを３つ備えるものとして説明する。

被処理物に湿気が残っていたり、温度差が激しい場合、被処理物および被処理物周囲の温度を同一に維持することが必要になることもあり、このとき、第１調節バルブ１３１を開けて滅菌反応器１１０の外部の空気をパージ（Ｐｕｒｇｅ）してコンディショニング（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）する。このとき、ヒーター１３３を利用して過熱された空気を供給することもできる。

さて、図６を参照して図１に図示された医療用プラズマ滅菌装置による医療用装備の滅菌方法を詳細に説明する。図６を参照すると、医療用装備の滅菌方法は、被処理物積載段階Ｓ１０と、温度調節段階Ｓ２０と、真空排気段階Ｓ３０と、プラズマ発生段階Ｓ４０と、過酸化水素注入段階Ｓ５０と、滅菌処理段階Ｓ６０と、換気段階Ｓ７０と、真空解除段階Ｓ８０と、被処理物回収段階Ｓ９０とを含む。

被処理物積載段階Ｓ１０では、図１に図示された医療用プラズマ滅菌装置が作動しない状態で、被処理物である医療用装備が滅菌反応器（図１の１１０）内に積載される。

温度調節段階Ｓ２０では、過酸化水素供給部（図１の１４０）から供給された、気化した過酸化水素が滅菌反応器（図１の１１０）内で凝縮されないように滅菌反応器の温度が適切に維持される。

真空排気段階Ｓ３０では、被処理物の微細構造内部まで均等に滅菌剤が浸透できるように、真空形成部１２０を利用して滅菌反応器（図１の１１０）の内部が１０torr以下まで真空排気される。

プラズマ発生段階Ｓ４０では、マイクロウェーブプラズマ発生部（図１の１５０）が作動してプラズマ発生部（図３の１５４）にプラズマが発生する。プラズマ発生は以降、過酸化水素を注入後６０分以下の時間範囲内で持続できる。プラズマ発生は、滅菌反応器に対する換気の以前に終了されたり、真空排気をプラズマ発生部に通過させるように進行する場合、滅菌反応器に対する換気工程まで持続した後で終了される。

過酸化水素注入段階Ｓ５０では、過酸化水素供給部（図１４０）によって気化した過酸化水素がプラズマ発生部（図３の１５４）を経て、滅菌反応器（図１の１１０）内に注入される。

滅菌処理段階Ｓ６０では、滅菌反応器（図１の１１０）内で医療用装備に対する滅菌処理が行われる。

換気段階Ｓ７０では、滅菌反応器（図１の１１０）に対する１０torr未満までの真空排気が行われる。真空排気はプラズマ発生部（図３の１５４）を通過するように進行されることができるが、この場合、未反応過酸化水素を水と酸素に変化させて残留過酸化水素が外部排出されることを防止できる。

真空解除段階Ｓ８０では、換気段階Ｓ７０を通して滅菌反応器（図１の１１０）の内部に形成された真空状態が解除される。

被処理物回収段階Ｓ９０では、滅菌処理された被処理物が回収される。

場合によっては、プラズマ発生段階Ｓ４０乃至換気段階Ｓ７０が２回以上繰り返されることもある。

以上で説明した本発明は、前述した実施例及び添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を外れない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であることは、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者には明らかであろう。

Claims (5)

1. 被処理物に対する滅菌処理が行われる滅菌反応器と、
   上記滅菌反応器と連結された真空ポンプを備え、上記滅菌反応器の内部を真空状態にする真空形成部と、
   上記滅菌反応器の内部に供給される気体状態の過酸化水素を提供する過酸化水素供給部と、
   マイクロウェーブを利用してプラズマを発生させるマイクロウェーブプラズマ発生部とを含み、
   上記マイクロウェーブプラズマ発生部は、マイクロウェーブを発生させる電磁波発生源と、
   過酸化水素が上記滅菌反応器に供給されるように、上記過酸化水素供給部と上記滅菌反応器を連結して、マイクロウェーブによってプラズマが発生するプラズマ発生部と、
   上記電磁波発生源から発生したマイクロウェーブを上記プラズマ発生部に伝えるマイクロウェーブガイドとを備えることを特徴とする医療用プラズマ滅菌装置。
2. 上記プラズマ発生部は誘電体材質のチューブ又はカップ形状であることを特徴とする請求項１記載の医療用プラズマ滅菌装置。
3. 上記プラズマ発生部は二重管から成り立ち、２つの管の間には冷却用流体が流れることを特徴とする請求項１記載の医療用プラズマ滅菌装置。
4. 上記マイクロウェーブガイドは、両端が閉鎖された管形態であり、その長さ方向に従って、上記電磁波発生源と上記プラズマ発生部が離隔されて設置されることを特徴とする請求項１記載の医療用プラズマ滅菌装置。
5. 上記真空形成部は、上記プラズマ発生部を通して真空排気させることを特徴とする請求項１記載の医療用プラズマ滅菌装置。

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