KR100457486B1

KR100457486B1 - 무기과산화수소복합체를사용한증기살균법

Info

Publication number: KR100457486B1
Application number: KR1019960048719A
Authority: KR
Inventors: 폴 테일러 제이콥; 스주-민 린; 시아올란 첸
Original assignee: 죤슨 앤드 죤슨 메디칼 인코포레이티드
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-10-26
Publication date: 2005-04-06
Also published as: TW343922B; BR9611152A; KR970020122A; ES2257754T3; MX209103B; CA2235941A1; DE69635826T2; EP0862466A1; DE69635826D1; IN182209B; DE69637377D1; US5785934A; WO1997015333A1; EP1473044B1; ATE317705T1; DE69637377T2; TW368418B; KR100483219B1; AU704089B2; JP2002515770A

Abstract

본 발명은 무기 과산화수소로부터 방출되는 과산화수소 증기를 사용하여, 의료 기구 및 유사한 장치의 과산화수소 증기 살균을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 과산화물 증기는 실온 및 대기압에서 방출될 수 있지만 사용되는 압력은 50토르 미만이고 온도는 86℃ 이상으로 하여 과산화수소 증기의 방출을 용이하게 한다. 가열율은 5℃보다 클수 있다. 경우에 따라 플라즈마와 증기를 조합하여 사용할 수 있다.

Description

무기 과산화수소 복합체를 사용한 증기 살균법

본 발명은 제품(예: 의료 기구)을 살균하기 위해 과산화수소 증기를 사용하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 또한, 상기 방법에 대한 무기 과산화수소 복합체의 용도에 관한 것이다.

본 출원은 1995년 1월 6일에 출원된 미국 특허 출원 제08/369,786호(이는, 1994년 4월 28일에 출원된 제08/234,7389호의 일부 계속 출원이다)의 일부 계속 출원이다.

통상적으로 의료 기구는 증기로 제공되는 열 또는 가스 또는 증기 상태의 포름알데하이드 또는 에틸렌 옥사이드와 같은 화학물질을 사용하여 살균되어 왔다. 이들 각 방법은 결점을 가지고 있다. 많은 의료 장치(예: 섬유 광학 장치, 내시경, 전원 장치등)는 열, 습기, 또는 이들 모두에 민감하다. 포름알데하이드 및 에틸렌 옥사이드는 모두 건강 관리원에게 잠재적으로 위험한 독성 가스이다. 특히, 에틸렌 옥사이드의 문제는 심각하다. 왜냐하면 이를 사용할 경우 살균된 제품에서 가스를 제거하기 위해서는 장시간의 통기가 필요하기 때문이다. 이것은 살균 순환 시간을 바람직하지 않을 정도로 연장시킨다. 추가로, 포름알데하이드 및 에틸렌 옥사이드는 시스템내에 상당한 양의 습기를 필요로 한다. 따라서, 살균될 장치는 화학물질이 도입되기 전에 습기화되어 있어야 하거나 또는 화학물질 및 습기가 동시에 도입되어야만 한다. 습기는 가스 또는 증기 상태하의 다양한 다른 화학물질뿐만아니라 에틸렌 옥사이드 및 포름알데하이드로 살균하는데 중요한 역할을 한다(표 1 참조).

[표 1]

1. Bruch, C. W. Gaseous Sterilization, Ann Rev. Microbiology 15:245-262(1961).

2. Janssen, D. W. and Schneider, P.M. Overview of Ethylene Oxide Alternative Sterilization Technologies, Zentralsterilisation 1:16-32(1993).

3. Bovallius, A. and Anas, P. Surface-Decontaminating Action of Glutaraldehyde in the Gas-Aerosol Phase. Applied and Environmental Microbiology, 129-134(Aug. 1977).

4. Knapp, J. E. et al. Chlorine Dioxide As a Gaseous Sterilant, Medical Device & Diagnostic Industry, 48-51(Sept. 1986).

5. Portner, D. M. and Hoffman, R. K. Sporicidal Effect of Peracetic Acid Vapor, Applied Microbiology 16:1782-1785(1968).

과산화수소 증기를 사용한 살균은 다른 화학 살균 방법(참조: 미국 특허 제4,169,123호 및 제4,169,124호)보다 약간의 장점을 가지는 것으로 나타났으며 플라즈마와 과산화수소를 조합하여 사용하면 추가의 장점을 제공한다(참조: 미국 특허 제4,643,876호). 이들 문헌에서, 과산화수소 증기는 과산화수소의 수용액으로부터 발생하며 이는 시스템 내에 습기가 존재하게 한다. 표 1에 요약된 것과 함께 이들 문헌은 증기상의 과산화수소가 최대 포자 살균 활성을 보여주거나 또는 효과적이기 위해서는 습기를 요한다는 것을 교시하고 있다. 하지만, 살균용 과산화수소 증기를 생성하기 위해 과산화수소 수용액을 사용하면 문제점을 일으킬 수 있다. 보다 높은 압력(예: 대기압)에서 시스템내 잉여의 물은 축합을 일으킬 수 있다. 따라서, 과산화수소 수용액 증기를 도입하기 전에 살균 용기 내의 상대습도를 감소시켜야만 한다.

길고 좁은 루멘과 같은 확산 방지 영역을 포함하는 제품의 살균은 다음과 같은 이유 때문에 과산화수소의 수용액으로부터 생성된 과산화수소 증기에 대해 특별한 문제점을 갖게 된다.

1. 물은 과산화수소보다 높은 증기압을 가지며 수용액에서 과산화수소보다 더 빨리 증기화될 것이다.

2. 물은 과산화수소보다 저분자량이고 증기상태에서 과산화수소보다 빨리 확산할 것이다.

상기 이유 때문에, 과산화수소의 수용액이 증발할 때 물이 먼저 살균될 대상체에 보다 높은 농도로 도달한다. 따라서 물 증기는 과산화수소 증기가 확산이 제한된 영역(예: 작은 틈 및 길고 좁은 루멘)으로 침투하는데 장벽이 된다. 수용액에서 물을 제거하고 보다 농축된 과산화수소를 사용하는 것으로 문제를 해결할 수는 없다. 왜냐하면, 과산화수소의 농축된 용액(예: 65중량% 초과)이 용액의 산화특성으로 인해 위험할 수 있기 때문이다.

미국 특허 제4,642,165호 및 제4,744,951호는 상기 문제를 해결하려고 하였다. 전자는 차후 증액분이 첨가되기 전에 각 증액분이 증발되도록 하기 위하여 가열된 표면상에 과산화수소 증액분을 소량 계량하는 것을 기술하고 있다. 비록 이것이 과산화수소와 물간의 증기압 및 휘발성의 차이를 제거하는데 도움이 된다 할지라도 물이 증기 상태에서 과산화수소보다 빨리 확산한다는 사실을 해결하지는 못한다.

후자는 과산화수소와 물을 포함하는 비교적 희석된 용액으로부터 과산화수소를 농축시킨 다음 증기 형태의 농축된 과산화수소를 살균실로 공급하는 방법을 기술하고 있다. 상기 방법은 용액으로부터 대부분의 물을 증발시키고 농축된 과산화수소 증기를 살균실로 주입하기 전에 생성된 물 증기를 제거하는 것을 포함한다. 농축된 과산화수소 용액에 대한 바람직한 범위는 50중량% 내지 80중량%이다. 상기 방법은 위험수위에 있는 수용체(예: 65% 초과의 과산화수소)을 가지고 작업을 해야된다는 단점을 가지고 있으며 또한 증기 상태에서 모든 물이 제거되지는 않는다. 물이 여전히 수용액에 존재하기 때문에 먼저 증발할 것이며 보다 빨리 확산하고 먼저 살균될 대상체에 도달할 것이다. 상기 효과는 특히 길고 좁은 루멘에서 불리할 것이다.

미국 특허 제4,943,414호는 소량의 증발성 액체 살균 용액을 포함하는 도관(vessel)을 루멘에 부착시켜 살균 주기동안에 압력이 감소함에 따라 살균제가 증발하고 직접적으로 의학 품목의 루멘으로 유동하게 하는 방법을 기술하고 있다. 상기 시스템은 물과 과산화수소 증기가 압력차이에 의해 루멘을 통해 이끌려 루멘에 대한 살균율을 증가시킨다는 장점을 가지고 있으나 도관이 살균될 각각의 루멘에 부착되어야 한다는 단점을 가지고 있다. 또한 물은 보다 빨리 증발하고 과산화수소 증기를 루멘으로 진행시킨다.

미국 특허 제5,008,106호는 PVP 및 H₂O₂의 실질적으로 무수인 복합체가 표면의 세균 함량을 감소시키는데 상당히 유용하다는 것을 기술하고 있다. 백색 미세분할 형태의 복합체가 항세균성 용액, 겔, 연고제 등을 제조하는데 사용된다. 이것은 거즈, 소독면, 스폰지 등에 적용될 수 있다. H₂O₂는 미생물을 포함하는 표면상에 존재하는 물과 접촉하자마자 방출된다. 따라서, 상기 방법 역시 살균을 효과적으로 하기 위하여 습기를 필요로 한다.

몇몇 무기 과산화수소 복합체는 하기 부류의 예를 포함하는 것으로 보고되었다: 알칼리 금속 및 탄산암모늄, 알칼리 금속 옥살레이트, 알칼리 금속 포스페이트, 알칼리 금속 피로포스페이트, 플루오라이드 및 수산화물, 소련 연방 특허 제SU1681860호(Nikolskaya et al)에서는 필연적으로 살균되지는 않는다 할지라도 암모늄 플루오라이드 페록소하이드레이트(NH₄F · H₂O₂)를 사용하여 정화시킬 수 있다는 것을 기술하고 있다. 하지만, 상기 무기 과산화물 복합체는 단지 70 내지 86℃의 좁은 온도 범위에서 정화를 제공한다. 상기 범위내에서도, 정화 시간은 2시간 이상을 요구할 만큼 매우 길다. 추가로 암모늄 플루오라이드는 40℃ 보다 높은 온도에서 암모니아 및 하이드로플루오르산으로 분해된다. 이의 독성과 반응성으로 인해, 하이드로플루오르산은 대부분의 살균 시스템에서 바람직하지 못하다. 더욱이 니콜스카야 등은 60℃에서 90%의 과산화수소 방출에도 불구하고 NH₄F H₂O₂가 상기 온도에서 표면의 정화에 비효과적이라는 것을 기술하고 있다. 따라서, 과산화수소와는 다른 성분이 정화에 관여한다는 것을 나타낸다.

과산화수소는 무기 화합물 및 유기 화합물 모두와 복합체를 형성할 수 있다. 이들 복합체내의 결합은 복합 화합물과 과산화수소의 다전자 관능성 그룹간의 수소결합에 의한 것이다. 복합체는 상업 및 산업적인 적용(예: 표백제, 소독제, 살균제, 유기합성에서의 산화시제, 및 자유-라디칼-유도 중합 반응 중에서의 촉매제)분야에서 사용되어 왔다.

일반적으로, 이들 유형의 화합물은 수용액에서 복합체를 결정화함으로써 제조되어 왔다. 예를들어, 우레아 과산화수소 복합체는 루[참조: J. Am. Chem. Soc. 63(1):1507-1513(1941)] 등에 의하여 우레아 용액을 과산화수소 용액에 첨가하고 복합체를 적당한 조건하에서 결정화시킴으로써 수성에서 제조하였다. 미국 특허 제2,986,448호는 포화된 Na₂CO₃ 수용액을 0 내지 5℃에서 4 내지 12시간동안 폐쇄된 순환 시스템에서 50 내지 90% H₂O₂ 용액으로 처리하여 탄산 나트륨 과산화수소 복합체를 제조하는 것을 기술하고 있다. 최근에, 미국 특허 제3,870,783호는 뱃치 또는 연속 결정화기내에서 과산화수소와 탄산 나트륨의 수용액을 반응시킴으로써 탄산 나트륨 과산화수소 복합체를 제조하는 것을 기술하고 있다. 결정체를 여과 또는 원심분리기로 분리하고 액체를 보다 많은 탄산 나트륨 용액을 제조하기 위해 사용한다. 티토바(Titova)(참조: Zhumal Neorg. Khim., 30:2222-2227, 1985)등은 고체 탄산 칼륨을 낮은 온도에서 과산화수소 수용액과 반응시킴으로써 탄산 칼륨 과산화물(K₂CO₃· 3H₂O₂)의 합성에 이어서 에탄올중에서 복합체를 결정화하는 것을 기술하고 있다. 이들 방법은 수용액으로부터 안정한 결정상 비유동 산물을 형성하는 과산화물 복합체에 잘 적용된다.

미국 특허 제3,376,110호 및 제3,480,557호는 수용액으로부터 중합성 N-비닐헤테로사이클릭 화합물(PVP)과 함께 과산화수소 복합체의 제조를 기술하고 있다. 수득한 복합체는 다양한 양의 과산화수소와 상당량의 물을 함유한다. 미국 특허 제5,008,093호는 비유동적이고 안정하며 실질적으로 무수 복합체인 PVP 및 H₂O₂가 에틸 아세테이트와 같은 무수 유기 용매중에서, PVP의 현탁액과 H₂O₂ 용액을 반응시킴으로써 수득될 수 있다는 것을 교시하고 있다. 최근에, 미국 특허 제5,077,047호는 과산화수소 수용액을 기준으로 30중량% 내지 80중량%의 미세 소적을 실온 내지 60℃에서 유지되는 PVP의 유동성 베드로 첨가함으로써 PVP-과산화수소 산물을 제조하는 상업적 방법을 기술하고 있다. 수득한 산물은 15 내지 24중량% 농도의 과산화수소를 가지며 안정하고, 실질적으로 무수인 자유 유동성 분말인 것으로 밝혀졌다.

미국 특허 제5,030,380호는 처음에 수용액중에서 복합체를 형성하고 이어서 전공하에서 반응 산물을 건조시키거나 또는 산물의 열 분해를 피하기 위해 충분히 낮은 온도에서 분무 건조함으로써 과산화수소와 함께 고체 중합 전해질 복합체를 제조하는 방법을 기술하고 있다.

과산화수소 복합체를 제조하는 이들 선행 방법 모두는 과산화수소 용액을 사용한다. 복합체는 과산화수소를 포함하는 용액중에서 형성되거나 또는 과산화수소 용액의 소적을 반응 물질의 유동화 베드상으로 분무시킨다.

증기상 및 가스상 반응은 합성 방법으로서 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제2,812,244호는 탈수소화, 열 균열, 및 탈메탄화를 위한 고체-가스 방법을 기술하고 있다. 후지모토(Fujimoto)[참조: J. Catalysis, 133:370-382(1992)]등은 메탄올의 증기상 카복실화를 기술하고 있다. 젤러(Zeller)[참조: Anal. Chem., 62:1222-1227(1990)]등은 사각-평면 오가노플라티늄 복합체와 스티렌 증기의 반응을 논하고 있다. 하지만 이들 선행 기술의 증기 및 가스상 반응은 과산화수소 복합체를 형성시키는데 사용되지 않았다.

본 발명의 한가지 양태는 제품의 과산화수소 살균을 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 50토르 미만의 압력에서 살균될 제품을 유지시키기 위한 용기를 포함한다. 바람직하게는 압력은 20토르 미만이고 더욱 바람직하게는 10토르 미만이다. 또한 상기 장치는 용기와의 유체 교환시 과산화수소 증기의 공급원을 포함한다. 상기 공급원은 86℃ 초과의 온도에서 무기 과산화수소 복합체를 포함하며 살균을 수행하기 위해 과산화물 증기가 제품에 접촉될 수 있도록 배치된다. 공급원이 용기내에 위치하거나 아니면 복합체가 위치하는 용기 외부에 배치된 폐쇄용기와 이 폐쇄용기와 용기 사이의 유체 교환을 제공하는 유입구가 이 장치에 장착되어 복합체로부터 방출된 증기가 유입구를 따라 용기 내로 이동하여 살균을 수행하게 된다. 무기 과산화수소 복합체는 탄산 나트륨, 칼륨 피로포스페이트 또는 칼륨 옥살레이트의 복합체일 수 있다. 바람직하게는 또한 장치는 용기내에 가열기구를 포함하여 복합체가 가열기구상에 놓일 수 있도록 한 후 복합체에서 증기의 방출을 용이하게 하기 위하여 가열시킨다. 상기 가열기구는 복합체와 접촉하기 전에 가열될 수 있다. 또한 장치는 용기와 유체 교환에 있어서 용기를 탈기시키기 위해 진공펌프를 포함할 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 장치는 제품 주위에 플라즈마를 합성하도록 하는 전극을 포함한다. 상기 전극은 용기내에 있거나 또는 용기로부터 공간적으로 떨어져 있을 수 있으며 제품의 앞과 주변에 합성된 플라즈마를 유동하게 할 수 있다. 바람직한 양태에서, 복합체는 고체상에 있다.

본 발명의 또다른 양태는 제품의 과산화수소 살균 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제품을 용기에 위치시키고 무기 과산화수소 복합체를 5℃/분 이상의 비율로 가열하여 제품과 접촉하여 살균시키는 것으로 이 복합체로부터 방출되는 과산화수소 증기와 제품을 접촉시키는 것을 포함한다. 바람직하게는 가열율은 10℃/분 이상이며 더욱 바람직하게는 5℃/분 이상이며, 보다 더욱 바람직하게는 1000℃/분 이상이다. 바람직하게 복합체는 10% 미만의 물을 함유한다. 복합체는 바람직하게는 86℃ 보다 높은 온도로 가열하여 복합체로부터 증기의 방출을 용이하게 한다. 증기를 용기에 도입시키기 전에 50토르 미만의 압력, 더욱 바람직하게는 20토르 미만 및 보다 더욱 바람직하게는 10토르 미만에서 용기를 탈기시킬 수 있다. 경우에 따라, 플라즈마는 증기를 용기에 도입한 후에 제품 주변에서 합성될 수 있다. 또한 본 발명은 사용되는 무기 과산화수소 복합체가 하이드로할산을 방출하기 위해 분해되지 않는, 제품의 과산화수소 증기 살균 방법을 포함한다.

본 발명의 또다른 양태는 자가 살균 폐쇄용기을 사용하여 제품의 과산화수소 살균을 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 제품은 무기 과산화수소 복합체를 포함하는 폐쇄용기에 위치되며 이 폐쇄용기는 밀봉되어 복합체로부터 과산화수소 증기를 방출시킨 후 제품의 살균을 수행할 수 있을 정도로 충분한 시간동안 70℃ 미만의 온도에서 방치된다. 경우에 따라 폐쇄용기는 대기압 미만의 압력 또는 실온 이상의 온도(23℃)에서 방치될 수 있다. 따라서, 폐쇄용기는 약 40℃ 미만의 온도에서 방치될 수 있다. 다양한 폐쇄용기중에 몇몇(예: 포우치, 용기, 살균실 또는 룸)이 사용될 수 있다. 바람직하게는 과산화수소 복합체는 분말 또는 정제의 형태이다. 밀봉 단계는 폐쇄용기를 가스 침투성 물질(예: TYVEK^TM, CSR 랩, 또는 종이)로 밀봉시키는 것을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 살균 산물 및 과산화수소 증기를 방출할 수 있는 무기 과산화수소 복합체를 포함하는 밀봉된 폐쇄용기에 관한 것이다.

또한, 칼륨 피로포스페이트 과산화수소 복합체 역시 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 추가의 양태는 외부 및 외부 중에 좁은 루멘을 가지는 제품의 과산화수소 살균 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 무기 과산화수소 복합체를 포함하는 도관을 제품의 루멘과 연결시킨 다음 상기 도관이 루멘에 연결된 채로 이 제품을 용기에 위치시킨 후 용기내의 압력을 감소시키고 제품의 루멘을 70℃ 미만의 온도에서 무기 과산화물 복합체로 부터 방출되는 과산화수소 증기와 접촉시키는 단계를 포함한다.

과거에 사용되었던 과산화수소 살균기는 살균제의 공급원으로서 과산화수소 수용액을 사용하였다. 이들 살균기는 시스템내에 물의 존재로 인하여 야기되는 단점들을 가지고 있다. 보다 높은 압력(예: 대기압)에서, 시스템내의 과량의 물은 축합을 일으킬 수 있다. 이것은 수성 과산화수소 증기가 도입되기 전에 허용될 수 있는 수준으로 살균되기 위하여 폐쇄용기 내의 상대 습도를 감소시키는 추가의 단계를 요구한다. 또한 이들 살균기는 보다 높은 증기 압력을 가지는 물이 수용액으로부터 과산화수소보다 빨리 증발한다는 사실과 저분자량을 가지는 물이 과산화수소보다 빨리 확산한다는 사실에 의해 야기되는 결점을 가지고 있다. 의료 기구 또는 유사 기구가 살균기내에 도입될 때, 과산화수소 공급원으로부터 장치에 도달하는 최초 살균제가 공급원의 농도와 비교하여 희석된다. 특히, 살균될 장치가 좁은 루멘을 가지는 내시경과 같은 의료기구인 경우에, 희석된 살균제는 뒤늦게 도달하는 살균제의 장벽이 될 수 있다. 이들 결점을 극복하기 위해 공급원으로서 과산화수소의 농축된 용액을 사용한다는 것은 불만족스럽다. 왜냐하면 상기 용액이 위험하기 때문이다.

본 발명에 있어서는, 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기를 방출하는 과산화수소의 비수성(예: 실질적으로 무수물) 과산화수소 공급원을 사용함으로써 선행기술의 과산화수소 살균기의 결점을 극복할 수 있다. 바람직한 양태에서, 실질적으로 비수성 과산화수소 증기는 실질적으로 비수성 과산화수소 복합체로부터 직접 제조된다. 그러나, 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기는 진공하에서 물을 제거하기 위해 증발동안에 처리되는 수성 복합체로부터 합성될 수 있다. 따라서, 수성 과산화수소 복합체가 사용될 경우 수성 복합체는 본 발명의 과정을 수행하면서 실질적으로 비수성인 과산화수소 복합체로 전환될 수 있다. 바람직하게는 실질적으로 비수성인 과산화수소 복합체는 약 20% 미만의 물을 포함하며, 더욱 바람직하게는 약 10% 정도의 물을 포함하고 여전히 더욱 바람직하게는 약 5% 정도의 물을 포함하며 가장 바람직하게는 2% 정도의 물을 포함한다.

상기에서 말한 바와 같이, 본 발명에 사용되는 실질적으로 비수성인 과산화수소 복합체중의 바람직한 물의 퍼센테이지로부터 명백해진 바와 같이, 가장 바람직한 과산화수소 복합체 및 이로부터 생성되는 과산화물 증기는 실질적으로 무수물이다. 그럼에도 불구하고 이들 수치에서 명백해진 바와 같이, 약간의 물이 시스템내에 존재할 수 있다. 상기 물중 일부는 부산물로서 물과 산소를 형성하는 과산화수소의 분해로부터 유래할 수 있고 상기 물과 복합체간에 수소결합이 일어날 수 있다.

물의 효과는 다양한 상대습도로 유지된 살균실과 함께 일련의 실험을 통하여 측정되었다. 실험 조건은 스테인레스 스틸(3mm x 50cm)내의 스테인레스 스틸(SS)블레이드상에 지지되는 포자와 함께 하기의 실시예 1에서 기술된 바와 같다. 실험조건하에서, 표 2에서 보여지는 바와 같이 5%의 상대습도는 효율에 어떠한 영향을 미치지 않지만 10%의 상대습도는 살균율을 감소시킨다. 상기 실시예는 소량의 습기가 비수성 과산화물 복합체로부터 생성되는 과산화수소와 함께 시스템내에서 허용될 수 있으며 시스템내의 물의 존재는 노출시간을 증가시킴으로써 극복될 수 있다.

[표 2]

과산화수소 공급원의 조성물에 대한 주요 기준은 온도와 압력의 함수로서 이의 안정성과 과산화수소 증발율간의 관계이다. 살균 방법의 변수(예: 압력, 온도)에 따라 보다 높거나 보다 낮은 과산화물의 증발율이 바람직할 수 있고 과산화물 공급원을 가열시키는 것이 필요하거나 필요치 않을 수 있다. 과산화물 복합체의 가열에 대한 필요성은 복합체의 증기 압력에 의존한다. 몇몇 과산화물 복합체는 상당한 양의 과산화수소 증기가 복합체를 가열시키지 않고 방출될 수 있을 정도로 상당히 높은 증기 압력을 갖는다. 일반적으로 복합체를 가열시키는 것은 과산화수소의 증기 압력을 증가시키고 복합체로부터 과산화물의 방출을 가속화한다.

목적하는 높은 증발율을 제공하기 위하여, 바람직하게는 공급원은 큰 표면적을 가져야 한다. 따라서 공급원은 미세 분말이거나 큰 표면적을 가지는 물질상의 피막일 수 있다. 물론, 안정성, 유용성, 및 물질의 비용은 중요한 기준이 된다. 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6, 글리신 무수물, 및 1,3-디메틸 우레아와 함께 과산화수소 복합체로부터 과산화수소의 방출을 평가하였다. 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6, 및 글리신 무수물과 함께 과산화수소의 복합체는 고체이다. 1,3-디메틸 우레아 과산화물 복합체는 액체이다. 글리신 무수물 과산화수소 복합체는 감소된 압력하에서 평가된 또다른 복합체 보다 덜 안정한 복합체이고 진공 조건하에서, 대부분의 과산화수소는 추가의 가열없이 복합체로부터 방출될 수 있다.

우레아 과산화수소 복합체는 정제 형태(제조회사: Fluka Chemical Corp., Ronkonkoma, NY) 및 분말 형태(제조회사: Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)로 시판된다. 상기 복합체는 또한 우레아 과산화물, 과산화수소 우레아 복합체, 과산화물 우레아, 과산화물 우레아 부가물, 우레아 과산화물 부가물, 페르카바미드, 카바미드 페르하이드레이트, 및 세라미드 과산화물로서 공지되어 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "우레아 과산화물"은 이전의 용어 모두를 포괄한다.

폴리비닐피롤리돈-과산화수소 복합체(PVP-H₂O₂)는 국제 출원 공개 번호 제WO92/17158호에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다. 또다른 방법으로는 PVP, 나일론-6, 1,3-디메틸우레아 및 글리신 무수물 뿐만아니라 다른 유기 및 무기 화합물과의 복합체가 하기에 상세하게 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다.

공급원으로부터 무수 과산화물 증기의 적합한 증발율을 달성하는 것은 증가된 온도 및/또는 감소된 압력에 의해 용이할 수 있다. 따라서, 바람직하게는 과산화물 공급원에 대한 가열기 및/또는 살균실을 탈기시키기 위한 진공 펌프가 살균기의 일부일 수 있다. 바람직하게는, 공급원은 가스 침투성 물질층[예: TYVEK^TM 부직폴리에틸렌 섬유, 부직 폴리프로필렌(예: SPUNGUARD^TM)] 또는 과산화물 증기가 통과하지만 과산화물 복합체 물질이 통과하지 못하는 유사한 물질로 코팅된다.

도 3a는 다양한 온도 조건하에서 과산화수소 복합체로부터 과산화수소의 방출을 측정하는데 사용될 수 있는 장치(80)를 보여준다. 상기 장치에서, 알루미늄 팬(90)은 가스 침투성 층(92)(예: 의학용 등급의 TYVEK^TM 층)으로 코팅된다. 팬(90)은 퍼렉스 팬(96)에 놓여진 가열 패드(94)의 상부에 놓여진다. 열커플링 온도계(98)는 이의 바닥에서 약 1cm의 팬(90)의 외부에 놓여진다.

과산화물 공급원을 유지하기 위한 바람직한 용기(99)는 도 3b에서 설명된다. 용기(99)는 고체 과산화수소 복합체를 가열시키는데 사용되는, 임의로 불착된 가열기와 함께 메탈 플레이트(100)(예: 알루미늄 플레이트)를 포함한다. 온도 모니터(101)(예: 온도계)는 온도를 모니터하기 위해 플레이트(100)상에 놓여질 수 있다. 과산화물 복합체는 직접적으로 플레이트(100)상에 놓여진다. 또다른 경우에, 심지어 모든 과산화물 복합체의 가열을 제공하기 위하여 과산화물 복합체는 플레이트(100)의 상부에 놓여진 하나 이상의 알루미늄 스크린(102, 104) 사이에 놓여질 수 있다. 알루미늄 스크린(102, 104)은 대량의 과산화물 복합체가 사용될 때 보다 큰 면적과 심지어 복합체의 가열을 제공한다. 과산화물 복합체 또는 스크린 또는 스크린들(102, 104)은 가스 침투성 층(106)(예: 의학용 등급의 TWEK^TM 또는 SPUNGUARD^TM 층)으로 코팅되어 복합체로부터 방출된 과산화수소가 살균실의 나머지 부분으로 확산되기 전에 커버(106)를 통과하게 한다. 천공된 알루미늄 플레이트(108)는 경우에 따라 TYVEK^TM 또는 SPUNGUARD^TM 층(106)의 상부에 놓여져 압력을 가할 경우 복합체가 가열된 플레이트(100)와 접촉되게 하고 심지어 과산화물 복합체를 가열시킬 수 있게 한다.

상기 기술한 장치는 심지어 복합체를 가열시켜 과산화물 복합체로부터 방출된 증가된 양의 과산화수소 증기를 수득하게 한다.

도 1은 본 발명의 과산화수소 증기 살균 장치의 도식을 나타낸다. 살균실(10)은 살균될 제품(12)을 유지하고 편익을 위해 선반(14)에 놓여진다. 도어(16)는 살균실(10)의 내부로 접근하게 해준다. 과산화수소(18)의 비수성 공급원(18)은 온도 조절기(22)에 의해 통제되는 선택적 가열기(20)상에 나타내었다. 과산화물의 농도는 선택적 모니터(24)에 의해 검색될 수 있다. 경우에 따라 살균실(10)은 펌프(26)를 사용하여 탈기되지만 살균은 또한 대기압에서 수행될 수 있다.

살균될 제품을 유지하는 용기는 탈기된 통상적인 살균실이거나 대기압에서의 용기(또는 룸)일 수 있다.

제품을 살균하는데 요구되는 시간은 제품의 성질, 수량과 팩키징 및 살균실내의 이의 위치에 좌우된다. 또다른 방법으로는 살균실 자체(또는 전체 룸)가 살균될 수 있다. 어떠한 경우에도, 최적 살균 시간은 경험적으로 결정될 수 있다.

또한 살균 기술 분야에 널리 공지된 살균제 가스의 침투 및 항세균 활성을 향상시키기 위한 압력 펄스 사용을 비수성 과산화수소 공정에 적용할 수 있다. 또한 하기에 추가로 상세하게 기술된 바와 같이 추가로 활성을 향상시키기 위해 플라즈마를 사용할 수 있다.

살균 공정의 말기에서, 과량의 과산화수소는 장치와 접촉시 공기를 교환함으로써 과산화물에 대해 친화성을 가지는 장치로부터 제거될 수 있다. 이것은 연장된 시간동안 장치에 가온된 공기를 유동시키거나 살균실을 탈기시킴으로써 달성될 수 있다.

먼저 과산화수소 증기에 노출시킴으로써 살균된 제품은 또한 플라즈마에 노출되어 제품상에 잔류하는 과산화수소 잔사를 제거할 수 있다. 과산화수소는 플라즈마 처리동안에 비독성 산물로 분해되기 때문에 살균된 제품은 추가의 단계없이 사용될 수 있다.

과산화물 증기가 방출된 후에 증기의 재흡수를 방지하거나 또는 플라즈마가 사용될 때 공급원이 플라즈마에 노출되는 것을 막기 위하여 살균기로부터 과산화물 공급원을 차단시키는 것이 바람직하다. 또한 사용되는 복합체가 진공에서 안정하지 못할 경우 차단이 유리하다. 당해 기술분야에 널리 공지된 밸브 또는 또다른 차단 장치를 사용하여 차단할 수 있다.

도 2는 본 발명의 과산화수소 플라즈마 살균 시스템의 도식을 나타내고 있다. 플라즈마를 이용하거나 이용하지 않고 살균할 수 있다. 플라즈마는 과산화물 증기의 포자 살균 활성을 향상시키는데 사용될 수 있고/있거나 살균될 제품상에 잔류하는 잔여 과산화수소를 제거하는데 사용될 수 있다.

살균될 제품이 도입될 수 있는 도어 또는 입구(32)를 포함하는 살균실(30)에서 살균할 수 있다. 살균실(30)은 살균실이 탈기될 수 있는 출구(34) 내지 진공펌프(36)를 포함한다. 출구(34)는 살균실을 진공 펌프(36)로부터 격리시키는 밸브(38)을 포함한다. 또한 살균실(30)은 과산화수소 복합체를 포함하는 폐쇄용기(42)에 부착된 유입구(40)를 포함한다. 유입구(40)는 폐쇄용기(42)가 살균실로부터 격리시키는 밸브(44)를 포함한다. 또한 살균 시스템은 밸브(43)을 포함하며 폐쇄용기(42) 및 진공 펌프(36)를 연결시키는 유입구(41)를 포함한다. 상기 시스템은 폐쇄용기(42)와 살균실(30) 모두를 동시에 탈기시키거나 또는 독립적으로 폐쇄용기(42) 또는 살균실(30)중 하나를 탈기시킨다. 탈기는 밸브(38, 44 및 43)를 개폐함으로써 조절된다. 당해 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이 2개의 펌프(각 살균실당 하나)가 또한 상기 시스템에서 사용될 수 있다.

폐쇄용기(42)는 온도 조절기(46)에 부착된 선택적 가열기(49)를 포함하여 과산화수소 복합체의 온도를 조절한다. 증기 상태의 과산화수소 복합체의 농도는 선택적 과산화물 모니터(48)에 의해 모니터될 수 있다. 살균실의 내부는 매칭 네트워크(52) 및 RF 전원 공급체(54)를 부착한 라디오 주파수(RF) 전극(50)을 포함한다. 전극의 간단한 형태는 천공된 실린더로 샘플을 둘러싸고 있으며 양끝이 개방되어 있다. 본 발명의 일반적인 작동 방법은 다음과 같다:

1. 살균될 제품(56)을 살균실(30)내에 위치시킨다.

2, 살균실(30)은 대기압이거나 경우에 따라 탈기되어 과산화수소의 침투를 용이하게 한다. 탈기는 밸브(38)를 개방하고 진공 펌프(36)를 작동시킴으로써 수행될 수 있다. 경우에 따라, 살균실(30) 및 폐쇄용기(42) 모두는 밸브(38 및 44 및/또는 43)를 개방함으로써 탈기될 수 있다.

3. 밸브(38 및 43)가 폐쇄되어 진공 펌프(36)를 살균실(30) 및 폐쇄용기(42)' 로부터 격리시키고 밸브(44)를 개방한다. 과산화수소 증기를 과산화수소 공급원으로부터 살균실(30)로 전달시킨 후 가열하여 과산화수소 증기 방출을 용이하게 할 수 있다. 경우에 따라, 공기 또는 비활성 가스가 첨가될 수 있다.

4. 살균될 제품(56)은 살균될때가까지 과산화물 증기로 처리되거나 또는 살균할 수 있을 정도의 충분한 전원과 함께 플라즈마가 생성되기 전에 살균실(30)내에서 과산화물 증기로 전처리된다. 경우에 따라, 살균실(30)은 플라즈마의 생성을 용이하게 하는 때에 탈기될 수 있다. 예비-플라즈마의 존속 기간은 사용되는 팩키지의 유형, 살균될 제품의 성질 및 수량, 및 살균실내의 제품의 위치에 좌우된다. 최적 시간은 경험적으로 결정된다.

5. 전원을 RF 전원 공급체(54)에서 RF 전극(50)으로 적용함으로써 제품(56)을 플라즈마에 적용시킨다. 플라즈마를 생성하기 위해 사용되는 RF 에너지는 펄스되거나 연속적일 수 있다. 제품(56)은 완전한 살균을 수행하고/하거나 잔여 과산화수소를 제거하기 위해 일정기간동안 플라즈마에 존속된다. 어떠한 양태에서, 플라즈마를 5 내지 30분 사용한다. 하지만, 최적시간은 경험적으로 결정될 수 있다.

본 명세서 및 청구항에서 사용되는 용어 플라즈마는 생성될 수 있는, 임의의 수반되는 방사선을 포함하여 적용된 전기장의 결과로서 생성된 전자, 이온, 자유 라디칼, 발산되고/되거나 여기된 원자 또는 분자를 포함하는 가스 또는 증기의 일부분을 포함하는 것으로 간주된다. 적용된 전기장은 광범위한 주파수 범위를 포함할 수 있지만 라디오 주파수 또는 마이크로파가 일반적으로 사용된다.

본 발명에 기술된 비수성 과산화수소 전달 시스템은 또한 이전에 언급한 미국 특허 제4,643,876호에 기술된 방법으로 생성된 플라즈마가 사용될 수 있다. 또다른 방법으로는 미국 특허 제5,115,166호 또는 제5,087,418호에 기술된 플라즈마와 함께 사용될 수 있는데, 여기서, 살균될 제품은 플라즈마 공급원에서 격리된 살균실에 놓여져 있다.

상기 기술한 장치는 특히 진공하에서 안정하지 않은 과산화물 복합체를 사용할 때 유리하다. 진공 단계동안에 과산화수소의 손실을 최소화하기 위해 사용될 수 있는 2개 이상의 가능한 방법이 있다. 첫 번째, 작은 살균실은 독립적으로 탈기될 수 있다. 두 번째, 작지만 충분한 살균실을 사용할 경우에, 작은 살균실을 탈기시킬 필요가 전혀 없다.

하나의 상기 비수성 과산화물 복합체는 글리신 무수 과산화물이다. 상기 화합물은 진공 상태에 놓여질 때 과산화수소 증기를 방출한다. 도 4는 진공하에서 글리신 무수 과산화물 복합체로부터 과산화수소 증기의 방출을 설명하는 그래프이다. 글리신 무수 복합체로부터 과산화수소를 방출하는데 사용되는 방법은 다음과 같다: (1) 주 살균실(30)은 밸브(43, 44)를 폐쇄하여 탈기된다. (2) 과산화수소 복합체를 포함하는 살균실은 밸브(38 및 44)를 폐쇄하고 밸브(43)을 개방하여 탈기된다. (3) 밸브(43)는 폐쇄되고 밸브(44)는 개방되며 과산화수소 증기가 살균실(30)로 확산되도록 하였다.

그래프에서 나타난 바와 같이, 과산화수소 증기는 압력이 감소함으로써 복합체로부터 방출되며 심지어 추가의 가열이 필요 없다. 도 4에서 설명된 바와 같이 과산화수소 증기의 방출은 복합체를 보다 높은 온도로 가열함으로써 상당히 증가된다. 따라서 심지어 불안정한 과산화물 복합체조차도 본 발명의 살균 방법에 유용하다.

본 발명은 보다 빠른 과산화수소 살균 시스템에 대한 4개 이상의 장점을 제공한다:

1. 잠재적으로 위험성있는 농축된 과산화수소 용액의 사용을 피할 수 있다.

2. 축합을 예방하기 위하여 살균될 영역의 상대습도를 미리 감소시킬 필요가 없다.

3. 물이 시스템에서 상당히 제거되어 물과 과산화수소간에 길고 좁은 루멘으로의 확산을 위한 경쟁이 없다.

4. 살균 가스를 길고 좁은 루멘으로 전달하기 위해 특별한 도관을 부착시킬 필요가 없을 수 있다.

상기 살균이 실질적으로 습도의 부재하에 과산화수소 증기를 사용하여 수행될 수 있다는 것은 본 발명의 놀라운 발견중의 하나이다. 선행 기술은 화학가스 또는 증기 상태 살균 과정에서 살균을 수행하기 위해서는 물이 요구된다는 것을 교시하고 있다. 유리하게도,본 발명은 시스템내에서 실질적으로 물을 제거하여 보다 빨리, 보다 효율성이 있고 효과적인 살균을 할 수 있게 한다.

다양한 비수성 과산화수소 복합체의 살균 효율은 하기에 기술된 바와 같이 실시예 1 내지 4에서 결정된다.

실시예 1

효율성 데이터는 생물학적 요구체(Bacillus subtilis var. (niger))로서 금속 및 TEFLON^TM 플라스틱 루멘 중의 바실러스 서브틸리스 변종(나이거) 포자를 사용하여 실질적으로 무수인 우레아 과산화물 복합체로부터 방출된 과산화수소 증기를 사용하여 수득되었다.

A. 실험 방법

1. 기구

4g의 분쇄된 과산화수소 우레아 부가물 정제(Fluka Chemical Corp, Ronkonkoma, NY)를 도 3a에서 기술한 바와 같이 알루미늄 팬(90)내에 놓았다. 팬(90)의 상부를 의학용 등급 TYVEX^TM(92)(통기성 폴리에틸렌 스펀본드 직물)으로 덮어서 복합체로부터 방출되는 몇몇 과산화수소가 살균실내로 확산되기 전에 TYVEK^TM 층을 통과할 필요가 있도록 하였다. 알루미늄 팬(90)을 알루미늄 살균실의 바닥내에 위치된 피렉스 접시(96)내의 가열 패드(94)상에 놓았다(도 1 참조).

약 173L 용량을 가지는 살균실은 다음과 같은 것을 포함한다:

· 증기상의 과산화수소 농도를 측정하기 위한 과산화수소 모니터

· 가열 패드의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기

· 액상의 과산화수소가 살균실로 주입될 수 있는 주입구

· 실험을 위해 루멘 장치를 포함하는 플라스틱 트레이가 놓여진 금속 선반

· 효율성 실험동안에 살균실 온도를 45℃로 유지하는 살균실 외벽상의 전기 저항 가열기

2. 생물학적 요구체 및 실험

비수성 과산화물 전달 시스템의 효율성을 평가하기 위해, 스테인레스 스틸메스 블레이드 상에 1.04 x 10⁶ B.서브틸리스 변종(나이거) 포자로 이루어진 생물학적 요구체를 다음과 같은 치수(3mm ID x 40cm 길이, 3mm ID x 50cm 길이 및 1mm 1D x 50cm 길이)를 가진 스테인레스 스틸 루멘의 각 말단으로부터 멀리 떨어지게 균등하게 놓았다. 이들 ID와, 길이는 의료 기구에 사용되는 금속 루멘에 대해 전형적이다. 생물학적 실험 조각을 포함하는 각 루멘 중간의 칸막이는 13mm ID x 7.6cm 길이의 치수를 갖는다. 금속 루멘과 함께 생물학적 실험에서 총 9개의 루멘이 실험마다 평가되었다. 이들은 유용한 ID와 길이를 가진 3개의 상이한 세트로 이루어지며 이들 각각은 3개의 루멘을 포함한다.

다음과 같은 치수(1mm ID x 1m 길이, 1mm ID x 2m 길이, 1mm ID x 3m 길이, 및 1mm ID x 4m 길이)를 가진 TEFLON^TM 루멘의 말단으로부터 균등하게 떨어져 위치하는 종이 스트립(6mm x 4mm 와트만 #1 크로마토그래피 종이)상에 4.1 x 10⁵ B.서브틸리스 변종(나이거) 포자로 이루어지는 생물학적 요구체를 사용하여 유사한 실험을 행하였다. 생물학적 실험 조각을 포함하는 이들 루멘의 중앙 칸막이는 15mm ID x 7.6cm 길이의 치수를 갖는다. TEFLON^TM 루멘과 함께 생물학적 실험에서, 총 12개의 루멘이 실험당 평가되었으며 이들은 유용한 ID와 길이를 가진 4개의 상이한 세트로 이루어지며 이들 각각은 3개의 루멘을 포함한다.

생물학적 실험 샘플을 포함하는 루멘은 살균실 중의 선반상에 놓여진 플라스틱 트레이내에 놓여졌다: 이후 살균실 도어가 폐쇄되었고 진공 펌프를 사용하여 0.2토르 압력으로 탈기하였다. 이어서, 팬의 바닥에서 약 1cm의 알루미늄 팬의 측벽상에 놓여진 열커플 온도계에 의해 측정된 바와 같이 과산화수소 우레아 부가물을 포함하는 알루미늄 팬은 5분동안 80 내지 81℃로 가열되었다. 상기 시간동안에 살균실내의 과산화수소의 농도는 과산화물 모니터에 의해 측정된 바와 같이 6mg/L로 증가되었다.

생물학적 실험 샘플을 5, 10, 15, 20, 및 25분의 기간동안 과산화수소 증기에 노출시켰다. 과산화수소 증기에 노출시킨 후에, 생물학적 실험 샘플을 무균적으로 실험 샘플상에 잔류할 수 있는 과산화수소 잔사를 중성화하기 위해 277 단위의 카탈라제를 포함하는 15ml의 트립티카제 콩 육즙으로 이전시켰다. 모든 샘플은 32℃에서 7일동안 배양한 후 성장을 관측하였다.

50% 과산화수소 수용액을 살균실로 주입하고 가열된 주입기(가열된 금속 표면)로부터 증발되는 비교 연구를 수행하였다. 주입된 과산화수소 용액의 용량은 6mg/L의 과산화수소의 증기상 농도를 생성하였다. 이들 실험에 사용된 실험 루멘 및 생물학적 실험 샘플은 비수성 과산화수소 실험내에 사용된 것과 동일하였다. 과산화수소에 노출시킨 후의 생물학적 실험 샘플의 처리는 동일하였다.

B. 실험 결과

표 3 및 4에 제공되는, 스테인레스 스틸 및 TEFLON^TM 루멘 각각을 사용한 이들 실험의 결과는 금속 및 비금속 루멘 모두를 사용한 비수성 과산화물 전달 시스템의 장점을 설명한다. 살균된 총 세균 포자는 측정된 가장 작은 ID 및 가장 긴 루멘에 대해 비수성 과산화물 전달 시스템을 사용하여 5분 이내에 완료되었다. 동시에, 50% 과산화수소 용액으로는 25분의 확산 시간 후 조차도 완전한 살균을 달성하지 못했다.

[표 3]

[표 4]

상당량의 물 부재 하에 신속한 살균이 성취될 수 있다는 사실은 일반적으로 과산화수소와는 다른 다양한 살균제에 의한 화학 가스/증기상 살균동안에 습기가 제공되어 왔다는 사실에 비추어 놀라운 일이다. 증기상 과산화수소 살균 시스템은 과산화수소 수용액을 사용하기 때문에 이들 시스템에도 습기가 존재한다.

다양한 다른 과산화물 복합체의 살균 효율을 실험하기 위하여 하기의 실험이 수행되었다.

실시예 2, 3 및 4

실시예 1의 장치는 폴리비닐피롤리돈-과산화수소 복합체(실시예 2), 나일론-6-과산화수소 복합체(실시예 3), 및 1,3-디메틸우레아 과산화수소 복합체(실시예 4)의 효율을 실험하기 위해 사용되었다. 이들 화합물을 실시예 12 및 13에서 기술된 방법에 따라 합성하였다. 실험 변수는 하기와 같다.

[표 5]

각각의 경우에, 포자 지지체는 플라스틱 루멘내의 6mm x 4mm 종이 기재이고 스테인레스 스틸 루멘내의 스테인레스 블레이드이다. 상기 효율의 실험에 대한 결과는 표 6에 나타낸다.

[표 6]

표 6에 나타낸 결과는 실험된 각각의 과산화수소 복합체가 단지 5분 노출후에 효율적인 살균을 제공하는 과산화물 증기를 생성한다는 것을 보여주고 있다.

상기에 보여진 고체 복합체로부터 과산화수소 증기를 방출하기 위해 요구되는 온도는 팬의 바닥에서 약 1cm 떨어진 알루미늄 팬의 외부상에 위치된 열커플 온도계에 의해 측정된 온도이다. 팬의 안쪽 바닥에 놓여진 온도계(예: 형광성 온도계)는 팬 바닥의 온도가 하기의 실시예 5에서 기술된 것 보다 약 30 내지 35℃ 높다는 것을 나타내었다. 따라서, 이전의 실시예에서, 팬 바닥의 온도는 열커플 온도계가 80℃를 가리킬 때 약 110 - 115℃이고 팬 바닥의 온도는 열커플 온도계가 110℃를 가리킬 때는 약 140 내지 145℃이었다.

실시예 5

고체 과산화물 복합체를 포함하기 위해 사용된 알루미늄 팬 바닥의 온도를 측정하기 위하여, 형광성 온도계를 알루미늄 팬의 안쪽 바닥에 테이프로 묶었다. 오메가^TM 열커플 온도계는 팬의 바닥에서 약 1cm 떨어진 알루미늄 팬의 외부에 놓았다. 3개의 상이한 온도계 기록을 취했다. 각각의 경우에 팬을 팬의 측면상에 놓여진 온도계에 의해 지시되는 목적 온도까지 가열시키고 방치하여 냉각되도록 한후 목적 온도로 다시 가열했다. 기록된 온도는 하기에 목록되어 있다:

[표 7]

상기 결과는 알루미늄 팬의 바닥에서의 온도가 팬의 측면에 놓여진 열커플 온도계에 표시된 온도보다 약 30 내지 35℃ 높다는 것을 보여준다.

추가로 개방(비루멘)시스템에서의 수성 과산화물 공급원과 비수성 과산화물 공급원을 사용하여 얻은 효율성 데이터를 비교하기 위해 실험을 행하였다. 실험은 하기에 상세히 기술한다.

실시예 6

실시예 1의 장치는 TWEK^TM/MYLAR^TM 엔빌로프내에 팩키징된 6mm x 4mm 스트립의 와트만 #1 크로마토그래피 종이상에 6.8 x 10⁵ B.바실러스 변종(나이거) 포자로 이루어진 생물학적 요구체와 함께 사용되었다(TYVEK^TM는 폴리에틸렌으로 구성된 가스 침투성 섬유이며 MYLAR^TM은 가스 비침투성 폴리에스테르 물질이다). 팩키징된 생물학적 요구체를 유동성 형광성 S상결장경(sigmoidoscope)을 포함하는 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 전방, 중앙, 및 후방에 놓았다. 트레이를 최상부에 하나의 포오트를 갖고 바닥에 2개의 포오트를 갖는 폴리페닐렌 옥사이드 용기에 놓아 확산되도록 하였다. 4인치 직경의 포오트를 통기성 폴리프로필렌 팩키징 물질(SPUNGUARD^TM Heavy Duty Sterilization Wrap, Kimberly-Clark, Dallas, TX)로 코팅하여 살균후에도 용기 내용물의 살균점을 유지시켰다. 용기를 실시예 1의 장치에 위치시키고 살균실의 압력을 0.2토르로 감소시켰다. 2g의 과산화수소 우레아 부가물을 포함하는 알루미늄 팬을 알루미늄 팬의 바닥에서 약 1cm 떨어진 알루미늄 팬의 외부에 놓여진 열커플 온도계에 의해 측정된 바와 같이, 5분동안 80 내지 81℃로 가열하여 살균내의 3mg/L의 과산화수소 증기를 수득했다. 생물학적 실험 샘플을 5 내지 10분동안 과산화수소 증기에 노출시켰다. 노출후 실험 샘플을 실시예 1에서와 같이 동일한 방법으로 처리했다.

50% 과산화수소 수용액을 살균실내로 주입하고 가열된 주입기로부터 증발시키는 비교연구를 수행했다. 주입되는 과산화수소 용액의 용량으로부터 3mg/L의 증기상 농도를 제조했다. 실험의 구성, 생물학적 실험, 샘플의 조성물 및 노출후 생물학적 실험 샘플의 처리는 비수성 과산화수소 실험에 사용된 것과 동일하다. 이들 실험의 결과는 표 8에 나타낸다.

[표 8]

이들 실험의 결과는 생물학적 샘플을 루멘에 놓지 않는 개방 시스템 내의 수성 과산화수소 방법과 비교할 때 비수성의 경우가 보다 효율성이 크다는 것은 입증한다. 또한, 놀랍게도 비수성 시스템은 과산화수소의 길고 좁은 루멘으로의 확산이 요구되지 않을 때조차도 보다 우수한 살균을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이것은 과산화수소의 작용 방식이 물이 있거나 없는 시스템에 대해 동일하지 않다는 것을 제안한다.

추가로 감소되지 않은 정상적인 압력에서 비수성 과산화수소 증기의 효율성을 결정하기 위하여 실험을 수행했다. 이 실험을 하기에 상세하게 기술한다.

실시예 7

대기압에서 개방 시스템내의 우레아 과산화물 복합체로부터 방출된 과산화수소 증기를 사용하여 효율성 실험을 행하였다. 이 실험에서, 스테인레스 스틸 수술 블레이드상에 1.04 x 10⁶ B.서브틸리스 변종(나이거)의 생물학적 요구체를 TYVEK^TM/MYLAR^TM 엔빌로프로 팩키징했다. 팩키징된 생물학적 요구체 블레이드를 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 전방, 중앙 및 후방에 놓았다. 트레이를 실시예 1의 장치에 놓고 살균실 도어를 폐쇄했다. 4mg의 우레아 과산화물(Fluka Chemical Corp. 제조)을 포함하는 알루미늄 팬을 실험하는 동안 팬의 바닥에서 약 1cm 떨어진 알루미늄 팬의 측면상에 놓여진 열커플 온도계로 측정하면서 80 내지 81℃로 가열했다. 생물학적 실험 샘플을 5, 10, 20, 및 30분동안 과산화수소 증기에 노출시켰다. 노출후에 실험 샘플을 표 9에 나타내고 대기압에서 개방 시스템내의 비수성 과산화물 방법의 효율성을 입증한다.

[표 9]

추가로 다양한 온도에서 과산화수소 우레아 복합체로부터 방출된 적당량의 과산화물을 측정하기 위해 실험을 행하였다. 이 실험을 실시예 8에서 기술한다.

실시예 8

시판용 정제(Fluka Chemical Corp. 제조)를 파쇄하여 수득한 우레아 과산화물 분말을 12.7cm x 12.7cm인 도 3b에 따른 장치 중의 2개의 알루미늄 스크린 사이에 놓았다. 알루미늄 플레이트를 가열한 후 온도를 알루미늄 플레이트의 구석근처에 위치한 온도계를 사용하여 모니터했다. 표 10은 5분동안 가열한 후에 다양한 온도에서 방출된 과산화물의 대략적 퍼센테이지를 나열하고 있다. 이 데이터는 약 100%의 과산화물이 140℃의 온도에서 복합체로부터 방출된다는 것을 나타낸다. 과산화물의 보다 적은 퍼센테이지가 보다 낮은 온도에서 방출된다.

[표10]

실온 및 대기압에서 과산화수소 증기를 방출하는 능력을 갖춘 과산화물 복합체(예: 우레아 과산화물 복합체)가 다양한 살균 응용에서 사용하기에 효과적이다. 이들은 상기 기술한 본 발명의 살균장치에서 사용될 수 있을 뿐만아니라 본 발명의 화합물은 또한 자가 살균 팩키징 물질의 일부로서 사용될 수 있거나 거즈, 스폰지, 면등과 같은 지지체상에 적용될 수 있다. 화합물을 실온에서 또는 상승 온도에서 밀봉된 팩키지를 살균하고 특히 팩키징된 의료용 또는 수술용 산물의 살균에 유용하다.

본 발명의 화합물의 특정 용도는 하기의 실시예에서 기술한다. 하기의 실시예에서 사용된 과산화물 복합체는 정제형태(Fluka Chemical Corp. 제조) 또는 정제를 파쇄하여 수득한 분말 형태의 우레아 과산화물이다.

실시예 9

자가 살균 포우치는 하기와 같이 어셈블링했다; 표면상에 3.8 x 105 B.서브틸리스 변종(나이거) 포자를 가지는 수술용 메스를 살균용 평판 접시에 놓았다. 정제 또는 분말 형태내의 1mg의 우레아 과산화물 복합체와 함께 접시를 보다 큰 평판 접시에 놓았다. 보다 큰 평판 접시를 TYVEK^TM/MYLAR^TM(가스 침투성, 표 11), MYLAR^TM/MYLAR^TM(가스 비침투성, 표 12) 또는 종이/MYLAR^TM(가스 침투성, 표 12)으로 형성된 포우치로 주입시켰다. 이어서 포우치를 밀봉했다.

각각의 포우치를 하기 표 11 및 표 12에서 보여지는 바와 같이 다양한 시간동안 다양한 온도에 노출시켰다. 생물학적 실험 샘플을 실시예 1에서 기술한 바와 같이 살균에 대해 평가했다. 상기 결과는 표 11 및 표 12에 포함되어 있으며, "+"부호는 박테리아성 성장이 있음을 지시하고 있다.

[표 11]

표 12는 통기성 장벽(종이/MYLAR^TM, MYLAR^TM/MYLAR^TM)을 갖거나 갖지 않은 자가 살균 포우치에 대한 효율성 데이터를 나열하고 있다. 포우치를 상기 기술한 바와 같이 어셈블링하지만 과산화물 증기 공급원은 단지 분말 형태의 우레아 과산화물이다.

[표 12]

상기 실험 결과로부터, 통기성 막을 갖거나 갖지 않는 포우치내에 포함되어 있는 본 발명에 따른 우레아 과산화물 복합체가 실온 및 대기압하 무수 상태에서 단지 2 내지 3시간 후에라도 포우치 내부의 제품에 대해 효과적으로 살균시킬 수 있다는 사실을 알 수 있다. 보다 고온에서는, 1시간 후에라도 살균시킬 수 있다.

밀폐된 용기내에서 본 발명에 따른 살균 시스템의 효능을 측정하기 위해, 다음 실험을 수행했다.

실시예 10

자가-살균 용기를 다음과 같이 어셈블링시켰다: 표면상에 3.8 x 10⁵개의 B. 서브틸리스 변종 나이거 포자를 갖거나(표 11) 9.2 x 10⁵개의 B.서브틸리스 변종 나이거 포자를 갖는(표 12) 스텐레스 스틸 기판을, 표면상에 20개의 구멍(3/16ⁱⁿ 크기)이 나 있는 작은 폴리에틸렌(PE) 바이알 내부에 놓아두었다. 이 바이알을 기밀된(air tight) 캡이나 스펀가드^®(CSR 랩)의 가스 투과성층으로 덮은 보다 큰 PE 바이알에 놓아두었다. 또한, 표면상에 20개의 구멍(3/16" 크기)이 나 있는 제2 PE 바이알이 보다 큰 바이알에 포함되었다. 이 바이알은 분말 또는 정제 형태의 우레아 과산화물을 1g 함유하고 스펀가드^TM(CSR 랩) 또는 TYVEK^TM 포우치로 밀봉시켰다.

각 용기를 다음 표 13 및 14에 나타낸 바와 같은 다양한 온도에서 다양한 시간동안 노출시켰다. 생물학적 실험 샘플을 대상으로 하여 실시예 1에서 기술된 바와 같이 살균에 대해 평가했다. 그 결과가 표 13 및 14에 포함되어 있으며 "+" 부호는 박테리아성 성장이 있음을 지시하고 있다.

[표 13]

^* CSR 랩으로부터 형성된 포우치

[표 14]

^* TYVEK^TM으로부터 형성된 포우치

^** CSR 랩으로부터 형성된 포우치

상기 실험 결과로부터, 통기성 막을 갖거나 갖지 않는 용기내에 포함되어 있는 비-수성 우레아 과산화물 복합체가 실온에서 단지 3 내지 4시간 후에라도 효과적인 살균효과를 나타낸다는 사실을 알 수 있다. 보다 고온에서는, 30분 정도의 짧은 시간후에라도 살균시킬 수 있다.

과산화물 증기를 방출시키는 비-수성 과산화물 복합체는 실온에서 제품의 살균에 유용하여 보다 고온에서 보다 효과적이라는 것을 발견했다. 이들 복합체는 포우치, 용기, 살균실, 룸, 또는 밀봉시킬 수 있는 어떠한 영역에라도 놓아둘 수 있으며, 여기서 이들은 제품을 효과적으로 살균시키는 과산화물 증기를 방출시킨다. 이 복합체를 가열하여 증기의 방출을 촉진시키고 실온 살균시 요구되는 시간보다 적은 시간내에 살균을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 화합물은 살균이 요구되는 각종 적용 분야에 유용하다. 당해 복합체를 단순히, 살균시키고자 하는 제품(들)을 함유하는 밀봉된 영역내에 놓아둠으로써 살균을 성취할 수 있다. 선행기술의 방법과는 대조적으로, 과산화수소의 활성화를 위해 수분과 접촉시킬 필요성이 없게 된다.

감압하에서 적은 시간동안 비-수성 과산화물 복합체를 사용하여 살균을 수행할 수 있는지를 확인하기 위해, 다음 실험을 수행했다.

실시예 11

자가-살균 용기를 다음과 같이 어셈블링시켰다: 표면상에 9.2 x 10⁵개의 B. 서브틸리스 변종 나이거 포자를 갖는 스텐레스 스틸 기판을, 표면상에 20개의 구멍(3/16" 크기)이 나 있는 작은 폴리에틸렌(PE) 바이알 내부에 놓아두었다. 이 바이알을 CSR 랩(스펀가드^®)의 가스 투과성층으로 덮은 큰 PE 바이알에 놓아두었다. 또한, 표면상에 20개의 구멍(3/16" 크기)이 나 있는 제2 PE 바이알을 보다 큰 바이알에 포함시켰다. 이 바이알은 분말 또는 정제 형태의 우레아 과산화물을 1g 함유하였다. 이어서 상기 바이알을 CSR 랩 또는 TYVEK^TM 포우치로 밀봉시켰다.

상기 큰 바이알을 4.5L용 살균실 또는 173L용 살균실내에 놓았다. 각 용기를 표 15에 나타낸 바와 같이, 100토르 압력 및 23℃ 온도에서 2시간동안 노출시켰다. 생물학적 실험 샘플을 대상으로 하여 실시예 1에서 기술된 바와 같이 살균에 대해 평가했다. 그 결과가 표 15에 나타나 있다.

[표 15]

상기 결과는 통기성 막을 갖는 용기내에 포함된 비-수성 우레아 과산화물 복합체가 100토르 및 실온에서 단지 2시간 후에라도 효과적으로 살균시킬 수 있음을 보여준다. 표 14에 나타낸 결과와 비교할 때, 상기 결과는 본 발명에 따른 과산화물 복합체가 대기압하에서 살균시키는데 요구되는 것보다 적은 시간내에 감압하에서 살균시킬 수 있음을 입증해준다.

따라서, 본 발명에 따른 과산화수소 복합체는 상당히 단시간내 효과적으로 살균시킬 수 있다. 또한, 앞서 논의된 바와 같이, 플라즈마를 사용하여 과산화수소 증기의 살균능력을 증진시킬 수도 있다. 살균시키고자 하는 제품을, 과산화물증기에 노출시킨 후, 플라즈마에 적용시키고 살균이 완료되기에 충분한 시간동안 플라즈마내에서 유지시킨다.

과산화수소 증기에 노출시킴으로써 살균시킨 제품을 플라즈마에 노출시켜, 제품상에 잔존하는 어떠한 과산화수소도 제거할 수 있다. 잔존하는 과산화수소는 플라즈마 처리동안 비-독성 생성물로 분해되기 때문에, 살균시킨 제품을 어떠한 추가의 단계도 필요없이 즉시 다음 처리를 위해 사용할 수 있다.

비-수성 과산화물 복합체는 자가 살균 팩키징의 성분으로서 사용되는 등의 각종 적용 분야에 유용하다. 또한, 상기 복합체는 미국 특허 제4,943,414호에 기재된 방법과 같은 제품의 각종 증기 살균법에 사용하기 적합하다. 상기 특허에는 소량의 기화성 액체 살균제 용액을 함유하는 도관을 루멘(lumen)에 부착시키고 살균주기동안 압력이 저하됨에 따라 살균제를 기화시켜 제품의 루멘내로 직접 유동시키는 방법이 기재되어 있다. 상기 특허에 기재된 방법을 변형시켜 비-수성 과산화물 화합물에도 사용될 수 있도록 할 수 있다. 상기 화합물을 용기에 놓아두고 살균시키고자 하는 제품의 루멘에 연결시킨다. 이어서, 이 제품을 용기내에 놓아둔 다음 용기를 탈기시켰다. 제품의 루멘과 제품의 외부를, 비-수성 화합물로부터 방출시킨 과산화수소 증기를 통해 접촉시켰다. 플라즈마가 임의로 발생될 수 있으며 이를 사용하여 살균을 증진시키고/시키거나 제품으로부터 잔류하는 모든 과산화수소를 제거할 수 있다.

상기 기재된 시스템내에서 비-수성 과산화물 복합체를 사용함으로써, 수용액중의 물이 보다 신속하게 기화되는 단점을 극복하여 과산화수소 증기가 루멘으로 진행되게 했다. 따라서, 살균 수행시 보다 효과적인 살균이 달성되며 보다 적은 시간이 요구된다. 글리신 무수물과 같은 과산화수소 복합체가 특히 유리한데, 이는 이들 복합체가, 복합체를 부가적으로 가열시킬 필요없이 감압하에서 상당량의 과산화수소를 방출시키기 때문이다.

비-수성 과산화수소 복합체의 합성

추가로, 본 발명은 과산화수소 증기 살균기 중의 공급원으로서, 또는 상기 기재된 바와 같은 자가-살균 팩키징의 한 성분으로서 유용한 비-수성 과산화수소 복합체의 제조방법을 제공한다. 물론, 당해 과산화수소 복합체는 기타 적용분야, 예를 들면, 표백제, 콘택트 렌즈 용액, 촉매, 및 당해 분야의 숙련인에게 널리 공지될 기타 적용 분야에 사용할 수 있다.

본 발명의 과산화수소 복합체를 제조하는 일반적인 방법은 다음과 같다:

(1) 반응 물질을 살균실내에 놓음

과산화수소와 반응될 물질은 각종 형태의 고체(예를 들면, 바람직하게는 반응속도를 증가시키는 높은 표면적을 지닌 분말, 결정, 필름 등)일 수 있다. 반응물질은 또한, 압력을 살균실내에서 강하시킨 후 용매를 증발시키기에 충분한 시간이 허용된다면 수중 또는 또다른 용매중의 용액으로서 존재할 수 있다. 상기 물질은 또한, 이의 비점이 과산화수소의 비점(150℃) 보다 높은 액체일 수 있다. 반응 속도는 승온하에서 보다 빠르기 때문에, 반응 조성물이 도입되기 전이든 후이든지 간에 살균실을 가열하는 것이 바람직하다. 그러나, 온도는 반응제가 비등되거나 기화될만큼 높아서는 안된다.

반응 조성물은 과산화물 증기에 대한 접근을 제공해주는 어떠한 용기내에서도 함유될 수 있다. 이 조성물이 분말 형태 또는 살균실이 탈기될 때 취입될 수 있는 기타 형태인 경우, 반응제는 과산화수소를 용기내로 확산시켜 줄 수 있는 투과성 용기내에 보존시킬 수도 있다.

(2) 살균실을 탈기시킴

바람직하게는, 모든 과산화물이 증기상으로 존재하도록 하기 위해서는, 과산화수소의 증기압(이는 이의 농도와 온도에 의존한다) 보다 낮은 압력이 되도록 살균실을 탈기시킨다. 증가압은 온도가 증가함에 따라 상승되고 과산화물 농도가 증가함에 따라 강하된다. 대부분의 실험에서는, 살균실을 약 0.2토르로 탈기시키는데 온도를 주위온도 이상으로 했다.

(3) 과산화수소 증기를 발생시킴

과산화수소 증기를 과산화수소 용액으로부터 또는 실질적으로 무수상태의 과산화수소 복합체로부터 발생시킬 수 있다. 실질적으로 무수상태의 과산화수소 복합체는 증기 상태의 무수 과산화수소를 생성시키는데, 이는 증기와 반응될 물질 또는 형성될 복합체가 흡습성인 경우에 유리하다. 실질적으로 무수상태의 복합체로부터 과산화수소 증기를 발생시키는 또다른 잇점은 형성되어지는 복합체내의 과산화수소의 비율이 증기가 H₂O₂의 수용액으로부터 발생되는 경우보다는 높다는 점이다. 이는 아마도, 수용액을 사용하여 H₂O₂ 증기를 발생시킬 때 복합체상의 결합부위에 대한 물 분자와 H₂O₂ 분자간의 경쟁에서 비롯된 것일 수 있다.

과산화물 증기는 반응 물질을 보유하는 동일한 살균실내에서 또는 진공 밸브에 의해 격리된 또다른 살균실내에서 발생시킬 수 있다.

(4) 반응 물질을 과산화수소와 반응시킴

당해 반응에 요구되는 시간은 물론, 반응제와 과산화수소간의 반응속도에 따라 결정된다. 반응 물질'에 대한 과산화물의 결합동안 저하되는 압력을 모니터링함으로써 실험적으로 측정할 수 있다. 전형적으로, 반응시간은 약 5 내지 30분이다. 기화된 과산화수소의 농도와 출발물질의 중량으로 최종 반응 생성물중의 과산화물의 중량%를 측정한다. 과산화수소에 대한 반응제의 중량비가 증가함에 따라 복합체내의 과산화수소의 중량%는 감소한다. 반응을 수회 반복하여 복합체내의 과산화수소 농도를 증가시킬 수 있다.

(5) 살균실을 다시 탈기시킴

반응주기가 끝날무렵, 살균실을 약 2토르가 되도록 추가로 탈기시켜 반응되지 않은 모든 과산화수소를 제거한다.

(6) 살균실을 통기시키고 과산화수소 복합체를 회수함

과산화수소가 반응 물질과의 복합체를 형성하는 기작은 완전하게 밝혀지지 않았다. 이러한 복합체의 형성은 반응 물질상에 산소 및/또는 질소를 함유하는 전자가 풍부한 작용성 그룹과 과산화수소간의 수소 결합 형성과 연관이 있는 것으로 여겨진다. 이것이 유일한 결합양태인지는 공지되어 있지 않지만, 광범위한 작용성 그룹을 갖는 물질은 과산화수소와 복합체를 형성하는 것으로 밝혀졌다.

선행 과산화수소 복합체 형성방법에 비해 증기상 반응이 지니는 잇점으로는 다음과 같은 것들이 있다:

1. 증기상태로 존재하는 과산화수소의 양 또는 증기에 노출된 반응 물질의 양을 다양하게 함으로써 반응 물질에 대한 과산화수소의 비율을 정확하게 조절할 수 있다.

2. 반응 생성물로부터 용매를 제거시켜야 하는 필요성이 없어진다.

3. 분말, 결정, 필름 등의 고체 또는 액체인 과산화물 복합체가 형성될 수 있다.

4. 흡습성 물질의 과산화물 복합체가 제조될 수 있다.

본 발명에 따르는 비-수성 과산화물 복합체의 합성은 다음 실시예에 추가로 기재된다. 이들 화합물중 다수가 당해분야의 숙련인에게 용이하게 인지될 수 있는 바와 같이, 본 명세서에서 보다 상세히 기재된 용도를 갖는 것 이외에도, 촉매로서의 유용성을 지닌다. 하기 실시예는 본 발명에 따른 조성물과 방법의 양태를 나타내지만, 이로써 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다.

실시예 12

글리신 무수물의 과산화수소 복합체는 다음과 같이 제조되었다: 글리신 무수물(Aldrich Chemical Co., Milwaokee, WI 제조) 1.0g 샘플을, 45℃로 유지시킨 173L 살균실내의 알루미늄 트레이에 놓아 두었다. 알루미늄 트레이 상부를, 살균실내의 압력이 감소될 때 글리신 무수물이 트레이로부터 빠져나오는 것을 방지는시키지만 통기성이고 과산화수소를 흡수하지는 못하는 TYVEK^TM 부직포로 덮었다. 살균실 도어를 닫고 살균실내의 압력을 진공 펌프로 탈기시킴으로써 0.2토르로 감소시켰다. 과산화수소의 70% 수용액(FMC Corp., Philadelphia, PA 제조) 적절한 용적을 살균실내로 증발시킴으로써 과산화수소 농도가 10mg/L이 되도록 하였다. 과산화수소 증기를 글리신 무수물과 20분간 접촉되게 했다. 반응주기가 끝날무렵, 살균실 압력을 2토르로 강하시킨 다음 대기압이 되도록 했다. 살균실로부터 반응 생성물을 제거한 다음, 이하의 요오드법 적정 반응식 1로 과산화수소 중량%에 대해 분석했다.

[반응식 1]

완료점에서의 색상 변화를 증진시키기 위해 요오드-나트륨 티오설페이트 적정반응에 전분 지시제를 사용했다. 과산화수소의 중량%는 다음 수학식 1로 계산하였다.

[수학식 1]

H₂O₂ 중량% = [(Na₂S₂O₃ ml)^*(Na₂S₂O₃ 노르말농도)^* 1.7]/(샘플 g)

글리신 무수물 복합체중의 과산화수소의 중량%는 24.3%인 것으로 밝혀졌다.

실시예 13

실시예 12의 방법을 사용하여 광범위한 유기 및 무기 복합체의 과산화수소 복합체를 제조했다. 각 경우에 있어, 반응조건은 표 16에 나타낸 화합물 중 한 화합물 각 1.0g을 글르신 무수물 대신 사용하는 것을 제외하고는 실시예 12에서와 동일하다.

[표 16]

형성된 유기 복합체는 과산화수소와 수소결합을 형성할 수 있는 다음 범주의 작용성 그룹을 포함한다: 알콜, 에테르, 케톤, 산, 아미노산, 에스테르, 유기 염, 아민, 아미드, 폴리아미드, 폴리우레탄, 우레아 및 부렛, 무기 복합체로는 나트륨, 칼륨 및 루비듐 양이온과의 탄산염 뿐만 아니라 중탄산 나트륨이 있다. 또한, 수산화칼슘 및 사나트륨 피로포스페이트의 과산화수소 복합체가 또한 제조되었다. 출발물질은 세분된 분말이거나 약간 큰 결정성 물질이나, 두께가 0.12mm인 필름으로서 가공된 나일론 6.6과 50중량% 수용액인 폴리비닐 메틸 에테르는 제외된다.

당해 실험 조건하에서 상기 물질을 사용하여 수득된 과산화수소 복합체는 폴리비닐피롤리돈, 히스타민, 폴리(비닐 메틸 에테르), 폴리(비닐 메틸 케톤), 프로피온아미드 및 1,3-디메틸우레아를 제외하고는 고체이다. 1,3-디메틸우레아와 프로피온아미드 과산화수소 복합체는 최종 생성물 수득을 위해 어떠한 용매도 제거할 필요가 없기 때문에 증기상 합성 공정시 용이하게 조작되는 자유 유동 액체이다. 히스타민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(비닐 메틸 에테르) 및 폴리(비닐 메틸 케톤) 복합체는 조작하기가 용이하지 않은 고무상 물질이다.

실시예 14 및 15는 자유 유동성 고체 생성물로서의 과산화물 복합체를 수득하기 위해 상이한 공정 조건하에서 폴리비닐피롤리돈을 사용한 추가의 연구체에 대해 기재하고 있다.

실시예 14

폴리비닐피롤리돈과 과산화수소 복합체를 제조하였는데, 여기서, 폴리비닐피롤리돈 복합체 중의 과산화수소 비율은 증기 상태의 과산화수소 농도에 대한 폴리비닐피롤리돈의 중량비를 변화시킴으로써 다양하게 하였다. 이들 실험에서의 조건은, 폴리비닐피롤리돈의 중량을 1.0g에서 3.0g 내지 5.0g으로 증가시킨 것을 제외하고는 실시예 12에서와 동일하다. 모든 실험에서, 과산화수소의 농도를 살균실 용적 1ℓ 당 10.0mg으로 일정하게 유지시켰다. 이들 실험 결과는 표 17에 제시되어 있다.

실시예 15

과산화수소와 우레아와의 복합체로부터 과산화수소를 분리시켜 PVP의 과산화수소 복합체를 제조하였다. 과산화수소를 이러한 방법으로 분리시키는 경우, 이는 실질적으로 무수상태이다. 본 실험에서는, PVP 5g을 반응 살균실내에 놓아 두고, 우레아와 H₂O₂ 35% 복합체 약 7g을 약 5분동안 약 110℃로 가열함으로써 살균실 용적 1L당 H₂O₂ 10mg을 반응 살균실내로 수송시켰다. 본 실험에서의 나머지 조건들은 실시예 12에서와 동일하다. PVP 복합체중의 과산화수소 비율과 이 복합체의 물리적 상태는 표 17에 제시되어 있다.

[표 17]

이들 실험결과는 증기상태의 과산화수소에 대한 PVP의 비율을 조절하거나, 또다른 방법으로는 실질적으로 무수상태의 과산화수소 증기 공급원을 사용함으로써 PVP 과산화수소 복합체를 이용하여 자유 유동성 고체를 수득할 수 있음을 입증해준다.

무기 과산화수소 복합체

무기 과산화수소 복합체 또한, 유기 과산화수소 복합체에 대하여 상술한 바와 같이 살균제로서 사용하기에 적합하다. 대기압 및 실온하에서 이들 무기 복합체로부터 과산화물 증기를 방출시킨다. 그러나, 다음에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 감압하에서 특정 방출온도로 신속히 가열시키면 상당량의 과산화수소 증기가 무기 과산화물 복합체로부터 방출될 수 있다. 무기 과산화물로부터 과산화수소를 성공적으로 방출시키기 위해서는, 무기 과산화물 복합체의 가열속도는 바람직하게는 5℃/min 이상, 더욱 바람직하게는 10℃/min 이상, 보다 더욱 바람직하게는 50℃/min 이상, 가장 바람직하게는 1000℃/min 이상이다.

이들 무기 과산화물 복합체의 대표적인 에와 과산화수소 중량%는 표 16에 제시되어 있다. 복합체중의 H₂O₂ 중량%를 측정하기 위해 사용되는 적정 방법은 실시예 12에서 기재된 바와 같다. 탄산나트륨 H₂O₂ 복합체는 플루카 케미칼 코포레이션으로부터 구입했다. 무기 과산화물 복합체를 합성하는데 사용된 증기상 합성 공정은 실시예 12에서 기재된 바와 같으나, 단 고체 무기 샘플을 1 내지 5g 사용하는 대신 10g을 사용하고 반응주기를 1회 사용하는 대신 2회 사용했다.

실시예 16

무기 과산화수소 복합체의 액체상 합성에 대한 반응과정은 필수적으로 문헌[참조: Jones et al., J. Chem. Soc. Dalton, 12:2526-2532, 1980]에 기재된 바와 같다. 간략히 언급하면, 무기 고체를 먼저 과산화수소의 30% 수용액에 용해시켜 포화 용액을 만든 다음, 에탄올을 적가했다. 칼륨 옥살레이트와 탄산 루비듐 복합체의 경우, 첨가되는 에탄올의 양을 점차적으로 증가시키면서 백색 과산화물 침전물이 생성되었다. 탄산칼륨, 칼륨 피로포스페이트 및 나트륨 피로포스페이트의 경우에는, 포화 용액을 수시간동안 -10℃에서 항온처리하여 결정성 과산화물 복합체형성을 촉진시켰다. 이 복합체를 진공 여과시켜 액체로부터 분리시키고, 에탄올로 3회 이상 세척한 다음, 진공 건조시켰다.

[표 18]

1 : 복합체중의 H₂O₂ 중량%를 측정하기 위해 사용된 적정 과정은 앞서 특허원에서 언급된 바와 같다.

2 : 탄산나트륨 과산화수소 복합체는 플루카 케미칼 코포레이션으로부터 구입했다.

3 : 증기상 및 액체상 과정은 무기 과산화물을 합성하기 위해 사용되었다.

시차주사열량계(DSC)(모델 PDSC 2920, TA 기기)를 사용하여 H₂O₂ 방출 또는 무기 과산화물 복합체의 분해 특성을 측정했다. DSC를 10℃/min의 가열램프 및 30 내지 120℃ 온도범위에서 대기압하에 진공압 조건을 변화시키면서 작동시켰다. 도 5를 참조하면, DSC는 샘플 살균실(110), 가열판(112) 및 압력 조절 시스템을 포함한다. 압력 조절 시스템은 압력 게이지(116)에 연결된 압력 변환기(114)를 포함한다. 압력 게이지(116)은 압력 조절 밸브(120)에 연결되어 있는 조절기(118)에 연결되어 있다. 압력 변환기(114)는 압력 조절 밸브(120) 및 펌프(122)와 유체 교환시킨다.

상술한 바와 같이 합성된 칼륨 옥살레이트 과산화수소 복합체를 DSC에 놓아 두고 50 내지 170℃의 온도범위에 걸쳐 특정 진공압을 가했다. 도 6에 도시된 바와 같이, 보다 저압에서, 흡열반응으로서 H₂O₂가 보다 많이 방출되는 반면, 보다 고압에서는 H₂O₂의 발열적 분해가 발생되었다. 부분 진공압은 바람직하게는 20토르 미만, 더욱 바람직하게는 10토르 미만이다. 샘플 살균실내의 실제압력은 장치내에서 측정된 압력보다 다소 높고 살균실의 실제온도는 금속판 또는 알루미늄 열판의 측정된 온도보다는 다소 낮다. 특정한 어떠한 작동이론에 결부되는 것을 원하지는 않지만, 복합체가 실질적으로 거의 분해되지 않은 과산화수소 증기를 방출시키도록 하기 위해서, 살균 장치에서 사용된 실제 압력이 살균실의 실제온도에서 무기 과산화물 복합체의 증기압보다 낮아야만 한다고 여겨진다. 그러나, 일반적으로, 사용된 압력은 바람직하게는 50토르 미만, 더욱 바람직하게는 10토르 미만이다. 과산화물 복합체의 증기압이 낮은 본 발명의 특정 양태에서는 압력이 5토르 미만인 것이 바람직하다.

살균용으로 무기 과산화물 복합체를 사용하는 경우 이는, 무기 과산화물 조성물과 접촉시키기에 앞서 알루미늄 판을 예비가열시킴으로써 수행될 수 있는 가열이 신속히 일어나는 복합체 안정성에 있어 중요하다. 무기 과산화물 화합물을 사용하는 경우, 온도가 86℃ 보다 높은 것이 또한 바람직하다.

상술한 바와 같이, 무기 과산화수소 복합체를 신속하게, 즉 1000℃/min 이상의 정도로 신속하게 가열하는 것이 바람직하다. 이는 과산화물을 예비가열된 가열판과 접촉시킴으로써 성취될 수 있다. 이러한 신속한 가열을 성취하는 데 있어 바람직한 양태는 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 도 7a를 참조로 하면, 과산화물 증기를 밀폐된 위치에서 살균실(131)에 주입시키기 위한 장치(125)가 도시되어 있다. 무기 과산화수소 복합체를 과산화물 디스크(132)에 혼입시킨다. 이러한 디스크(132)는 5개층, 즉 3개의 CSR 랩 층, 과산화물 복합체 분말 및 폴리프로필렌으로 피복시킨 알루미늄 호일로 구성되어 있다. 디스크(132)의 모서리 주변을 열접착시켜 과산화물 복합체 분말을 보유시킨다. 과산화물 디스크(132)를 알루미늄 부착 조각(142)에 의해 하우징(150)에 부착되어 있는 천공된 알루미늄 판(130) 아래에 놓아 둔다. 디스크(132)를 O-환(151) 사이에 위치시켜 느슨하게 유지시킨다. 과산화물 증기를 살균실내로 도입하기에 앞서, 가열된 알루미늄 열판(134)을 과산화물 디스크(132)로부터 분리시킨 다음, 이를 알루미늄판(136)에 부착시킨다. 벨로우(138)내의 스프링(도시되지 않음)은 판(136)을 밀폐된 위치 아래로 유지시켜 준다. 살균실(131)를 탈기시키면, 벨로우(138) 또는 탈기시킨다. 판(136)을 O-환(148)에 반대편에 놓아둠으로써 과산화물 방출 살균실(152)를 통로(158)로부터 격리시킨다. 장치를 그 자리에 유지시키고 볼트(144, 146, 154 및 156)로 살균실(131)에 부착시킨다.

도 7b를 참조로 하면, 판(134)을 과산화물 디스크(132)와 접촉되게 하기 위해서 벨로우(138)를 배기시킨다. 압력이 상승되면, 벨로우(138)를 위로 이동시킴으로써, 가열된 알루미늄 열판(134)이 과산화물 디스크(132)에 대항하여 추진될 수 있다. 바람직한 양태에서는, 알루미늄 열판(134)을 175℃로 예비가열하지만, 다른 온도를 사용할 수 있다. 이어서, 과산화물 증기를 CSP층을 통해 분말로부터 방출시키고, 천공된 알루미늄 판(130)에서 천공(160)내로 통과시킨 다음 과산화물 방출 살균실(152)내로 도입한다. 가열된 알루미늄 열판(134)의 상부로의 이동은 또한 과산화물 방출 살균실(152)을 개방시켜 과산화물 증기가 통로(158)내로 들어가게 하는데, 여기서 상기 통로는 살균실과 유체 교환된다.

과산화물 방출량과 살균 효능을 측정하기 위해 다음 두 실시예에서 사용된 무기 과산화물 복합체는 칼륨 피로포스페이트(K₂P₂O₇· 3H₂O₂ : PP), 칼륨 옥살레이트(K₂C₂O₄· 1H₂O₂ : PO) 및 탄산나트륨(Na₂CO₃· 1.5H₂O₂ : SC)이다.

실시예 17

SC, PO 및 PP로부터의 과산화물의 방출

SC, PO 및 PP로부터 H₂O₂가 방출되는 이상적인 온도는 DSC로 측정되었다. 이들 복합체 각 2g으로부터 방출된 H₂O₂의 실제량은 75ℓ 살균실 및 도 7a 및 도 7b의 장치를 사용하여 각종 온도에서 측정하였다. 175℃에서 PP로부터 방출된 H₂O₂의 양은 SC 및 PO의 경우보다 많다. SC가 175℃에서 가장 적은 양의 H₂O₂를 방출시키긴 하지만, 샘플양을 증가시키면 상당히 더 많은 방출이 관찰되었다.

[표 19]

실시예 19

SC, PO 및 PP를 사용하는 효능 실험

2 x 10⁶개의 B.서브틸리스 변종 나이거 포자를 SS 블레이드상에 접종하였다. 이렇게 접종된 3개의 블레이드를 먼저, 스펀가드(Spunguard) 도포된 10" x 21" x 3.5" 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 전방, 중앙 및 후방에 위치시켰다. 이어서, 도포된 트레이를 초기 진공압이 0.2토르인 75L 진공 살균실에 놓아두었다. SC, SO 또는 PP 무기 과산화물 분말을 열접착시켜 스펀가드의 3개 층과 폴리프로필렌 필름으로 피복된 알루미늄 호일 1개 층 사이에 5.5" 과산화물 디스크를 만들었다. 이 디스크를, 175℃로 예비가열시킨 알루미늄판과 2분간 접촉시킨 다음, 총 10분동안의 노출시간동안 8분간 추가로 확산시킴으로써 과산화물을 방출시켰다. 처리후, 3개 블레이드를 32℃에서 7일간 별도로 트립티카제 소이 브로쓰(TSB)에 놓아두고 박테리아 성장수를 기록하였다. 그 결과가 표 20에 요약되어 있다.

[표 20]

상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, SC 2g(1/3)을 제외하고는 어떠한 포자의 성장도 관찰되지 않았다. 그러나, 증기와 접촉시킨 SC의 양이 3g으로 증가하면, 어떠한 박테리아 성장도 관찰되지 않았다. 이들 실험은 무기 과산화수소 화합물을 사용한 살균 효능을 강조한다.

무기 과산화물 복합체는 유기 과산화물 복합체와 관련한 상술한 바와 같은 살균 과정내로 용이하게 도입될 수 있다. 예를 들면, 무기 복합체를 플라즈마 살균법과 연관지어 사용하거나, 과산화물을 복합체로부터 서서히 방출시키는 자가 살균 용기와 조합하여 사용할 수 있다. 유사하게, 무기 복합체를 또한, 협소한 루멘을 갖는 제품의 살균에 사용함으로써 무기 과산화물 복합체 함유 용기를 루멘에 연결시킬 수 있다. 또한, 무기 과산화물 복합체로부터 방출된 증기에 대한 압력 펄스를 사용할 수 있다. 무기 복합체를 살균에 사용하는 다른 실시예는 본 발명을 참조로 하여 당해 분야의 숙련인에게는 명백해질 것이다.

본 발명은 무기 과산화수소로부터 방출되는 과산화수소 증기를 사용하여 각종 기구를 살균함으로써 잠재적으로 위험성 있는 농축된 과산화수소 용액의 사용을 피할 수 있고, 축합을 예방하기 위해 살균될 영역의 상대습도를 미리 감소시킬 필요가 없으며, 물이 시스템에서 상당히 제거되어 물과 과산화수소간에 길고 좁은 루멘으로의 확산을 위한 경쟁이 없고, 살균 가스를 길고 좁은 루멘으로 전달하기 위해 특별한 도관을 부착시킬 필요가 없게 된다.

도 1은 본 발명의 증기 살균 장치의 도식이다.

도 2는 플라즈마를 합성하기 위해 임의로 사용되는 전극을 포함하는 본 발명의 증기 살균 장치의 도식이다.

도 3a는 과산화물 복합체를 가열시키는데 사용될 수 있는 장치의 도식이다.

도 3b는 본 발명에 따라 살균용 과산화물의 공급원을 유지하기 위한 바람직한 용기의 도식이다.

도 4는 진공 상태에서, 불안정한 비수성 과산화수소 복합체로부터 과산화수소 증기의 방출을 묘사하는 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따라 무기 과산화물 복합체의 분해 성질 또는 과산화수소 방출을 결정하는데 사용되는 미분 스캐닝 칼로리미터(DSC)의 압력 통제 시스템의 도식이다.

도 6은 칼륨 옥살레이트 과산화물 복합체로부터 과산화수소 방출에 대한 압력의 효과를 보여주는 그래프이다.

도 7a는 과산화물 증기의 주입전에 본 발명에 따라 과산화물 증기를 살균실로 주입하기 위한 주름통의 도식이다.

도 7b는 주입동안에 과산화물 복합체와 접촉하는 가열된 플레이트를 보여주는 도 7a의 주름통의 도식이다.

Claims

50토르(torr) 미만의 압력에서 살균시키고자 하는 제품을 유지시키기 위한 용기; 및

86℃ 보다 큰 온도에서 무기 과산화수소 복합체를 포함하고 과산화수소 증기가 제품과 접촉하여 살균이 수행될 수 있도록 배열되어 있는, 상기 용기와 유체 교환될 수 있는 과산화수소 증기 공급원을 포함하는, 과산화수소를 이용한 제품 살균용 장치.
제1항에 있어서, 상기 공급원이 용기내에 위치하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 복합체가 위치한 용기의 외부에 배치된 폐쇄용기, 및 상기 용기와 폐쇄용기간에 유체 교환을 제공하는 유입구를 추가로 포함하는데, 상기 복합체로부터 방출된 증기가 유입구를 따라 이동하여 상기 용기내로 들어가서 살균을 수행하는 장치.
제1항에 있어서, 무기 과산화수소 복합체가 탄산나트륨, 칼륨 피로포스페이트 또는 칼륨 옥살레이트의 복합체인 장치.
살균시키고자 하는 제품을 용기 내에 놓아두는 단계; 및 무기 과산화수소 복합체를 5℃/min 이상의 속도로 가열시킴으로써 상기 복합체로부터 방출된 과산화수소 증기를 상기 제품과 접촉시켜 제품을 살균시키는 단계를 포함하는, 과산화수소 증기를 이용한 제품의 살균방법.
제14항에 있어서, 복합체를 가열시켜 이러한 복합체로부터 상기 증기의 방출을 촉진시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제6항에 있어서, 가열 단계가 복합체를 예비 가열된 가열기와 접촉시킴을 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 증기를 용기내로 도입하기 전에 용기를 50토르 미만의 압력하에서 탈기시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제5항에 있어서, 증기를 용기내로 도입한 후에 제품주변에 플라즈마를 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
살균시키고자 하는 제품을 무기 과산화수소 복합체를 함유하는 폐쇄용기내에 놓아두는 단계;

이러한 폐쇄용기를 밀봉시키는 단계; 및

상기 복합체로부터 과산화수소 증기를 방출시켜 제품을 살균시키기에 충분한 시간동안 70℃ 이하의 온도에서 상기 폐쇄용기를 정치시켜 두는 단계를 포함하는, 과산화수소를 이용한 제품의 살균방법.
제10항에 있어서, 폐쇄용기를 대기압 미만의 압력하에 정치시켜 두는 방법.
제10항에 있어서, 폐쇄용기를 23℃ 보다 큰 온도로 가열하여 증기 방출을 촉진시키는 방법.
제10항에 있어서, 폐쇄용기가 포우치, 용기, 살균실 및 룸(room)으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 방법.
과산화수소 증기를 방출시킬 수 있는 무기 과산화수소 복합체와 살균 생성물을 함유하는 밀봉된 폐쇄 용기.
살균시키고자 하는 제품을 용기 내에 놓아두는 단계; 및

하이드로할산을 방출하도록 분해되지 않은 무기 과산화수소 복합체로부터 방출된 증기를 상기 제품과 접촉시켜 이를 살균시키는 단계를 포함하는, 과산화수소 증기를 이용한 제품의 살균 방법.
무기 과산화물 복합체를 함유하는 도관(vessel)을 제품의 루멘에 연결시키는 단계;

상기 제품을 용기내에 놓아둠으로써 도관이 루멘에 연결되도록 유지시키는 단계;

용기내의 압력을 강하시키는 단계; 및

무기 과산화물 복합체로부터 방출된 과산화수소 증기를 70℃ 미만에서 제품의 루멘과 접촉시키는 단계를 포함하는, 과산화수소를 이용한, 외벽과 협소한 루멘을 내부에 갖는 제품의 살균 방법.