RU2207152C2

RU2207152C2 - Method for sterilizing articles

Info

Publication number: RU2207152C2
Application number: RU2001116623/13A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Аполлонов; В.А. Виноградов; В.М. Елинсон; Л.В. Карташева; В.В. Слепцов; А.Л. Чапкевич
Original assignee: Елинсон Вера Матвеевна
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves placing articles into chamber and blowing them with a mixture of air and molecular and atomic oxygen in exited state. The latter is produced from ozone produced under spark discharge by applying ultraviolet radiation. Spark discharge impulse is produced directly in closed sterilization chamber space. Continuous ultraviolet radiation is additionally directed spark discharge unit. The discharger is switched off 2 min before finishing treatment. Electric current impulse of the spark discharge has front equal to 0.1-0.2 of its total duration. EFFECT: enhanced effectiveness and high performance of article treatment. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технике и технологии стерилизации материалов и предметов с использованием плазмы, то есть ионизированного газа, и ультрафиолетового излучения. The invention relates to techniques and technology for sterilization of materials and objects using plasma, that is, ionized gas, and ultraviolet radiation.

Уровень техники данной области характеризует реактор дистанционного воздействия RER MOD V (US), который представляет собой сообщающиеся между собой посредством замкнутой системы циркуляции транспортирующего воздуха камеру стерилизации, где помещают обрабатываемые объекты, и высокочастотный (f= 1,6-4,0 кГц) плазменный генератор (см. TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, vol. 28, N0.1 February 2000, "An Overview of Research Using the One Atmosphere Uniform Glow Discharge Plasma of Sleri1izalion of Surfaces and Materials" Thomas C. Montie, Kimberly Ketly - Wintenbers, and J.Reese Rohh, IEEE). The prior art in this area is characterized by the RER MOD V (US) remote-action reactor, which is a sterilization chamber communicating with each other through a closed circulation system of transporting air, where the processed objects are placed, and a high-frequency (f = 1.6-4.0 kHz) plasma generator (see TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, vol. 28, N0.1 February 2000, "An Overview of Research Using the One Atmosphere Uniform Glow Discharge Plasma of Sleri1izalion of Surfaces and Materials" Thomas C. Montie, Kimberly Ketly - Wintenbers, and J. Reese Rohh, IEEE).

В воздухе, который проходит но лабиринтным панелям генератора плазмы, в результате ионизации образуется озон, который транспортируется воздушным потоком в дистанцированную камеру стерилизации, где озоно-воздушной смесью проводят обеззараживание обрабатываемого объекта. In the air that passes through the labyrinth panels of the plasma generator, ozone is formed as a result of ionization, which is transported by air flow to a remote sterilization chamber, where the ozone-air mixture disinfects the treated object.

Недостатками этого способа являются большие материальные и энергетические затраты при низкой производительности, что ограничивает практическое использование в хозяйственном обороте. The disadvantages of this method are the large material and energy costs at low productivity, which limits the practical use in economic turnover.

Указанные недостатки устранены в способе стерилизации объектов, помещенных в камере, по изобретению RU 2040935, A 61 L 2/14, 1995 г., который по технической сущности и большинству совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога, содержащем их обдув смесью воздуха с атомарным и молекулярным кислородом в возбужденном состоянии, получаемым посредством ультрафиолетового облучения из образующегося при импульсном искровом разряде озона. These disadvantages are eliminated in the method of sterilizing objects placed in the chamber according to the invention RU 2040935, A 61 L 2/14, 1995, which, according to the technical nature and most of the matching features, is selected as the closest analogue containing them by blowing with a mixture of air and atomic and molecular oxygen in an excited state, obtained by ultraviolet irradiation from ozone generated by a pulsed spark discharge.

В нагнетаемом в озонатор атмосферном воздухе, который проходит через факельный электрический разряд напряжением 220 В с промышленной частотой 50 Гц, образуется озон. Далее озоно-воздушную смесь подают в камеру стерилизации, к помещенному объекту обработки, где на озон воздействуют квантами ультрафиолетового света для его разложения на атомарный и молекулярный кислород. In the atmospheric air injected into the ozonizer, which passes through a 220 V flare electric discharge with an industrial frequency of 50 Hz, ozone is formed. Next, the ozone-air mixture is fed into the sterilization chamber, to the placed processing object, where the ozone is affected by ultraviolet light quanta to decompose it into atomic and molecular oxygen.

Полученные при распаде озона и имеющиеся в воздухе молекулы кислорода не только переходят в возбужденное состояние, но и диссоциируют на атомы, которые затем также переходят в возбужденное состояние. The oxygen molecules obtained during the decomposition of ozone and in the air not only go into an excited state, but also dissociate into atoms, which then also go into an excited state.

Возбужденные атомарный и молекулярный кислород являются очень активными окислителями и быстро уничтожают вредную микрофлору на поверхности обрабатываемого объекта (на два порядка быстрее озона). Excited atomic and molecular oxygen are very active oxidizing agents and quickly destroy harmful microflora on the surface of the treated object (two orders of magnitude faster than ozone).

При воздействии квантами ультрафиолетового света за несколько секунд практически весь озон диссоциирует на атомарный и молекулярный кислород в возбужденном состоянии, которые существует в течение долей секунды, поэтому их получают в непосредственной близости от поверхности обрабатываемого объекта. When quanta are exposed to ultraviolet light in a few seconds, almost all ozone dissociates into atomic and molecular oxygen in an excited state that exists for fractions of a second, so they are obtained in the immediate vicinity of the surface of the treated object.

Характерной особенностью способа является то, что обдув объекта производят непрерывно, а облучение периодически: в течение 2-5 с через 2-5 с. Это необходимо для того, чтобы в начале создать вокруг объекта смесь озона с воздухом, а затем ультрафиолетовым облучением практически мгновенно получить возбужденный атомарный и молекулярный кислород. A characteristic feature of the method is that the object is blown continuously, and irradiation periodically: for 2-5 s after 2-5 s. This is necessary in order to first create a mixture of ozone with air around the object, and then ultraviolet radiation almost instantly produce excited atomic and molecular oxygen.

Далее использованную озоно-воздушную смесь заменяют на новую без воздействия ультрафиолетового облучения и вновь затем порцией ультрафиолетового облучения получают из озона вокруг объекта атомарный и молекулярный кислород для уничтожения жизнедеятельности микроорганизмов, бактерий, спор и т.п. на его поверхности. Then, the used ozone-air mixture is replaced with a new one without exposure to ultraviolet radiation, and then, with a portion of ultraviolet radiation, atomic and molecular oxygen are obtained from the ozone around the object to destroy the vital activity of microorganisms, bacteria, spores, etc. on its surface.

К недостаткам известного способа можно отнести следующие. The disadvantages of this method include the following.

Низкая концентрация активных частиц, которые генерируются в отдельном устройстве, отстоящем на дистанции от камеры стерилизации, в транспортируемой к обрабатываемому объекту озоно-воздушной смеси, предопределяет дискретность рабочего процесса, что снижает производительность и эффективность стерилизации. The low concentration of active particles that are generated in a separate device, located at a distance from the sterilization chamber, in the ozone-air mixture transported to the treated object, determines the discreteness of the working process, which reduces the productivity and efficiency of sterilization.

Выброс в рабочее помещение возбужденных частиц атомарного и молекулярного кислорода из открытой камеры стерилизации создает предпосылки для накопления рекомбинированного из них озона в количестве, превышающем предельно допустимые нормы (0,1 мг/куб.м), что ограничивает промышленное использование способа. The emission of excited particles of atomic and molecular oxygen from an open sterilization chamber into the working room creates the prerequisites for the accumulation of ozone recombined from them in an amount exceeding the maximum permissible norms (0.1 mg / cubic meter), which limits the industrial use of the method.

Вынужденное дискретное облучение озоно-воздушной смеси ультрафиолетовым светом сопровождается сложным аппаратурным обеспечением синхронизации с искровыми разрядами для полного разрушения озона в непосредственной близости от обрабатываемой поверхности. Forced discrete irradiation of the ozone-air mixture with ultraviolet light is accompanied by sophisticated hardware synchronization with spark discharges for complete destruction of ozone in the immediate vicinity of the treated surface.

Технической задачей, положенной в основу настоящего изобретения, является разработка способа стерилизации объектов для промышленного использования, высокопроизводительного, эффективного и безопасного. The technical problem underlying the present invention is to develop a method of sterilizing objects for industrial use, high-performance, efficient and safe.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе стерилизации объектов, предусматривающем помещение их в камеру, обдув смесью воздуха с атомарным и молекулярным кислородом в возбужденном состоянии, полученным посредством ультрафиолетового облучения озона, образующегося при импульсном искровом разряде, согласно изобретению импульсный искровой разряд получают непосредственно в замкнутом объеме камеры стерилизации, а ультрафиолетовое облучение осуществляют непрерывно и направляют его на разрядник, при этом последний за 2 минуты до окончания обработки отключают, причем импульс тока искрового разряда формируют с фронтом 0,1-0,2 от общей его длительности. The required technical result is achieved by the fact that in the known method of sterilizing objects, providing for placing them in a chamber, by blowing with a mixture of air with atomic and molecular oxygen in an excited state, obtained by ultraviolet irradiation of ozone generated by a pulsed spark discharge, according to the invention, a pulsed spark discharge is obtained directly in the closed volume of the sterilization chamber, and ultraviolet irradiation is carried out continuously and direct it to the arrester, while Latter 2 minutes before the end of treatment turned off, the spark-discharge current pulse is formed with the front 0.1-0.2 of its total duration.

Получение искровых импульсных разрядов, генерирующих озон, непосредственно в замкнутом объеме камеры стерилизации повышает концентрацию активных частиц в рабочей газовой смеси, которые образуются непрерывно непосредственно у обрабатываемой поверхности, что повышает производительность и эффективность стерилизации. Obtaining spark pulsed discharges generating ozone directly in the closed volume of the sterilization chamber increases the concentration of active particles in the working gas mixture, which are formed continuously directly on the treated surface, which increases the productivity and efficiency of sterilization.

При этом на объект воздействует электромагнитное поле, создающее вблизи поверхности обрабатываемого объекта высокую напряженность (около 10 кВ/кв. см), что обеспечивает дополнительный бактерицидный эффект. In this case, the object is affected by an electromagnetic field that creates high tension near the surface of the processed object (about 10 kV / sq. Cm), which provides an additional bactericidal effect.

Обработка в замкнутом объеме камеры и отключение разрядника за 2 минуты до окончания обработки, исходя из того, что время жизни самых активных частиц разряда составляет 110 с, обеспечивает полную экологическую безопасность при выводе отработавшей газовой смеси в атмосферу. Processing in a closed chamber and disabling the spark gap 2 minutes before the end of processing, based on the fact that the lifetime of the most active particles of the discharge is 110 s, ensures complete environmental safety when the exhaust gas mixture is discharged into the atmosphere.

Непрерывное ультрафиолетовое облучение принудительно циркулирующей в замкнутой камере стерилизации озоно-воздушной смеси повышенного объема интенсифицирует полное радиационное разрушение молекул озона непосредственно у объекта обработки, а при отключении разрядника завершает бактерицидную обработку его поверхности. Continuous ultraviolet irradiation of an increased volume of ozone-air mixture forced to circulate in a closed sterilization chamber intensifies the complete radiation destruction of ozone molecules directly at the treatment object, and when the arrester is switched off, it completes the bactericidal treatment of its surface.

Будучи частично направленным на искровой разрядник, ультрафиолетовое облучение ионизирует воздух в межэлектродном пространстве, чем стабилизирует условия зажигания искрового импульсного разряда и уменьшает величину пробивного напряжения, в совокупности с формированием крутого фронта импульса разряда (0,1-0,2 от общей его длительности), обеспечившим снижение энергозатрат. Being partially aimed at the spark gap, ultraviolet radiation ionizes the air in the interelectrode space, thereby stabilizing the conditions for ignition of the spark pulse discharge and reducing the breakdown voltage, in conjunction with the formation of a steep front of the discharge pulse (0.1-0.2 of its total duration), providing a reduction in energy consumption.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть получен эффект суммы, а не сумма эффектов. Therefore, each essential feature is necessary, and their combination in a stable relationship is sufficient to achieve the novelty of quality that is not inherent in the characteristics of disunity, that is, the effect of the sum is obtained, not the sum of the effects.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом, где схематично изображена установка для стерилизации. The essence of the proposed method is illustrated in the drawing, which schematically shows the installation for sterilization.

Устройство представляет собой герметично закрываемую рабочую камеру 1, в которой последовательно смонтированы вентилятор 2, электроды 3, электрически связанные с импульсным источником 4 высокого напряжения (U=30 кВ, f=20 Гц), и кварцевые лампы 5 в качестве источника квантов света с пиковой мощностью на длине волны λ=240-280 нм (ультрафиолетового диапазона). Между лампами 5, в непосредственной близости от электродов 3, установлены поворотные полки 6 под обрабатываемые объекты. Лампы 5 частично направлены на электроды 3. The device is a hermetically sealed working chamber 1, in which a fan 2, electrodes 3, electrically connected to a high-voltage pulse source 4 (U = 30 kV, f = 20 Hz), and quartz lamps 5 are used as a source of light quanta with a peak power at a wavelength of λ = 240-280 nm (ultraviolet range). Between the lamps 5, in the immediate vicinity of the electrodes 3, mounted rotary shelves 6 for the processed objects. Lamps 5 are partially directed to the electrodes 3.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.

В рабочей камере 1 на полках 6 размещают стерилизуемые объекты, после чего камеру 1 герметично закрывают и включают вентилятор 2, кварцевые лампы 5 и источник 4 высокого напряжения, который на электроды 3 подает высоковольтное импульсное напряжение с амплитудой 30 кВ и частотой следования импульсов 20 Гц. Sterilized objects are placed in the working chamber 1 on the shelves 6, after which the chamber 1 is hermetically sealed and includes a fan 2, quartz lamps 5 and a high voltage source 4, which supplies a high voltage pulse voltage with an amplitude of 30 kV and a pulse repetition rate of 20 Hz to the electrodes 3.

При этом формируют импульсы с крутым фронтом: высоковольтная часть (0,1-0,2 от длительности импульса) для поджига разряда и далее низковольтная часть, развивающая разряд. Импульсы такого вида позволяют получать высокую удельную концентрацию активных частиц в объеме камеры 1 стерилизации. In this case, pulses with a steep front are formed: a high-voltage part (0.1-0.2 of the pulse duration) for ignition of the discharge and then a low-voltage part that develops a discharge. Pulses of this type allow to obtain a high specific concentration of active particles in the volume of the chamber 1 sterilization.

После заданного времени обработки источник 4 отключают, снимая напряжение на электродах 3, и выдерживают объекты в камере 1 под ультрафиолетовым облучением ламп 5 при циркуляции рабочей газовой смеси в течение 2 минут до полного разложения озона и химической рекомбинации активных частиц. After a predetermined processing time, the source 4 is turned off, removing the voltage at the electrodes 3, and the objects in the chamber 1 are kept under ultraviolet irradiation of the lamps 5 when the working gas mixture is circulated for 2 minutes until the ozone is completely decomposed and the active particles are chemically recombined.

Затем камеру 1 открывают и извлекают обработанные объекты. Then the camera 1 is opened and the processed objects are removed.

Пример 1. В камеру 1 помещали силиконовые трубки, инфицированные жизнеспособными спорами Escherichia coli, Staphilococcus aureus, Pseudomas aeryginose, Стерилизацию этих объектов осуществляли в течение 15 мин. Качество стерилизации определяли концентрацией жизнеспособных спор путем экстракции в ростовую среду. Высев из полученного объема суспензии показал практически полную их инактивацию. Example 1. Silicone tubes infected with viable spores of Escherichia coli, Staphilococcus aureus, Pseudomas aeryginose were placed in chamber 1. These objects were sterilized for 15 minutes. The quality of sterilization was determined by the concentration of viable spores by extraction into the growth medium. Sowing from the obtained volume of the suspension showed almost complete inactivation.

Пример 2. В камеру 1 помещали два биологических индикатора, один содержал споры Bacillus licheniformis, другой - Bacillus stearothermophilus. Проводили стерилизацию в разных режимах (см. таблицу), изменяя частоту следования импульсов искрового разряда - f, межэлектродные промежутки (катод-анод) - r, мощность ультрафиолетового облучения - УФ и общее время стерилизации - t. Example 2. Two biological indicators were placed in chamber 1, one containing Bacillus licheniformis spores, the other Bacillus stearothermophilus. Sterilization was carried out in different modes (see table), changing the pulse repetition rate of the spark discharge - f, the interelectrode gaps (cathode-anode) - r, the ultraviolet radiation power - UV and the total sterilization time - t.

Для стерилизации использовали отдельные носители с биологическими индикаторами (флакон со спорами Bacillus licheniformis и пробирка Эппендорфа со спорами Bacillus stearothermophilus). Separate carriers with biological indicators were used for sterilization (vial with Bacillus licheniformis spores and Eppendorf tube with Bacillus stearothermophilus spores).

После стерилизации каждый носитель закрывали пробкой и доставляли для последующей инкубации. В бактериологической лаборатории с помощью стерильного шприца вносили по 1 мл цветной питательной среды во флакон и по 0,5 мл в пробирку Эппендорфа в каждый носитель, начиная с подвергнутых стерилизации и заканчивая контрольными. After sterilization, each carrier was closed with a stopper and delivered for subsequent incubation. In a bacteriological laboratory, using a sterile syringe, 1 ml of colored nutrient medium was introduced into a vial and 0.5 ml into an Eppendorf tube in each carrier, starting from sterilized and ending with control ones.

В качестве контроля использовали биологический индикатор, не подвергавшийся стерилизации. Для контроля питательной среды использовали стерильный флакон и стерильную пробирку Эппендорфа. As a control, a biological indicator that was not sterilized was used. A sterile vial and a sterile Eppendorf tube were used to control the culture medium.

Далее осуществляли инкубацию в термостате при 37 градусах С для спор Bacillus licheniformis и при 55 градусах С для спор Bacillus stearothermophilus в течение 48 часов. Next, incubation was carried out in a thermostat at 37 degrees C for Bacillus licheniformis spores and at 55 degrees C for Bacillus stearothermophilus spores for 48 hours.

После термостатирования учитывали результат стерилизации, принимая во внимание, что учет результатов возможен лишь при условии изменения цвета питательной среды в индикаторе биологическом, не подвергавшемся стерилизации, на желтый, а в стерильном носителе останется без изменения - зеленым (Васillus licheniformis) или сиреневый (Bacillus stearothermophilus). After temperature control, the sterilization result was taken into account, taking into account that the results can only be taken into account if the color of the nutrient medium in the biological indicator that has not been sterilized changes to yellow, and in the sterile carrier it remains unchanged - green (Vasillus licheniformis) or lilac (Bacillus stearothermophilus )

Основанием для оценки эффективности стерилизации служило изменение цвета питательной среды. Удовлетворительным результатом считалось неизменение цвета питательной среды (зеленого или сиреневого). The basis for evaluating the effectiveness of sterilization was the color change of the culture medium. A satisfactory result was the unchanged color of the nutrient medium (green or lilac).

В результате стерилизации по предложенному способу цвет питательной среды не изменился, что подтверждает эффективность стерилизации. As a result of sterilization according to the proposed method, the color of the nutrient medium has not changed, which confirms the effectiveness of sterilization.

Нестабильность результата стерилизации при испытаниях обеих культур на приведенных в таблице режимах зафиксирована в одном случае при длительности обработки 5 минут второй культуры. The instability of the sterilization result when testing both cultures in the modes shown in the table is fixed in one case with a processing time of 5 minutes of the second culture.

Испытания подтвердили состоятельность предложенного способа по практическому использованию в медицине для стерилизации инструмента, материалов, для обеззараживания механизмов, приборов после контакта с вредными веществами, стерилизации посуды, упаковки, емкостей в пищевой промышленности, материалов высокой технологии, в сельском хозяйстве для обеззараживания при хранении продуктов питания и т.п. Tests have confirmed the viability of the proposed method for practical use in medicine for sterilizing tools, materials, for disinfecting mechanisms, devices after contact with harmful substances, sterilizing dishes, packaging, containers in the food industry, high-tech materials, in agriculture for disinfection during food storage etc.

Сопоставительный анализ предложенного способа с выявленными аналогами уровня техники показал, что он неизвестен и явным образом не следует для специалистов отрасли, способ стерилизации может быть промышленно реализован в простой и надежной установке, то есть можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности. A comparative analysis of the proposed method with identified analogues of the prior art showed that it is unknown and should not be explicitly followed by industry experts, the sterilization method can be industrially implemented in a simple and reliable installation, that is, we can conclude that the patentability criteria are met.

Claims

1. A method of sterilizing objects, providing for placing them in a chamber, having blown a mixture of air with atomic and molecular oxygen in an excited state, obtained by ultraviolet irradiation of ozone generated by a pulsed spark discharge, characterized in that the pulsed spark discharge is obtained directly in the closed volume of the sterilization chamber and ultraviolet irradiation is carried out continuously and direct it to the spark gap, while the latter is turned off 2 minutes before the end of processing.

2. The method of sterilizing objects according to claim 1, characterized in that the spark current pulse is formed with a front of 0.1-0.2 of its total duration.