RU2344834C2 - Устройство и способ стерилизации плазмой постразряда - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к стерилизации предметов, в частности медицинских или хирургических инструментов. Устройство для стерилизации предметов потоком постразрядного газа содержит средства для получения плазмы путем воздействия на газовый поток, состоящий исключительно из азота, электрического поля, и средства нагрева вышеупомянутых предметов, способные подогревать последние в ходе обработки, до температуры не менее 60°С. Настоящее изобретение относится также к способу использования упомянутого устройства. Изобретение позволяет сохранять целостность стерилизуемых аппаратов и инструментов, включающих вещества, чувствительные к окислению и к воздействию ультрафиолетовых лучей, при сохранении высокой эффективности обеззараживания. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для стерилизации, в частности предназначенному для стерилизации медицинских или хирургических инструментов и аппаратов. Оно относится также к способу использования такого устройства.

В медицине стерилизация обычно производится с помощью автоклава, в котором стерилизуемые инструменты подвергаются воздействию определенной высокой температуры, порядка 120°C, в течение определенных периодов времени и с цикличностью, установленной законодательством. Следует отметить, что автоклавы применимы только для санации объектов небольшого размера, что исключает их использование для стерилизации, например, трубопроводов таких аппаратов как диализаторы или зубоврачебные центры. К тому же применение температур, превышающих 100°C, к современным хирургическим инструментам и аксессуарам создает многочисленные сложности и препятствует возможности подвергать стерилизации предметы или непрочные комплектующие принадлежности, включающие в себя, например, части из синтетических полимерных материалов, которые обычно особенно термочувствительны.

Поэтому, в последние годы, возрос интерес к способам, позволяющим осуществлять стерилизацию при низкой температуре.

К числу этих способов относятся способы, в которых используется газовая плазма. Напомним, что в этих методах использовали газ, не имеющий собственных бактерицидных свойств, который подвергали воздействию электрического поля высокой интенсивности, достаточной, чтобы провоцировать ионизацию и диссоциацию молекул газа и получать плазму, состоящую из ионов и электронов. Было установлено, что плазма обладала повышенными бактерицидными свойствами, которые могли быть использованы для обеспечения стерилизации медицинских и хирургических инструментов. Для этой цели полученная указанным способом плазма вводилась в камеру обработки, где она входила в контакт с инструментами, подлежащими стерилизации.

Известно между тем, что если плазма обладает высокими стерилизующими свойствами, то она к сожалению обладает также и разрушительным воздействием на некоторые вещества, такие как, например, синтетические пластмассы, что исключает ее использование для стерилизации многочисленных медицинских или хирургических инструментов.

Известно также, что произведенный вниз по ходу плазмы газ, называемый далее "газом постразряда", обладает стерилизующими свойствами. Этот газ, который генерирован в конце плазмы, не подвергается больше воздействию электрического поля, так что электроны и ионы, которые составляют плазму, исчезают при рекомбинации с газом и после диффузии на стенках трубы.

Так в патенте WO 00/72889 предложен способ стерилизации, в котором в качестве плазмообразующего газа используется смесь кислорода и азота. При использовании этой методики было установлено, что присутствие атомарного кислорода в постразрядном газе приводит к окислению полимеров, используемых в хирургической области, в частности речь идет о частях инструментов таких, как ультразвуковые аппараты, ручной стоматологический инструмент, эндоскопы, соединения двигателей или других различных аппаратов.

Кроме того, в процессе образования газовой плазмы взаимодействие атомарного кислорода и атомарного азота приводит к возникновению ультрафиолетового излучения, бактерицидное действие которого добавляется к воздействию самого постразрядного газа. Эта присущая ультрафиолетовым лучам функция стерилизации хотя и интересна тем, что повышает стерилизующие возможности устройства, одновременно представляет серьезное неудобство, связанное с тем, что воздействие ультрафиолетовых лучей добавляется к и без того агрессивному характеру обработки.

Настоящее изобретение имеет задачей снизить вышеупомянутые неудобства и разработать устройство для стерилизации при низкой температуре с использованием плазмы, позволяющей избегать любого выделения кислорода и ультрафиолетовых лучей в ходе обработки, что позволяет сохранять целостность стерилизуемых аппаратов и аксессуаров, включающих в себя вещества, чувствительные к окислению и к воздействию ультрафиолетовых лучей, не снижая при этом эффективности устройства.

Объектом настоящего изобретения является также устройство для стерилизации предметов, в частности медицинских или хирургических инструментов, позволяющее создавать из газового потока, подвергнутого воздействию электрического поля, газовую плазму, образующую поток постразрядного газа, который вводится в контакт с поверхностью обрабатываемых предметов, отличающееся тем, что:

- газовый поток состоит исключительно из азота,

- указанное устройство включает в себя средства нагрева вышеупомянутых предметов, способные подогревать их в ходе обработки, до температуры не менее 60°C.

Предпочтительно, поток постразрядного газа, полученный из газовой плазмы, вводится в камеру стерилизации, в которой расположены вышеупомянутые предметы. Стенки камеры стерилизации могут состоять из материала, обладающего слабой способностью к рекомбинации атомов азота, такого как, например, стекло и/или керамика, и/или полимер. Стерилизуемые предметы могут быть расположены на металлическом держателе, природа которого такова, чтобы под воздействием рекомбинации атомов азота этот держатель разогревался и обеспечивал подогрев удерживаемых им предметов. Подобный держатель, который, в частности, может быть выполненным из латуни, может также снабжаться собственными средствами подогрева.

Электрическое поле создается преимущественно микроволновым генератором, но оно могло бы производиться также разрядами постоянного или переменного тока или радиочастотами.

Как один из способов осуществления изобретения камера стерилизации может состоять из автоклава, и этот автоклав может представлять собой средства подогрева стерилизуемых инструментов.

Кроме того, средства генерирования плазмы могут быть расположены в дверце автоклава.

В одном из вариантов использования изобретения нагрев предметов, находящихся в камере стерилизации, будет обеспечиваться, по крайней мере, частично ее стенками, которые для этой цели будут сделаны из материала, способного разогреваться при рекомбинации атомов азота. Подогрев предметов может также быть обеспечен добавочными, в частности электрическими, средствами нагрева, которыми снабжаются стенки камеры стерилизации.

Настоящее изобретение особенно актуально благодаря тому, что оно позволяет обеспечивать стерилизацию трубопроводов и внутренних полостей различных и даже крупногабаритных аппаратов, таких как, например, стоматологические центры, аппараты диализа и т.д. Для этой цели поток постразрядного газа вводится через одно из отверстий этого аппарата, пропускается сквозь трубы и внутренние полости последнего и извлекается, например, при откачке через какое-либо другое из его отверстий.

Для некоторых аппаратов меньшего размера, которые могут поместиться в камере стерилизации, есть возможность вводить поток постразрядного газа одновременно в камеру обработки и в аппарат через отверстие последнего и извлекать его, например откачкой, одновременно из камеры обработки и из аппарата через другое его отверстие.

Объектом настоящего изобретения является также способ стерилизации предметов, в частности медицинских или хирургических инструментов, в котором из газового потока, подвергнутого воздействию электрического поля, создается плазма, а образующийся при этом поток постразрядного газа вводится в контакт с поверхностью обрабатываемых предметов, отличающийся тем, что:

- в качестве газового потока используют исключительно азот,

- нагрев обрабатываемых предметов осуществляют до температуры не менее 60°C.

Согласно изобретению в процессе обработки можно повышать температуру инструментов как путем нагревания держателя обрабатываемых предметов или нагревания камеры стерилизации, так и рекомбинацией атомов постразрядного газа на поверхностях держателя и/или камеры стерилизации.

Известно, что атомы азота, образовавшиеся после электрического разряда из чистого азота, реагируют между собой путем атомной рекомбинации на поверхности обрабатываемых предметов, и что эти реакции являются экзотермическими. Было установлено в результате эксперимента, что при давлении 665 Па, мощности генератора микроволн 100 Вт и расходе 1 л/мин температура поверхности материалов достигала 80°C для латуни, 55°C для стали, 60°C для алюминия, 55°C для титана, 40°C для керамики и 37°C для стекла.

Было установлено, что для случая бактерии Escherichia Coli была необходима температура 60°C, чтобы вызвать уменьшение популяции бактерий в 10⁶ за 40 минут экспозиции в постразряд азоте. Итак, для того чтобы обеспечить эффективную стерилизацию инструментов, какой бы ни была их природа, необходимо в процессе стерилизации нагревать их поверхность до минимальной температуры 60°C.

К тому же согласно изобретению, используя поток газа, состоящий исключительно из азота, при генерировании плазмы избегают образования ультрафиолетовых лучей, которые наносят вред целостности синтетических материалов, наиболее часто используемых в хирургических инструментах или аксессуарах.

Далее в качестве неограничительного примера описан вариант осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на приложенные чертежи, в числе которых:

Фиг. 1 изображает схематический вид устройства стерилизации согласно изобретению.

Фиг. 2 - вариант исполнения устройства стерилизации, представленного на Фиг. 1.

Фиг. 3 - схематический вид одного из вариантов осуществления устройства согласно изобретению.

Фиг. 4 - схему, показывающую убывание количества бактерий E. Coli, в зависимости от времени стерилизации и при различных значениях температуры нагрева держателя инструментов.

Фиг. 5 и 6 изображают схематические виды двух примеров использования устройства согласно изобретению для стерилизации трубопроводов и внутренних полостей эндоскопа и фиброэндоскопа.

Фиг. 7 изображает схематический вид примера стерилизации внешней поверхности, а также труб и внутренних полостей аппарата.

Фиг. 8 - схематический вид использования устройства согласно изобретению для стерилизации труб и внутренних полостей аппарата диализа.

На Фиг. 1 схематично изображено устройство стерилизации газовой плазмой согласно изобретению. Это устройство включает в себя входной трубопровод 1 подачи потока азота, пересекающего находящуюся под разряжением камеру, подвергнутую воздействию генератора электрического поля, представляющего собой генератор 3 микроволн частотой 2,45 ГГц, мощность которого регулируется средствами управления 5. Постразрядный газ, генерируемый полученной при этом (известным образом) плазмой, вводится в камеру обработки 7 по трубопроводу 9. Камера обработки 7 расположена в зоне последействия плазмы и сообщается с вакуумным насосом 11. Последний увлекает постразрядный газ в камеру обработки 7 и обеспечивает эвакуацию газов наружу по трубопроводу 13, снабженному соответствующими фильтрами 15.

Камера обработки 7 включает в себя металлический держатель предметов 17, предназначенный для размещения предметов 19, подлежащих стерилизации.

Держатель предметов 17 снабжен средствами нагрева 21, температура которых контролируется блоком управления 23. Эти средства нагрева могут, в частности, представлять собой электрическое сопротивление или, как показано на Фиг. 2, индукционный нагреватель 25.

Как показано на Фиг. 3, камера обработки может состоять из автоклава, типа обычно используемых для обеспечения стерилизации медицинских или хирургических инструментов.

На Фиг. 3 автоклав 30 состоит из камеры 35, по форме близкой к параллелепипеду, которая закрывается с одной из ее сторон вращающейся дверцей 32. Эта вращающаяся дверца имеет достаточную толщину для того, чтобы вмещать различные элементы, необходимые для генерирования плазмы. Она имеет на своей фронтальной стороне сопло 34 для выхода постразрядного газа, предназначенное для снабжения им внутреннего пространства камеры. Сопло 34 может также заканчиваться одним или несколькими инжекторами, позволяющими, в частности, гомогенизировать поток постразрядного газа.

Согласно представленному на Фиг. 3 способу осуществления изобретения камера 35 на своей стенке, противоположной дверце 32, снабжена "рефлектором" 36 и вентилятором 38, который способствует гомогенизации постразрядного газа в камере 35. Такое расположение интересно тем, что оно позволяет пользователю располагать автоклавом с несколькими функциями, а именно: классической функцией автоклава и функцией стерилизации послеразрядным газом и при низкой температуре. Так, в зависимости от объектов, которые требуется стерилизовать, пользователь будет иметь возможность применить оптимальный способ стерилизации.

В этом варианте использования изобретения автоклав может быть применен для нагрева до искомой температуры объектов, подлежащих стерилизации.

Как было показано выше, возможно получить постразрядный газ, обладающий бактерицидными свойствами, исходя из газового потока с подпиткой, состоящей исключительно из азота, не прибегая к использованию атомарного кислорода, известному из предшествующего уровня техники.

Установлено, что постразрядный газ, полученный на основе газового потока, состоящего исключительно из азота, обладает бактерицидным действием, отмеченным на бактериях.

Показано также, что величина полученного бактерицидного действия связана с природой используемого держателя стерилизуемых предметов и с температурой, до которой нагревали последний в ходе операции стерилизации.

Так, в стальной держатель инструментов, включающий в себя средства электрического подогрева, типа представленных на Фиг. 1, была помещена популяция бактерий Escherichia Coli, которую подвергли воздействию постразрядного газа, полученного исходя из потока чистого азота под давлением 6гПа.

Держатель инструментов нагревали до температур 60°C, 80°C и 120°C и измеряли популяцию бактерий, оставшуюся через соответственно пять, десять, пятнадцать и сорок минут. Соответствующие кривые Фиг. 4 представляют изменение колоний бактерий в 1 мл в функции/времени.

Из этих кривых можно, в частности, выделить следующие результаты:

Кривая N°	T°держателя инструмента(°C)	Время	Коэффициент уменьшения
1	60	15 мин	105
	60	40 мин	106
2	80	5 мин	106
3	120	5 мин	108

Таким образом, установлено, что настоящее изобретение позволяет в зависимости от величины температуры, до которой можно нагревать стерилизуемый предмет, не повреждая его, выбирать способ стерилизации, который к нему применим. Так, если рассматриваемый предмет в состоянии выдерживать температуру 120°C, то его можно подвергать особенно быстрой обработке, поскольку она будет длиться только 5 мин при нагревании держателя предметов до 120°C. При этом сокращение популяции бактерий составит 10⁸.

Для менее стойкого предмета, который не может выдерживать температур выше 80°C, держатель предметов нагреют до этой температуры, и обработка будет длиться в этом случае также 5 мин, при этом коэффициент уменьшения популяции бактерий будет равным 10⁶. Известно, что в вопросе стерилизации медицинских или хирургических инструментов время стерилизации 40 мин абсолютно приемлемо с точки зрения известных классических методов, и приведенные выше измерения показывают, что по истечении этого времени получают сокращение популяции бактерий в 10⁶ при температуре 60°C, что является исключительно высокопроизводительным.

Наконец, в случаях, когда уменьшение популяции бактерий в 10⁵ является достаточным, а время обработки желают сократить, если стерилизуемый предмет особенно непрочен, держатель предметов нагреют до температуры 60°C, и обработку проводят в течение 15 мин.

Настоящее изобретение позволяет также обеспечивать стерилизацию частей аппаратов, которые, вследствие их природы или размеров, не могут быть обработаны в стерилизаторах классического типа.

Как показано на Фиг. 5, можно также применять устройство стерилизации, представленное на Фиг. 1 для стерилизации эндоскопа 40. Для этой цели вход 42 последнего связан посредством соединителя 41 с трубопроводом 9', присоединенным к выходу генератора 3 плазмы, так чтобы постразрядный газ образовывался внутри камеры стерилизации, образованной трубопроводами и внутренними полостями эндоскопа 40. Выход 43 последнего подсоединен в свою очередь при помощи соединителя 41' к трубопроводу 9", связанному с вакуумным насосом 11. Согласно изобретению постразрядный газ, проходящий через внутренние полости эндоскопа, обеспечит стерилизацию последнего.

Отмечается, что такой способ использования особенно актуален с одной стороны тем, что касается простоты его применения на практике, и, с другой стороны тем, что он позволяет обеспечивать стерилизацию аппаратов, которые могут иметь на их внешней поверхности части, выполненные из материалов, не способных противостоять температурам, необходимым при стерилизации классического типа.

Аналогично тому, как показано на Фиг. 6, можно применять идентичное устройство стерилизации и к другим аппаратам, в частности к фиброэндоскопу 44.

Согласно изобретению возможно обеспечить также стерилизацию совокупности всего аппарата, то есть трубопроводов и внутренних полостей, также как и внешней поверхности, когда это требуется, расположив аппарат внутри камеры стерилизации 7', связанной посредством трубопровода 9' с генератором 3 плазмы, этот трубопровод также соединен со входом эндоскопа соединителем 41 и, кроме того, с помощью трубки 45 - с внутренней частью камеры стерилизации 7', в которой образуется постразрядный газ, при этом выход 43 эндоскопа 40, также как внутренний объем камеры стерилизации, соединен с вакуумным насосом 11, как это показано на Фиг. 7.

Можно также использовать устройство согласно изобретению, чтобы проводить стерилизацию трубопроводов и внутренних объемов стоматологических центров, соединяя вход трубопроводов этого центра с источником постразрядного газа, а выход - с вакуумным насосом.

Другой предпочтительный вариант применения изобретения состоит в стерилизации аппаратов диализа так, как это изображено на Фиг. 8. Аппарат диализа 50 соединен своим входом с трубопроводом подачи постразрядного газа, а его выход подсоединен к вакуумному насосу 11.

Claims (14)

1. Устройство для стерилизации предметов (19, 40, 44, 50), в частности медицинских или хирургических инструментов, позволяющее создавать из газового потока, на который воздействует электрическое поле, газовую плазму, образующую поток постразрядного газа, который вводится в контакт с поверхностью обрабатываемых предметов, отличающееся тем, что оно включает в себя средства, позволяющие получать упомянутую плазму, используя газовый поток, состоящий исключительно из азота, средства нагрева вышеупомянутых предметов, способные подогревать последние в ходе обработки до температуры не менее 60°С.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поток постразрядного газа, полученный из газовой плазмы, вводят в камеру стерилизации (7, 7'), в которой расположены вышеупомянутые предметы (19, 40).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что стенки камеры стерилизации выполнены из материала, обладающего слабой способностью к рекомбинации атомов азота.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что стенки камеры стерилизации выполнены из стекла и/или керамики, и/или из полимера.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что камера стерилизации состоит из автоклава.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средства подогрева упомянутых предметов являются нагревателями автоклава.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предметы (19) могут быть расположены на металлическом держателе (17), материал которого выбран таким, что под действием рекомбинации атомов азота, этот держатель разогревается и обеспечивает подогрев находящихся на нем предметов (19).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что держатель предметов выполнен из латуни.

9. Устройство по любому из пп.7-8, отличающееся тем, что держатель предметов снабжен средствами нагрева.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что нагрев предметов (19), находящихся в камере стерилизации (7), осуществляется, по меньшей мере частично, стенками последней, которые для этой цели выполнены из материала, способного разогреваться при рекомбинации ионов азота.

11. Устройство по п.2, отличающееся тем, что стенки камеры стерилизации (7) снабжены дополнительными средствами подогрева, в частности электрическими.

12. Устройство для стерилизации аппаратов (40, 44, 50), в частности хирургических, позволяющее создавать из газового потока, подвергнутого воздействию электрического поля, газовую плазму, образующую поток постразрядного газа, который подается в стерилизуемый аппарат посредством трубопровода, отличающееся тем, что оно включает в себя
средства, позволяющие получать плазму, используя газовый поток, состоящий исключительно из азота,
средства для нагнетания постразрядного газа в отверстие указанного аппарата, который проходит сквозь трубопроводы и внутренние полости последнего и затем удаляется через другое отверстие.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что стерилизуемый аппарат (40) располагается в камере обработки (7'), через которую также проходит постразрядный газ.

14. Способ стерилизации предметов, в частности медицинских или хирургических инструментов, согласно которому, путем воздействия электрического поля на газовый поток, создают плазму, а образующийся при этом поток постразрядного газа вводят в контакт с поверхностью обрабатываемых предметов, отличающийся тем, что в качестве газового потока используют исключительно азот, нагревают обрабатываемые предметы до температуры не менее 60°С.

Images