TW410161B - Sterilization apparatus - Google Patents

Description

-410144-- 五、發明說明（i) 技術領域 本發明係關於物體表面之消毒，特別θ 子束與物體表面相互作用之消毒。 ^於主要利用電 背景技術 在醫學、製藥及食品加工領域中，對於 嚴苛，以避免有害微生物的危害。目前所使m::常 法’大部分都需要消毒劑有系統地浸透欲^方 等方法包括加熱消毒’其中欲消毒之物體、〇〇。此 中受到加熱及加壓。熱及壓力滲透消毒中的物帛 ：, 充足時間後將可殺死有害微生物。諸如過氧化氫： 烷等氣體亦被用來消毒物體。為了完全消毒一物 ^ 必須浸透整個物n種消毒方法係使用離子放射J， 例如gamma射線、X射線、或用於消毒之能量電子。 有些目標物體，當物體暴露於離子放射時，會在目標物 體上產生某些有毒影響。例如包括在加熱消毒下會熔化哎 降解的物體、會降解或與化學消毒劑反應的產品、以及暴 露在高能量放射下會產生有害變化的材料。先前已認知 到’藉由將離子放射限制於目標物體的表面，將不會發生 有毒影響。另一方面，大部分離子放射是藉由高能量離子 束產生器所產生，例如加速器等’因此一離子放射束本身 具有穿透力。 在A. Jacob之美國專利第4, 081，427號中，教示一種醫 療裝置之乾式消毒方法，在一氣體氣氛中經過放電以產生 一活性電漿。在一具體例中，J a c 〇 b教示放置物品於輸送

89101282.ptd 第5頁 五、發明說明（2) 410161 帶上，將物品載送至操作* 電間隙中。蘚由降托門圓二乳之一大氣壓力電暈放 針狀喷嘴之間的放電，而形：興2為除極的夕個 Γ二 之氧化氣體、或者為諸如氮氣等 射—拉由胳。1為 C〇b之美國專利第5,200，1 58號’ ?不错由將一物體暴露於氣體電漿中加以 是由在低於大氣壓力之齑雜灰么山 向该電幾 祭s s ^ 氣體氣氛中的放電所產生。氫氣、 氧氣、氮氣、及惰性氣體均被教千兔 、 體。 瓶7衹敎不為形成電漿可使用的氣 相對於Jacob的高能量方法，Nabl〇的美國專利第 3,780,380號教示利用低能量電子來消毒物體，雖然 2目對較高能量的起始點。低能量電子的一項優點在於 消毒之材料之技術必要的主體特性不會被影響。Nabi〇 美國專利第4, 652, 763號專利中詳述其構想’其教示使用 一種電子束，產生可穿過目標材料之外層的能量、但不 以穿透内層的能量。 一些專利教示使用氣體電漿進行表面消毒e Fraser等人 在美國專利第3，9 4 8，6 0 1號中教示使用連續流量的氣體電 漿’以非常低的壓力供應於一置有欲消毒目標物體的室 中。由例如良氣產生之冷電漿係藉由暴露於射頻場中而被 連續地產生。 先前技術之消毒裝置所面臨到的一項問題在於立體結 構’諸如小玻璃瓶、小玻璃管及軟管等。有時此種結構所 具有的輪廓會產生離子放射束或每至擴散的死角，致使反

89101282.ptd 第6頁 五、發明說明（3) 410jCl i電!H無法到達其輪廓，因此在此等區域消毒較 差。一項解决方案係為旋轉或翻動消毒中的物體。 署本在於提供一種用於醫療儀器等的消毒裝 用離ϋ !+結構’對整個輪廓區域有完整的消毒’使 用離子放射，而不會對目標物哲；$ + 个$耵曰保物質產生有毒影響。本發明之 種消毒裝置，其可比習知技術的消毒 發明概要 個的係以種'肖毒室而達成’其特徵在於-或多 個電子束可於空氣或周圍氣體中、在大氣麼力下鄰近 欲消毒的目標物體產生低能量電子束， 100kV。低能量電子束與空氣或月n备馬低於 -些離子化，但大部分的電W能目f作U產生 情況下，…吏用多重的電；表面輪廊的 % 丁术官以洎除死角。 長條狀電子束，藉由電子束與周圍環境的相互作用，其 距離電子束：：窗口不遠處、於電子束路徑中形成一電漿 雲。不同於先削技術的金屬m f σ導致高電子束能 耗，此處所使用的電子束管之窗口 口，其可減少高能量電子東的損耗較佳為4+導體窗 -操縱器’例如機械人手臂或手套 移入帶電粒子之反應容積中。已發現環繞反應 大電子束的有效範圍。氦氣護罩是由-或多個；近

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管之窗口的喷嘴所提供。者 遇到電子而變得活躍，右氧原子由於遭 成臭氧。氦的陽離子鱼，而氧被轉換 子、#芬自r ϊ 可促成能量電子的消毒效率。電 ，及臭氧原子的相互作用區帶即 d電化？氧混合的容積區·。沒有=氣及 性電窗口的空間。當導入氦氣時，活 子及氦離子的谷積增加，藉此增加電漿雲的容積。可 子束管所射出之電子束的喷嘴，_由與 電子束管同軸的環狀喷嘴，而導入氦。 ^數個電子束管可被配置成空間性的形式以產生一復人 電！雲’其將可消除複雜表面之立體物體的任何掩蔽的： 面或死角。再者，複數個電子束管可被配置成可覆蓋廣大 =維區域的形式。例如，相較於單一電子束管的覆蓋，呈 三角形形式的諸電子束管將可覆蓋平坦表面上的廣大 或三角形形狀。 發明之悬伟掇式 *參照圖1，一電子束管u顯示具有一供電子束15穿過之 窗口 1 3。電子束1 5係由一靜電聚焦結構丨4前之陰極〗2所產 生:且進一步藉由螺旋線圈16所產生的磁場而聚焦β電子 束管11的詳細結構可見於G, Wakal opulos讓渡給本發明申 請人的美國專利第5,6 12, 588號。薄窗口的厚度僅僅數微 求或更小’因此穿過窗口時僅有很少的電子束能量損耗。

_M61 五、發明說明（5) __ J 由低原子量的材料所製成，如此電 材料、但氣體分子不能。這使得管的内部可處K 工壓力，而同時管的外部處 ^於真 )。為了安全起見，窗口係唯=二通常疋大氣壓力 Π持於負電位’例如，kv相對於窗口之電極 招#工電広子束在與面口 3外的氣體分子碰撞時耗 抽’幾乎原始電子束能量的―半將可剩餘下來 = 標表面《此種電子能吾纽料执々试 ' 遞至目 此禋冤千此置級對於各種材料的表面消毒 一 s:不足以穿透大部分目標材料之表面超過數微米 :疋因為^於薄管窗口，目標材料是較高分子 雷名古7 3 末無法穿透至任何可觀察到的深度。 ，子束15顯不被導出窗口朝向管子29 存袋25進行填夯岱穴从以…, 1用於從一儲 ΛΛ ^ ^ 的操作。此種填充操作需要來自各袋 的官子被切斷、連接供铕古榀洗八虹 F而文木目谷1 封。Α τ & ~ α (、真充刼作、刀離、然後將管重新密 封為了進订此項操作，窗口㈠的 電渡雲，㊣包含電子束”中的雷+以η、大到足夠製造-子化氣體。此外，一喷Μ:電=來自周圍環境的離 -氣氣栌，將“道 惰性氣體供應器，例如 其電向電子束’且當-些氦被離子化時， 及構形，氦氣喷嘴23可用决Λ帘雷：击很據喷嘴的.又什 子束限制於所要求的位置。窗13 2方向’且可將電 的，具有排成直線的： 對應長條狀，與欲連接之管子的線性尺： 典型寬度係為1至3公分的範圍。 彳對齊。® 口13的 第9頁 410161 五、發明說明（6) " 袋填充操作可參照圖2。一室3 5配備有電子束管丨丨，該 電子束管11具有固口 13 ’約與消毒目標區域34相距][至2英 对。在目標區域34環繞欲消毒表面的容積中產生一電漿雲 21。為了完成管子29的切斷以供連接至管子31，一操縱器 (例如手套箱手臂3 7 )被用來處理切斷、連接、以及重新 密封的操作。利用門42將未填充消毒液袋45放進载入室 41。室35的開口可允許袋進入室的t央内部，並維持内部 的離子放射。一但袋被填充後，手套箱手臂37或一輸送機 制可經由室的另一開口，將消毒過的袋移送到卸載室铛中 由已填充消毒液袋47所指示的位置。當電子束管關閉 門44可允許移動取出已填充消毒液袋。 ’ 在圖3中，至35顯示具有電子束管11指向一對包括—】 玻璃瓶56及一注射器模組58的結構，其已由接頭5g連結在 一起。在連結之前，該等結構被暴露於電子束管丨丨^ 的電漿雲21中。手套箱手臂37將-空小玻璃瓶51移 = 漿雲21旁邊。具有一手55的機械人手臂57將一注射器槪 53亦移動至電衆雲中。小玻璃瓶51及注射器模組53在== 消毒，然後兩模組被連結，如同小玻璃瓶56及注射器:T 58所例示。氦氣噴嘴23控制電漿雲的尺寸，可藉由二果，且 亂的里來擴張雲。注入的氦氣量可將雲從直徑約2\氣 張成直徑4或5英吋。更進一步的擴張可能導致不必要'擴 子束稀釋。不同氦氣流及壓力的電漿雲的尺寸必須以 '電 表面校準來建立。在大部分的情況中，電子束管^彳試 作，但如果有必要，亦可以間斷的方式操作，二別運 疋田薄

89101282.ptd 第10頁 ϋΐηιβι 五、發明說明（7) 窗口 13的冷卻成為問題時。雖然圖3顯示一手套箱及一 械人手臂作為一對操縱器，也可使用單一的操縱器，機 操作一項物體。當大量相同物體欲進行消毒時，機械欠 縱器具有速度上的優點。當目標物體各不相同、數^ ^捺 大小不一時，手套箱手臂操縱器則較有利。機械人=或 f為一標準拾取與放置器。 ”縱器 一空小玻璃瓶40顯示經由開啟門42被置放於室41中。a 小玻璃瓶係被填充消毒液，但蓋子未經消毒，因读 模組有可能會經由注射器本身或經由未消毒的蓋子;j器 毒液。藉由將注射器模組及未消毒的蓋子放人電子雷^肖 [兩個欲結合的構件均被消毒，且小玻 =雲 間的接頭被消毒。 兴庄射Is之 二3:内的環境係為處於大氣壓力及周圍溫度 ”境。對於從窗σ13射出之5^毫 一來自喷嘴2 1夕奢备、*,士 鬼子束電流， I as 氦乱流速率以每分鐘數公升為適當的。 參照圖4 ’ t子束管n的田的 有—電漿雲21。電噔帝县+ + ® U的那一邊具 作用所形成的。=電子與空氣分子相互 化。離子化分子及電子分子’而將其部分地離子 的機制並不明確地知道” 消毒劑。消毒 蛋白質材料，牽涉到複雜ϋ為疋電子及能量離子打斷 白質材料已發現被電聚雲充=能的：子。目標物質蛋 為消毒的。選擇性地，電；”二5该材料的表面視 外之線圈65所產生的磁場ί雲的形狀可精由—電子束管11

的場所調整。電子束管11内的另一線 五、發明說明（8) 圈可在電子束離開電子束管之前調整電子束 ί二；Ϊ t線圈65之磁性線圈亦可用來操縱射*電子‘15 在圖5及6中，-連接至氣= 】來製造-外㈣，以導致擴大的電漿雲75較=氣’ 2 況相比較。噴嘴71以圍繞電子束15:形 乂便限制電子束及擴張電聚雲從窗口 13起算 圖7及8顯示一復合的電子束管配置81 ’其具 、85及87，以三角形形式配置。相較於單二管，此^ 域’或者可被用來產生較單-管廣 狀的:二用多重管及喷嘴，在具有複雜形 列成三角形形式，而可排列在最有 ：及 目標物體之未消毒死角的位置。 肖除複雜$狀表面 使Ϊ = 氣作為較加用於擴張電衆雲的氣體，亦可 = 氧的的輕氣體。特别是，已發現若使 門變活躍，且在亞穩狀態持續-段短暫時 使仔可U不同於離子化原子的另一種機制產生消 在圖9中 電子束官之詳細圖顯示一環狀脅嘴71環 繞電子束管Μ窗口端。電子穿過窗口13 ^狀/4；1/槽 23引入環狀喷嘴的氣體則由環狀狹縫72噴出，以提供一氣 體護罩環繞由窗口]3射出的電子束。相對於電子束管的其 奚、發明說明（9) 餘表面，窗口 13呈凹陷，顯示窗口报一 <更清楚看出，其中顯示電子束 ：：面J圖1。中 *諸如妙等單晶半導體材料所製成；；==82’ 二部真空環境與外部周圍環境之間：應力= 戶a * 1 2產生電子’電子由結構14及螺旋線圈16聚 焦，而，向窗口 13。雖然可使電子束掃掠過管内部之線 圈，但最常見的構形為擴大電子束尺寸以佔據窗口的整個 範圍。窗口任一側的材料可帶走任何因電子束穿透過窗口 所導致的散熱。在商業上，此種電子束管可由加州 Torrance 的American International Techno 1ogies 公司 買到。 元件編號說明 11 電子束管 12 陰極 13 窗口 14 靜電聚焦結構 15 電子束 16 螺旋線圈 21 電漿雲 23 喷嘴 25 儲存袋 27 填充袋 29 管子 31 管子

89101282.ptd 第13頁 _4101^1 五、發明說明（ίο) 34 消 毒 標 區 35 室 37 手 套 箱 手 臂 40 小 玻 璃 瓶 41 室 42 門 43 卸 載 室 44 門 45 消 毒 液 袋 47 消 毒 液 袋 51 小 玻 璃 瓶 53 注 射 器 模 組 55 手 56 玻 璃 瓶 57 機 器 人 手 臂 58 注 射 器 模 組 59 接 頭 65 線 圈 70 氣 體 供 應 槽 71 噴 嘴 72 環 狀 狹 縫 73 惰 性 氣 體 75 電 漿 雲 77 外 圍

89101282.ptd 第14頁 五、發明說明（11) 81 電 子 束 管配置 82 表 面 83 電 子 束 管 85 電 子 束 管 87 電 子 束 管 III1I1B1 89101282.ptd 第15頁 _J10161 圖式簡單說明 圖1係為本發明之消毒裝置的透視平面圖。 圖2係為運用圖1裝置之用於填充液體袋之消毒機的立視 平面圖。 圖3係為運用圖1裝置之用於連接兩個小玻璃瓶之消毒機 的立視平面圖。 圖4係為圖1之消毒裝置中所使用的電子束的側視平面 圖，製造一電漿雲。 圖5及圖6係為本發明之消毒裴置中所使用之電子束窗口 與氣體喷嘴組合之側視平面圖，製造一電漿雲。 圖7係為本發明用於製造一電漿雲之複數個電子束配 置成一形式的前視平面圖。 圖8係為圖7之裝置的側視平面圖。 圖9係為本發明中電子東瞢脔 史壯 e窗周圍所安裝之氣體注入 喷嘴的詳細圖。 圖10係為圖1之裝置中所你田— 直γ所使用之電子束官的局部側視 面圖。

Claims (1)

1. 410161 六、申請專利範圍 1. 一種消毒裝置，包含： 一電子束管，其具有一窑 务Μ搭供士 由口 ’窗口可允許一電子束穿出 =圍”兄中、同時保持管中之真空環境，電子束具 位一電裝雲中’電漿雲界定一反應容積且係藉由 電子束與周圍環境的相互反應所激勵，具有電子束能量在 目標處小於l〇〇kV，及 一可移動構件’用於在反應容積中操作物體，其中受操 作的物體係在反應容積中消毒。 匕2.如申請專利範圍第1項之消毒裝置，其又包括一喷 嘴，可將一氣體注入至電子束的附近。 3·如申請專利範圍第1項之消毒裝置，其中構件係為一 機械人構件。 4 ’如申凊專利範圍第1項之消毒裝置，其中構件係為一 手套箱手臂^ 5三如申請專利範圍第1項之消毒裝置，其中複數個電子 束管具有電子束形成共同反應容積。 6θ如申請專利範圍第5項之消毒裝置，其中電子束管在 數量及配置方面足以避免置於反應容積中之特定物體的死 角。 7·如申請專利範圍第1項之消毒裝置，其又包括一殼體 包含周圍環境。 8 *如申請專利範圍第7項之消毒裝置，其中殼體具有開 口，用於放入欲消毒之材料。 9.如申請專利範圍第1項之消毒裝置，其又包括磁性裝

   第17頁 六、申請專利範圍 置’用於操縱電子束於窗口與電漿 1 〇.如申請專利範圍第1項之消 s二 置，用於成形電子束於窗口與雷 '"置，其又包括磁性裝 11. 一種消毒裝置，包含： 間 一室，其具有開口可允許放入 有—氣體環境， 攸4毒之物體，其中並具 複數個真空管，其係相對於室 射—電子束穿透一窗口至室中，=疋，各自沿一路徑發 管之真空分隔，來自管的電子口將室之氣體環境與 電漿雲係由電子束與室中的 一共同電聚雲中， ::-關聯電默雲的容積中欲消毒之物體被暴露於電 漿雲，及 ，至少一可移動構件，用於在反應容積中操作物體，其中 受操作的物體係在反應容積中消毒。 1 2,如申請專利範圍第丨丨項之消毒裝置，其又包括一關 聯於各管的喷嘴，將一氣體注入至來自各管之電子束的附 近0 其中注入氣體 其中注入氣體 其中室係為手 1 3.如申請專利範圍第1 2項之消毒裝置 係為氣氣。 1 4.如申請專利範圍第1 2項之消毒裝置 係為氬氣。 1 5.如申請專利範圍第11項之消毒裝置 套箱。 1 6·如申請專利範圍第11項之消毒裝置 其·中氣體環境

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