Способ дезинфекции и стерилизации открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха

 

Использование: медицина, пищевая и другие отрасли промышленности, в частности дизенфекция и стерилизация с помощью ультрафиолетового излучения Сущность изобретения способ заключается в том. что обработку осуществляют УФ-излучением со сплошным спектром. При этом используют источники УФ-излучения импульсного действия с длительностью импульсов не более 5x1 (Г4 с. Плотность мощности УФ-излучения необходимо выдерживать в зоне обработки не менее 100кВт/м2 Зтабл.

(в) КЦ (и) 2001629 С1 (51) 5 А61Ь2 10

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(Й, .:,"",„,. „,",,„

К ПАТЕНТУ Э

CO

CO

О1

1 Э

VO (21) 4954167/13 (22) 28.0691 (46) 30.10.93 Бюл. NQ 39-40 (71) Малое научно-производственное предприятие

"Мелитта" (72) Камруков АС„Шашковсний С.Г. Корол ЕД;

Теленков ИИ„Яловик М.С„Кареев С.И„Овчинников

ПА; Кузнецов EB„. Федоров В.Н; Закомырдин АА (73) Малое научно-производственное предприятие

Мепитт" (54) СПОСОБ ДЕЗИНФЕКЦИИ И СТЕРИЛИЗАЦИИ ОТКРЫТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОБ ЕКТОВ, ЖИДКОСТИ И ВОЗДУХА (57) Иатопьзование: медицина, пищевая и другие отрасли промышленюсти, в частности дизенфекция и стерилизация с помощью ультрафиолетового излучения. Сущность изобретения: атособ заключается в том, что обработку осуществляют УФ-излучением со сплошным спектром. При этом используют источники УФ-излучения импутьсного действия с дпителыюстью импупьсое не более Sx10 с

Плотность мощности УФ-излучения необходимо выдерживать в зоне обработки не менее

100 квт/м . 3 табл.

2001629

Изобретение относится к способам обеззараживания от микроорганизмов открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха, в частности к способам дезинфекции и стерилизации с помощью ультрафиолетового (УФ) излучения.

Известны способы УФ-стерилизации, использующие облучение объектов непрерывным УФ-излучением с линейчатым спектром (1, 2). Для реализации этих способов используют ртутные кварцевые лампы низкого (бактерицидные лампы) и среднего (дуговые лампы) давления, Недостатками этих способов являются низкая плотность бактерицидного потока излучения (0,1-100 Вт/м ) на обеэзара2 живаемом объекте и принципиальные трудности (принципиальная невозможность) ее существенного повышения с помощью непрерывных ртутно-кварцевых ламп; линейчатый характер эмиссионного спектра используемых ламп, в то время как спектральная область, усредненная по всем видам микроорганизмов, непрерывно перекрывает диапазон длин волн от 200 до 300 нм, а каждый вид микроорганизмов в общем случае характеризуется собственной чувствительностью к различным длинам волн.

Указанные недостатки приводят к тому, что для достижения пороговой энергетической дозы, при которой происходят гибель микроорганизмов и соответственно стерилизация, необходимы значительные экспозиции (от нескольких минут до нескольких часов), При длительном низкоинтенсивном облучении объектов, зараженных микроорганизмами, имеют место следующие процессы: адаптация микроорганизмов к УФ-излучению низкой интенсивности и снижение в результате этого их чувствительности к действию УФ-излучения; обсеменение обеззараживаемых объектов микроорганизмами иэ окружающей среды.

Повышение обсемененности объекта за счет собственного размножения микроорганизмов.

Эти процессы неизбежно приводят к возрастанию пороговой энергетической дозы бактерицидного излучения, необходимой для снижения обсемененности микроорганизмов до требуемого уровня, включая полную стерилизацию. Действительно, для обеспечения обеззараживания необходимо, чтобы скорость уничтожения микроорганизмов (пропорциональная интенсивности бактерицидного излучения) 5

55 многократно превышала суммарную скорость указанных выше процессов, в противном случае пороговые энергетические дозы существенно возрастают.

В результате роста (при низких интенсивностях и линейчатом спектре бактерицидного излучения) пороговой энергетической дозы подавления микроорганизмов помимо увеличения энергозатрат на обеззараживание возрастает также роль вредных побочных эффектов, сопровождающих УФ-облучение.

К числу таких эффектов относятся нара-, ботка в воздухе под действием УФ-излучения высоких концентраций токсичных газов-озона и окислов азота, протекание в поверхностном слое облучаемых объектов нежелательных фотохимических (отбеливание, старение, окисление и др.) и фотобио-. логических (эритема, шелушение, распад белковых структур и др.) реакций и т.п, Кроме того, увеличивается общая длительность технологического цикла обеззараживания и снижается суммарное число циклов стерилизации за время наработки ресурса УФ-лампы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ дезинфекции и стерилизации открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха, включающий обработку импульсным ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 300 нм (3). Способ предполагает облучение короткими импульсами высокой интенсивности с помощью лампы-вспышки, содержащей в качестве излучающего компонента инертный газ или смесь инертного газа с парами металла (ртуть, цинк, кадмий и др.), причем плотность электрической энергии вспышки, отнесенная к эффективной поверхности лампы, устанавливается

003 Д / 2 (3 104 кВ / 2), Недостатком известного способа также является наличие отмеченных выше вредных побочных эффектов воздействия, обусловленных большой величиной пороговой энергетической дозы бактерицидного излучения, Это связано с тем, что реализация этого способа с помощью ламп, работающих в укаэанном энергетическом режиме и содержащих инертный гаэ или смесь инертного газа с парами металла, предполагает использование линейчатого спектра УФ-излучения в бактерицидно-активной спектральной полосе.

Целью изобретения является снижение вредных побочных эффектов за счет умень2001629 шения поро .вой энергетической дозы подавления микроорганизмов.

Это достигается тем, что в способе дезинфекции и стерилизации открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха, 5 включающем обработку импульсным ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 300 нм, обработку осуществляют ультрафиолетовым излучением сплошного спектра с длительностью импульса не более 10

5 10 с и плотностью мощности в зоне обработки не менее 1000 кВт/м2.

Поиск, проведенный по источникам патентной и научно-технической информации, не выявил решений, содержащих признаки, 15 идентичные полной совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное решение удовлетворяет критерию охраноспособности "новизна" (п. 6.03 Э3-2-74), 20

Анализ решений, известных в науке и технике, не выявил решений. содержащих признаки, тождественные отличительным признакам заявленного объекта. Кроме того, данные отличительные признаки, касаю- 25 щиеся использования источника

УФ-излучения именно со сплошным спектром при определенных величинах длительности импульсов и плотности мощности в зоне обработки, позволяют реализовать в 30 заявленном обьекте новое свойство. заключающееся в уменьшении величины пороговой энергетической дозы. Следовательно, заявленное решение соответствует также и критерию охраноспособности "существен- 35 ные отличия" (n. 6,03 Э3-2-74), Реализация предложенного способа осуществляется с использованием импульсных источников УФ-излучения со сплошным эмиссионным спектром, в качестве которых 40 могут применяться мощные импульсные дуговые разряды в вакууме и газах с омическим нагревом плазмы, импульсные плазмодинамические разряды с ударноволновым механизмом нагрева и др. 45

Обеззараживаемые объекты располагаются на таких расстояниях от источника излучения, при которых обеспечивается укаэанный выше уровень плотности мощности УФ-излучения. Бактерицидный эффект 50 достигается за один или несколько импульсов облучения в зависимости от суммарной энергетической дозы для различных микроорганизмов.

Повышение эффективности бактери- 55 цидного действия УФ-излучения сплошного спектра по сравнению с линейчатым обусловлено действием следующих факторов: при воздействии на биомолекулу фотонов с широким энергетическим спектром значительно увеличивается вероятность одновременного осуществления большого числа резонансных взаимодействий излучения с входящими в ее (биомолекулу) состав атомами, молекулами и радикальными комплексами. в результате чего происходит одновременный разрыв многих химических связей, и общая вероятность поражения микроорганизма увеличивается (по сравнению с облучением воздействием линейчатого (T,å. моноэнергетического) излучения), Кроме того, при таком характере взаимодействия излучения увеличивается также вероятность реализации синергетических эффектов, связанных с кумулятивным действием множественных (даже незначительных) последствий взаимодействия широкополосного излучения с биообъектом: при широкополосном облучении ослабляются возможности адаптации живой материи на многоканальное деструктивное воздействие; разные виды микроорганизмов имеют различные спектральные характеристики бактерицидной эффективности, поэтому широкополосное УФ-излучение в случае сильного разнообразного заражения объекта в среднем будет характеризоваться меньшими пороговыми энергетическими дозами.

Влияние характера эмиссионного спектра (сплошной или линейчатый) показано на примере 1.

Пример 1, Микроорганизмы: золотистый стафилококк (St, aureus. штамм 206), посев на питательную среду (обычный и кровяной агар) в чашках Петри диаметром 100 мм, Источники излучения; бактерицидная лампа мощностью 40 Вт в составе осветительной установки BLF-12, Излучение — линейчатое (1=254 нм), непрерывное.

Плаэмодинамическая лампа ПДЛ-20.

Излучение — сплошной спектр, импульсное, длительность импульса тн2=25 мкс, запасаемэя энергия 04=20 кДж.

Измерение плотности мощности в зоне обработки: стандартным калориметром

ТПИ-2М (импульсное излучение). Приемником ППИ-5 (непрерывным).

Побочные эффекты воздействия изучались на животных (крысах), Параметры воздействия и полученные результаты приведены в табл. 1, Анализ полученных результатов показывает, что при равной средней мощности

2001629

50

УФ-излучения и суммарной энергетической дозе на обьекте излучение сплошного спектра обеспечивает существенно более высокую эффективность обеззараживания. чем

УФ-излучения линейчатого спектра, при этом пороговые дозы излучения сплошного спектра не вызывает в отличие от линейчатого таких вредных побочных эффектов как эритема.

Влияние плотности мощности УФ-излучения (интенсивности облучения) на обьекте в зоне обработки приведено в примере 2.

Пример 2. Микроорганизмы: кишечная палочка (Е. соИ), сальмонелла (S. dublin).

Тестообъект — стекло.

Плотность контаминации — 10 бакте7 рий/см .

Источник излучения: ксеноновая импульсная лампа (сплошной спектр излучения), энергия разряда 3.5 кДж, длительность импульса 250 мкс, частота импульсов 0,067 Гц, Облучение объектов проводилось в герметичной камере через кварцевое стекло.

После цикла засветки отбирались пробы воздуха на газоанализатор (хроматограф) для определения концентрации озона в камере.

Интенсивность облучения варьировалась изменением расстояния от лампы до тестообъекта.

Параметры облучения и результаты представлены в табл. 2.

Анализ полученных результатов показывает, что при плотности мощности УФизлучения на объекте менее 100 кВт/м г пороговые энергетические дозы и вредные побочные эффекты (наработка токсичных газов) резко возрастают.

Естественно. что верхняя граница плотности мощности в зоне обработки однозначно определяется из условий сохранения облучаемых объектов и используемого оборудования.

Влияние длительности импульса УФ-излучения сплошного спектра показано на примере 3.

Пример 3. Микроорганизмы: споры антрокоида (Вас. antracoidis, штамм 96).

Тест-объект: окрашенная деревянная поверхность

Плотность контаминации 2 10 спор/см

Источник излучения:

45 импульсная ксеноновая лампа (сплошной спектр излучения). энергия разряда 3,5 кДж, частота повторения импульсов 0,067

Гц. Варьирование длительностью излучения в пределах 250-1000 мкс осуществлялось введением в разрядный контур дополнительной индуктивности.

Плотность мощности облучения на объекте 100 кВт/мг.

Побочные эффекты определялись визуально по изменению колера окрашенной поверхности, Параметры облучения и результаты представлены в табл. 3.

Анализ полученных результатов показывает, что при увеличении длительности импульса УФ-излучения более 5 10 с наблюдается резкое увеличение пороговой энергетической дозы и появляются явно выраженные побочные эффекты (изменения колера окрашенной поверхности).

Поэтому, как следует из данных, полученных в результате экспериментов, для снижения величины пороговой энергетической дозы необходимо одновременное наличие всех вышеприведенных факторов: спектр излучения сплошной, длительность импульса не более 5 . 10 с и плотность мощности в зоне обработки не менее 100 кВт/м .

Таким образом. описываемый способ стерилизации и дезинфекции более эффективен, поскольку при его реализации существенно снижаются вредные побочные эффекты, что обусловлено уменьшением величины пороговой энергетической дозы подавления микроорганизмов. Уменьшаются также количества вредных токсичных веществ, возникающих в процессе облучения. воздействующих как на окружающую среду, так и на обрабатываемые обьекты.

Предлагаемое изобретение может найти широкое применение в практической медицине, биологии и других отраслях народного хозяйства. (56) 1. Мейер А., Зейтц Э. Ультрафиолетовое излучение. М., 1952.

2, Временные указания по применению бактерицидных ламп. М.: АН СССР, 1956.

3. Патент США М 4464336, кл. А 61 L 2/10, 1984.

2001629

Таблица1

Сплошной g =

=200 — 300 нм

Линейчатый g= 254 нм

Характер спектра

Па амет

Средняя плотность мощности

УФ-излучения на объекте, Вт/м

Импульсная плотность мощности на объекте, кВтlм

Плотность энергии УФ-излучения на объекте за 1 импульс засветки, Дж/м

Длительность импульса УФ-излучения, с

Число импульсов засветки

Частота повторения импульсов засветки, Гц

Суммарное время обработки объекта, с

Суммарная энергетическая доза УФ-излучения на объекте, Дж/м

Степень обеззараживания объекта, Наличие побочных эффектов

5,0

5,0

2 10

500

2,5 10

300

300

1500

1500

Есть (выраженная э итема

Нет

Таблица 2

1000

500

Влияние характера эмиссионного спектра

2001629

Таблица 3

Формула изобретения

Составитель А. Ульянова

Редактор М. Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор М. Петрова

Тираж, Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Заказ 3140

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

СПОСОБ ДЕЗИНФЕКЦИИ И СТЕРИЛИЗАЦИИ ОТКРЫТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ОБЪЕКТОВ, ЖИДКОСТИ И ВОЗДУХ(А, включающий обработку импульсным ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 300 нм, отличающийся тем, что, с целью снижения вредных побочных эффектов за счет уменьшения величины порого-. вой энергетической дозы подавления микроорганизмов, обработку осуществляют излучением сплошного спектра с длительностью импульса не более 5 ° 10 с и плотностью мощности в зоне обработки не менее 100 кВт/м,