Способ очистки и стерилизации медицинского инструмента и устройство для его осуществления

 

Назначение: очистка и стерилизация медицинского инструмента. Сущность изобретения: в жидкости создают объемную кавитацию и формируют колебания в виде ударных гидроакустических импульсов с общими плоскими фронтами путем осуществления распределительных точечных коронных разрядов. Фронты гидроакустических импульсов ориентируют перпендикулярно осям отверстий и каналов обрабатываемого инструмента и параллельно свободной поверхности жидкости. Разряд производят в католите и анолите поочередно при циклическом изменении их уровня. Возбудитель колебаний выполнен в виде плоской электродной системы, подключенной к генератору импульсных токов. Система образует с дном разрядной камеры распределительную полость и выполнена в виде пакета из двух пластин-электродов. Между электродами зажата диэлектрическая пластина. Пакет снабжен сквозными отверстиями, имеющими скругленные края на свободной поверхности нижнего электрода, увеличенный в 3 - 5 раз диаметр в верхнем электроде и коническую часть в диэлектрической пластине у ее верхней поверхности. Над электродной системой расположена кассета для вертикального размещения в ней игл, корпусов шприцев и других изделий с цилиндрическими отверстиями. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для очистки и стерилизации медицинского инструмента, деталей, аппаратов, контейнеров для биологических объектов и материалов электрофизическими методами.

Известны способы очистки и стерилизации медицинского инструмента, заключающиеся в формировании искровых электрических разрядов в воде, покрывающей обрабатываемые предметы и материалы (Сытник И.А. Электрогидравлическое действие на микроорганизмы. Киев, "Здоров'я", 1982, с.94), а также в промывке инструмента и материалов католитом и анолитом, получаемых путем электрохимической активации водных растворов, например, NaCl (Бахир В.М. и др. Электрохимическая активация водных растворов и ее техническое применение в пищевой промышленности. Тбилиси: ГрузНИИНТИ, 1988, с.81).

Устройство для реализации первого способа состоит из рядной камеры с двумя изолированными стержневыми электродами, образующими в воде межэлектродный промежуток. Электроды подключены к генератору импульсных токов, при работе которого происходит пробой межэлектродного промежутка с образованием плазменного канала разряда. Развитие последнего сопровождается излучением сферических ударных волн, возникновением парогазовой полости с мощным гидропотоком. Часть ударной волны, падающая на свободную поверхность воды, отражается в виде волны разряжения, вызывающей кавитацию в объеме воды. Кроме того, канал разряда является источником мощного магнитного поля и ультрафиолетового излучения.

Все перечисленные явления оказывают разрушающее действие на бактерии, вирусы и органику.

Устройство, реализующее второй способ, представляет собой двухкамерный мембранный электролизер, в котором образуется кислотная среда, насыщенная активным хлором и обладающая сильными бактерицидными свойствами, и щелочная менее бактерицидная, но с ярко выраженными мощными свойствами. Камеры электролизера соединены насосом и двухпозиционным распределителем с емкостью, вмещающей в себя медицинский инструмент.

Основными недостатками известных способов и устройств является их низкая эффективность, обусловленная: локальным воздействием разрядов на воду, приводящим к неравномерной обработке инструмента и появлению недоступных мест (каналы, отверстия.), при сферичности фронтов ударных волн разряжения; пассивным использованием активированного раствора.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является заявка ФРГ N 3430605, кл. А 61 L 2/02, 1986, в которой описаны способ и устройство для очистки и стерилизации медицинского инструмента.

Способ очистки и стерилизации медицинского инструмента включает образование колебаний в жидкости с медицинским инструментом, а также использование в качестве жидкости-католита и анолита продуктов электрохимической активации водных растворов электролитов.

Устройство, реализующее данный способ состоит из электрохимического активатора, разрядной камеры, в которой размещается решетчатая кассета с инструментом. Кассета соединяется с вибратором, у которого приводом является электродвигатель. Полость камеры соединена в районе дна и боковой стенки (на заданном уровне) с системой перекачки жидкости католита и анолита.

После достижения раствором заданной высоты срабатывает датчик уровня и вибратор начинает трясти кассету с инструментом, благодаря чему увеличивается скорость обтекания последним католитом или анолитом.

Однако данный способ и реализующее его устройство имеют низкую эффективность, раствор не проникает в капиллярные отверстия, для очистки засохших загрязнений необходимо длительное (неопределенное) время обработки.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа.

Этот результат достигается тем, что в способе очистки и стерилизации медицинского инструмента, включающем образование колебаний в жидкости с медицинским инструментом, а также использование в качестве жидкости католита и анолита продуктов электрохимической активации водных растворов электролитов, в заявляемом способе в жидкости создают объемную кавитацию и формируют колебания в виде ударных гидроакустических импульсов с общими плоскими фронтами путем осуществления распределенных точечных коронных разрядов, причем фронты гидроакустических импульсов ориентируют перпендикулярно осям отверстий и каналов обрабатываемого инструмента и параллельно свободной поверхности жидкости, а разряды производят в католите и анолите поочередно при циклическом изменении их уровня.

Для этого в устройстве для осуществления способа, состоящем из электрохимического активатора, разрядной камеры, заполняемой жидкостью-католитом и анолитом, решетчатой кассеты для медицинского инструмента, возбудителя колебаний и системы перекачки жидкости, возбудителем колебаний является плоская электродная система, подключенная к генератору импульсных токов, образующая с дном разрядной камеры распределительную полость и выполненная в виде пакета из двух пластин-электродов, между которыми зажата диэлектрическая пластина, причем пакет снабжен сквозными отверстиями, имеющими скругленные края на свободной поверхности нижнего электрода, увеличенный в 3 - 5 раз диаметр в верхнем электроде и коническую часть в диэлектрической пластине у ее верхней поверхности, а над электродной системой расположена кассета для вертикального размещения в ней игл, корпусов шприцев и других изделий с цилиндрическими отверстиями.

В отличие от известных решений в предлагаемом техническом решении формируют ударные гидроакустические волны с плоскими фронтами, нормальными осям отверстий и каналов обрабатываемого инструмента и параллельными свободной поверхности жидкости, причем разряды производят в католите и анолите поочередно при циклическом изменении их уровня.

Анализ технической литературы не выявил признаков, сходных с отличительными признаками предлагаемого технического решения. Кроме того, необходимо отметить, что для достижения поставленной цели повышение эффективности очистки и стерилизации, формирование ударных гидроакустических волн с плоскими фронтами, нормальными осям отверстий и каналов обрабатываемого инструмента и параллельными свободной поверхности жидкости, позволяет интенсифицировать кавитационный процесс не только в объеме камеры, но что очень важно, в малых отверстиях, и каналах обрабатываемого инструмента. Проведение электрических разрядов в католите и анолите позволяет намного эффективней чистить и стерилизовать предметы по сравнению с раздельным воздействием разрядов и активированных растворов (католита и анолита).

Сказанное выше позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "Существенные отличия".

Устройство схематично показано на фиг.1, и на фиг.2 место 1 на фиг.1, основные стадии физических процессов проиллюстрированы на фиг.3.

В левом верхнем углу фиг.1 изображен электрохимический активатор, состоящий из диэлектрического корпуса 1, двух электродов анода 2 и катода 3 и полупроницаемой мембраны 4, разделяющей корпус на две камеры. Активатор снабжен блоком 5 с датчиками 6, предназначенным для поддержания заданной степени активации водного раствора, например, хлорида натрия (или калия) по величине рН. Левая и правая камеры соединены через трехпозиционные распределители 7 и 8 с насосом 9, позволяющим перекачивать поочередно активированный раствор в одном или другом направлениях. В свою очередь насос 9 через фильтр 10 соединен с распределительной полостью 11 разрядной камеры 12. Полость 11 образована нижней поверхностью электродной системы 13 и дном камеры 12. Электродная система 13 выполнена в виде пакета из двух металлических пластин-электродов 14, 15 (фиг.2) и зажатой между ними диэлектрической пластины 16. Пакет снабжен сквозными отверстиями 17, нижние края которых на свободной поверхности нижнего электрода 15 скруглены, в верхнем электроде 14 диаметр отверстия 18 не менее, чем в 3 5 раз превышают диаметр отверстия 17, а в верхней части диэлектрической пластины 16 оно переходит в коническое отверстие 19. Над электродной системой 13 в разрядную камеру 12 вставлена кассета 20, выполненная из диэлектрического материала и разделенная перегородкой 21 на две части. В левой части на диэлектрической решетке (изображена пунктирной линией) укладывают инструмент 22, не имеющий цилиндрических отверстий, а на горизонтальной перегородке 23 в отверстиях размещены иглы 24 и корпуса шприцев 25. К электродам 14, 15 подключен разрядный контур генератора импульсных токов, состоящий из накопителя электрической энергии конденсатора 26 и управляемого коммутатора-разрядника 27.

Предлагаемый способ реализуется при работе установки.

После активации водного раствора хлорида натрия переключают распределитель 8 вправо (стрелка вниз) и включают насос 9, открывая тем самым проход католита в распределительную полость 11. При этом твердые продукты электрохимического процесса отделяются фильтром 10. Из полости 11 католит проходит через отверстия 17, 19, 18 электродной системы 13.

При достижении католитом в камере 12 нижнего края кассеты 20 включают генератор импульсов тока и конденсатор 26 заряжается от высоковольтного источника постоянного тока (на чертеже не показан). Затем пробивается разрядник 27 и напряжение заряда конденсатора 26 прикладывается к электродам 14, 15 электродной системы 13. Под действием этого напряжения через все отверстия 17,19,18 протекает ток заряда, в результате чего в местах максимальной плотности тока в отверстиях происходит взрывное вскипание католита. Образующиеся при этом парогазовые пузырьки практически одновременно перекрывают сечения всех отверстий 17 электродной системы 13, в результате чего происходит "отсечка тока" и все напряжение конденсатора 26 оказывается приложенным к этим пузырькам. Они пробиваются и образующиеся при этом стримеры прорастают в отверстия 19 и 18. Стримерные короны являются источниками ударных волн распространяющихся вверх. Высокие локальные температуры при вскипании раствора, плазменные образования стримеры и ударные волны являются мощным комплексным стерилизующим фактором. На фиг.3а показан фрагмент поверхности электродной системы с двумя источниками полусферических ударных волн, фронты 28 которых изображены в виде полуокружностей. Распространяясь они образуют общий плоский фронт, перпендикулярный осям отверстий инструмента-корпусов шприцев 25 и игл 24.

Профиль плоской ударной волны, распространяющийся к поверхности 29 католита, имеет форму экспоненциального импульса и помечен на фиг.3б, знаком "+". Стрелка показывает направление движения ударной волны. Пиковое значение ее давления составляет 1 10 МПа. По достижению ударной волной поверхности 29 происходит ее отражение в виде волны разрежения, помеченной знаком "-". На уровне взаимодействия падающей ударной волны и отраженной волны разрежения частицы жидкости приобретают максимальную скорость. К тому же в объеме жидкости образуется кавитация, т. к. величина разрежения превышает прочность жидкости на разрыв. Причем у поверхности кавитация более интенсивна. Естественно, что если в кавитирующем католите оказывается инструмент, происходит его интенсивная очистка. Под действием падающих ударных волн и давления кумулятивных струй возникает эффект гидроклина проникание гидропотоков в микропоры, зазоры и разрыв их.

Когда поверхность 29 католита достигает отверстий игл 24 и корпусов шприцев 25, то возникает дополнительно капиллярный эффект католит султанами выбрасывается внутрь корпусов 25, но еще большая скорость развивается в отверстиях игл 24, через которые проскакивают кумулятивные струйки, вылетающие с противоположных выходов отверстий и попадающие в крышку (на чертеже не показана) камеры 12. Описанные процессы развиваются за 10^-5 10^-4 с. Следом за этим плазма стримерных корон превращает в пар окружающий их католит. Происходит как бы доращивание пузырьков, образовавшихся до "отсечки тока". Эти пузырьки развиваются в сторону увеличения сечения отверстий 17, т.е. в отверстиях 19 и 18. Под действием давления потока католита, нагнетаемого насосом 9, и направленного роста пузырьки 30 выходят за пределы электродной системы 13. Их перемещение вверх резко ускоряет движущаяся вниз волна разрежения (фиг. 3г), создающая градиент давления снизу-вверх. Пузырьки 30 перемещаются вверх (фиг. 3д) и схлопываются на инструменте, произведя мощный очищающий и стерилизующий эффект. Таким образом, во время обработки инструмента 22, 24, 25 кроме акустической кавитации с размером пузырьков диаметром 10^-3 м реализуется макрокавитация с пузырьками диаметром 10^-2.

Разряды производят одновременно с поднятием уровня 29 католита и в итоге с помощью эффектов образования кавитации, султанов и кумулятивных струек происходит обработка всего объема разрядной камеры 12 с обрабатываемым инструментом 21, 24, 25. В сочетании с моющими свойствами католита достигается высокая степень очистки.

После поднятия уровня католита до максимального значения переключают распределитель 8 в другое крайнее положение (стрелка вверх), останавливают насос 9 и включают его на обратное направление потока. Католит перекачивают обратно в правую камеру, при этом фильтр 10 очищает поток от загрязнений. Продолжающиеся при этом разряды способствуют дополнительной очистке инструмента 22, 24, 25, генератор импульсных токов выключают, когда уровень католита опустится до электродной системы 13.

Описанный цикл может быть повторен несколько раз.

На следующем этапе, после того, как католит удален из разрядной камеры 12, распределитель 8 переключают в исходное (среднее) положение, останавливают насос 9, переключают распределитель 7 вправо (стрела вниз) и включают насос 9 на подачу анолита в придонную полость 11. Все физические процессы при этом повторяются. Отличие состоит в том, что благодаря более высоким бактерицидным свойствам анолита осуществляется интенсивная стерилизация инструмента с проникновением анолита в мельчайшие трещины и поры.

Блок 5 при снижении степени активации раствора подает напряжение на электроды 2, 3 активатора и пропускают ток через мембрану 4 до тех пор, пока не восстановятся заданные величины рН в католите и анолите.

Примером реализации изобретения является устройство, представляющее собой блочную конструкцию размерами 550·360·800 мм, образованную рабочей камерой, электрохимическим активатором, системой распределения раствора (состоящей из насоса, двух распределителей, фильтра и бачка), генератором импульсных токов с рабочим напряжением 10 кВ, контрольно-управляющим блоком. Благодаря наличию фильтра электроды активатора выполняются из графита, т.е. постепенное его разрушение не влияет на эффективность работы устройства. Потребляемая мощность устройства составляет 2 3 кВА. Объем рабочей камеры 8 литров. Время обработки одной загрузки инструмента и материалов 20 30 мин.

Применение предполагаемого изобретения позволит разлагать органические соединения и уничтожать вирусы во всем объеме раствора, благодаря многократной обработке раствора с помощью разрядов в каналах электродной системы, через которые проходит католит и анолит в рабочую камеру и обратно. В сочетании с усилением кавитационных явлений за счет управляемого по высоте размещения слоя взаимодействия плоских падающей ударной волны и отраженной волны разрежения, происходящее с не меньшим эффектом в отверстиях и капиллярах инструмента. Благодаря совмещению активной стерилизации воздействие импульсными высокими температурами, гидроударами, ультрафиолетовым облучением и мощными магнитными полями в моюще-стерилизующих растворах с интенсивным разрушением загрязнений, включая ржавчину, путем реализации микро- и макрокавитации с принудительным схлопыванием пузырьков под действием ударных волн достигается полная биологическая нейтральность медицинского инструмента. В связи с этим, предлагаемые способ и устройство не могут сравниваться по эффективности с традиционными методами и устройствами. Последние просто не обеспечивают таких результатов. Кроме того, низкая средняя температура растворов позволяет обрабатывать и пластмассовые изделия, что открывает широкие возможности для их применения в медицинской технике.

Формула изобретения

1. Способ очистки и стерилизации медицинского инструмента, включающий образование колебаний в жидкости с медицинским инструментом, а также использование в качестве жидкости католита и анолита продуктов электрохимической активации водных растворов электролитов, отличающийся тем, что в жидкости создают объемную кавитацию и формируют колебания в виде ударных гидроакустических импульсов с общими плоскими фронтами путем осуществления распределенных точечных коронных разрядов, причем фронты гидроакустических импульсов ориентируют перпендикулярно осям отверстий и каналов обрабатываемого инструмента и параллельно свободной поверхности жидкости, а разряды производят в католите и анолите поочередно при циклическом изменении их уровня.

2. Устройство для очистки и стерилизации медицинского инструмента, состоящее из электрохимического активатора, разрядной камеры, заполненной жидкостью католитом и анолитом, решетчатой кассеты для медицинского инструмента, возбудителя колебаний и системы перекачки жидкости, отличающееся тем, что возбудитель колебаний выполнен в виде плоской электродной системы, подключенной к генератору импульсных токов, образующей с дном разрядной камеры распределительную полость и выполненной в виде пакета из двух пластин-электродов, между которыми зажата диэлектрическая пластина, при этом пакет снабжен сквозными отверстиями, имеющими скругленные края на свободной поверхности нижнего электрода, увеличенный в 3-5 раз диаметр в верхнем электроде и коническую часть в диэлектрической пластине у ее верхней поверхности, а над электродной системой расположена кассета для вертикального размещения в ней игл, корпусов шприцев и других изделий с цилиндрическими отверстиями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3