Устройство для стерилизации ультрафиолетовым излучением и способ стерилизации ультрафиолетовым излучением

 

Изобретение относится к стерилизации (в смысле освобождения от клеток или организмов, способных делиться, например, лимфоцитов, простейших организмов, бактерий, вирусов) крови и других жидкостей. Изобретение направлено на создание устройства 1 для применения в ультрафиолетовом облучении жидкости 8, которое содержит сосуд 2 с боковыми стенками 4, по существу прозрачными для ультрафиолетового излучения, имеющего эффективную длину волны для осуществления инактивации; опорное приспособление 3 для удержания и поворота сосуда на нем, приводимое 23 таким образом, чтобы прямо или косвенно поворачивать сосуд на опоре. Предусматривается установка для ультрафиолетового облучения по меньшей мере части поворачивающегося сосуда 2. В процессе применения устройства тонкий слой 9 жидкости 8, прилегающий к поверхности боковой стенки 4 переносится по кругу перед ультрафиолетовой установкой 7, тем самым стерилизуется и перемешивается с основным объемом жидкости 8. Изобретение относится также и к способу инактивации нежелательных микроорганизмов в биологической жидкости 8 с применением устройства в соответствии с изобретением. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к стерилизации ультрафиолетовым излучением (в смысле удаления клеток или организмов, способных делиться, например, лимфоцитов, протозанов, бактерий, вирусов) из крови и продуктов из нее или других жидкостей, т. е. жидкостей, имеющих биологическое происхождение и/или для применения в биологических системах, включающих, например, питательные и буферные растворы, плазму, глобулин и т.д. и, в частности, к устройству для применения в таком процессе лабораторных реактивов, тканевой культуры, микробиологических систем и т.д.

Известно устройство стерилизации ультрафиолетовым излучением, предусматривающее облучение продуктов из стекла, (патент Великобритания N 419929 кл. A 61 L 2/10, дата публикации 13.06.1934 г.). Известное устройство содержит источник ультрафиолетового излучения на эффективной длине волны, кожух для стерилизации, установленный с возможностью поворота относительно излучателя, опоры и приводные средства.

Известно, что стерилизация продуктов крови человека, как правило, осуществляется путем выдерживания их при температуре порядка 78^oC в течение длительного периода времени (от 48 до 72 ч). Эта процедура, однако, отнимает относительно много времени, требует применения относительно крупногабаритного оборудования и может приводить к значительным потерям свойств крови.

Задачей изобретения является исключение или сведение до минимума одного или более из вышеуказанных недостатков с помощью устройства, рассчитанного на применение в условиях ультрафиолетового облучения и включающего в себя установку для ультрафиолетового облучения, обеспечивающего ультрафиолетовое облучение на эффективной для инактивирования длине волны, определенной ниже; опорное приспособление для удержания облучаемого вещества в процессе применения устройства и обеспечения относительного поворотного движения ультрафиолетовой установки и вещества.

Технический результат согласно изобретению достигается за счет того, что в устройстве для стерилизации ультрафиолетовым излучением кожух для стерилизации представляет собой емкость с веществом в виде биологической жидкости, стенка емкости выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, при этом емкость установлена с возможностью вращения, поворота с помощью опор, а приводные средства выполнены с возможностью непосредственного вращения, поворота опор или их вращения, поворота через вспомогательные элементы, причем источник /источники ультрафиолетового излучения установлены, по меньшей мере, вокруг части емкости для облучения тонкого слоя жидкости, примыкающего к стенке при вращении; емкость выполнена в виде сосуда, имеющего преимущественно цилиндрическую форму; емкость выполнена с возможностью вращения, поворота в основном вокруг горизонтальной оси; длина волны источника ультрафиолетового излучения расположена в диапазоне от 100 до 400 нм; боковая стенка емкости выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, преимущественно стекла, силикона, целлюлозы или пластических материалов; в качестве пластических материалов используют политетрафторэтилен, фторированный этиленпропилен, полиэтилен низкой плотности и поливинилхлорид; емкость имеет гофрированную стенку, причем боковая стенка емкости выполнена гибкой с возможностью складывания емкости, при этом в способе стерилизации ультрафиолетовым излучением, предусматривающем стерилизацию вещества при его повороте, осуществляют облучение тонкого слоя вещества биологической жидкости, примыкающей к стенке емкости при ее вращении, повороте с последующим перемещением этого слоя с основной массой биологической жидкости, причем стерилизацию продолжают до получения стерильного вещества.

Благодаря применению устройства соответствия с изобретением тонкий слой жидкости в непосредственной близости к стенкам проносится по кругу мимо ультрафиолетовой установки, таким образом, стерилизуется и перемешивается с основным объемом жидкости.

На фиг.1 изображен схематический поперечный разрез первого устройства с первым вариантом конструкции сосуда в соответствии с изобретением; на фиг. 2 схематический продольный разрез аналогичного устройства со вторым вариантом конструкции сосуда в соответствии с изобретением; на фиг. 3 вид по п.1 следующего варианта конструкции сосуда; на фиг. 4 вид сбоку другого варианта конструкции сосуда; на фиг. 5 поперечный разрез еще одного варианта конструкции сосуда; на фиг. 6 вид сбоку по п.5 еще одного варианта конструкции сосуда.

Изобретение согласно фиг. 1-6 представляет собой устройство для стерилизации ультрафиолетовым излучением, содержащее источник ультрафиолетового излучения на эффективной длине волны, кожух для стерилизации, установленный с возможностью поворота относительно излучателя, опоры и приводные средства, при этом кожух для стерилизации представляет собой емкость с веществом в виде биологической жидкости, стенка емкости выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, причем емкость установлена с возможностью вращения, поворота с помощью опор, а приводные средства выполнены с возможностью непосредственного вращения, поворота опор или их вращения, поворота через вспомогательные элементы, причем источник/источники ультрафиолетового излучения установлены по меньшей мере вокруг части емкости для облучения тонкого слоя жидкости, примыкающего к стенке при вращении емкости; емкость выполнена в виде сосуда, имеющего преимущественно, цилиндрическую форму; емкость выполнена с возможностью ее вращения, поворота в основном вокруг горизонтальной оси; длина волны источника ультрафиолетового излучения расположена в диапазоне от 100 до 400 нм; боковая стенка емкости выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, преимущественно стекла, силикона, целлюлозы или пластических материалов, причем в качестве пластических материалов используют политетрафторэтилен, фторированный этиленпропилен, полиэтилен низкой плотности и поливилхлорид, причем емкость имеет гофрированную стенку; боковая стенка емкости выполнена гибкой с возможностью складывания емкости.

В способе стерилизации ультрафиолетовым излучением, предусматривающем стерилизацию вещества при его повороте, осуществляют облучение тонкого слоя вещества биологической жидкости, примыкающей к стенке емкости при ее вращении, повороте с последующим перемешиванием этого слоя с основной массой биологической жидкости, при этом стерилизацию продолжают до получения стерильного вещества.

На фиг. 1 представлено устройство 1 для ультрафиолетового облучения, содержащее сосуд в форме цилиндрического мешка 2 из кремнийорганического каучука, смонтированного на опорных роликах 3, по меньшей мере один из которых приводится для вращения мешка 2. Мешок 2 имеет гофрированную боковую стенку 4, гофры 5 которой проходят вдоль параллельно центральной оси 6 вращения мешка 2. Несколько ламп 7 ультрафиолетового излучения расположено над мешком 2 и вокруг него параллельно его продольной оси 6 для облучения жидкого продукта крови 8, содержащегося в мешке 2; при этом тонкий слой 9 этой жидкости проносится вдоль внутренней стороны 10 боковой стенки 4, выходя из основного объема 11 жидкости 8, благодаря наличию гофрированных боковых стенок. В результате создается зона гораздо более эффективного облучения благодаря неглубокому проникновению ультрафиолетовых лучей в кровь или аналогичные жидкости, благодаря чему значительно сокращается необходимая продолжительность стерилизации.

Второй вариант конструкции мешка проиллюстрирован на фиг. 2, на котором конструктивные части, соответствующие таковым на фиг. 1, обозначены теми же цифровыми индексами. В этом случае гофры 15 расположены по кольцу, что способствует удержанию мешка 2 в общем цилиндрической формы без дополнительного жесткого фиксирования бутыли, а также сжатию и разжатию мешка в осевом направлении, что позволяет менять его емкость. В этом случае расстояние между гофрами составляет ≈10 мм, общая длина мешка ≈260 мм, наружный диаметр 50 мм, толщина боковой стенки в диапазоне 0,6-0,8 мм.

На фиг.3 и 4, на которых одинаковые части конструкции соответствуют таковым на фиг. 1 и 2 и обозначены теми же индексами, проиллюстрированы другие варианты конструкции, в которых сосуд 16 имеет форму тонкостенного цилиндрического мешка 17 из кремнийорганического каучука, снабжен опорным приспособлением 18 для стенки сосуда, представляющим собой пропускающую ультрафиолетовые лучи цилиндрическую стеклянную трубку 19 в варианте (фиг. 3) и цилиндрическую клетку 20 из проволочной сетки в варианте (фиг. 4). Благодаря такой конструкции мешок 17 может свободно вращаться во время ультрафиолетового облучения, а до заполнения биологической жидкостью 8 находится в сжатом состоянии.

На фиг. 5 проиллюстрирован сосуд в виде бутыли 2 из тефлона (перфторалкокси) с резьбовой крышкой и жестким креплением емкостью 500 или 1000 мл, с толщиной стенки ≈1,5-2,0 мм, выпускаемого фирмой Ralon Products Ltd (Лондон, Англия).

Бутыль 21 свободно опирается на два ролика 3, один 22 из которых приводится электродвигателем 23. Ультрафиолетовые лампы 7 в этом случае снабжены рефлекторами 24 для доведения эффективности облучения до максимума путем концентрирования излучения на жидкости 6.

Электродвигатель 23 и лампы 7 подключены к таймеру и блоку управления 25, предназначенным для регулирования продолжительности облучения. Целесообразно, чтобы устройство имело схему (не показана) для обнаружения и оповещения оператора об неисправности ламп с целью предупреждения об опасности неполной степени облучения, если одна или более ламп выйдет из строя в процессе стерилизации.

На фиг. 6 представлен в общем цилиндрический сосуд 26, расположенный на поворотном столе 27 с роторным приводом 28 для вращения сосуда 26 вокруг вертикальной оси. Соответствующий источник в виде ультрафиолетовых трубок 29 серии UVA (проиллюстрирована только одна из них), причем они располагаются параллельно друг другу вокруг сосуда 26.

Пример 1. Обработка крови человека.

Кровь (250 мл) берется у здорового взрослого юноши и заливается в бутылочку (емкостью 250 или 500 мл) из кремнийорганического каучука (фирмы Dunlop Precision Rubbers Ltd. Лауборо, Англия), имеющего форму (фиг. 1) и содержащего 2000 единицы гепарина без предохранителя (фирмы Weddell Pharmaceuticals Ltd. Лондон, Англия) или другого антикоагуланта, например CPI A.

Бутылочка вращается со скоростью от 10 до 250, например, 140 об/мин в течение от 5 до 30, например, 15 мин, при одновременном облучении несколькими ультрафиолетовыми люминесцентными лампами, расположенными параллельно бутылочке. Камера облучения охлаждается воздухом с помощью вентилятора.

Стерилизацию крови контролируют одним из следующих способов: (1) отделение лимфоцитов, культуры и после остальной дозы с помощью насыщенного тритием тимидина с последующим отсчетом сцинтиляций жидкости; (2) отделение лимфоцитов, культуры с последующим обследованием с помощью электронного микроскопа; (3) отделение лимфоцитов и наблюдение реакции на тканевые красители; (4) культивирование бактерий стандартными лабораторными методами; (5) выращивание вирусов стандартными лабораторными методами; (6) исследование протозанов оптическим и электронным микроскопом и пропусканием через животных; (7) исследование биологического поведения кровяных пластинок (тромбоцитов) с помощью стандартной гематологической технологии, например, поведения в агрегометре и после воздействия коллагеном, аденозинтрифосфатом и т.п.

Пример 2. Инактивация бактерий в пробах жидкости.

Используя устройство и способ его эксплуатации в соответствии с изобретением контроль инактивации осуществляли следующим образом.

Бактерии Gram-ve (Staph. albus), Gram-ve/E. Coli или скорообразующую бактерию (B, Subtilis) добавляли в концентрациях 10⁹ клеток/мл в кровь или жидкую среду и подвергали вращению и центрифугированию в области ультрафиолетового излучения, при этом брали пробы с 5-мин интервалами и уже при прохождении 20 мин обычный микробиологический прибор показывал, что кровь и среда являются стерильными. Загрязнения в системах, которые считали необходимыми чистить, на практике никогда не приближались к концентрации бактерий 10⁹ клеток/мл^-1.

В соответствии с изобретением могут быть применены различные варианты поворота сосуда. Как правило, наиболее предпочтительным является вращение сосуда цилиндрической формы. Однако возможно и вращение на различных, включая, например, вращение сосуда на вертикальной оси, удерживания его на поворотном столе. В частности, в этом конкретном случае будет очевидно, что скорость поворота может быть установлена такой, чтобы обеспечивать необходимую степень перемешивания основного объема жидкости с тонким слоем ее, прилегающим к поверхности наружных стенок, но не настолько высокой, чтобы приводить к значительному центробежному разделению. Целесообразно иметь скорость вращения на уровне от 10 до 250 об/мин.

Понятно, что сосуд может быть только частично заполнен жидкостью, подвергаемой облучению, или полностью, так что на любой стадии облучения тонкий слой жидкости, прилегающий к поверхности боковых стенок может быть просто в форме наружной зоны основного объема жидкости или в случае частично заполненного вращающегося сосуда может представлять собой отдельную пленку, компоненты которой обмениваются с основным объемом жидкости по мере вращения.

В устройстве в соответствии с изобретением может быть использовано любое ультрафиолетовое излучение, если известно, что оно является эффективным в инактивации микроорганизмов. Приемлемыми источниками ультрафиолетового излучения являются те, которые излучают по длине волны в диапазоне от 100 до 400 нм, предпочтительно от 200 до 350 нм; например, диапазон длин волн излучения ультрафиолетового источника UVA составляет ≈320-400 нм, UV B≈310 нм и UV C ≈254 нм.

Известные ламповые источники, которые следует упомянуть, выпускаются фирмами GTE Sylvania Ltd (Чарльстон, Шиплей, Вест Йоркшир), Thorn EMI (Энфилд, Мидлсекс) и Philips Zighting (Крайдон, Серрей) все в Англии.

Необходимая продолжительность облучения будет зависеть от различных факторов, например, от интенсивности излучения, места расположения и числа примененных источников, передаточных характеристик материала боковых стенок сосуда, конфигурации сосуда, и, следовательно, эффективности перемешивания, площади поверхности тонкого слоя жидкости, прилегающего к боковой стенке сосуда и от объема и характера обрабатываемой жидкости. Однако требуемую продолжительность облучения можно легко определить простым методом проб и ошибок для оценки уровня инактивации; дополнительные подробности изложены ниже. Как правило, продолжительность облучения приемлемо иметь в диапазоне от 2 до 60 мин, предпочтительно от 5 до 30 мин, например, 15 мин, а источники излучения выбираются и располагаются таким образом, чтобы обеспечивать достаточную инактивирующую дозу ультрафиолетового излучения в пределах такого периода времени.

Следует подчеркнуть, что область применения изобретения охватывает также и косвенную инактивацию микроорганизмов, при которой в жидкость вводится фотоактивируемый медикамент, который преобразуется из неинактивирующей формы в инактивирующую микроорганизмы форму под действием ультрафиолетового облучения. Одним из примеров фотоактивируемых медикаментов этого типа, которые следует упомянуть, может служить псорален, например, 8-метоксипсорален, который после воздействия на него ультрафиолетового излучения на длине волны 320-400 нм становится способным к образованию фотоаддуктов с помощью ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) в лимфоцитах, благодаря чему происходит их инактивация.

Могут быть использованы различные формы сосуда в устройстве в соответствии с изобретением, включая жесткие или полужесткие, как правило, конструктивно устойчивые, по меньшей мере в наполненном жидкостью положении бутыли, а также обычные гибкие мешки. В последнем случае особенно, когда они заполняются жидкостью только наполовину, потребуется более надежное опорное приспособление во время вращения. Такие мешки могут быть более удобным благодаря их возможности более или менее складываться, что облегчает хранение, упаковку и обеспечивает безопасность при переливании.

Таким образом, согласно изобретению достигается технический результат, связанный с использованием сосуда, который представляет собой в общем круглый мешок с прозрачными для ультрафиолетового излучения боковыми стенками и опорное приспособление для этих боковых стенок, предназначенное для удерживания мешка по меньшей мере во время ультрафиолетового облучения, так что сосуд имеет в общем цилиндрическую форму для вращения его во время ультрафиолетового облучения, благодаря чему в процессе применения устройства тонкий слой жидкости, прилегающий к боковой стенке сосуда, может подвергаться действию эффективной стерилизующей дозе ультрафиолетового облучения и перемешиваться с основным объемом жидкости в сосуде в ходе его вращения.

Опорное приспособление для боковых стенок сосуда может иметь любую подходящую конструкцию и может составлять единое целое с ними, например, могут быть предусмотрены гофры на боковых стенках, пролегающие по окружности, вертикально или под углом относительно центральной оси вращения сосуда и способствующие ускорению перемешивания в ходе вращения сосуда. Опорное приспособление может представлять собой отдельную самостоятельную конструкцию с возможностью сцепления с боковыми стенками цилиндрического мешка, заполненного жидкостью, для удерживания его во время вращения. Опорное приспособление преимущественно имеет такую конструкцию, которая обеспечивает возможность охвата и освобождения боковых стенок мешка с тем, чтобы свести до минимума стоимость отдельных емкостей для биологической жидкости за счет возможности применения опорного приспособления с большим количеством мешков.

Такое опорное приспособление может иметь любую подходящую конструкцию, например, в общем цилиндрическую устойчивую конструкцию из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала или представлять собой в общем цилиндрическую клеть из любого соответствующего конструктивного материала с возможностью прохождения ультрафиолетовых лучей между элементами клети.

В предпочтительном варианте изобретение обеспечивает создание сосуда, удобного для применения при ультрафиолетовом облучении биологической жидкости и имеющего в общем цилиндрическую конструкцию, причем этот сосуд снабжен гофрированными боковыми стенками, практически для ультрафиолетового излучения, благодаря чему в процессе применения устройства в соответствии с изобретением тонкий слой жидкости, примыкающий к поверхности боковой стенки может подвергаться эффективному ультрафиолетовому облучению, причем этот слой перемешивается с основным объемом жидкости в сосуде во время его вращения.

Таким образом, в соответствии с изобретением может быстро и экономично осуществляться стерилизация биологической жидкости, заключающаяся в инактивации одной или более из бактерий, простейших микроорганизмов, включая плазмодий, способный привести к заболеванию малярией, трипаносомов, лимфоцитов и т. п. без значительного ухудшения биологических свойств жидкости. Другие микроорганизмы, которые могут быть инактивированы в большей или меньшей степени, включают вирусы как типа ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), например, одинарный вирус пузырчатого лишая, так и типа РНК (рибонуклеиновой кислоты), например, вирус иммунодефицита у человека и пико-РНК, например, вирусы эпидемической миальгии.

Гофрированные стенки предпочтительных вариантов изобретения могут иметь любую подходящую конструкцию. Так, гофры могут проходить поперек, т.е. по окружности, продольно, т. е. параллельно центральной оси вращения в общем цилиндрического сосуда или диагонально, то есть по спирали. Далее, эти гофры могут быть закругленными, например, синусоидальными, или угловыми в поперечном сечении. Кроме того, особенно в том случае, когда сосуд изготовлен из относительно гибкого материала, например, из тонкого кремнийорганического каучука, гофрированные стенки могут быть снабжены опорными элементами, например, ребрами, кольцами и т.п. проходящими поперек гофр с тем, чтобы способствовать сохранению в общем цилиндрической формы по меньшей мере во время вращения сосуда с жидкостью вокруг его центральной оси.

Стенки сосуда могут быть выполнены из различных пропускающих ультрафиолетовые лучи материалов, включая, например, кремнезем и другие прозрачные для ультрафиолетового излучения стекла, например, те, которые выпускаются под торговым названием Spectrosil и Vitreosil кремнийорганические соединения; продукты целлюлозы, например, Collophane (торговая марка), и пластические материалы, например, политетрафторэтилен (PTFE), фторированный этенпропен (FEP) и предпочтительно полиэтилен низкой плотности (LDPE) или поливинилхлорид (PVC).

Таким образом, благодаря перечисленным выше отличительным признакам изобретения в устройстве для стерилизации ультрафиолетовым излучением достигается технический результат, позволяющий обеспечить более эффективную стерилизацию жидкостей, имеющих биологическое происхождение и/или для применения в биологических системах.

Формула изобретения

1. Устройство для стерилизации ультрафиолетовым излучением, включающее источник ультрафиолетового излучения на эффективной длине волны, кожух для стерилизации, установленный с возможностью поворота относительно излучателя, опоры и приводные средства, отличающееся тем, что кожух для стерилизации представляет собой емкость с веществом в виде биологической жидкости, стенка емкости выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, при этом емкость установлена с возможностью вращения с помощью опор, а приводные средства выполнены с возможностью непосредственного вращения, поворота опор или их вращения, поворота через вспомогательные элементы, причем источник/источники ультрафиолетового излучения установлен/установлены по меньшей мере вокруг части емкости для облучепния тонкого слоя жидкости, примыкающего к стенке при вращении емкости.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что емкость выполнена в виде сосуда, имеющего преимущественно цилиндрическую форму.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что емкость выполнена с возможностью ее вращения, поворота в основном вокруг горизонтальной оси.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина волны источника ультрафиолетового излучения расположена в диапазоне 100 400 нм.

5. Устройство по пп.1 2, отличающееся тем, что боковая стенка емкости выполнена из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, преимущественно стекла, силикона, целлюлозы или пластических материалов.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве пластических материалов используют политетрафторэтилен, фторированный этиленпропилен, полиэтилен низкой плоскости и поливинилхлорид.

7. Устройство по пп.1 3, 5 и 6, отличающееся тем, что емкость имеет гофрированную стенку.

8. Устройство по пп.1 7, отличающееся тем, что боковая стенка емкости выполнена гибкой с возможностью складывания емкости.

9. Способ стерилизации ультрафиолетовым излучением, предусматривающий стерилизацию вещества при его повороте, отличающийся тем, что осуществляют облучение тонкого слоя вещества биологической жидкости, примыкающей к стенке емкости при ее вращении, повороте с последующим перемешиванием этого слоя с основной массой биологической жидкости, при этом стерилизацию продолжают до получения стерильного вещества.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5