DE60006142T2

DE60006142T2 - Methode und apparat zur dampfphasensterilisation

Info

Publication number: DE60006142T2
Application number: DE60006142T
Authority: DE
Inventors: Anthony Michael Charlton MARTIN; David Westcott WATLING
Original assignee: Bioquell UK Ltd
Current assignee: Bioquell UK Ltd
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: ES2209977T3; CA2383459C; CA2383459A1; US7014813B1; US7850906B2; AU7302600A; US20060099106A1; DE60006142D1; ATE252393T1; GB2354443A; JP4255637B2; JP2006271981A; EP1214103A1; EP1214103B1; GB9922364D0; JP2003509165A; WO2001021223A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sterilisieren des Inneren einer Kammer unter Verwendung entweder eines Zweikomponenten- oder eines Vielkomponenten-Dampfs, wobei eine Komponente davon Wasser ist.
Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten zum Sterilisieren des Inneren einer Kammer einschließlich ihres Inhalts in der pharmazeutischen, biotechnologischen und Nahrungsmittelindustrie sowie in der Medizin. Eine Reihe von Verbindungen werden als Sterilisierungsmittel eingesetzt, und davon sind einige nur teilweise effektiv und andere haben schwerwiegende Nebenwirkungen, weil sie toxisch oder korrodierend sind oder andere Umweltschäden hervorrufen können. Formaldehyd wird seit langem als billiges und recht effektives Sterilisierungsmittel verwendet, aber Zweifel hinsichtlich seiner Sicherheit und Stabilität in bezug auf die Umwelt können den fortgesetzten Einsatz möglicherweise verhindern. Wasserstoffperoxid ist eine einfache und billige Verbindung mit guten Sterilisierungseigenschaften. Sein Hauptvorteil ist, daß es zu Wasser und Sauerstoff abgebaut werden kann, die vollständig unschädliche Produkte sind. In der Dampfphase kann Wasserstoffperoxid dazu dienen, große Arbeitsbereiche von Sicherheitsschränken bis zu Reinräumen zu behandeln. Eine ausschließliche Gasphase-Sterilisierung wirkt nicht auf tiefe Kontaminierungsschichten, und als Vorstufe zu einer Gasphase-Sterilisierung sind gute Reinigungsvorgänge notwendig.
Wasserstoffperoxid-Gassterilisierungs- und -Dekontaminierungssysteme sind entwickelt worden, um Kondensierung zu vermeiden, und somit sind sowohl Durchfluß- als auch Umwälzsysteme so organisiert worden, daß die Dampfkonzentrationen insbesondere von Wasser unterhalb des Taupunkts gehalten werden. Beispiele solcher Systeme sind in EP-A-0486623B1, GB-B-2217619, WO-A-89/06140 und GB-A-2308066 beschrieben.
Neuere Arbeiten haben gezeigt, daß für die rasche Oberflächensterilisierung und Dekontaminierung in Räumen und kleineren Kammern oder Isoliereinheiten die Kondensierung eines Gemischs aus Dämpfen eines gasförmigen Dekontaminierungsmittels wie etwa Wasserstoffperoxid und Wasser ausschlaggebend ist. Man nimmt heute an, daß die gasförmige Oberflächensterilisierung unter Anwendung von Wasserstoffperoxid ein Kondensationsprozeß ist, und daher erscheint es sinnvoll, den Prozeß zu untersuchen, um zu erkennen, wie er optimiert werden kann, so daß der Kondensationsprozeß vorteilhaft genutzt werden kann. Diese Erkenntnis kann dann nicht nur bei dem Sterilisierungsverfahren unter Einsatz von Wasserstoffperoxidgas angewandt werden, sondern auch bei anderen Gemischen von Sterilisierungsgasen, deren Wirksamkeit auf der Kondensation beruht.
Bei der in EP-A-0 486 623 B1 beschriebenen Vorrichtung wird das Luft-/Gasgemisch durch die zu sterilisierende dicht verschlossene Kammer und dann durch die Vorrichtung umgewälzt, um das Gasgemisch zu erzeugen und zu steuern. Das zu der Vorrichtung zurückkehrende Gas wird von jeglichem Wasserstoffperoxid befreit und außerdem getrocknet, bevor weiterer Wasserdampf und Wasserstoffperoxidgas hinzugefügt werden. Dieser Reinigungs- und Trocknungsvorgang ist wahrscheinlich mit Verschwendung verbunden, da die aus dem zirkulierenden Gas entfernten Dämpfe ersetzt werden müssen, damit in der hermetischen Kammer eine Kondensation erfolgen kann. Einen Grund für das Entfernen dieser Dämpfe könnte es nur geben, wenn die Konzentration des Wasserstoffperoxidgases aufgrund von Zersetzung verringert worden wäre.
Man weiß heute, daß die Zersetzung der Dampfphase nicht bei Raumtemperaturen stattfindet, sondern daß eine solche homogene Zersetzung nur bei höheren Temperaturen geschieht, wie in dem Dokument "HYDROGEN PEROXIDE", CHARLES N. SATTERFIELD und RALPH L. WENTWORTH, veröffentlicht in AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, MONOGRAPH SERIES, WALTER C. SCHUMB, Catalog Card Number 55-7807, Chapter 8, berichtet wird. Die Zersetzung geschieht jedoch an Oberflächen, die katalytisch sind, dabei handelt es sich jedoch anscheinend um sehr kleine Mengen. Bisher hat kein Beobachter einen meßbare Zunahme der Sauerstoffkonzentration beobachtet, und die gemessenen Wasserstoffperoxid-Gaskonzentrationen stimmen weitgehend mit den Sattdampfdrücken der ursprünglichen wäßrigen Lösung überein, die in den Luftstrom hinein verdampft wird. Alle Anzeichen weisen somit darauf hin, daß die Menge der Dampfphasenzersetzung von Wasserstoffperoxid sehr gering ist.
Da dieser Sterilisierungsprozeß auf der Kondensation des Wasserstoffperoxiddampfs basiert, ist also der kritischste Parameter die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der diese Kondensation erreicht werden kann. Die zur Kondensation innerhalb der hermetischen Umschließung verfügbare Menge an Wasserstoffperoxiddampf hängt von der der Kammer zugeführten Dampfkonzentration und der die Kammer verlassenden Konzentration ab. Die Differenz zwischen diesen beiden Mengen ist die Wasserstoffperoxidmenge, die zur Bildung einer Kondensationsschicht verfügbar ist.
Die maximale Dampfkonzentration, die der Kammer zugeführt werden kann, hängt von der Temperatur des in die Kammer eingeleiteten Gasstroms, der Konzentration der in den Gasstrom verdampften wäßrigen Sterilisierungslösung und dem Gesamtwassergehalt des Gases ab. Das Trägergas, normalerweise Luft, das zum Transport der sterilisierenden Dämpfe durch das gesamte System verwendet wird, ist auch nach Durchlauf durch das Trocknungssystem niemals vollkommen trocken. Dieses zusätzliche Wasser im Trägergas verdünnt das Wasserstoffperoxid geringfügig, und dieses zusätzliche Wasser verringert die Wasserstoffperoxidmenge, die von dem Gas transportiert werden kann. Die Konzentration des aus der hermetischen Kammer austretenden Dampfs, nachdem stabile Bedingungen erreicht worden sind, ist durch den Sattdampfdruck für die Bedingungen am Auslaß der hermetischen Kammer bestimmt. Wenn also davon ausgegangen wird, daß nur eine unwesentliche Zersetzung stattfindet, hängt die Kondensationsrate von der Konzentration der der Kammer zugeführten Gase und der Temperatur der die Kammer verlassenden Gase ab.
Im allgemeinen gibt es zwei Faktoren, die bei der Betrachtung eines Gasphase-Oberflächensterilisierungsprozesses wichtig sind. Der erste und wichtigste Faktor besteht darin sicherzustellen, daß der Prozeß erfolgreich war, und der zweite besteht im Erreichen der Sterilisierung in der kürzestmöglichen Zeit. Die häufigste Technik zur Sicherstellung der Sterilität besteht in der Entwicklung eines Zyklus und in der Prüfung der Wirkungsweise mit biologischen Indikatoren. Diese Entwicklung eines Zyklus umfaßt die Optimierung jeder Phase des Sterilisierungszyklus. Das ist eine komplexe Angelegenheit, denn abgesehen von den offensichtlichen Überlegungen von Gaskonzentration und -strömung gibt es viele Parameter, die während des Optimierungsvorgangs zu berücksichtigen sind. Einige der weniger offensichtlichen Parameter sind der Ausgangswert der relativen Feuchte, der Feuchtegehalt eines etwaigen Mikroorganismus, die Kondensationsrate und die Zeitdauer, die benötigt wird, bis das Kondensat alle Mikroorganismen abtötet. Die für das Entfernen des Sterilisierungsgases am Ende des Zyk lus angewandte Technik hat ebenfalls einen bedeutenden Einfluß auf die Gesamtzyklusdauer.
Der optimierte Zyklus wird dann festgelegt unter Anwendung der gleichen physikalischen Parameter wie Durchflußraten, -dauern usw., berücksichtigt jedoch nicht etwaige externe Faktoren, die sich ändern können, z. B. die externe Temperatur, die die Wirksamkeit des Zyklus beeinflußt.
Das Problem bei dieser festgelegten Technik ist, daß dann, wenn sich irgendwelche externen Einflüsse, die bei der Entwicklung eines Zyklus nicht berücksichtigt wurden, ändern, ein Zyklus trotz ordnungsgemäßer Entwicklung keinen Erfolg hat. Die beste Methode zur Überwindung dieser Schwierigkeit besteht darin, diejenigen Parameter zu messen, die die eigentliche Sterilisierung bewirken, und diese Meßwerte zur Steuerung des Zyklus zu verwenden und nicht ein Set von vorbestimmten Faktoren für den Ablauf identischer Zyklen zu verwenden. Die Technik der Verwendung der Meßwerte zur Steuerung des Zyklus führt zu Änderungen der Einzelheiten des Zyklus, wodurch etwaigen Änderungen der den Prozeß begleitenden Umstände entgegengewirkt wird.
Diese Vorgehensweise bietet außerdem den Vorteil, daß die kürzeste zuverlässige Zyklusdauer gewährleistet ist, denn der Prozeß läuft bis zu einem Punkt ab, an dem er wirksam ist, und nicht weiter. Es ist nicht notwendig, große Sicherheitstoleranzen bei dem Zyklus vorzusehen, um seine Wirksamkeit zu gewährleisten, da der Punkt, an dem er wirksam ist, aus den Messungen bekannt ist.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung sind die Steuerung des Sterilisierungszyklus unter Verwendung von Sensoren und die Bereitstellung eines Umwälzsystems, bei dem die Schritte des Entfernens von Wasserdampf und Sterilisierungsgasgemischen während der kritischen Sterilisierungsphase des Zyklus nicht erforderlich sind.
US-A-5 906 794 zeigt ein Durchfluß-Dampfphasensterilisierungssystem, das eine dicht verschließbare bzw. versiegelbare Kammer mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung und einem Kreislauf aufweist, der mit den Kammeröffnungen in Fluidverbindung ist, um einen geschlossenen Durchflußweg für die Umwälzung eines Trägergases in die und aus der Kammer zu bilden. Das System weist ferner eine Verdampfereinheit für flüssiges Sterilisierungsmittel zur Abgabe eines verdampften flüssigen Sterilisierungsmittels in den Trägergasstrom an der Aufstromseite der Einlaßöffnung auf, und ein Konverter zur Umwandlung des Sterilisierungsmitteldampfs in eine zur Entsorgung geeignete Form ist mit dem Kreislauf an der Abstromseite der Kammerauslaßöffnung in Fluidverbindung.
Eine Trocknungseinheit ist in den Kreislauf an der Abstromseite des Konverters eingefügt und hat ein Ventil zur Steuerung des Durchflusses zu einer ersten Durchflußbahn durch einen Lufttrockner und von dort zu dem Verdampfer oder einer zweiten Durchflußbahn, die den Lufttrockner umgeht. Durch Ändern der Fluidmenge durch die erste und die zweite Durchflußbahn kann ein ausgewählter Anteil des Trägergases so geleitet werden, daß er den Trockner umgeht, und die Feuchtigkeit des Trägergases kann so reguliert werden, daß in der Kammer ein vorbestimmter Sättigungsprozentsatz des Sterilisierungsdampfs während des Ablaufs des Sterilisierungszyklus aufrechterhalten wird.
WO-A-00/38745 ist ein Dokument, das nach Maßgabe von EPÜ Art. 54(3) und (4) relevant ist, und zeigt einen Chargenprozeß zur Sterilisierung eines Gegenstands unter Einsatz von konzentriertem Wasserstoffperoxiddampf. Der Gegenstand wird in einen Sterilisator eingebracht, und Wasserstoffperoxid und Wasser werden dem Sterilisator zugeführt. Das Wasserstoffperoxid und Wasser werden verdampft unter Bildung eines Dampfs, der Wasserstoffperoxid und Wasser aufweist. Die Konzentration des Wasserstoffperoxids in dem Dampf und des Wassers in dem Dampf werden überwacht, und Wasserdampf wird aus dem Sterilisator abgezogen, um das Wasserstoffperoxid zu erhöhen und somit zu konzentrieren, bis das Verhältnis von Wasserstoffperoxid zu Wasser einen gewünschten Wert zum Erreichen der Sterilisierung hat.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kontinuierliches Sterilisierungssystem anzugeben, bei dem die Konzentration des Sterilisierungsmitteldampfs in der zu sterilisierenden Kammer rascher, als das bisher möglich ist, aufgebaut wird, um eine rasche Kondensation von Sterilisierungsmittel in der Kammer zu erzielen und den Gesamtsterilisierungszyklus zu verkürzen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters bereit, das die Schritte des Umwälzens eines Trägergases und eines Sterili sierungsmittels durch den Behälter und durch einen Durchflußweg mit einem Auslaß aus dem Behälter und einem Einlaß in den Behälter aufweist, wobei jedes Sterilisierungsmittel in dem Gasstrom, der aus dem Behälter erhalten wird, für eine Entsorgung geeignet gemacht ist, und der Gehalt an Wasserdampf reduziert, anschließend der Gasstrom erwärmt und weiteres Sterilisierungsmittel hinzugegeben wird, um den Behälter zu sterilisieren, wobei der Durchflußweg zwei parallele Äste aufweist, wobei in einem davon jedes Sterilisierungsmittel in dem Gasstrom für eine Entsorgung geeignet gemacht und jeder Wasserdampfgehalt in dem Gas vermindert wird und wobei in dem anderen davon das Trägergas erwärmt und ein Sterilisierungsmittel zu dem Gas hinzugegeben wird, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: anfängliches Umwälzen des Trägergases durch den einen Ast, Überwachen des Feuchtigkeitsgehalts des Gases in dem Behälter, und Beenden des Trägergasflusses durch den einen Ast, wenn die relative Feuchtigkeit in dem Behälter auf ein vorbestimmtes Niveau vermindert worden ist, so daß die Oberflächen des Gehäuses relativ trocken sind, Initiieren eines Flusses des Trägergases durch den anderen Ast und Hinzugeben von Sterilisierungsmitteldampf oder -dämpfen zu dem Gas, das durch den anderen Ast hindurchgeht, bis eine Kondensation des Sterilisierungsmittels in dem Behälter stattfindet, Beenden der Zufuhr von Sterilisierungsmittel zu dem Trägergas, Fortsetzen des Umwälzens des Trägergases, das im wesentlichen mit dem Sterilisierungsmitteldampf gesättigt ist, für eine vorbestimmte Zeit, um eine Sterilisierung des Behälters sicherzustellen, Beenden des Flusses durch den anderen Ast, und Umleiten des Trägergasflusses durch den einen Ast, um das Sterilisierungsmittel aus dem Gasbehälter zu extrahieren, um das Sterilisierungsmittel für eine Entsorgung geeignet zu machen und die relative Feuchtigkeit des Trägergases zu vermindern.
Insbesondere stellt die Erfindung ein Verfahren zum Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters bereit, das die folgenden Schritte aufweist: anfängliches Vermindern der relativen Feuchtigkeit in dem Behälter auf ungefähr 30% bis 40%, Umwälzen eines Trägergases zu dem Behälter, Erhöhen der Temperatur des umgewälzten Gases über Umgebungstemperatur, Zuführen von Sterilisierungsmitteldampf oder -dämpfen zu dem umgewälzten Gas in einer Menge, die ausreicht, um das Gas im wesentlichen zu sättigen, wobei beim Abkühlen in dem Behälter ein Kondensat von dem Sterilisierungsmitteldampf an den Oberflächen des Behälters gebildet wird, Verteilung des Gases/Dampfs überall in dem Behälter, um sicherzustellen, daß das Kondensat an allen Oberflächen in dem Behälter gebildet wird, Messen der Menge an Kondensat, das an einer Oberfläche des Behälters gebildet ist, und Fortsetzen des Umwälzens des Gases/Dampfs, bis eine erforderliche Menge des Kondensats in dem Behälter gebildet worden ist, Beenden der Versorgung von Sterilisierungsmitteldampf zu dem Behälter während eines Fortsetzens des Umwälzens des gesättigten Gases/Dampfs, um das Kondensat an den Oberflächen für eine vorbestimmte Zeitdauer zu erhalten, und schließlich Extrahieren des Sterilisierungsmitteldampfs aus dem Trägergas, während eines Fortsetzens des Umwälzens des Trägergases durch den Behälter, um das Kondensat aus dem Behälter zu extrahieren.
Bevorzugt wird der Sterilisierungsmitteldampf aus dem Trägergas extrahiert, indem der Dampf in entsorgungsfähige Bestandteile zerlegt wird.
Es wird ferner bevorzugt, daß der Sterilisierungsmitteldampf Wasserstoffperoxid und Wasserdampf ist. In diesem Fall wird das Wasserstoffperoxid, das aus der Kammer mit dem umgewälzten Gas extrahiert wird, einer katalytischen Wirkung unterworfen, um das Wasserstoffperoxid in Wasserdampf und Sauerstoff zu zerlegen, wobei ersteres aus dem Gas extrahiert wird, bevor das Gas wieder durch den Behälter umgewälzt wird.
Der anfängliche Schritt des Reduzierens der relativen Feuchtigkeit in dem Behälter kann durchgeführt werden, indem das Trägergas durch die Kammer umgewälzt und Wasserdampf aus dem umgewälzten Gas außerhalb der Kammer extrahiert wird.
Die relative Feuchtigkeit in dem Behälter kann anfänglich auf ungefähr 35% vermindert werden. Außerdem kann der Behälter bei der verminderten relativen Feuchtigkeit für eine Zeitdauer entsprechend der Größe des Behälters und der Durchflußrate des Gases gehalten werden, um eine Trockenheit der Oberflächen in dem Behälter sicherzustellen.
Der Eingang zu dem einem Ast wird geschlossen und der Eingang zu dem anderen Ast kann geöffnet werden und umgekehrt, um einen Fluß durch den einen oder den anderen der Äste zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann eine Ventileinrichtung einen Fluß in den einen Ast und nicht den anderen ermöglichen und umgekehrt.
Alternativ können Pumpeinrichtungen in den parallelen Ästen vorgesehen und verwendet werden, um einen Gasfluß entlang dem einen oder dem anderen der parallelen Äste in dem Durchflußweg zu bewirken.
Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zum Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters vor, die folgendes aufweist: eine Leitung für den Fluß eines Gases oder von Gasen, wobei die Leitung Mittel zum Erhalten und Verbinden eines in der Leitung zu sterilisierenden Behälters aufweist, um damit eine geschlossene Leitung zu bilden, Mittel, um Gas durch die Leitung und den Behälter umzuwälzen, wobei die Leitung zwei parallele Äste aufweist, wobei einer von ihnen Mittel aufweist, um ein Sterilisierungsmittel zu deaktivieren, das zu dem Trägergas hinzugegeben wird, das durch die Leitung strömt, und Mittel aufweist, um das Gas zu entfeuchten, und wobei der andere der Äste Mittel zum Erwärmen des Gases und Mittel aufweist, um einen Sterilisierungsmitteldampf oder -dämpfe zu dem Gas zuzuführen, wobei die Vorrichtung ferner Regelmittel zum Bestimmen, durch welchen von den parallelen Ästen das Gas strömt, aufweist, wobei die Regelmittel Mittel umfassen, um die relative Feuchtigkeit von dem Gas, das den Behälter verläßt, zu bestimmen, und die betriebsfähig sind, um einen Fluß durch den einen Ast aufrechtzuerhalten, der einen offenen Durchgang aufweist, bis die relative Feuchtigkeit unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, und um anschließend den Fluß durch den Ast zu beenden, und um einen Fluß in dem anderen Ast zu initiieren, und Mittel umfaßt, um eine Kondensation in dem Behälter zu messen, um einen Fluß in dem anderen Ast zu beenden, und um einen Fluß in dem einen Ast zu initiieren, wenn sich die erforderliche Kondensationsmenge in dem Behälter aufgebaut hat.
Ferner kann die Vorrichtung Mittel aufweisen, um das Gas/die Dämpfe durch den gesamten Behälter zu verteilen, um sicherzustellen, daß das Kondensat an allen Oberflächen in dem Behälter gebildet wird.
Es hat sich gezeigt, daß in wäßrigen Wasserstoffperoxidlösungen sehr rasche Abtötungsraten selbst bei Wasserstoffperoxidkonzentrationen von 10% erreicht werden, wobei noch raschere Abtötungsraten bei 20% Lösungen erreicht werden. Da wir glauben, daß die gasförmige Oberflächensterilisierung ein Mikrokondensationsprozeß ist, kann dieser als analog zu der Arbeit "THE STERILISING EFFECT AGAINST BACILLUS SUBTILIS SPORES OF HYDROGEN PEROXIDE AT DIFFERENT TEMPERATURES AND CONCENTRATIONS" von P. SWARTLING und B. LINDGREN, J. DAIRY RES. (1968), 35,423, angesehen werden. Diese Arbeit bildet einen guten Leitfaden im Hinblick auf die zu erwartenden Ergebnisse, die mit einem gasförmigen Kondensationsprozeß erreicht werden können.
Dies ist auch ein Hinweis darauf, daß selbst beim Auftreten eines geringfügigen Zersetzungsgrads infolge der Oberflächenkatalyse des Gases dennoch eine Abtötung erreicht werden würde. Tatsächlich erscheint eine solche Zersetzung sehr gering, wie aus den Gaskonzentrationsdaten hervorgeht.
Es folgt eine Beschreibung von einigen speziellen Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen; die Zeichnungen zeigen in:
1 eine schematische Darstellung einer versiegelten bzw. hermetisch verschlossenen Kammer und eines Sterilisierungskreislaufs, der mit der Kammer verbunden ist, um das Innere und den Inhalt der Kammer unter Verwendung eines Gases zu sterilisieren, das einen wäßrigen Dampf eines flüssigen Sterilisierungsmittels transportiert, wobei der Kreislauf zwei Pumpen oder Gebläse hat.
2 ist eine schematische Darstellung einer hermetisch verschlossenen Kammer und einer weiteren Ausführungsform eines Kreislaufs, der mit der Kammer verbunden ist, um das Innere der Kammer und ihren Inhalt zu sterilisieren, wobei ein Gas verwendet wird, das einen wäßrigen Dampf eines flüssigen Sterilisierungsmittels enthält, und der Kreislauf eine einzige Pumpe oder ein einziges Gebläse hat.
Die Vorrichtung weist eine hermetisch verschlossene Kammer 10 auf und hat einen Doppelkreislauf zur Entfeuchtung, Sterilisierung und Belüftung der hermetischen Kammer 10. Ein Trägergas, d. h. Luft, und ein Sterilisierungsgas oder -gase werde aus der hermetischen Kammer durch hermetische Anschlüsse, die die Kammer in Fluidverbindung mit der Vorrichtung bringen, zu der Vorrichtung angesaugt.
Die Vorrichtung weist auf: einen Gasdurchflußkreislauf 12, der in Reihe einen Gasmonitor 13, einen Temperatur- und Feuchtigkeitsmonitor 14 und eine Durchflußmeßeinrichtung 15 enthält. Der Gasmonitor ist eine elektrochemische Zelle, die ein der Gaskonzentration proportionales Signal abgibt, oder kann ein Spektralfotometer für den nahen Infrarotbereich sein. Geeignete Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren 14 sind allgemein als handelsübliches Einzelinstrument erhältlich, und jede solche Einrichtung, die gegenüber Wasserstoffperoxiddampf beständig ist, ist für diesen Anwendungszweck geeignet. Das bestgeeignete und kostengünstigste Durchflußmeßsystem 15 basiert auf der Messung der Druckdifferenz über eine Durchflußdrossel, typischerweise eine Drosselscheibe.
An der hermetischen Kammer ist ein Kondensationsmeßsystem 16 angebracht. Markensysteme sind nicht ohne weiteres verfügbar, aber es sind Techniken entwickelt worden, die auf der Änderung des Reflexionsvermögens einer Oberfläche in der Kammer basieren, um die gebildete Kondensatmenge anzuzeigen.
An der Abstromseite des Durchflußmeßsystems teilt sich der Kreislauf in zwei parallele Äste 17, 18. Jeder Ast hat ein Gebläse 18, 19, und jedem Gebläse ist ein Sperrventil 21 zugeordnet. Da der erforderliche Druck zum Umwälzen des Gases durch das System im allgemeinen nicht hoch ist, genügt für einen solchen Anwendungsfall ein übliches drehzahlgeregeltes Zentrifugalgebläse. Die Sperrventile müssen sicherstellen, daß kein Rückfluß in die falsche Richtung stattfindet. Bei dem vorliegenden Anwendungsfall genügen einfache Verschlußklappeneinrichtungen. In dem ersten parallelen Ast 17 befinden sich ein System 22 zum Deaktivieren und Entfernen des Sterilisierungsgases oder der -gase aus dem Trägergas, und ein weiteres System 23 zum Entfeuchten des Gasstroms. An der Abstromseite des Entfeuchtungssystems ist eine Heizeinrichtung 24 angeordnet, um die Temperatur des umgewälzten Gases zu erhöhen. Das Deaktivierungssystem für das Sterilisierungsgas weist ein Katalysatorbett auf, das den Dampf in unschädliche Bestandteile zersetzt. Im Fall von Wasserstoffperoxidgas ist ein geeigneter Katalysator Ruthenium auf inerten Pellets, wodurch das Gas in Wasserdampf und Sauerstoff zersetzt wird.
Ein Trockenmittel-Trockner kann den Entfeuchtungsvorgang ausführen, aber eine besser geeignete Technik besteht darin, die Gastemperatur unter Verwendung eines Kälte systems zu vermindern. Die Temperaturverminderung bewirkt, daß der Wasserdampf mit den Zersetzungsprodukten kondensiert. Die resultierenden Kondensat- und Zersetzungsprodukte können dann abgepumpt werden. Es ist erforderlich, die Umwälzgastemperatur nach dem Entfeuchten zu erhöhen, und eine elektrische Heizeinrichtung 24 oder andere Heizeinrichtung ist an der Abstromseite des Entfeuchters zu diesem Zweck angeordnet.
In dem zweiten parallelen Ast befindet sich eine Heizeinrichtung 25 zum Erhöhen der Gastemperatur vor dessen Eintritt in einen Verdampfer 26, in dem das flüssige Sterilisierungsmittel durch Erwärmen in Dampf umgewandelt wird. Ein Vorrat 27 für flüssiges Sterilisierungsmittel steuert den Flüssigkeitsdurchfluß zum Verdampfer.
Die Heizeinrichtung 25 kann ähnlich wie die andere Heizeinrichtung 24 aufgebaut sein. Der Verdampfer ist ein Entspannungsverdampfer, in dem das flüssige Sterilisierungsmittel dadurch verdampft wird, daß ein Flüssigkeitsstrom unter Schwerkraft auf eine aufgeheizte Oberfläche fällt. Der Flüssigkeitsstrom von dem Sterilisierungsmittelvorrat wird mit einer ausgewählten Rate unter Verwendung einer drehzahlgeregelten Pumpe, die von einem Durchflußmeßsystem gesteuert wird, auf die aufgeheizte Oberfläche zugeführt. Die Temperatur des in die hermetische Kammer 10 einströmenden Gases wird bei 28 unter Verwendung einer Standard-Temperaturmeßsonde gemessen. Der Gaseinlaß zu der Kammer 10 erfolgt durch ein Gasverteilungssystem mit einer rotierenden Düsenanordnung, die Gas mit hoher Temperatur und Geschwindigkeit zu jedem Teil der Kammer ausstößt. Außerdem ist ein System vorgesehen, das den Gasdruck in dem Kreislauf so steuert, daß der Druck nach Bedarf erhöht oder vermindert wird.
Die Komponenten bei der in 2 gezeigten alternativen Ausführungsform sind die gleichen und tragen die gleichen Bezugszeichen mit Ausnahme der Gebläse- und Ventilanordnung. In 2 wird das Gas bzw. die Gase von einem einzigen Gebläse oder einer einzigen Pumpe 30 durch das System gefördert. Das Gas oder Gasgemische, die das Gebläse oder die Pumpe verlassen, strömen zu einem Dreiwegeventil 31, das den Strom entweder zu dem ersten parallelen Ast durch Verbinden von Anschluß A mit Anschluß C oder zu dem zweiten parallelen Ast durch Verbinden von Anschluß A mit Anschluß B lenkt. Typischerweise ist das Ventil ein elektrisch angetriebenes Dreiwegekugelventil.
Das Verfahren zum Sterilisieren des Behälters unter Verwendung der obigen Vorrichtung weist die Schritte auf: Vermindern der relativen Feuchtigkeit in dem Behälter, anschließendes Umwälzen eines Trägergases, das einen wäßrigen Dampf des Sterilisierungsgases oder der -gase enthält, und schließlich Entfernen des Sterilisierungsgases oder der -gase.
Die erste Phase des Verminderns der relativen Feuchtigkeit ist wichtig, um sicherzustellen, daß sämtliche Oberflächen im Inneren der versiegelbaren Kammer den gleichen Trockenzustand haben. Während der zweiten Phase wird das Sterilisierungsgas oder die -gase der hermetischen Kammer mit einer erhöhten Temperatur zugeführt, damit möglichst viel von dem Sterilisierungsmittel in die hermetische Kammer transportiert werden kann. Die dritte und letzte Phase ist das Entfernen des Sterilisierungsgases oder der -gase durch Einleiten eines reinen trockenen Trägergases in die hermetische Kammer, um das aktive Gas oder die Gase abzuleiten.
Die erste Phase des Verminderns der Feuchtigkeit kann zwei Teile aufweisen, wobei im ersten die relative Feuchtigkeit auf einen vorher gewählten Wert vermindert wird und im zweiten Teil die Feuchtigkeit auf diesem Wert gehalten wird, um der hermetischen Kammer das Erreichen eines stabilen Zustands zu ermöglichen.
Ebenso ist die zweite Phase, wobei das Gas oder die Gase in die hermetische Kammer geleitet werden, zweiteilig. Der erste Teil dient der Erhöhung der Konzentration und dem Erzeugen des erforderlichen Kondensationsgrads an den Oberflächen, und ein zweiter, Verweilteil dient dazu, das Kondensat auf die Mikroorganismen wirken zu lassen. Der Kondensationsgrad wird während des ersten Teils der zweiten Phase gemessen, und wenn er das erforderliche Niveau erreicht hat, wird die Zufuhr von Sterilisierungsgas oder -gasen abgebrochen, aber das Trägergas mitsamt den gesättigten Dämpfen wird weiter umgewälzt. Der umgewälzte Sattdampf verhindert ein Verdampfen der Kondensationsschicht, so daß der Flüssigkeitsfilm auf die Mikroorganismen einwirken kann.
Während der dritten und letzten Phase des Sterilisierungszyklus wird das Trägergas gemeinsam mit dem Sterilisierungsgas oder den -gasen durch ein System umgewälzt, um die aktiven Gase unschädlich zu machen, so daß sie abgeführt werden können, während gleichzeitig der Wasserdampf in einem Entfeuchter entfernt wird. Das reine Trägergas wird dann zu der hermetischen Kammer zurückgeführt, wo es weiteres aktives Gas oder Gase aufnimmt und dadurch das Niveau der aktiven Bestandteile weiter vermindert. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis die Menge an aktiven Bestandteilen auf einen annehmbaren Wert vermindert worden ist.

1. Die relative Feuchtigkeit (RH) muß zu Beginn des Sterilisierungszyklus geregelt werden. Wir haben festgestellt, daß der optimale Wert zwischen 30 und 40% liegt. Es gibt zwei Aspekte, die im Hinblick auf den Ausgangswert von RH zu bedenken sind: Erstens soll der kürzest mögliche Zyklus erhalten werden (dies erfordert, daß RH auf ungefähr 35% vermindert wird), und zweitens soll ein wiederholbarer Zyklus erhalten werden. Die Wiederholbarkeit hängt von der Anwendung desselben Ausgangswerts von RH ab, und dieser mag in Abhängigkeit von den örtlichen Bedingungen durchaus höher als 35% sein. Da es nicht immer praktikabel ist, einen Ausgangswert von 35% für RH zu erreichen, ist es wesentlich, daß immer der gleiche Ausgangswert angewendet wird. Höhere Werte von RH verlängern die zum Erreichen der Sterilisierung notwendige Zeitdauer, da das an Oberflächen gebildete Kondensat von etwa vorhandenem Wasser verdünnt wird.
2. Die Kondensatmenge ist wichtig; wenn zu viel gebildet wird, wird der Zeitraum zum Entfernen der Oberflächenschicht nach dem Erreichen der Sterilisierung länger, da es länger dauert, die Oberflächen zu trocknen. Wenn nur die Bildung von ungenügender Kondensation zugelassen wird, dann findet keine Sterilisierung statt. Die exakte Messung dieser Oberflächenschicht ist für den Prozeß sehr wichtig.
3. Aus der oben erwähnten Arbeit von Swartling et al. geht hervor, daß eine gewisse "Tauchzeit" erforderlich ist, damit die kondensierte Flüssigkeit wirksam ist. Diese ist in den Sterilisierungszyklus als Verweilperiode eingebaut, und eine Sicherheitstoleranz sollte innerhalb dieser Verweilperiode zugelassen werden, um zu gewährleisten, daß ein vollständiges Abtöten erreicht worden ist. Diese Periode ist normalerweise nicht mehr als einige Minuten einschließlich der Sicherheitstoleranz.
4. Die Verteilung des in die Kammer eintretenden heißen Gases ist ebenfalls wichtig. Wenn das Gas in die Kammer einströmt, beginnt es rasch abzukühlen und Kondensat zu bilden. Wenn das Gas beim Eintritt in die Kammer nicht gründlich vermischt ist, gibt es Stellen bevorzugter Kondensierung. Wenn dies geschieht, haben andere Bereiche innerhalb der Kammer notwendigerweise weniger Kondensation, und zum Erzielen einer vollständigen Abtötung in allen Bereichen ist ein Gasüberschuß erforderlich. Dieser Überschuß wird ungleichmäßig verteilt, und das Entfernen am Ende des Zyklus, wenn die Kammer wieder zum Normalgebrauch zurückkehrt, dauert ebenfalls länger.
5. Die Messung von Konzentration und Temperatur des aus der Kammer austretenden Gases liefert die Information an das System, daß der Sattdampfdruck erreicht worden ist. Dies ist zwar kein kritischer Parameter, zeigt jedoch, daß die Kondensation stattfindet. Wenn die Konzentration zu niedrig ist und kein Kondensat gebildet wird, sollte der Zyklus abgebrochen werden, und diese Messungen bestätigen diesen Vorgang.

Somit weist der Prozeßzyklus die folgenden Schritte auf:

1. Die Kammer wird auf einen Ausgangswert von RH, normalerweise 35%, gebracht. Die Kammer sollte für einige Minuten auf diesem Niveau gehalten werden, um zu gewährleisten, daß sämtliche Oberflächen ins Gleichgewicht gebracht worden sind.
2. Sterilisierungsgas oder -gase und Wasserdampf werden mit erhöhter Temperatur in die Kammer eingeleitet und so verteilt, daß eine gleichmäßige Kondensatschicht erzeugt wird. Die Kondensationsmenge wird gemessen, und wenn sie einen hinreichenden Wert erreicht hat, wird der Gas- und Wassererzeuger abgeschaltet.
3. Das kondensierte Gas oder die Gase und Wasser verbleiben für eine ausreichende Zeitdauer auf den Oberflächen, um die Sterilisierung zu bewirken.
4. Am Ende der Verweilperiode wird der Kammer reine trockene Luft zugeführt, wodurch die Oberflächenkondensation verdunstet und dadurch aus der Kammer entfernt wird.

Claims

Verfahren zum Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters, das die Schritte des Umwälzens eines Trägergases und eines Sterilisierungsmittels durch den Behälter und durch einen Durchflussweg mit einem Auslass aus dem Behälter und einem Einlass in den Behälter aufweist, wobei jedes Sterilisierungsmittel in dem Gasstrom, der aus dem Behälter erhalten wird, für eine Entsorgung geeignet gemacht ist, und der Gehalt an Wasserdampf reduziert, anschließend der Gasstrom erwärmt und weiteres Sterilisierungsmittel hinzugegeben wird, um den Behälter zu sterilisieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussweg zwei parallele Äste aufweist, wobei in einem davon jedes Sterilisierungsmittel in dem Gasstrom für eine Entsorgung geeignet gemacht ist und jeder Wasserdampfgehalt in dem Gas vermindert wird, und wobei in dem anderen davon das Trägergas erwärmt und ein Sterilisierungsmittel zu dem Gas hinzugegeben wird, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: – Anfängliches Umwälzen des Trägergases durch den einen Ast, – Überwachen des Feuchtigkeitsgehalts des Gases in dem Behälter, und – Beenden des Trägergasflusses durch den einen Ast, wenn die relative Feuchtigkeit in dem Behälter auf ein vorbestimmtes Niveau vermindert worden ist, so dass die Oberflächen des Gehäuses relativ trocken sind, – Initiieren eines Flusses des Trägergases durch den anderen Ast und Hinzugeben von Sterilisierungsmitteldampf oder -dämpfen zu dem Gas, das durch den anderen Ast hindurchgeht, bis eine Kondensation des Sterilisierungsmittels in dem Behälter stattfindet, – Beenden der Zufuhr von Sterilisierungsmittel zu dem Trägergas, – Fortsetzen des Umwälzens des Trägergases, das im Wesentlichen mit dem Sterilisierungsmitteldampf gesättigt ist, für eine vorbestimmte Zeit, um eine Sterilisation des Behälters sicherzustellen, – Beenden des Flusses durch den anderen Ast, und – Umleiten des Trägergasflusses durch den einen Ast, um das Sterilisierungsmittel aus dem Gasbehälter zu extrahieren, um das Sterilisierungsmit tel geeignet für eine Entsorgung zu machen und um die relative Feuchtigkeit des Trägergases zu vermindern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang zu einem Ast geschlossen und der Eingang zu dem anderen Ast geöffnet ist und umgekehrt, um einen Fluss durch den einen oder anderen der Äste zur Verfügung zu stellen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung einen Fluss in einen Ast und nicht den anderen ermöglicht und umgekehrt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpeinrichtungen in dem Durchflussweg verwendet werden, um das Trägergas umzuwälzen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpeinrichtungen in den parallelen Ästen zur Verfügung gestellt und verwendet werden, um einen Gasfluss entlang des einen oder des anderen der parallelen Äste in dem Durchflussweg zu bewirken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserdampf aus dem Gas in dem einen Ast entfernt wird, indem das Gas gekühlt wird, um zu bewirken, dass der Wasserdampf kondensiert, wobei das resultierende Kondensat entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem einen Ast gekühlte Gas anschließend an den Kühlungsschritt erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die folgenden Schritte aufweist: – Anfängliches Vermindern der relativen Feuchtigkeit in dem Behälter auf etwa 30%–40%, – Umwälzen eines Trägergases zu dem Behälter, – Erhöhen der Temperatur des umgewälzten Gases über Umgebungstemperatur, – Zuführen von Sterilisierungsmitteldampf oder -dämpfen zu dem umgewälzten Gas in einer Menge, die ausreicht, um das Gas im Wesentlichen zu sättigen, wobei beim Abkühlen in dem Behälter ein Kondensat von dem Sterilisierungsmitteldampf an den Oberflächen des Behälters gebildet wird, – Verteilung des Gases/Dampfes überall in dem Behälter, um sicherzustellen, dass das Kondensat an allen Oberflächen in dem Behälter gebildet wird, – Messen der Menge an Kondensat, das an einer Oberfläche des Behälters gebildet ist, und – Fortsetzen des Umwälzens des Gases/Dampfes, bis eine erforderliche Menge des Kondensats in dem Behälter gebildet worden ist, – Beenden der Versorgung von Sterilisierungsmitteldampf zu dem Behälter während eines Fortsetzens des Umwälzens des gesättigten Gases/Dampfes, um das Kondensat an den Oberflächen für eine vorbestimmte Zeitdauer zu erhalten, und schließlich – Extrahieren des Sterilisierungsmitteldampfes aus dem Trägergas, während eines Fortsetzens des Umwälzens des Trägergases durch den Behälter, um das Kondensat aus dem Behälter zu extrahieren.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sterilisierungsmitteldampf aus dem Trägergas extrahiert wird, indem der Dampf in entsorgbare Bestandteile zerlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sterilisierungsmitteldampf Wasserstoffperoxid und Wasserdampf ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffperoxid, das aus der Kammer mit dem umgewälzten Gas extrahiert wird, einer katalytischen Wirkung unterworfen wird, um das Wasserstoffperoxid in Wasserdampf und Sauerstoff zu zerlegen, wobei Ersteres aus dem Gas extrahiert wird, bevor das Gas wieder durch den Behälter umgewälzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass der anfängliche Schritt des Reduzierens der relativen Feuchtigkeit in dem Behälter durchgeführt wird, indem das Trägergas durch die Kammer umgewälzt und Wasserdampf aus dem umgewälzten Gas ausserhalb der Kammer extrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Feuchtigkeit in dem Behälter auf etwa 35% vermindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter bei der verminderten relativen Feuchtigkeit für eine Zeitdauer entsprechend der Größe des Behälters und der Flussrate des Gases gehalten wird, um eine Trockenheit der Oberflächen in dem Behälter sicherzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat an den Oberflächen innerhalb des Behälters für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird, um eine Sterilisation von den Oberflächen sicherzustellen.
Vorrichtung zum Sterilisieren eines versiegelbaren Behälters (10), der Folgendes aufweist: – Eine Leitung (12) für einen Fluss eines Gases oder von Gasen, wobei die Leitung Mittel zum Erhalten und Verbinden eines in der Leitung zu sterilisierenden Behälters aufweist, um damit eine geschlossene Leitung zu bilden, – Mittel (19, 20), um Gas durch die Leitung und den Behälter umzuwälzen, und wobei die Leitung zwei parallele Äste (17, 18) aufweist, wobei einer von ihnen Mittel (22) aufweist, um ein Sterilisierungsmittel zu deaktivieren, das zu dem Trägergas hinzugegeben wird, das durch die Leitung strömt, und Mittel (23) aufweist, um das Gas zu entfeuchten, und wobei der andere der Äste Mittel (25) zum Erwärmen des Gases und Mittel (26) aufweist, um einen Sterilisierungsmitteldampf oder -dämpfe zu dem Gas zuzuführen, wobei die Vorrichtung ferner Regelmittel (13–16) zum Bestimmen durch welchen von den parallen Ästen das Gas strömt, aufweist, wobei die Regelmittel Mittel (14) umfassen, um die relative Feuchtigkeit von dem Gas, das den Behälter verlässt, zu bestimmen, und betriebsfähig sind, um einen Fluss durch den einen Ast (17) aufrechtzuerhalten, der einen offenen Durchgang aufweist, bis die relative Feuchtigkeit unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, und um anschließend den Fluss durch den Ast zu beenden, und um einen Fluss in dem anderen Ast (18) zu initiieren und Mittel (16) umfasst, um eine Kondensation in dem Behälter zu messen, um einen Fluss in dem anderen Ast zu beenden, und um einen Fluss in dem einen Ast zu initiieren, wenn sich die erforderliche Kondensationsmenge in dem Behälter aufgebaut hat.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse (20) in der Leitung (12) zwischen dem Behälter (10) und den parallelen Ästen (17, 18) der Leitung zur Verfügung gestellt wird, um zu bewirken, dass ein Gas durch die Leitung strömt, und dass Ventilmittel (31) an dem Eingang zu dem ersten und zweiten Ast zur Verfügung gestellt sind, die selektiv betriebsfähig sind, um einen Fluss durch den einen oder den anderen der Äste zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Gebläse (19, 20) in beiden Ästen in der Leitung zur Verfügung gestellt werden, die selektiv betriebsfähig sind, um einen Gasfluss durch den einen oder den anderen der Äste (17, 18) zu bewirken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16–18, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verfügung gestellt werden, um das Gas/die Dämpfe durch bzw. über den Behälter (10) zu verteilen, um sicherzustellen, dass an allen Oberflächen in dem Behälter Kondensat gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Deaktivieren des Sterilisierungsmittels in dem einen Ast Mittel (22) aufweisen, um das Sterilisierungsmittel, das aus dem Behälter (10) extrahiert worden ist, in entsorgbare Bestandteile zu zerlegen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sterilisierungsmittel Wasserstoffperoxiddampf und Wasserdampf ist, und die Mittel (22) zum Zerlegen des Sterilisierungsmittels katalytische Mittel aufweisen, die auf das Wasserstoffperoxid wirken, um das Wasserstoffperoxid in Wasserdampf und Sauerstoff zu zerlegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16–21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (23) zum Erniedrigen der relativen Feuchtigkeit des umgewälzten Trägergases Kühlmittel aufweisen, um das Gas zu kühlen, um Feuchtigkeit daraus durch Kondensation zu extrahieren und Mittel (24) aufweisen, um das Gas im Anschluss an den Kondensationsprozess über Umgebungstemperatur zu erwärmen.