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KR100351014B1 - 비수성과산화수소공급원을 사용하는 증기멸균법, 이를 위한 장치 및 비수성 과산화수소 착물 - Google Patents

비수성과산화수소공급원을 사용하는 증기멸균법, 이를 위한 장치 및 비수성 과산화수소 착물 Download PDF

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KR100351014B1
KR100351014B1 KR1019950010679A KR19950010679A KR100351014B1 KR 100351014 B1 KR100351014 B1 KR 100351014B1 KR 1019950010679 A KR1019950010679 A KR 1019950010679A KR 19950010679 A KR19950010679 A KR 19950010679A KR 100351014 B1 KR100351014 B1 KR 100351014B1
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쑤-민린
제임스아치스완지
폴테일러제이콥스
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죤슨 앤드 죤슨 메디칼 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 의약 기구를 과산화수소 증기 멸균시키는 장치 및 방법 및 실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물(예: 우레아-과산화물 착물)로부터 방출되는 과산화수소 증기를 사용할 수 있게 하는 유사한 장비에 관한 것이다. 임의로, 증기와 결합된 상태의 플라즈마가 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물을 제조하는 방법을 제공한다. 이 착물은 과산화수소 증기 멸균기내 과산화물 증기 공급원으로서 유용하며 자가 멸균 포장물질의 성분으로서 유용하다.

Description

비수성 과산화수소 공급원을 사용하는 증기 멸균법, 이를 위한 장치 및 비수성 과산화수소 착물
본원은 본원에 참고로 인용된, 1994년 4월 28일자로 출원된 미국 특허원 제 08/234,738호의 부분 연속 출원이다.
본 발명은 과산화수소 증기를 사용하여 의료 기구와 같은 제품을 멸균시키는 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 본 발명은 이러한 방법에 사용하기 위한 과산화수소 증기의 비수성 공급원의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 유기 및 무기 비수성 과산화수소 착물의 증기상 합성 방법을 제공한다.
의료 기구는 관례적으로, 증기에 의해 공급되어지는 바와 같은 열을 이용하거나, 기체상 또는 증기상의 포름알데하이드 또는 에틸렌 옥사이드와 같은 화학약품을 이용하여 멸균하여 왔다. 이들 방법 모두는 단점을 지닌다. 많은 의료 장치 (예: 광섬유 장비, 내시경, 전력기 등)는 열, 수분 또는 열과 수분에 민감하다. 포름알데하이드와 에틸렌 옥사이드는 둘다 건강 관리분야 종사자에게는 잠재적인 위험을 지니는 독성 기체이다. 에틸렌 옥사이드를 사용할 경우의 문제점이 특히 심각한데, 이는 멸균시킨 제품으로부터 당해 기체를 제거하는데 장시간의 통기시간이 요구되기 때문이다. 이로써, 멸균 공정 주기가 바람직하지 않게 길어진다. 또한, 포름알데하이드와 에틸렌 옥사이드 모두 시스템내에 상당량의 수분의 존재를 필요로 한다. 따라서, 멸균시키고자 하는 장치는 이러한 화학약품을 도입하기 전에 습윤화시키거나 화학약품과 수분을 동시에 도입해야만 한다. 수분은 에틸렌 옥사이드와 포름알데하이드 이외에도, 표1에 나타낸 바와 같은, 기체상 또는 증기상의 각종 기타 화학약품과 함께 멸균 공정에 관여한다.
표 1
과산화수소 증기를 이용한 멸균법은 기타 화학약품을 이용한 멸균법에 비해 몇가지 잇점을 지닌 것으로 밝혀졌으며[참조: 미국 특허 제4,169,123호 및 제 4,169,124호], 제이콥스(Jacobs) 등의 미국 특허 제4,643,876호(1987. 2. 17.)에 기술되어 있는 바와 같이, 과산화수소와 플라즈마의 조합은 추가의 잇점을 제공한다. 이들 문헌에는, 과산화수소 증기가 과산화수소 수용액으로부터 발생된다고 언급되어 있는데, 이는 시스템내에 수분이 존재하고 있음을 나타낸다. 표 1에 요약된 참조문헌들 및 이들 특허문헌에는 증기상의 과산화수소가 이의 최대 포자박멸 활성을 나타내거나 이에 유효해지기 위해서는 수분이 요구된다고 교시되어 있다. 그러나, 멸균용 과산화수소 증기를 생성시키기 위해 과산화수소 수용액을 사용하는 것은 문제를 유발시킨다. 대기압과 같은 고압하에서는, 시스템내에 존재하는 과량의 물이 응축을 유발할 수 있다. 따라서, 수성 과산화수소 증기를 도입하기 전에, 멸균 밀폐 용기 내의 상대습도를 낮추어야만 한다.
확산 제한된 영역(예: 길고 폭이 좁은 내강(lumen))을 함유하는 제품의 멸균시에는 과산화수소 수용액으로부터 생성된 과산화수소 증기에 대한 특정 첼린저 (challenge)가 존재하는데, 이는 1) 물이 과산화수소보다 증기압이 높아서, 과산화수소보다도 더욱 신속하게 수용액으로부터 기화될 것이며, 2) 물은 과산화수소보다 분자량이 낮아서 증기 상태의 과산화수소보다 더욱 신속하게 확산될 것이기 때문이다.
이로 인해, 과산화수소 수용액을 증발시킬 경우, 멸균시킬 제품에 물이 먼저 고농도로 도달하게 된다. 따라서, 수증기는 과산화수소 증기가 확산제한된 영역 (예: 좁은 틈 및 길고 좁은 내강) 내로 침투되는 것에 대한 차단제가 된다. 농축된 과산화수소 용액(즉, 65중량% 초과)은 용액의 산화성으로 인해 유해할 수 있기 때문에, 수용액으로부터 물을 제거한 다음 더 농축된 과산화수소를 사용하여서는 상기 문제점을 해결할 수가 없다.
비어(Bier)와 큐밍스(Cummings) 등에게 각각 허여된 미국 특허 제4,642,165호 및 제4,744,951호에서는 이러한 문제점에 대한 대응 방안을 시도하였다. 비어는 가열된 표면에서의 과산화수소 용액의 소폭의 증가분을 측정하여 각 증가분이 다음의 증가분이 부가되기 이전에 증발된다는 사실을 입증함으로써 상기 문제점을 해결하려고 시도하였다. 이는 과산화수소와 물의 증기압 및 휘발성 차이를 없애는데 도움이 되지만, 물이 증기 상태의 과산화수소보다 더 신속히 확산된다는 사실에 대응하지는 못하였다.
큐밍스 등은 비교적 묽은 과산화수소와 물의 용액으로부터 과산화수소를 농축시킨 다음, 이와 같이 농축된 증기 형태의 과산화수소를 멸균 챔버내로 공급하는 방법에 대해 기술하고 있다. 이러한 방법은 용액으로부터 대부분의 물을 증발시키고, 이로써 생성된 수증기를 제거한 다음, 농축된 과산화수소 증기를 멸균 챔버내로 주입함을 포함한다. 농축된 과산화수소 용액의 바람직한 범위는 50 내지 80중량%이다. 이러한 방법은 위험한 범위, 즉 과산화수소가 65%를 초과하는 용액을 사용하여 수행한다는 점과 증기상태로부터 모든 수분이 제거되지 않는다는 점에서 단점을 지닌다. 물이 용액내에 여전히 존재하기 때문에, 이는 먼저 증발되고, 보다 신속히 확산되어, 멸균시킬 제품에 먼저 도달한다. 이러한 효과는 특히, 길고 폭이 좁은 내강에서 두드러질 것이다.
제이콥스 등에게 허여된 "내강을 갖는 제품의 증기 멸균법"이란 명칭의 미국 특허 제4,943,414호에는 소량의 휘발성 액체 멸균제 용액을 함유하는 용기를 내강에 부착시키고, 멸균 주기 동안 압력이 저하될 때 멸균제를 기화시켜 이를 제품의 내강내로 직접 흐르게 하는 방법이 기술되어 있다. 이러한 시스템은 물과 과산화수소 증기가 존재하는 압력차에 의해 내강을 통해 들어가 내강에 대한 멸균 속도를증가시킨다는 잇점을 지니지만, 멸균시키고자 하는 각 내강에 용기를 부착시켜야만 하는 단점을 지닌다. 또한, 물은 과산화수소 증기보다 신속히 기화되어 먼저 내강내로 들어간다.
메리아노스(Merianos)는 미국 특허 제5,008,106호에서 실질적으로 무수상태의 PVP와 H 2 O 2 의 착물이 표면상의 미생물 함량을 감소시키는데 유용하다고 기술하고 있다. 미세한 백색 분말 형태의 착물을 사용하여 항미생물성 용액, 겔, 연고 등을 형성시킨다. 이는 또한 거즈, 면봉, 스폰지 등에 도포될 수 있다. 미생물을 함유하는 표면에 존재하는 물과의 접촉시 H 2 O 2 가 방출된다. 따라서, 이러한 방법도 멸균을 수행하는데 수분의 존재를 요구하고 있다.
니콜스카야(Nikolskaya) 등은 U.S.S.R. 특허 제SU 1681860호에서, 반드시 멸균되지는 않는다 할지라도, 암모늄 플루오라이드 퍼옥소하이드레이트(NH4FㆍH2O2)를 사용하여 표면으로부터 오염물질을 제거할 수 있다고 기술하고 있다. 그러나, 이러한 무기 과산화물 착물은 70 내지 86℃의 극히 협소한 온도 범위 내에서만 오염을 제거한다. 이러한 온도 범위 내에서도, 오염 제거시간은 상당히 길어, 2시간 이상이 소요된다. 또한, 불화암모늄은 40℃ 이상의 온도에서 암모니아와 불화수소산으로 분해됨이 공지되어 있다. 이의 독성 및 반응성으로 인해, 불화수소산은 대부분의 멸균 시스템에서 바람직하지 못하다. 더우기, 니콜스카야 등의 참조문헌에는 60℃에서 이의 과산화수소의 90%를 방출함에도 불구하고, NH4FㆍH2O2는 상기 온도에서 표면의 오염제거에 비효과적이라고 기술되어 있다. 따라서, 과산화수소 이외의 특정 요인이 오염을 제거하는 것으로 여겨진다.
과산화수소는 유기 및 무기 화합물 모두와 착물을 형성할 수 있다. 이들 착물내에서의 결합은 착화 화합물내의 전자 풍부한 작용성 그룹과 과산화수소간의 수소 결합에 기인된 것이다. 이러한 착물은 표백제, 소독제, 멸균제, 유기 합성시의 산화제 및 자유 라디칼 유도된 중합 반응용 촉매와 같은 산업상 적용분야에 사용되어 왔다.
일반적으로, 이러한 유형의 화합물은 착물을 수용액으로부터 결정화함으로써 제조하였다. 예를 들면, 우레아 과산화수소 착물은 문헌[참조: Lu, Hughes, and Giguere, J. Amer. Chem. Soc. 63(1) : 1507-1513 (1941)]에 의해, 우레아 용액을 과산화수소 용액에 가한 다음, 적당한 조건하에서 착물을 결정화시킴으로써 액체상에서 제조한다. 게이트(Gates) 등의 미국 특허 제2,986,448호에서는 포화 Na2CO3수용액을 0 내지 5℃에서 4 내지 12시간 동안 폐쇄된 순환 시스템내에서 50% 내지 90% H2O2용액으로 처리함으로써 탄산나트륨ㆍ과산화수소 착물을 제조하였다. 더욱 최근에는, 홀(Hall) 등의 미국 특허 제3,870,783호에서는 과산화수소 수용액과 탄산나트륨 수용액을 배치식 또는 연속식 결정화기 내에서 반응시킴으로써 탄산나트륨ㆍ과산화수소 착물을 제조하였다. 여과 또는 원심분리시켜 결정을 분리시키고 리커를 사용하여 더 많은 탄산나트륨 용액을 생성시킨다. 이들 방법은 수용액으로 부터 안정한 결정성 자유 유동 생성물을 형성하는 과산화물 착물에 대해 널리 사용된다.
시래프(Shiraeff)의 미국 특허 제3,376,110호 및 제3,480,557호에는 수용액으로부터 과산화수소와 중합체성 N-비닐헤테로사이클릭 화합물(PVP)의 착물을 제조하는 방법이 기술되어 있다. 생성된 착물은 유용한 양의 과산화수소와 상당량의 물을 함유하고 있다. 메리아노스는 미국 특허 제5,008,093호에서, 안정하고 실질적으로 무수물인 자유 유동성의 PVPㆍH2O2착물은 PVP 현탁액과 H2O2용액을 무수 유기 용매(예: 에틸 아세테이트)내에서 반응시킴으로써 수득할 수 있다고 기술하고 있다. 더욱 최근에, 비스(Biss)는 미국 특허 제5,077,047호에서, 주위온도 내지 60℃에서 유지시킨 PVP의 유동층내에 과산화수소 30 내지 80중량% 수용액을 미분 상태로 적가함으로써 PVP-과산화수소 생성물을 제조하는 상업적 방법에 관해 기술하고 있다. 생성된 생성물은 과산화수소 농도가 15 내지 24%인 안정하고 실질적으로 무수물인 자유 유동성 분말인 것으로 밝혀졌다.
모슈너(Moschner)등은 미국 특허 제5,030,380호에서, 먼저 수용액중에서 착물을 형성시킨 다음, 반응 생성물을 진공하에 건조시키거나, 생성물의 열 분해를 피하기 위해 충분히 저온에서 분무 건조시킴으로써 과산화수소와의 고체 중합체성 전해질 착물을 제조하였다.
과산화수소 착물을 제조하는 상기 선행기술 방법 모두는 과산화수소 용액을 이용한다. 착물이 과산화수소를 함유하는 용액내에 형성되거나, 또는 과산화수소 용액을 반응물의 유동층에 분무한다.
증기상 반응과 기상 반응은 널리 공지된 합성법이다. 예를 들면, 로에텔리(Roetheli)의 미국 특허 제2,812,244호에는 고체상-기체상의 탈수소화, 열분해 및 탈메탄화 방법이 기술되어 있다. 문헌 [참조: Fujimoto et al., Journal of Catalysis, 133 : 370-382 (1992)]에는 메탄올의 증기상 카보닐화 공정이 기술되어 있다. 문헌[참조. Zellers et al., Analytical Chemistry, 62: 1222-1227 (1990)] 에는 스티렌 증기와 스퀘어-플래너(square-planner) 유기 백금 착물과의 반응이 기술되어 있다. 그러나, 이들 선행기술의 증기상 및 기상 반응은 과산화수소 착물을 형성시키는데 사용되지 않았다.
본 발명의 한 양태는 제품을 과산화수소 멸균시키기 위한 장치에 관한 것이다. 당해 장치는 멸균시키고자 하는 제품을 보유하기 위한 컨테이너 및 이러한 컨테이너 내에 위치한 과산화수소 증기의 공급원을 포함한다. 이러한 공급원은 실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물을 포함하고 증기가 제품과 접촉하여 멸균공정을 수행할 수 있도록 배열된다. 한 양태에서, 컨테이너는 통기성 차단막을 포함할 수 있다. 사용된 착물은 각종 유기 과산화수소 착물, 예를 들면,우레아-과산화물 착물, 폴리비닐피롤리돈-과산화물 착물, 나일론 6-과산화물 착물 또는 1,3-디메틸우레아-과산화물 착물 중 임의의 것일 수 있다. 특정 양태에서, 글리신 무수물-과산화물 착물과 같은 착물은 진공하에서 불안정하다. 당해 장치는 컨테이너내에 위치한 가열기를 포함하는데, 이로써 착물을 가열기 위에 놓고 가열하여 착물로부터의 증기의 방출을 용이하게 한다. 특정 양태에서의 장치는 착물이 위치하는 컨테이너의 외부에 배치된 밀폐 용기 및 컨테이너와 밀폐 용기 사이를 유동성 통로로 연결하는 유입구를 포함하는데, 이로써 착물로부터 방출된 증기는 유입구를 따라이동하여 컨테이너 내로 들어가서 멸균 공정을 수행한다. 다른 특정 양태에서는, 당해 장치는 밸브가 폐쇄될 때 밀폐 용기가 컨테이너로부터 분리되도록 유입구 내에 배치된 밀폐(closeable valve) 밸브를 포함한다. 당해 장치는 또한, 컨테이너를 탈기시키기 위하여, 컨테이너와 유동성 통로로 연결된 진공 펌프를 포함할 수 있다. 또한 컨테이너 및 밀폐 용기와 유동성 통로로 연결된 진공 펌프가, 펌프와 컨테이너 사이, 펌프와 밀폐 용기 사이 및 밀폐 용기와 컨테이너 사이에 배치된 밀폐 밸브와 함께 포함될 수 있어서, 밀폐 용기와 컨테이너를 개별적으로 또는 동시에 탈기시킬 수 있다. 제품 주변에 플라즈마를 생성시키기 위한, 컨테이너 내부에 위치한 전극이 또한 포함될 수 있다. 바람직한 양태에서, 착물은 고체상으로 존재한다. 장치는 상기 착물을 가열하도록 배치된 가열기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 양태는 제품을 과산화수소 증기로 멸균시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 제품을 컨테이너내에 놓는 단계 및 실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물로부터 방출된 과산화수소 증기와 제품을 접촉시켜 상기 제품을 멸균시키는 단계들을 포함한다. 하나의 바람직한 양태에서는, 물을 약 10% 이하 함유하는 착물로부터 증기를 방출시킨다. 이 착물을 가열하여 착물로부터의 증기의 방출을 용이하게 할 수 있다. 임의로, 가압 펄싱을 사용하여 멸균화를 증진시킬 수 있다. 몇몇 양태에서는, 증기를 컨테이너내로 도입하기 전에 컨테이너를 탈기시킨다. 당해 방법은 또한, 증기를 컨테이너내에 도입한 후에 컨테이너내에 플라즈마를 생성시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 양태에서는, 제품을 과산화수소 플라즈마 멸균시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 제품을 컨테이너내에 놓고, 실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물로부터 방출된 과산화수소 증기와 제품을 접촉시키고, 컨테이너내에 플라즈마를 생성시켜 제품을 둘러싸게 한 다음, 제품을 멸균시키고/시키거나 제품으로부터 잔류 과산화수소를 제거하기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마내에 유지시킴을 포함한다. 한 양태에서, 과산화물 처리공정은 한 챔버내에서 수행하고 플라즈마 처리공정은 또다른 챔버내에서 수행한다.
본 발명의 추가의 또다른 양태도 제품을 과산화수소 플라즈마 멸균시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제품을 컨테이너내에 놓고, 실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물로부터 방출시킨 과산화수소 증기와 제품을 접촉시키고, 제품으로부터 이격되어 있는 부위에서 플라즈마를 생성시키고, 이 플라즈마를 제품을 함유하는 컨테이너로 유동시킨 다음, 제품을 멸균시키고/시키거나 제품으로부터 잔류 과산화수소를 제거시키기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마내에 유지시킴을 포함한다. 플라즈마 처리 공정은 과산화물 처리공정을 수행하는 챔버와 동일한 챔버내에서 수행하거나 이와는 상이한 챔버내에서 수행할 수 있다.
본 발명의 추가의 양태는 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물을 함유하는 밀폐 용기 내에 제품을 놓고, 밀폐 용기를 밀봉한 다음, 이 밀폐 용기를 대략 대기압 및 약 70℃ 미만, 더욱 바람직하게는 약 40℃ 미만에서, 착물로부터 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기를 방출시키기에 충분한 시간 동안 정치시켜 놓음으로써 제품의 멸균 공정을 수행함을 포함하는, 제품의 과산화수소 멸균법에 관한 것이다. 밀폐 용기는 대기압 미만의 압력하에서 정치시키고/시키거나 23℃보다 높은 온도로가열하여 증기의 방출을 용이하게 할 수 있다. 밀폐 용기는 파우치, 컨테이너, 챔버 또는 방(room)일 수 있다. 과산화수소 착물은 분말 또는 정제 형태일 수 있다. 밀봉 단계는 밀폐 용기를 통기성 물질[예: TYVEKTM, CSR 랩 또는 종이]을 사용하여 밀봉시킴을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 양태는 멸균 제품 및 과산화수소 증기를 방출시킬 수 있는 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물을 함유하는 밀봉된 밀폐 용기에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 추가의 양태는 좁은 외부 내강을 갖는 제품의 과산화수소 멸균법에 관한 것이다. 이 방법은 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물을 함유하는 용기를 제품의 내강에 연결시키고, 제품을 컨테이너 속에 위치시키고, 컨테이너를 탈기시킨 다음, 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물로부터 방출된 과산화수소 증기와 제품의 내강을 약 70℃ 미만의 온도에서 접촉시킴을 포함한다. 바람직한 양태에서, 당해 방법은 또한, 과산화수소 증기를 방출시키는 공급원과 같은 제2 멸균제 공급원과 제품의 외부를 접촉시킴을 포함한다. 제2 멸균제 공급원으로부터의 과산화수소 증기는 실질적으로 비수성인 제2 과산화수소 착물로부터 방출시킬 수 있다. 이러한 양태에서, 실질적으로 비수성인 제2 과산화수소 착물은 연결 단계에서 언급된 바와 같은 과산화수소 착물과 동일하거나 상이한 착물일 수 있다. 이 방법은 또한, 컨테이너내에 플라즈마를 생성시켜 제품을 둘러싸게 한 다음, 제품의 멸균 공정을 수행하기에 충분한 시간 동안 플라즈마내에 제품을 유지시킴을 포함할수 있다. 또한, 이 방법은 컨테이너내에 플라즈마를 생성시켜 제품을 둘러싸게 한 다음, 제품으로부터 잔류 과산화수소를 제거시키기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마내에 유지시킴을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 추가의 양태는 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 (a) 조성물을 함유하는 챔버를 탈기시키는 단계 및 (b) 과산화수소 증기를 챔버에 도입함으로써, 과산화수소 증기가 조성물과 반응하여 착물을 형성시키는 단계를 포함한다. 상기 조성물은 알콜, 에테르, 케톤, 산, 아미노산, 에스테르, 유기염, 아민, 아미드, 우레아, 뷰렛, 폴리아미드, 폴리우레탄, 알칼리 금속 탄산염, 수산화물 또는 피로인산 사나트륨일 수 있다. 특히 바람직한 몇몇 조성물로는 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐 메틸 에테르), 폴리 (비닐 메틸 케톤), 폴리(아크릴산), 글리신, L-히스티딘, 폴리(비닐 아세테이트), 셀룰로즈 아세테이트, 알긴산나트륨, 셀룰로즈 설페이트(나트륨 염), 히스타민, 글리신 무수물, 프로피온아미드, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(4-비닐 피리딘), 나일론 6, 나일론 6,6 필름, 폴리에테르폴리우레탄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산루비듐, 중탄산나트륨, 수산화칼슘 및 1,3-디메틸우레아가 있다. 특정 양태에서는, 과산화수소 증기가 실질적으로 무수 상태이다.
본 발명의 추가의 양태는 폴리(비닐 알콜)-과산화수소 착물, 폴리(비닐 메틸 에테르)-과산화수소 착물, 폴리(비닐 메틸 케톤)-과산화수소 착물, 폴리(아크릴산) -과산화수술 착물, 폴리(비닐 아세테이트)-과산화수소 착물, 셀룰로즈 아세테이트-과산화수소 착물, 알긴산나트륨-과산화수소 착물, 셀룰로즈 설페이트 나트륨염-과산화수소 착물, 글리신-과산화수소 착물, 폴리(4-비닐피리딘)-과산화수소 착물, 히스타민-과산화수소 착물, 프로피온아미드-과산화수소 착물, 1,3-디메틸우레아-과산화수소 착물, 뷰렛-과산화수소 착물, 폴리아크릴아미드-과산화수소 착물, 나일론 6-과산화수소 착물, 나일론 6,6 필름-과산화수소 착물, 폴리에테르폴리우레탄-과산화수소 착물 및 탄산루비듐-과산화수소 착물에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 양태는 제품을 컨테이너내에 놓은 다음, 제품을 과산화수소 증기와 접촉시켜 제품을 멸균시키는, 제품의 과산화수소 증기 멸균법에 관한 것이다. 이러한 양태에서, 분해되어 할로겐화수소산을 방출하지 않는 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물로부터 증기를 방출시킨다. 할로겐화수소산은 본 명세서내에서 수소 원자와 할로겐 원자로 구성된 산(예: HCl, HF, HBr 등)으로서 정의된다.
과거에 사용되어 왔던 과산화수소 멸균기는 항상 이의 멸균제 공급원으로서 과산화수소 수용액을 사용하였다. 이들 멸균기는 시스템내에 물이 존재함으로 인해 야기된 단점들을 지닌다. 대기압과 같은 고압에서, 시스템내의 과량의 물은 응축을 유발할 수 있다. 이로써, 수성 과산화수소 증기를 도입하기 전에, 멸균화시키고자 하는 밀봉 용기 내의 대기의 상대 습도를 허용되는 수준치로 낮추기 위한 별도의 단계의 수행이 필요하게 된다. 이들 멸균기는 또한, 높은 증기압을 갖는 물이 과산화수소보다 더욱 신속하게 수용액으로부터 기화되고, 분자량이 더 낮은 물이 과산화수소보다 더 신속하게 확산된다는 사실로부터 야기되는 단점들도 지닌다. 의료 장치 등을 멸균기내에 넣을 경우, 과산화수소 공급원으로부터 상기 장치에 도달하는 초기 멸균제는 공급원의 농도에 비해 묽다. 이와 같은 희석된 멸균제는, 특히 멸균시키고자 하는 장비가 폭이 좁은 내강을 갖는 제품(예: 내시경)일 경우에는, 나중에 도착되는 멸균제에 대한 차단물이 될 수 있다. 이러한 결점들을 극복하기 위한 시도로서, 공급원으로서 농축된 과산화수소 용액을 사용하는 것은 불만족스러우며, 이는 상기 용액이 유해하기 때문이다.
본 발명에서는, 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기를 방출시키는, 실질적으로 비수성(즉, 실질적으로 무수물)인 과산화수소 공급원을 사용함으로써, 선행 기술분야에서 사용된 과산화수소 멸균기의 단점을 극복한다. 바람직한 양태에서는, 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기를 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물로부터 직접 제조한다. 그러나, 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기는 예를 들면, 진공하에서 물을 제거하도록 기화시키는 동안 진행되는 수성 착물로부터 생성할 수도 있다. 즉, 수성 과산화수소 착물을 사용하는 경우에는, 본 발명에 따른 방법을 수행하면서, 상기 수성 착물을 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물로 전환시킨다. 바람직하게는, 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물은 물을 약 20% 미만, 바람직하게는 약 10% 이하, 더욱 바람직하게는 약 5% 이하, 가장 바람직하게는 약 2% 이하 함유한다.
상기에서 제공된 바와 같은 본 발명에서 사용된 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물내의 물의 바람직한 비율로부터 명백한 바와 같이, 가장 바람직한 과산화수소 착물과 이로부터 발생된 과산화물 증기는 실질적으로 물을 함유하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이들 수치로부터 또한 명백한 바와 같이, 약간의 물이 시스템 내에 존재할 수 있다. 이러한 물중 일부는 부산물로서 물과 산소를 생성시키는 과산화수소의 분해로부터 유래될 수 있으며, 이러한 물의 착물에 대한 몇몇 수소결합이 발생할 수 있다.
물의 효과는 다양한 상대습도하에 유지시킨 멸균 챔버를 사용한 일련의 시험에서 측정한다. 3mm x 50cm 스테인레스 스틸 내강내의 스테인레스 스틸 날(blade)에 지지시킨 포자를 사용하는 시험조건은 다음 실시예 1에 기술되어 있다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 시험조건하에서, 5% 상대습도는 효과에 전혀 영향을 미치지 못하지만, 10% 상대습도는 멸균속도를 저하시킨다. 이러한 실시예는 소량의 수분이 비수성 과산화물 착물로부터 발생된 과산화수소와 함께 시스템내에 허용될 수 있고 시스템내의 물의 존재가 노출시간을 증가시킴으로써 극복될 수 있다는 것을 보여준다.
표 2
효과에 대한 상대습도의 영향
(3mm x 50cm SS 내강 내의 SS 날)
과산화수소 공급원의 조성물에 대한 주요 기준은 온도와 압력의 함수로서의 이의 안정성과 과산화수소 증발 속도간의 관계이다. 멸균 공정의 파라미터(예: 압력, 온도 등)에 따라서, 보다 높거나 낮은 과산화물 증발속도가 바람직할 수 있으며, 과산화물 공급원을 가열하는 것이 요구될 수 있고 요구되지 않을 수도 있다. 과산화물 착물을 가열해야 하는지의 필요성은 착물의 증기압에 의존된다. 몇몇 과산화물 착물은 충분히 높은 증기압을 갖고 있어 상당량의 과산화수소 증기가 착물의 가열없이도 방출될 수 있다. 일반적으로, 착물을 가열하면, 과산화수소의 증기압이 증가하게 되고 착물로부터의 과산화물의 방출이 가속화된다.
바람직하게 높은 증발속도를 제공하기 위해서는, 공급원의 표면적이 큰 것이 바람직하다. 따라서, 공급원은 미분이거나, 표면적이 큰 물질 위의 피복물일 수도 있다. 물론, 상기 물질의 안전성, 구입 용이성 및 비용도 또한 중요한 기준이 된다. 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6, 글리신 무수물 및 1,3-디메틸우레아와의 과산화수소 착물로부터의 과산화수소 방출이 평가되었다. 과산화수소와 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6 및 글리신 무수물과의 착물은 고체이다. 1,3-디메틸우레아-과산화물 착물은 액체이다. 글리신 무수물-과산화수소 착물은 평가된 기타 착물보다 감압하에서 덜 안정한 착물이고, 진공 조건하에서는 대부분의 과산화수소가 추가로 가열시킬 필요없이 착물로부터 방출될 수 있다.
우레아-과산화수소 착물은 플루카 케미칼 코포레이션(Fluka Chemical Corp. Ronkonkoma, NY)에서 정제 형태로 시판중이며 알드리히 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)에서 산제 형태로 시판중이다. 이러한 착물은 또한우레아 과산화물, 과산화수소-우레아 착물, 과산화물 우레아, 과산화물 우레아 부가물, 우레아 과산화물 부가물, 퍼카브아미드, 카브아미드 과산화물 및 카브아미드 과산화물로서 공지되어 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "우레아 과산화물"은 앞의 용어 모두를 포함한다.
폴리비닐피롤리돈-과산화수소 착물(PVP-H2O2)은 국제공개공보 제WO 92/17158호에 기술된 방법으로 제조할 수 있다. 또한, PVP, 나일론-6, 1,3-디메틸우레아 및 글리신 무수물과의 착물 뿐만아니라 기타 유기 및 무기 화합물과의 착물은 다음에 상세히 기술되는 방법에 의해 제조할 수 있다.
공급원으로부터 무수 과산화물 증기의 적절한 증발 속도를 달성시키는 것은 승온 및/또는 감압에 의해 용이해질 수 있다. 따라서, 과산화물 공급원에 대한 가열기 및/또는 멸균 챔버를 탈기시키기 위한 진공 펌프는 바람직하게는 멸균기의 일부분이다. 바람직하게는, 공급원을 통기성 물질, 예를 들면, TYVEKTM폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포(예: SPUNGUARDTM) 또는 과산화물 증기는 통과시키지만 과산화물 착물은 통과시키지 못하는 유사 물질로 이루어진 층으로 덮는다. 천공 알루미늄 또는 기타 적합한 천공 물질을 덮개로서 사용할 수도 있다.
제3A도는 다양한 온도 조건하에서 과산화수소 착물로부터의 과산화수소의 방출을 측정하는데 사용될 수 있는 장치(80)을 도시한 것이다. 이 장치에서는, 알루미늄 팬(90)을 통기층(92), 예를 들면, 의약 등급 TYVEKTM층으로 덮는다. 이 팬(90)을 파이렉스 팬(96)에 놓여져 있는 가열 패드(94)의 상부 위에 놓아둔다. 열전쌍 온도계(98)를 팬(90)의 바닥으로부터 대략 1cm 떨어진 팬 외부에 놓아둔다.
과산화물 공급원을 보유하는데 바람직한 컨테이너(99)가 제3B도에 도시되어 있다. 컨테이너(99)는 고체 과산화물 착물을 가열하는데 사용되는 임의로 부착된 가열기가 있는 금속판(100), 예를 들면 알루미늄판을 포함한다. 온도 모니터 (101), 예를 들면, 온도계를 금속판(100)위에 놓아두어 온도를 모니터할 수 있다. 과산화물 착물을 금속판(100) 위에 직접 놓아둔다. 또한, 모든 과산화물 착물을 고르게 가열하기 위해서는, 과산화물 착물을 금속판(100)의 상부에 놓여진 하나 이상의 알루미늄 스크린(102,104) 사이에 놓아둘 수 있다. 알루미늄 스크린 (102,104)은 다량의 과산화물 착물이 사용되는 경우에도, 보다 큰 표면적을 제공해 주고 착물을 고르게 가열해준다. 이어서, 과산화물 착물 또는 스크린 (들)(102,104)을 통기층(106), 예를 들면, 의약 등급 TYVEKTM또는 SPUNGUARDTM층으로 덮어 착물로부터 방출된 과산화수소가 피복물(106)을 통해 통과된 후, 챔버의 나머지 부분으로 확산된다. 천공 알루미늄판(108)을 임의로 TYVEKTM또는 SPUNGUARDTM층(106)의 상부에 배치시켜 과산화물 착물을 가열 판(100)과 접촉시키고 과산화물 착물을 고르게 가열시킬 수 있다.
위에서 바로 언급한 바와 같은 장치는 착물을 고르게 가열시켜, 결과적으로 증가된 양의 과산화수소 증기가 과산화물 착물로부터 방출된다.
제1도는 본 발명에 따른 과산화수소 증기 멸균 장치의 개략도이다. 챔버(10)는 편의상 선반(14) 위에 놓여져 있는 멸균시킬 제품(12)을 보유한다. 도어 (16)는 챔버(10)의 내부로의 접근을 가능케한다. 과산화수소의 비수성 공급원(18)은 임의의 가열기(20)위에 도시되어 있으며, 이는 온도 조절기(22)에 의해 조절된다. 과산화물 농도는 임의의 모니터(24)로 모니터링할 수 있다. 경우에 따라, 챔 버(10)를 펌프(26)를 사용하여 탈기시킬 수 있으나, 멸균은 대기압하에서 수행할 수도 있다.
멸균시키고자 하는 제품을 보유하는 컨테이너는 탈기시킨 통상적인 멸균 챔버일 수 있거나, 대기압하의 컨테이너(또는 룸)일 수 있다.
제품을 멸균시키는데 요구되는 시간은 제품의 성질, 갯수 및 포장과 챔버내에서의 이의 배치에 따라 결정된다. 또한, 멸균되어지는 챔버 자체(또는 전체 룸)에 따라 결정될 수도 있다. 어떠한 경우든, 최적의 멸균 시간은 실험적으로 측정할 수 있다.
멸균 기술분야에서 널리 공지된, 멸균제 기체의 침투와 항미생물 활성을 증진시키기 위한 압력 펄싱을 비수성 과산화수소 공정에도 적용할 수 있다. 다음에 추가로 상세히 기술되는 바와 같이, 플라즈마를 사용하여 활성을 추가로 증진시킬 수도 있다.
멸균 공정의 말기에서, 당해 장치와 접촉하고 있는 공기를 환기시킴으로써, 과산화물에 대한 친화도를 지닌 장치로부터 과량의 과산화수소를 제거할 수 있다. 이는 장시간 동안 따뜻한 공기를 장치 전체에 걸쳐 흐르게 하거나 챔버를 탈기시킴으로써 달성될 수 있다.
과산화수소 증기에 노출시킴으로써 미리 멸균시킨 제품을 또한 플라즈마에 노출시켜 제품에 잔존할 수도 있는 잔류 과산화수소를 제거할 수도 있다. 과산화수소는 플라즈마 처리공정 동안에 비독성 생성물로 분해되기 때문에, 멸균시킬 제품은 어떠한 추가의 단계를 수행할 필요도 없이 사용할 수 있다.
과산화물 증기의 방출 후에 멸균기로부터 과산화물 공급원을 분리시켜 증기의 재흡수를 방지하거나, 플라즈마가 사용된 경우에는 공급원이 플라즈마에 노출되는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 사용된 착물이 진공하에서 안정하지 못할 경우에도 분리공정이 또한 유리하다. 분리공정은 밸브 또는 당해 기술분야에서 익히 공지된 기타 분리 장치를 사용할 수 있다.
제2도는 본 발명에 따른 과산화수소 플라즈마 멸균 시스템의 개략도이다. 플라즈마를 사용하거나 사용하지 않고서 멸균시킬 수 있다. 플라즈마를 사용하여 과산화물 증기의 포자박멸 활성을 증진시킬 수 있고/있거나 멸균시킨 제품에 잔존하는 어떠한 잔류 과산화수소도 제거할 수 있다.
멸균 공정은 멸균시키고자 하는 제품이 도입될 수 있는 도어 또는 개구부 (32)를 포함하는 챔버(30)내에서 수행한다. 챔버(30)는 챔버를 탈기시킬 수 있는 진공 펌프(36)로 연결된 배출구(34)를 포함한다. 배출구(34)는 진공 펌프(36)로부터 챔버를 분리시켜주는 밸브(38)를 함유한다. 챔버(30)는 또한 과산화수소 착물을 함유하는 밀폐 용기(42)에 부착된 유입구(40)를 포함한다. 유입구(40)는 밀폐 용기(42)를 챔버로부터 분리시킬 수 있는 밸브(44)를 함유한다. 멸균 시스템은 또한 밀폐 용기(42)와 진공 펌프(36)를 연결시키고 밸브(43)를 함유하는 유입구(41)를 함유한다. 이 시스템은 밀폐 용기(42)과 챔버(30) 모두를 동시에 탈기시키거나, 밀폐 용기(42) 또는 챔버(30)를 독립적으로 탈기시킬 수 있다. 탈기는 밸브 (38, 44 및 43)를 개방하거나 폐쇄함으로써 조절한다. 당해 분야의 일반적인 숙련가에게는 명백한 바와 같이, 각 챔버에 대해서 1개씩 존재하는 총 2개의 펌프가 상기 시스템에 사용될 수 있을 것이다.
밀폐 용기(42)는 과산화수소 착물의 온도를 조절시켜주는 온도 조절기(46)에 부착된 임의의 가열기(49)를 함유한다. 증기 상태의 과산화수소 착물 농도는 임의의 과산화물 모니터(48)로 모니터링할 수 있다. 챔버의 내부는 고주파(RF) 전극 (50)을 함유하는데, 이에 정합 네트워크(matching network)(52)와 RF 전원(54)이 부착되어 있다. 전극의 편리한 형태는 샘플을 둘러싸고 있는, 양 말단이 개방되어 있는 천공 실린더이다. 본 공정의 일반적인 공정은 다음과 같다:
1. 멸균시키고자 하는 제품(56)을 챔버(30)내에 놓아둔다.
2. 챔버(30)는 대기압하일 수 있거나, 또는 탈기시켜 과산화수소의 침투를 용이하게 할 수 있다. 탈기공정은 밸브(38)를 개방시킨 다음 진공 펌프(36)를 작동시킴으로써 수행된다. 또한, 챔버(30)와 밀폐 용기(42) 모두를 밸브(38 및 44, 및/또는 43)를 개방시킴으로써 탈기시킬 수 있다.
3. 밸브(38 및 43)를 폐쇄하여 챔버(30)와 밀폐 용기(42)로부터 진공 펌프 (36)를 분리시키고 밸브(44)를 개방시킨다. 과산화수소 증기의 방출을 용이하게 하도록 가열시킬 수 있는 과산화수소 공급원으로부터 과산화수소 증기가 챔버(30) 내로 운반된다. 임의로, 공기 또는 불활성 기체를 가할 수도 있다.
4. 멸균시키고자 하는 제품(56)을 과산화물 증기로 처리하여 멸균시키거나, 챔버(30)내의 과산화물 증기로 예비 처리한 후 멸균시키기에 충분한 힘을 지닌 플라즈마를 생성시킨다. 필요한 경우, 이때 챔버(30)를 탈기시켜 플라즈마의 생성을 촉진시킨다. 예비플라즈마 보유기간은 사용된 포장의 유형, 멸균시키고자 하는 대상물의 성질 및 갯수 및 대상물의 챔버내에서의 배치 상태에 따라 결정된다. 최적 기간은 실험에 의해 측정할 수 있다.
5. RF 전원(54)으로부터 RF 전극(50)으로 전력을 공급함으로써 제품(56)을 플라즈마 처리한다. 플라즈마를 발생시키는데 사용된 RF 에너지는 펄스이거나 연속적일 수 있다. 제품(56)은 완전한 멸균을 수행하고/하거나 잔류 과산화수소를 제거시키는 기간 동안 플라즈마에 유지된다. 특정 양태에서는, 5 내지 30분 동안 플라즈마가 사용된다. 그러나, 최적 시간은 실험에 의해 결정될 수 있다.
본원 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용된 경우의 용어 "플라즈마"는 생성될지도 모르는 어떠한 수반되는 방사선을 포함하여, 인가된 전기장의 결과로서 생성되는 전자, 이온, 유리 라디칼, 해리되고/되거나 여기된 원자 또는 분자를 함유하는 기체 또는 증기의 분획을 포함하는 것으로 간주된다. 인가된 전기장은 넓은 범위의 주파수에 해당될 수 있으나, 고주파 또는 마이크로파가 통상적으로 사용된다.
본 발명에서 기술된 비수성 과산화수소 이동 시스템은 앞서 언급된 미국 특허 제4,643,876호에 기술된 방법에 의해 발생된 플라즈마와 함께 사용될 수도 있다. 또한, 미국 특허 제5,115,166호 또는 제5,087,418호에 기술된 플라즈마와 함께 사용될 수 있는데, 여기서는 멸균시키고자 하는 제품을 플라즈마 공급원으로부터 분리된 챔버내에 위치시킨다.
위에서 언급한 장치는 진공하에서 안정하지 못한 과산화물 착물을 사용할 경우에 특히 유리하다. 진공 단계 동안에 과산화수소의 손실을 최소화하기 위해 사용될 수 있는 2가지 이상의 가능한 방법이 있다. 첫째로는, 작은 챔버를 독립적으로 탈기시킬 수 있다. 둘째로는, 충분히 작은 챔버가 사용되는 경우에는, 작은 챔버를 탈기시킬 필요는 전혀 없다.
이러한 불안정한 비수성 과산화물 착물중의 하나가 글리신 무수물-과산화물 이다. 이 화합물은 진공하에 놓여질때 과산화수소 증기를 방출시킨다. 제4도는 진공하에서의 글리신 무수물-과산화물 착물로부터의 과산화수소 증기의 방출을 도시한 그래프이다. 글리신 무수물 착물로부터 과산화수소를 방출시키는데 사용된 방법은 다음과 같다: (1) 밸브(43 및 44)를 폐쇄시켜 주요 챔버(30)를 탈기시킨다. (2) 밸브(38 및 44)를 폐쇄시키고 밸브(43)를 개방시켜 과산화수소 착물을 함유하는 챔버(42)를 탈기시킨다. (3) 밸브(43)를 폐쇄시키고 밸브(44)를 개방시켜 과산화수소 증기를 챔버(30)내로 확산시킨다.
그래프에 나타낸 바와 같이, 추가의 가열없이도, 압력이 감소됨에 따라 과산화수소 증기가 착물로부터 방출된다. 제4도에 도시된 바와 같이, 과산화물 증기의 방출은 착물을 보다 고온으로 가열함으로써 상당히 증가된다. 즉 불안정한 과산화물 착물도 본 발명에 따른 멸균법에 유용하다.
본 발명은 선행기술의 과산화수소 멸균 시스템에 비해 다음 4가지 이상의 잇점을 제공해준다:
1. 잠재적으로 유해한 농축 과산화수소 용액의 사용을 피할 수 있다.
2. 응축을 방지하기 위해 멸균시키고자 하는 영역의 상대습도를 미리 감소시켜야 하는 필요성이 없어진다.
3. 물이 시스템으로부터 실질적으로 제거되어 길고 폭이 좁은 내강내로 확산되기 위한 물과 과산화수소간의 경쟁이 거의 없다.
4. 멸균제 기체를 길고 폭이 좁은 내강 내로 운반시키기 위해 특수 용기를 부착시켜야 하는 필요성이 종종 없어질 수 있다.
수분의 실질적인 부재하에 과산화수소 증기를 사용하여 멸균 공정을 수행하는 것은 본 발명의 놀라운 발견중의 하나이다. 선행기술은 화학 기체 또는 증기 상태 멸균법에서 멸균을 달성시키기 위해서는 물이 존재해야 한다고 교시하고 있다. 유리하게는, 본 발명은 시스템으로부터 실질적으로 물을 제거하기 때문에, 결과적으로 더욱 신속하고, 더욱 유효하고 효과적인 멸균을 수행하게 된다.
각종 비수성 과산화수소 착물의 멸균 효과는 다음 실시예 1 내지 4에 기술된 바와 같이 측정한다.
실시예 1
생물학적 첼린저(challenge)로서 금속 및 TEFLONTM플라스틱 내강 속에 바실루스 서브틸리스 변종(Bacillus subtilis var.)(나이거) 포자에 대하여 실질적인 무수 우레아 과산화물 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기를 사용하여 효과 데이터를 수득한다.
A.시험방법
1. 장치
분쇄한 과산화수소 우레아 부가물 정제(Fluka Chemical Corp, Ronkonkoma, NY) 4g을 도 3A에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 팬(90) 안에 넣는다. 알루미늄 팬 (90)의 상부를 의료 등급인 TYVEKTM(92)(통기성 스펀본드 폴리에틸렌 직물)으로 덮어, 착물로부터 방출되는 과산화수소가 챔버의 나머지 부분으로 확산되기 전에 TYVEKTM덮개를 통과하도록 한다. 알루미늄 팬(90)을 알루미늄 멸균 챔버의 바닥에 위치한 파이렉스 접시(96) 안의 가열 패드(94) 위에 놓는다(도 1 참조). 또한 용적이 약 173 ℓ인 멸균 챔버에는
· 증기 상의 과산화수소 농도를 측정하기 위한 과산화수소 모니터,
· 가열 패드의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기,
· 액체 과산화수소를 챔버 속으로 주입할 수 있는 주입구,
· 시험용 내강 장치를 포함하는 플라스틱 트레이를 올려 놓는 금속 선반 및
· 효과 시험 동안 챔버 온도 45℃를 유지하는 챔버 벽 외부의 전기 저항 가열기가 포함된다.
2. 생물학적 첼린저와 시험
비수성 과산화물 이동 시스템의 효과를 평가하기 위해, 스테인레스 스틸 칼날 위에 1.04×106바실루스 서브틸리스 변종(나이거) 포자를 포함하는 생물학적 첼린저를 크기가 내경 3mm×길이 40cm, 내경 3mm×길이 50cm 및 내경 1mm×길이 50cm인 스테인레스 스틸 내강 각각의 말단으로부터 같은 거리에 놓는다. 이들 내경과 길이는 금속 장치에 사용하는 금속 내강에 있어서 전형적이다. 생물학적 시험 시료를 넣은 각각의 내강 중간의 분리재는 크기가 내경 13mm×길이 7.6cm이다. 금속 내강을 사용하는 생물학적 시험에서, 한 시험당 총 9개의 내강을 평가한다. 이것은 내경과 길이가 상이한 사용 가능한 3가지 세트를 각각 3개씩 포함한다.
유사한 시험을 종이 조각(6mm×4mm Whatman #1 크로마토그래프 종이) 위에 4.1×105바실루스 서브틸리스 변종(나이거) 포자를 포함하는 생물학적 첼린저를 크기가 내경 1mm×길이 1m, 내경 1mm×길이 2m, 내경 1mm×길이 3m 및 내경 1mm×길이 4m인 TEFLONTM내강의 말단으로부터 같은 거리에 놓고 실시한다. 생물학적 시험 시료를 넣은 이들 내강의 중심 분리재는 크기가 내경 15mm×길이 7.6cm이다.
TEFLONTM내강을 사용하는 생물학적 시험에서, 한 시험당 길이가 상이한 사용 가능한 4가지 세트를 각각 3개씩 포함하여, 총 12개의 내강을 평가한다.
생물학적 시험 시료를 넣은 내강을 플라스틱 트레이에 놓은 후 멸균 챔버 내의 선반 위에 놓는다. 이어서 챔버 문을 닫고, 챔버를 진공 펌프로 0.2torr로 탈기시킨다. 다음에 과산화수소 우레아 부가물을 넣은 알루미늄 팬을, 알루미늄 팬의 옆면에 팬 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 열전쌍 온도계로 측정하여 80 내지 81℃에서 5분 동안 가열한다. 이 시간 동안 챔버 안의 과산화수소의 농도는 과산화물 모니터로 측정한 결과 6mg/L까지 증가한다.
생물학적 시험 시료를 과산화수소 증기에 5, 10, 15, 20 및 25분 동안 노출시킨다. 과산화수소 증기에 노출시킨 후, 생물학적 시험 시료를 277유니트의 카탈라아제를 함유하는 15ml의 트립티카아제 대두 브로스로 무균적으로 옮겨 시험 시료에 잔류할 수 있는 과산화수소 잔류물을 중화시킨다. 전체 시료를 32℃에서 7일 동안 배양하여 생장을 관찰한다.
또한, 멸균 챔버 속으로 50% 과산화수소 수용액을 주입하고 가열 주입기(가열 금속 면)로부터 기화시키는 비교시험을 수행한다. 주입한 과산화수소 용액의 용적은 과산화수소의 증기 상 농도가 6mg/L가 된다. 이 시험에서 사용하는 시험용 내장과 생물학적 시험 시료는 비수성 과산화수소 시험에서 사용한 것과 동일하다. 과산화수소에 노출시킨 후의 생물학적 시험 시료의 처리 또한 동일하다.
B.시험 결과
각각 표 3과 표 4에 나타낸 스테인레스 스틸과 TEFLONTM내강을 사용한 시험 결과로부터 금속 및 비금속 내강을 사용한 비수성 과산화물 이동 시스템의 이점을 설명한다. 평가한 내경이 최소이고 길이가 최대인 내강에 대하여 비수성 과산화물 이동 시스템을 적용한 경우 5분 이내에 세균 포자가 완전히 사멸된다. 동시에 50% 과산화수소 용액의 경우 확산 시간 25분 후에도 세균 포자가 완전히 사멸되지 않는다.
표 3
SS 내강 속의 SS 날을 사용한 경우의 수성/비수성 효과 비교:
표 4
수성/비수성 효과 비교: TEFLONTM내강 속의 6mm×4mm 종이 조각
과산화수소 이외의 다양한 멸균제에 의한 화학적 기체/증기 상 멸균 공정 동안에 일반적으로 수분이 존재한다는 사실의 관점에서, 실질적인 양의 물의 부재하에 급속히 멸균 공정을 수행할 수 있다는 사실은 놀라운 것이다. 증기 상 과산화수소 멸균 시스템에서 과산화수소 수용액을 사용하므로, 이 시스템에서도 마찬가지로 수분이 존재한다.
기타의 다양한 과산화물 착물의 멸균 효과를 시험하기 위해 다음의 시험을 실시한다.
실시예 2, 3 및 4
실시예 1의 장치를 사용하여 폴리비닐피롤리돈 과산화수소 착물(실시예 2),나일론 6-과산화수소 착물(실시예 3) 및 1,3-디메틸우레아 과산화수소 착물(실시예 4)의 효과를 시험한다. 이들 화합물은 이후의 실시예 12와 13에 기재한 방법에 따라 합성한다. 시험 파라미터는 다음과 같다.
각각의 경우, 포자 지지재는 플라스틱 내강 속에는 6mm×4mm 종이 기재이고 스테인레스 스틸 내강 속에는 스테인레스 스틸 날이다. 이 효과 시험의 결과는 표 5에 나타나 있다.
표 5
PVP, 나일론 6 및 1,3-디메틸우레아와의 착물의 효과
표 5의 결과에 의하면, 시험한 각각의 과산화수소 착물이 과산화수소를 발생시켜 단지 5분 노출 후에 효과적인 멸균력을 제공한다.
위에 기재되어 있는, 고체 착물로부터 과산화수소 증기를 방출시키는 데에 필요한 온도는 알루미늄 팬 외부에 팬 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 열전쌍 온도계로 측정한 것이다. 온도계(예: 불소 온도계)를 팬 내부 바닥 표면에 설치한 추가의 시험에 의하면, 팬 바닥에서의 온도가 다음 실시예 5에 기재한 바와 같이 약 30 내지 35℃ 더 높다. 따라서, 앞의 실시예에서, 열전쌍 온도계로 80℃인 경우 팬 바닥에서의 온도는 약 110 내지 115℃이고, 열전쌍 온도계로 110℃인 경우 팬 바닥에서의 온도는 약 140 내 145℃이다.
실시예 5
고체 과산화물 착물을 넣기 위해 사용한 알루미늄 팬의 바닥에서의 온도를 측정하기 위해, 불소 온도계를 알루미늄 팬 내부 바닥에 테이프로 붙인다. 오가메(Omega)TM열전쌍 온도계를 알루미늄 팬 외부에 팬 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한다. 온도를 3회 반복하여 측정한다. 매회, 팬 옆면에 설치한 온도계로 측정하여 바람직한 온도까지 가열하고, 냉각한 후, 바람직한 온도까지 재가열한다. 기록한 온도는 아래에 기재되어 있다.
이 결과에 의하면, 알루미늄 팬 바닥에서의 온도가 팬 옆면에 설치한 열전쌍 온도계로 나타나는 온도보다 약 30 내지 35℃ 더 높다.
개방된(내강이 없는) 시스템에서 수성 및 비수성 과산화물 공급원을 사용하여 수득한 효과 데이터를 비교하기 위해 추가의 시험을 실시한다.
실시예 6
TYVEKTM/MYLARTM(TYVEKTM은 폴리에틸렌으로 제조된 통기성 직물이고, MYLARTM은 불통기성 폴리에스테르 재료이다) 봉지 안에 포장된 Whatman #1 크로마토그래프 종이 6mm×4mm 조각 위에 6.8×105바실루스 서브틸리스 변종(나이거) 포자를 포함하는 생물학적 첼린저와 함께 실시예 1의 장치를 이용한다. 포장된 생물학적 첼린저 조각을 유연한 광섬유성 S자형 스코프가 담긴 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 앞, 가운데 및 뒤에 놓는다. 트레이를 확산이 가능하도록 상부에 한 개의 포트 및 바닥에 두 개의 포트가 있는 폴리페닐렌 옥사이드 컨테이너 안에 놓는다. 직경 4inch의 포트를 통기성 폴리프로필렌 포장재(SPUNGARDTMHeavy Duty Sterilization Wrap, Kimberly-Clark, Dallas, TX)로 덮어 멸균 후 컨테이너 내용물의 멸균 상태를 유지한다. 컨테이너를 실시예 1의 장치 안에 넣고, 챔버의 압력을 0.2torr로 감소시킨다. 이어서 과산화수소 우레아 부가물(Fluka Chemical Corp.) 2g을 담은 알루미늄 팬을 알루미늄 팬 외부에 팬의 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 온도계로 측정하여 80 내지 81℃까지 5분 동안 가열하여, 챔버 안에 3mg/l의 과산화수소 증기를 공급한다. 생물학적 시험 시료를 5분 및 10분동안 과산화수소 증기에 노출시킨다. 노출 후 시험 시료를 실시예 1과 동일한 방법으로 처리한다.
또한, 멸균 챔버 속으로 50% 과산화수소 수용액을 주입하고 가열 주입기로부터 기화시키는 비교시험을 수행한다. 주입한 과산화수소 용액의 용적은 과산화수소의 증기 상 농도로 3mg/l이다. 시험의 구성, 생물학적 시험 시료의 조성 및 노출 후의 생물학적 시험 시료의 처리는 비수성 과산화수소 시험과 동일하다. 이 시험의 결과는 표 6에 나타나 있다.
표 6
개방 시스템에서의 수성/비수성 효과 비교(내강이 존재하지 않는 경우의 시험)
이 시험의 결과에 의하면, 생물학적 시료를 내강 속에 넣지 않은 "개방" 시스템에서 수성 과산화수소 방법에 비해 비수성 과산화수소의 효과가 더 크다. 또 놀랍게도 비수성 시스템이 과산화수소를 길고 좁은 내강 속으로 확산시킬 필요가 없는 경우에도 더 뛰어난 멸균력을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 이로써 과산화수소의 작용 형태가 물이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 시스템에 대하여 동일하지 않음을 알 수 있다.
추가의 시험을 실시하여 비수성 과산화물 증기의 감압시키지 않은 보통의 압력에서의 효과를 측정한다. 이 시험을 아래에서 더욱 상세히 설명한다.
실시예 7
대기압의 개방 시스템 내에서 과산화 우레아 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기를 사용하여 효과 시험을 실시한다. 이 시험에서 스테인레스 스틸 칼 날 위에 1.04×106바실루스 서브틸러스 변종(나이거) 포자를 포함하는 생물학적 첼린저를 TYVEKTM/MYLARTM 봉지 안에 포장한다. 포장된 생물학적 첼린저 날을 폴리에틸렌 옥사이드 트레이의 앞, 가운데 및 뒤에 놓는다. 이 트레이를 실시예 1의 장치 안에 넣고 챔버 문을 닫는다. 우레아 과산화물(Fluka Chemical Corp.) 4.0g이 담긴 알루미늄 팬을, 알루미늄 팬 옆면에 팬의 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 열전쌍 온도계로 측정하여 80 내지 81℃까지 시험하는 동안 가열한다. 생물학적 시험 시료를 5, 10, 20 및 30분 동안 과산화수소 증기에 노출시킨다. 노출 후 시험 시료를 실시예 1과 동일한 방법으로 처리한다. 이 시험의 결과는 표 7에 나타나 있으며, 이에 의해 대기압의 개방 시스템 내에서의 비수성 과산화물 방법의 효과가 입증된다.
표 7
대기압의 개방 시스템에서의 비수성 과산화물 방법의 효과
추가의 시험을 실시하여 다양한 온도에서 우레아 과산화물 착물에서 방출된 과산화물의 대략적인 양을 측정한다. 이 시험은 실시예 8에 기재되어 있다.
실시예 8
시판하는 정제(Fluka Chemical Corp.)를 분쇄하여 수득한 우레아 과산화물 분말을 크기가 12.7cm×12.7cm인 도 3B의 장치 안의 두 개의 알루미늄 스크린 사이에 놓는다. 이어서 알루미늄 판을 가열하고 알루미늄 판의 모퉁이 가까이에 설치한 온도계를 사용하여 온도를 측정한다. 표 8에 다양한 온도에서 5분 동안 가열한 후 방출된 과산화물의 대략의 백분율이 기재되어 있다. 데이터에 의하면 과산화물의 약 100%가 140℃의 온도에서 착물로부터 방출된다. 더 낮은 온도에서는 더 적은 백분율의 과산화물이 방출된다.
표 8
다양한 온도에서 비수성 과산화물의 방출
실온 및 대기압에서 과산화수소 증기를 방출할 수 있는 과산화물 착물(예: 우레아 과산화물 착물)는 다양한 멸균 공정에 적용하여 사용하기에 효과적이다. 본 발명에 따르는 화합물은 앞에서 기재한 본 발명의 멸균 장치에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 자가 멸균 포장재의 일부로서 사용하거나 가제, 스폰지, 면솜 등과 같은 지지재에 적용할 수 있다. 이 화합물에 의해 실온에서 또는 승온에서 밀봉한 포장의 멸균이 가능하고, 특히 포장된 내과 또는 외과 제품의 멸균에 유용하다.
본 발명의 화합물의 특정 용도가 다음 실시예에 기재되어 있다. 다음 실시예에서 사용하는 과산화물 착물은 정제 형태(Fluka Chemical Corp.) 또는 이 정제를 분쇄하여 수득한 분말 형태의 우레아 과산화물이다.
실시예 9
자가 멸균 파우치를 다음과 같이 제조한다. 표면 위에 3.8×105바실루스 서브틸리스 변종(나이거) 포자를 포함하는 외과용 칼을 멸균 페트리 접시에 놓는다. 페트리 접시를 더 큰 페트리 접시에 정제 또는 분말 형태의 우레아 과산화물 착물 1g과 함께 놓는다. 이어서 더 큰 페트리 접시를 TYVEKTM/MYLARTM(통기성, 표 9), MYLARTM/MYLARTM(불통기성, 표 10) 또는 Paper/MYLARTM(통기성, 표 10)으로 제조된 파우치 속에 넣는다. 이어서 파우치를 밀봉한다.
각각의 파우치를 아래의 표 9와 10에 나타낸 바와 같이 다양한 온도에서 다양한 시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 시료에 대해 실시예 1에 기재한 바와 같이 멸균력을 평가한다. 결과는 표 9와 10에 기재되어 있으며, "+" 기호는 세균 생장을 나타낸다.
표 9
통기성 차단막(TYVEKTM/MYLARTM)을 사용한 자가 멸균 파우치
표 10에 통기성 차단막을 사용한 경우(Paper/MYLARTM)와 사용하지 않은 경우 (MYLARTM/MYLARTM)의 파우치의 자가 멸균 효과에 대한 데이터가 기재되어 있다. 파우치를 위에서 기재한 바와 같이 제조하지만, 과산화물 증기 공급원은 분말 형태의 우레아 과산화물만을 사용한다.
표 10
통기성 차단막을 사용한 경우 & 사용하지 않은 경우의 자가 멸균 파우치
이 시험 결과에 의하면, 통기성 차단막을 사용한 파우치와 사용하지 않은 파우치에 넣은 본 발명의 우레아 과산화물 착물은 수분의 부재하 실온 및 대기압에서 단지 2 내지 3시간 후에 파우치 내부의 제품을 효과적으로 멸균할 수 있다. 더 높은 온도에서는 단지 1시간 후에 멸균 효과가 나타난다.
밀폐 용기 속에서 본 발명의 멸균 시스템의 효과를 측정하기 위해 다음 시험을 실시한다.
실시예 10
자가 멸균 컨테이너를 다음과 같이 제조한다. 표면에 3.8×105바실루스 서브틸리스 변종 (나이거) 포자(표 11) 또는 9.2×105바실루스 서브틸리스 변종 (나이거) 포자(표 12)를 포함하는 스테인레스 스틸 지지재를 표면에 구멍(크기 3/16inch)이 20개인 소형 폴리에틸렌(PE) 바이얼 안에 넣는다. 이 바이얼을 대형 PE 바이얼에 넣고, 이것을 공기 밀폐 캡(air tight cap) 또는 통기성 SPUNGUARDR(CSR Wrap) 층으로 덮는다. 또한, 대형 바이얼에 마찬가지로 표면에 구 멍(크기 3/16inch)이 20개인 제2 PE 바이얼을 넣는다. 이 바이얼에 정제 또는 분말 형태의 우레아 과산화물 1g을 넣고, 이것을 SPUNGUARDR(CSR Wrap) 또는 TYVEKTM파우치 안에 밀봉한다.
각각의 컨테이너를 아래의 표 11과 12에 나타낸 바와 같이 다양한 온도에서 다양한 시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 시료를 실시예 1에 기재한 바와 같이 멸균력을 평가한다. 결과는 표 11과 12에 기재되어 있으며, "+" 기호는 세균생장을 나타낸다.
표 11
통기성 차단막을 사용하지 않은 자가 멸균 컨테이너
표 12
통기성 CSR 차단막을 사용한 자가 멸균 컨테이너
이 시험 결과에 의하면, 통기성 차단막을 사용한 컨테이너와 사용하지 않은 컨테이너에 넣은 비수성 우레아 과산화물 착물에 의해 실온에서 단지 3 내지 4시간 후에 효과적으로 멸균할 수 있다. 더 높은 온도에서는 단지 30분 후에 멸균 효과가 나타난다.
과산화물 증기를 방출하는 비수성 과산화물 착물은 실온에서 제품의 멸균에 유용하며, 그리고 더 높은 온도에서는 더욱 효과적으로 유용한 것으로 밝혀졌다.이들 착물은 파우치, 컨테이너, 챔버, 방 또는 임의의 밀폐 가능한 영역 안에 넣을 수 있으며, 여기서 이들은 제품을 효과적으로 멸균하는 과산화물 증기를 방출한다. 착물을 가열함으로써 증기의 방출을 용이하게 하고 실온 멸균에 필요한 시간보다 더 짧은 시간 내에 멸균할 수 있다. 따라서, 본 발명의 화합물은 멸균이 필요한 다양한 분야에 유용하다. 멸균하고자 하는 제품 또는 제품들이 포함된 밀폐 영역에 단순히 당해 착물을 방치함으로써 멸균이 가능하다. 선행 기술의 방법과 대조적으로, 과산화수소를 활성화시키기 위해 수분과 접촉시킬 필요가 없다.
비수성 과산화물 착물을 사용하여 더 낮은 압력에서 더 짧은 시간 내에 멸균을 효과적으로 할 수 있는지 확인하기 위해 다음 시험을 실시한다.
실시예 11
자가 멸균 컨테이너를 다음과 같이 제조한다. 표면에 9.2×105바실루스 서브틸리스 변종(나이거) 포자를 포함하는 스테인레스 스틸 지지대를 표면에 구멍(크기 3/16inch)이 20개인 소형 PE 바이얼 안에 넣는다. 이 바이얼을 대형 PE 바이얼에 넣고, 이것을 통기성 SPUNGUARDR(CSR 랩) 층으로 덮는다. 또한, 대형 바이얼에 마찬가지로 표면에 구멍(크기 3/16inch)이 20개인 또 다른 PE 바이얼을 넣는다. 이 바이얼에 정제 또는 분말 형태의 우레아 과산화물 1mg을 넣는다. 이어서 이것을 CSR 랩 또는 TYVEKTM 파우치 안에 밀봉한다.
대형 바이얼을 4.5ℓ 멸균 챔버 또는 173ℓ 멸균 챔버 내에 방치한다. 각각의 컨테이너를 표 13에 나타낸 바와 같이 100torr, 23℃에서 2시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 시료를 실시예 1에 기재한 바와 같이 멸균력을 평가한다. 결과는 표 13에 기재되어 있다.
표 13
감압 조건에서 통기성 차단막을 사용한 자가 멸균 컨테이너
이 시험 결과에 의하면, 통기성 차단막을 사용한 컨테이너에 넣은 비수성 우레아 과산화물 착물에 의해 100torr, 실온에서 단지 2시간 후에 효과적으로 멸균할 수 있다. 이 시험 결과를 표 12의 결과와 비교해 보면, 본 발명의 과산화물 착물은 감압시 대기압에서 멸균하는 데 필요한 시간 보다 더 짧은 시간 내에 멸균을 수 행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 과산화수소 착물을 사용하여 상당히 짧은 시간 내에 효과적인 멸균을 할 수 있다. 추가로, 앞에서 논의한 바와 같이, 플라즈마를 사용하여 또한 과산화수소 증기의 멸균력을 증가시킬 수 있다. 멸균시킬 제품을 과산화수소 증기에 노출시킨 후에 플라즈마 처리하고 완전히 멸균시키는데 충분한 시간 동안 플라즈마 속에 유지시킨다.
과산화수소 증기에 노출시켜 멸균한 제품을 플라즈마에 접촉시킴으로써 제품에 잔류하는 잔류 과산화수소를 제거할 수 있다. 잔류 과산화수소는 플라즈마 처리 동안 무독성 생성물로 분해되기 때문에, 멸균한 제품을 처리 후 추가의 단계없이 즉시 사용할 수 있다.
비수성 과산화물 착물은 자가 멸균 포장의 구성 성분으로서의 용도를 포함하여, 유용하게 다양한 분야에 적용할 수 있다. 추가로, 이 착물은 미국 특허 제 4,943,414호에 기재된 방법과 같이, 제품을 증기 멸균하는 다양한 방법에 사용하는데 적합하다. 미국 특허 제4,943,414호에는 소량의 기화성 액체 멸균제 용액이 담긴 컨테이너가 내강에 부착되어 있고, 멸균 주기 동안 압력을 감소시킴에 따라 멸균제가 기화되어 제품의 내강 속으로 직접 흘러들어 가는 방법이 기재되어 있다. 이 특허에 기재된 방법을 변형하여 비수성 과산화물 화합물에 사용할 수 있다. 화합물을 컨테이너에 넣고 멸균하고자 하는 제품의 내강에 연결시킨다. 이어서 제품을 컨테이너 안에 넣고 컨테이너를 탈기시킨다. 제품의 내강과 제품의 외부를 비수성 화합물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 접촉시킨다. 임의로 플라즈마를 발생시켜 멸균력을 증가시키고/거나 제품으로부터 잔류 과산화수소를 제거할 수 있다.
앞에서 기재한 바와 같이 시스템에 비수성 과산화물 착물을 사용하여, 수용액 중의 물이 과산화수소보다 더 빨리 기화되어 먼저 내강 속으로 들어간다는 단점을 극복한다. 따라서, 더욱 효과적으로 멸균을 수행할 수 있고 멸균을 효과적으로 하는 데에 더 짧은 시간이 필요하다. 글리신 무수물과 같은 과산화수소 착물은 감압하에 추가로 가열할 필요없이 상당한 양의 과산화수소를 방출하기 때문에 특히 유리하다.
비수성 과산화수소 착물의 합성 공정
추가로, 본 발명은 앞에 기재한 바와 같이 과산화수소 증기 멸균기 내의 공급원 또는 자가 멸균 포장의 구성 성분으로서 유용한 비수성 과산화수소 착물을 제조하는 방법을 제공한다. 물론, 과산화수소 착물을 기타의 용도(예: 표백제, 콘택트 렌즈 용액, 촉매 및 당해 분야의 일반 기술자들에게 익히 공지된 기타의 용도)로 사용할 수 있다.
본 발명의 과산화수소 착물을 제조하는 일반적인 방법은 다음과 같다.
(1)반응물 재료를 챔버 안에 넣는다
과산화수소와 반응시킬 재료는 다양한 형태(예: 분말, 결정, 필름 등, 바람직하게는 반응 속도를 증가시키기 위해 표면적이 큰 형태)일 수 있다. 또한 반응물 재료는 챔버 내의 압력을 감소시킨 후 용매를 증발시키는 데에 충분한 시간이 주어지는 경우, 물 또는 다른 용매 속의 용액으로서 존재할 수 있다. 또한 반응물 재료는 비점이 과산화수소(150℃)보다 더 높은 액체일 수 있다. 반응 속도가 승온에서 더 빠르기 때문에, 바람직하게는 챔버를 반응물 조성물을 넣기 전 또는 후에 가열한다. 그러나 온도가 반응물이 비등하거나 기화될 정도로 높아서는 안된다.
반응물 조성물을 과산화수소와 접촉시킬 수 있는 컨테이너에 담을 수 있다. 반응물이 챔버를 탈기시킬 때 날릴 수 있는 분말 또는 기타의 형태인 경우, 반응물을 통기성 컨테이너에 유지시켜 과산화수소를 컨테이너 속으로 확산시킬 수 있다.
(2)챔버를 탈기시킨다
특정 양태에서 챔버를 대기압 미만의 압력, 예를 들면 과산화수소의 증기압(농도와 온도에 따라 달라진다) 미만의 압력으로 탈기시켜, 과산화물 전체가 증기상이 되도록 한다. 증기압은 온도를 증가시키면 증가하고 과산화물 농도를 증가시키면 감소한다. 대부분의 시험의 경우, 챔버를 약 0.2torr로 탈기시키고 온도는 실온 이상으로 한다.
(3)과산화수소 증기를 발생시킨다
과산화수소 증기를 과산화수소 용액 또는 실질적인 비수성 과산화수소 착물로부터 발생시킬 수 있다. 실질적인 비수성 과산화수소 착물은 증기 상태의 무수 과산화수소를 생성하며, 이것은 과산화수소 증기와 반응시킬 재료 또는 생성될 착물이 흡습성인 경우 이점이 된다. 실질적으로 물을 함유하지 않은 착물로부터 과산화수소 증기를 발생시키는 경우, 또 다른 이점은, 생성되는 착물 내의 과산화수소의 백분율이 H2O2수용액으로부터 증기가 발생하는 경우보다 더 높다는 것이다. 이것은 수용액을 사용하여 H2O2증기를 발생시키는 경우 착물의 결합 부위에 대한 물 분자와 H2O2분자의 경쟁에 의한 것일 수 있다.
반응물 재료가 포함된 동일한 챔버 또는 진공 밸브에 의해 분리된 또 다른 챔버 내에서 과산화수소 증기를 발생시킬 수 있다.
(4)반응물 재료와 과산화수소를 반응시킨다
물론 반응에 필요한 시간은 반응물과 과산화수소의 반응 속도에 따라 다르다. 이것은 압력을 모니터링함으로써 경험적으로 결정할 수 있으며, 압력은 과산화물이 반응물 재료와 결합하는 동안 감소한다. 전형적으로 반응 시간은 약 5 내지 30분이다. 기화된 과산화수소의 농도와 출발 재료의 중량에 의해 최종 반응 생성물 내의 과산화물의 중량%가 결정된다. 반응물의 과산화수소에 대한 중량비가 증가함에 따라, 착물 내의 과산화수소의 중량%가 감소한다. 반응을 여러 번 반복하여 착물 내의 과산화수소 농도를 증가시킬 수 있다.
(5)챔버를 다시 탈기시킨다
반응 시간 후반에, 챔버를 약 2torr로 추가로 탈기시켜 반응하지 않은 과산화수소를 제거한다.
(6)챔버를 배출시키고 과산화수소 착물을 회수한다
과산화수소가 반응물 재료와 착물을 형성하는 메카니즘은 완전히 알려져 있지 않다. 착물의 형성은 과산화수소와 반응물 재료의 산소 및/또는 질소를 포함하는 전자가 많은 관능성 그룹 사이에 수소 결합의 형성과 관련된 것으로 생각된다. 이것이 유일한 결합 형태인지는 알려져 있지 않다. 그러나 광범위한 관용성 그룹을 포함하는 재료가 과산화수소와 착물을 형성하는 것으로 알려져 있다.
과산화수소 착물을 제조하는 선행 방법에 비해 증기 상 반응의 이점에는 다음이 포함된다.
1. 반응물 재료에 대한 과산화수소의 비율을 증기 상태로 존재하는 과산화수소의 양 또는 증기에 노출되는 반응물 재료의 양을 변화시킴으로써 정확하게 조절할 수 있다.
2. 반응 생성물로부터 용매를 제거할 필요가 없다.
3. 액체 또는 고체(예: 분말, 결정, 필름 등)의 과산화물 착물을 제조할 수있다.
4. 흡습성 재료로 이루어진 과산화물 착물을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르는 비수성 작물의 합성이 추가로 다음 실시예에 기재되어 있다. 이들 화합물의 다수는 당해 분야의 일반 기술자들이 즉시 인정하는 바와 같이 본원에 더욱 상세히 기재되어 있는 용도 뿐만 아니라 촉매로서의 용도로 사용된다. 실시예에 의해 본 발명의 조성물과 방법의 양태를 제시하지만 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다.
실시예 12
글리신 무수물과 과산화수소와의 착물을 다음과 같이 제조한다. 글리신 무수물(Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) 시료 1.0g을 45℃의 온도로 유지된 173ℓ 챔버 내의 알루미늄 트레이 안에 넣는다. 알루미늄 트레이 상부를 통기성의 과산화수소를 흡수하지 않는 TYVEKTM편직물로 덮어, 글리신 무수물이 챔버 내의 압력이 감소될 때 트레이 밖으로 나오는 것을 방지한다. 챔버 문을 닫고 진공 펌프로 챔버를 탈기시켜 챔버 내의 압력을 0.2torr로 감소시킨다. 과산화수소 농도를 적합한 용적의 70% 과산화수소 수용액(FMC Corp., Philadelphia, PA)을 증발시킴으로써 10mg/l로 한다. 과산화수소 증기를 20분 동안 글리신 무수물과 접촉시켜 유지한다. 반응 종료시, 챔버 압력을 2torr로 감소시킨 후 다시 대기압으로 증가시킨다. 반응 생성물을 챔버로부터 꺼내고 다음의 요오드 환원 적정 반응에 의해 과산화수소 중량%를 분석한다.
H2O2+ 2Kl + H2SO4--> I2+ K2SO4+ 2H2O
I2+ 2Na2S2O3--> Na2S4O6+ 2NaI
전분 지시약을 요오드-나트륨 티오설파이트 적정 반응에 사용하여 종말점에 서 색 변화를 증가시킨다. 과산화수소 중량%를 다음 식에 의해 계산한다.
중량% H2O2= [(Na2S2O3ml)*(Na2S2O3노말농도)*1.7]/(시료 중량g)
글리신 무수물 착물 내의 과산화수소의 중량%는 24.3%로 나타난다.
실시예 13
다양한 과산화수소와의 무기 착물 및 유기 착물을 실시예 12의 방법을 이용하여 제조한다. 각각의 경우에 반응 조건은, 글리신 무수물 대신에 표 14에 제시된 화합물을 각각 1.0g 사용하는 것을 제외하고 실시예 12와 동일하다.
표 14
평가된 화합물 및 증기 상 합성방법에 의해 형성된 착물 내에 존재하는 과산화수소의 중량%
형성된 유기 착물은 과산화수소와 수소 결합을 형성할 수 있는 다음 범위의 관능성 그룹을 포함한다: 알콜, 에테르, 케톤, 산, 아미노산, 에스테르, 유기염, 아민, 아미드, 폴리아미드, 폴리우레탄, 우레아 및 뷰렛. 무기 착물은 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산루비듐 뿐만 아니라 중탄산나트륨을 포함한다. 추가로, 수산화칼슘 및 피로인산사나트륨과 과산화수소와의 착물도 제조된다. 출발 물질은 두께 0.12mm의 필름으로서 제조된 나일론 6,6과 50중량%의 수용액인 폴리비닐 메틸 에테르를 제외하면 미세 분말 또는 약간 더 큰 결정성 물질이다.
이들 재료를 사용하여 시험 조건하에 수득한 과산화수소 착물은 폴리비닐피롤리돈, 히스타민, 폴리(비닐 메틸 에테르), 폴리(비닐 메틸 케톤), 프로피온아미드 및 1,3-디메틸우레아의 경우를 제외하면 고체이다. 1,3-디메틸우레아 및 프로피온아미드의 과산화수소 착물은 최종 생성물을 수득하기 위해 용매를 제거할 필요가 없기 때문에 증기 상 합성 공정에서 용이하게 처리할 수 있는 자유 유동성 액체이다. 히스타민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(비닐 메틸 에테르) 및 폴리(비닐 메틸 케톤) 착물은 처리하기 쉽지 않은 점성 재료이다.
실시예 14와 15에서 자유 유동성 고체 생성물로서의 과산화물 착물을 수득하기 위해 상이한 제조 조건하에 폴리비닐피롤리돈을 사용하여 추가로 시험한다.
실시예 14
증기 상태의 과산화수소 농도에 대한 폴리비닐피롤리돈의 중량비를 변화시킴으로써 폴리비닐피롤리돈 착물 내의 과산화수소 백분율을 변화시킨 폴리비닐피롤리돈의 과산화수소 착물을 제조한다. 이 시험 조건은 폴리비닐피롤리돈의 중량을1.0g에서 3.0g, 5.0g으로 증가시킨 것을 제외하면 실시예 12와 동일하다. 모든 시험에서, 과산화수소의 농도는 10.0mg/(챔버 용적 ℓ)로 일정하게 유지한다. 이 시험의 결과는 표 15에 나타나 있다.
실시예 15
과산화수소와 우레아와의 착물로부터 과산화수소를 이동시켜 PVP의 과산화수소 착물을 제조한다. 과산화수소가 이 방법으로 이동되는 경우, 실질적으로 물이 존재하지 않는다. 본 실시예에서, PVP 5g을 반응 챔버 안에 넣고 H2O235%의 우레 아 착물 약 7g을 약 110℃에서 약 5분 동안 가열함으로써 10mg H2O2/(챔버 용적 ℓ)를 이동시킨다. 이 시험에서 나머지 조건은 실시예 12와 동일하다. PVP 착물 내의 과산화수소 백분율과 착물의 물리적 상태가 표 15에 나타나 있다.
표 15
증기 상태의 과산화수소에 대한 폴리비닐피롤리돈의 비율이 착물 내의 과산화수소 백분율에 미치는 영향 및 생성물의 물리적 상태
이 시험 결과에 의하면, PVP 과산화수소 착물의 경우, 증기 상태의 과산화수소에 대한 PVP의 비율을 변화시킴으로써 또는 실질적으로 물을 함유하지 않는 과산화수소 증기 공급원을 사용함으로써 자유 유동성 고체가 수득할 수 있다.
제1도는 본 발명에 따른 증기 멸균 장치의 개략도이다.
제2도는 플라즈마를 생성시키기 위해 임의로 사용되는 전극을 포함하는 본 발명에 따른 증기 멸균 장치의 개략도이다.
제3A도는 과산화물 착물을 가열하는데 사용될 수 있는 장치의 개략도이다.
제3B도는 본 발명에 따른 멸균용 과산화물 공급원을 보유하기 위한 바람직한 컨테이너의 개략도이다.
제4도는 진공하에서 불안정한 비수성 과산화수소 착물로부터의 과산화수소 증기의 방출을 도시한 그래프이다.

Claims (75)

  1. 멸균시킬 제품을 보유하기 위한 컨테이너 및
    컨테이너 속에 위치하고, 실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물을 포함하며 과산화수소 증기가 제품과 접촉하여 멸균시킬 수 있도록 배열되어 있는 과산화수소 증기 공급원을 포함하는, 제품의 과산화수소 멸균장치.
  2. 제1항에 있어서, 컨테이너가 통기성 차단막을 포함하는 장치,
  3. 제1항에 있어서, 착물이 우레아-과산화물 착물인 장치.
  4. 제1항에 있어서, 착물이 폴리비닐피롤리돈-과산화물 착물인 장치.
  5. 제1항에 있어서, 착물이 나일론 6-과산화물 착물인 장치.
  6. 제1항에 있어서, 착물이 1,3-디메틸우레아-과산화물 착물인 장치.
  7. 제1항에 있어서, 착물이 진공하에서 불안정한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 착물이 글리신 무수물-과산화물 착물인 장치.
  9. 제1항에 있어서, 착물을 가열기 위에 놓고 가열하여 증기가 착물로부터 용이하게 방출되도록 컨테이너 속에 위치하는 가열기를 추가로 포함하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 착물이 위치하는 컨테이너 외부에 배치된 밀폐 용기와 착물로부터 방출된 증기가 유입구를 따라서 컨테이너 내부로 이동하여 멸균시킬 수 있도록 컨테이너와 밀폐 용기 사이에 유동성 통로를 갖는 유입구를 추가로 포함하는 장치 .
  11. 제10항에 있어서, 착물을 가열하기 위해 배열된 가열기를 추가로 포함하는 장치.
  12. 제10항에 있어서, 밀폐 밸브(closeable valve)가 잠길 경우, 밀폐 용기가 컨테이너로부터 분리될 수 있도록 유입구에 배치된 밀폐 밸브를 추가로 포함하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 컨테이너를 탈기시키기 위한, 컨테이너와 유동성 통로로 연결된 진공 펌프를 추가로 포함하는 장치.
  14. 제10항에 있어서, 밀폐 용기와 컨테이너가 독립적으로 또는 동시에 탈기될수 있도록, 컨테이너 또는 밀폐 용기와 유동성 통로로 연결된 진공 펌프를 추가로 포함하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 펌프가 컨테이너 및 밀폐 용기 둘 다와 유동성 통로로 연결되고 펌프와 컨테이너 사이에 배치된 밀폐 밸브, 펌프와 밀폐 용기 사이에 배치된 밀폐 밸브 및 밀폐 용기와 컨테이너 사이에 배치된 밀폐 밸브를 추가로 포함하는 장치.
  16. 제14항에 있어서, 펌프가 컨테이너와 유동성 통로로 연결된 제1 펌프이며, 밀폐 용기와 유동성 통로로 연결된 제2 펌프를 추가로 포함하는 장치.
  17. 제1항에 있어서, 제품 주변에 플라즈마를 생성시키기 위해 컨테이너 내부에 전극을 추가로 포함하는 장치.
  18. 제1항에 있어서, 착물이 고체상인 장치.
  19. 제품을 컨테이너 속에 놓는 단계 및
    실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 제품을 접촉시켜 제품을 멸균시키는 단계를 포함하는, 제품의 과산화수소 증기 멸균법.
  20. 제19항에 있어서, 착물 중 물의 함량이 10% 미만인 방법.
  21. 제19항에 있어서, 착물을 가열하여 착물로부터 증기의 방출을 용이하게 하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 증기를 컨테이너 내부로 도입하기 전에 컨테이너를 탈기시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 증기를 컨테이너 내부로 도입한 후에, 플라즈마를 컨테이너 속에서 생성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 제19항에 있어서, 접촉단계가 증기의 가압 펄싱(pressure pulsing)을 포함하는 방법.
  25. 제품을 컨테이너 속에 놓는 단계,
    실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 제품을 접촉시키는 단계,
    플라즈마를 컨테이너 속에서 생성시켜 제품을 둘러싸도록 하는 단계 및
    제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 단계를 포함하는, 제품의 과산화수소 플라즈마 멸균법.
  26. 제25항에 있어서, 제품이 멸균되기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 제품으로부터 잔류 과산화수소를 제거하기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 방법.
  28. 제25항에 있어서, 접촉단계를 제1 챔버에서 수행하고 생성단계를 상이한 제2 챔버에서 수행하는 방법.
  29. 제품을 컨테이너 속에 놓는 단계,
    실질적으로 비수성인 유기 과산화수소 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 제품을 접촉시키는 단계,
    플라즈마를 제품과 이격되어 있는 부위에서 생성시키는 단계,
    플라즈마를 제품으로 유동시키는 단계 및
    제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 단계를 포함하는, 제품의 과산화수소 플라즈마 멸균법 .
  30. 제29항에 있어서, 제품이 멸균되기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 제품으로부터 잔류 과산화수소를 제거하기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 방법.
  32. 제29항에 있어서, 접촉단계를 제1 챔버에서 수행하고 생성단계를 상이한 제2 챔버에서 수행하는 방법.
  33. 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물을 함유하는 밀폐 용기에 제품을 위치시키는 단계,
    밀폐 용기를 밀봉하는 단계 및
    제품을 멸균시키기 위해 착물로부터 과산화수소 증기를 방출시키기에 충분한 시간 동안 약 70℃ 미만의 온도에서 밀폐 용기를 정치시키는 단계를 포함하는, 제품의 과산화수소 멸균법.
  34. 제33항에 있어서, 밀폐 용기를 대기압 미만의 압력에서 정치시키는 방법.
  35. 제33항에 있어서, 밀폐 용기를 약 40℃ 미만의 온도에서 정치시키는 방법.
  36. 제33항에 있어서, 밀폐 용기를 23℃ 이상의 온도로 가열하여 증기의 방출을용이하게 하는 방법.
  37. 제33항에 있어서, 밀폐 용기가 파우치(pouch)인 방법.
  38. 제33항에 있어서, 밀폐 용기가 컨테이너인 방법.
  39. 제33항에 있어서, 밀폐 용기가 챔버인 방법.
  40. 제33항에 있어서, 밀폐 용기가 방(room)인 방법.
  41. 제33항에 있어서, 과산화수소 착물이 분말 형태인 방법.
  42. 제33항에 있어서, 과산화수소 착물이 정제 형태인 방법.
  43. 제33항에 있어서, 밀봉단계가 통기성 물질을 사용하여 밀폐 용기를 밀봉하는 단계를 포함하는 방법.
  44. 제43항에 있어서, 통기성 물질이 티벡(TYVEKTM), 씨에스알 랩(CSR wrap) 및 종이로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  45. 과산화수소 증기를 방출시킬 수 있는 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물과 멸균 제품을 함유하는 밀봉된 밀폐 용기.
  46. 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물을 함유하는 컨테이너를 좁은 외부 내강(lumen)을 지닌 제품의 내강에 연결시키는 단계,
    제품을 컨테이너 속에 위치시키는 단계,
    컨테이너를 탈기시키는 단계 및
    실질적으로 비수성인 과산화수소 착물로부터 방출된 과산화수소 증기와 제품의 내강을 약 70℃ 미만의 온도에서 접촉시키는 단계를 포함하는, 좁은 외부 내강을 지닌 제품의 과산화수소 멸균법.
  47. 제46항에 있어서, 제품의 외부를 제2 멸균제 공급원과 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  48. 제47항에 있어서, 제2 멸균제 공급원이 이산화염소를 포함하는 방법.
  49. 제48항에 있어서, 제2 멸균제 공급원이 과산화수소를 방출하는 공급원을 포함하는 방법.
  50. 제49항에 있어서, 제2 멸균제 공급원이 연결단계에서 언급된 과산화수소 착물과 동일하거나 상이한 착물인 실질적으로 비수성인 제2 과산화수소 착물을 포함하는 방법.
  51. 제33항 또는 제46항에 있어서, 플라즈마를 컨테이너 속에서 생성시켜 제품을 둘러싸도록 하는 단계 및
    제품이 멸균되기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  52. 제33항 또는 제45항에 있어서, 플라즈마를 컨테이너 속에서 생성시켜 제품을 둘러싸도록 하는 단계 및
    제품으로부터 잔류 과산화수소를 제거하기에 충분한 시간 동안 제품을 플라즈마 속에서 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  53. (a) 조성물을 함유하는 챔버를 탈기시키는 단계 및
    (b) 과산화수소 증기를 챔버에 도입시킴으로써 과산화수소 증기가 조성물과 반응하여 착물을 형성하도록 하는 단계를 포함하는, 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물의 제조방법.
  54. 제53항에 있어서, 조성물이 알콜, 에테르, 케톤, 산, 아미노산, 에스테르,유기 염, 아민, 아미드, 우레아, 뷰렛, 폴리아미드, 폴리우레탄, 알칼리 금속 탄산 염, 수산화물 및 피로인산사나트륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  55. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리(비닐 알콜)인 방법.
  56. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리(비닐 메틸 에테르)인 방법.
  57. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리(비닐 메틸 케톤)인 방법.
  58. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리(아크릴산)인 방법.
  59. 제53항에 있어서, 조성물이 글리신 또는 L-히스티딘인 방법.
  60. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리(비닐 아세테이트) 또는 셀룰로즈 아세테이트인 방법.
  61. 제53항에 있어서, 조성물이 알긴산나트륨 또는 셀룰로즈 설페이트 나트륨 염인 방법.
  62. 제53항에 있어서, 조성물이 히스타민인 방법.
  63. 제53항에 있어서, 조성물이 글리신 무수물인 방법.
  64. 제53항에 있어서, 조성물이 프로피온아미드인 방법.
  65. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리아크릴아미드인 방법.
  66. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리비닐피롤리돈, 폴리(4-비닐피리딘), 나일론 6 및 나일론 6,6 필름으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  67. 제53항에 있어서, 조성물이 폴리에테르폴리우레탄인 방법.
  68. 제53항에 있어서, 조성물이 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산루비듐 및 중탄산나트륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  69. 제53항에 있어서, 조성물이 수산화칼슘인 방법.
  70. 제53항에 있어서, 조성물이 1,3-디메틸우레아인 방법.
  71. 제53항에 있어서, 과산화수소 증기가 실질적으로 무수 상태인 방법.
  72. 폴리(비닐 알콜)-과산화수소 착물, 폴리(비닐 메틸 에테르)-과산화수소 착물, 폴리(비닐 메틸 케톤)-과산화수소 착물, 폴리(아크릴산)-과산화수소 착물, 폴리(비닐 아세테이트)-과산화수소 착물, 셀룰로즈 아세테이트 과산화수소 착물, 알긴산나트륨 과산화수소 착물 및 셀룰로즈 설페이트 나트륨 염 과산화수소 착물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기 과산화수소 착물.
  73. 글리신 과산화수소 착물, 폴리(4-비닐피리딘) 과산화수소 착물, 히스타민 과산화수소 착물, 프로피온아미드 과산화수소 착물, 1,3-디메틸우레아 과산화수소 착물, 뷰렛 과산화수소 착물, 폴리아크릴아미드 과산화수소 착물, 나일론 6 과산화수소 착물, 나일론 6,6 필름 과산화수소 착물 및 폴리에테르폴리우레탄 과산화수소 착물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기 과산화수소 착물.
  74. 탄산루비듐 과산화수소 착물.
  75. 제품을 컨테이너 속에 놓는 단계 및
    분해되어 할로겐화수소산을 방출하지 않는 실질적으로 비수성인 과산화수소 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 제품을 접촉시켜 제품을 멸균시키는 단계를 포함하는, 제품의 과산화수소 증기 멸균법.
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