RU2001629C1 - Способ дезинфекции и стерилизации открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха - Google Patents

Abstract

Использование: медицина, пищева  и другие отрасли промышленности, в частности дизенфекци  и стерилизаци  с помощью ультрафиолетового излучени  Сущность изобретени  способ заключаетс  в том. что обработку осуществл ют УФ-излу- чением со сплошным спектром. При этом используют источники УФ-излучени  импульсного действи  с длительностью импульсов не более 5x1 (Г4 с. Плотность мощности УФ-излучени  необходимо выдерживать в зоне обработки не менее 100кВт/м2 Зтабл.

Description

ы

о о н

04

ы

чо

о

Изобретение относитс  к способам обеззараживани  от микроорганизмов открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха, в частности к способам дезинфекции и стерилизации с помощью ультрафио- летового (УФ) излучени .

Известны способы УФ-стерилизации, использующие облучение объектов непрерывным УФ-излучением с линейчатым спектром 1, 2. Дл  реализации этих способов используют ртутные кварцевые лампы низкого (бактерицидные лампы) и среднего (дуговые лампы) давлени .

Недостатками этих способов  вл ютс 

низка  плотность бактерицидного пото- ка излучени  (0,1-100 Вт/м2) на обеззараживаемом объекте и принципиальные трудности (принципиальна  невозможность ) ее существенного повышени  с помощью непрерывных ртутно-кварцевых ламп;

линейчатый характер эмиссионного спектра используемых ламп, в то врем  как спектральна  область, усредненна  по всем видам микроорганизмов, непрерывно пере- крывает диапазон длин волн от 200 до 300 нм, а каждый вид микроорганизмов в общем случае характеризуетс  собственной чувствительностью к различным длинам волн.

Указанные недостатки привод т к тому, что дл  достижени  пороговой энергетической дозы, при которой происход т гибель микроорганизмов и соответственно стерилизаци , необходимы значительные экспозиции (от нескольких минут до нескольких часов).

При длительном низкоинтенсивном облучении объектов, зараженных микроорганизмами , имеют место следующие

процессы:

адаптаци  микроорганизмов к УФ-излу- чению низкой интенсивности и снижение в результате этого их чувствительности к действию УФ-излучени ;

обсеменение обеззараживаемых объек- тов микроорганизмами из окружающей среды .

Повышение обсемененности объекта за счет собственного размножени  микроорганизмов .

Эти процессы неизбежно привод т к возрастанию пороговой энергетической дозы бактерицидного излучени , необходимой дл  снижени  обсемененности микроорганизмов до требуемого уровн . включа  полную стерилизацию. Действительно , дл  обеспечени  обеззараживани  необходимо, чтобы скорость уничтожени  микроорганизмов (пропорциональна  интенсивности бактерицидного излучени )

5

5 0

5

0 5

0

5

0

55

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

В результате роста (при низких интен- сивност х и линейчатом спектре бактерицидного излучени ) пороговой энергетической дозы подавлени  микроорганизмов помимо увеличени  энергозатрат на обеззараживание возрастает также роль вредных побочных эффектов, сопровождающих УФ-облучение.

К числу таких эффектов относ тс  наработка в воздухе под действием УФ-излучени  высоких концентраций токсичных газов-озона и окислов азота, протекание в поверхностном слое облучаемых объектов нежелательных фотохимических (отбеливание , старение, окисление и др.) и фотобиологических (эритема, шелушение, распад белковых структур и др.) реакций и т.п.

Кроме того, увеличиваетс  обща  длительность технологического цикла обеззараживани  и снижаетс  суммарное число циклов стерилизации за врем  наработки ресурса УФ-лампы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описыва- емому изобретению  вл етс  способ дезинфекции и стерилизации открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха, включающий обработку импульсным ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 300 нм 3. Способ предполагает облучение короткими импульсами высокой интенсивности с помощью лампы-вспышки, содержащей в качестве излучающего компонента инертный газ или смесь инертного газа с парами металла (ртуть, цинк, кадмий и др.), причем плотность электрической энергии вспышки, отнесенна  к эффективной поверхности лампы, устанавливаетс  более 0,03 Дж/см2мкс (3 104 кВт/м2),

Недостатком известного способа также  вл етс  наличие отмеченных выше вредных побочных эффектов воздействи , обусловленных большой величиной пороговой энергетической дозы бактерицидного излучени . Это св зано с тем, что реализаци  этого способа с помощью ламп, работающих в указанном энергетическом режиме и содержащих инертный газ или смесь инертного газа с парами металла, предполагает использование линейчатого спектра УФ-излучени  в бактерицидно-активной спектральной полосе.

Целью изобретени   вл етс  снижение вредных побочных эффектов за счет уменьшени  пори ивой энергетической дозы подавлени  микроорганизмов.

Это достигаетс  тем, что в способе дезинфекции и стерилизации открытых поверхностей объектов, жидкости и воздуха, включающем обработку импульсным ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 300 нм, обработку осуществл ют ультрафиолетовым излучением сплошного спектра с длительностью импульса не более 5 с и плотностью мощности в зоне обработки не менее 1000 кВт/м2.

Поиск, проведенный по источникам патентной и научно-технической информации, не вы вил решений, содержащих признаки, идентичные полной совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретени . Следовательно, за вленное решение удовлетвор ет критерию охраноспособности новизна (п. 6.03 ЭЗ-2-74),

Анализ решений, известных в науке и технике, не вы вил решений, содержащих признаки, тождественные отличительным признакам за вленного объекта. Кроме того , данные отличительные признаки, касающиес  использовани  источника УФ-излучени  именно со сплошным спектром при определенных величинах длительности импульсов и плотности мощности в зоне обработки, позвол ют реализовать в за вленном объекте новое свойство, заключающеес  в уменьшении величины пороговой энергетической дозы. Следовательно, за вленное решение соответствует также и критерию охраноспособности существенные отличи  (п. 6.03 ЭЗ-2-74).

Реализаци  предложенного способа осуществл етс  с использованием импульсных источников УФ-излучени  со сплошным эмиссионным спектром, в качестве которых могут примен тьс  мощные импульсные дуговые разр ды в вакууме и газах с омическим нагревом плазмы, импульсные плазмодинамические разр ды с ударно- волновым механизмом нагрева и др.

Обеззараживаемые объекты располагаютс  на таких рассто ни х от источника излучени , при которых обеспечиваетс  указанный выше уровень плотности мощности УФ-излучени . Бактерицидный эффект достигаетс  за один или несколько импульсов облучени  в зависимости от суммарной энергетической дозы дл  различных микроорганизмов .

Повышение эффективности бактерицидного действи  УФ-излучени  сплошного спектра по сравнению с линейчатым обусловлено действием следующих факторов:

при воздействии на биомолекулу фотонов с широким энергетическим спектром

значительно увеличиваетс  веро тность одновременного осуществлени  большого числа резонансных взаимодействий излучени  с вход щими в ее (биомолекулу) состав 5 атомами, молекулами и радикальными комплексами , в результате чего происходит одновременный разрыв многих химических св зей, и обща  веро тность поражени  микроорганизма увеличиваетс  (по сравне0 нию с облучением воздействием линейчатого (т.е. моноэнергетического) излучени ). Кроме того, при таком характере взаимодействи  излучени  увеличиваетс  также веро тность реализации синергетических

5 эффектов, св занных с кумул тивным действием множественных (даже незначительных ) последствий взаимодействи  широкополосного излучени  с биообъектом:

0при широкополосном облучении ослабл ютс  возможности адаптации живой материи на многоканальное деструктивное воздействие;

разные виды микроорганизмов имеют

5 различные спектральные характеристики бактерицидной эффективности, поэтому широкополосное УФ-излучение в случае сильного разнообразного заражени  объекта в среднем будет характеризоватьс  мень0 шими пороговыми энергетическими дозами.

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

5П р и м е р 1. Микроорганизмы: золотистый стафилококк (St. aureus. штамм 206), посев на питательную среду (обычный и кров ной агар) в чашках Петри диаметром 100 мм.

0 Источники излучени ;

бактерицидна  лампа мощностью 40 Вт в составе осветительной установки BLF-12. Излучение - линейчатое ( нм), непрерывное .

5Плазмодинамическа  лампа ПДЛ-20.

Излучение - сплошной спектр, импульсное , длительность импульса мкс, запасаема  энерги  кДж.

Измерение плотности мощности в зоне

0 обработки: стандартным калориметром ТПИ-2М (импульсное излучение). Приемником ППИ-5 (непрерывным).

Побочные эффекты воздействи  изучались на животных (крысах).

5 Параметры воздействи  и полученные результаты приведены в табл. 1.

Анализ полученных результатов показывает , что при равной средней мощности

УФ-излучени  и суммарной энергетической дозе на обьекте излучение сплошного спектра обеспечивает существенно более высокую эффективность обеззараживани , чем УФ-излучени  линейчатого спектра, при этом пороговые дозы излучени  сплошного спектра не вызывает в отличие от линейчатого таких вредных побочных эффектов как эритема.

Вли ние плотности мощности УФ-излучени  (интенсивности облучени ) на объекте в зоне обработки приведено в примере 2.

П р и м е р 2. Микроорганизмы: кишечна  палочка (Е. coll), сальмонелла (S. dublln).

Тестообьект - стекло.

Плотность контаминации - 10 бактерий/см2 .

Источник излучени :

ксенонова  импульсна  лампа (сплошной спектр излучени ), энерги  разр да 3,5 кДж, длительность импульса 250 мкс, частота импульсов 0,067 Гц.

Облучение объектов проводилось в герметичной камере через кварцевое стекло. После цикла засветки отбирались пробы воздуха на газоанализатор (хроматограф) дл  определени  концентрации озона в камере .

Интенсивность облучени  варьировалась изменением рассто ни  от лампы до тестообъекта.

Параметры облучени  и результаты представлены в табл. 2.

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

Естественно, что верхн   граница плотности мощности в зоне обработки однозначно определ етс  из условий сохранени  облучаемых объектов и используемого оборудовани .

Вли ние длительности импульса УФ-излучени  сплошного спектра показано на примере 3.

ПримерЗ. Микроорганизмы: споры антрокоида (Вас. antracoidls, штамм 96).

Тест-объект: окрашенна  дерев нна  поверхность

Плотность контаминации 2-10 спор/см

Источник излучени :

импульсна  ксенонова  лампа (сплошной спектр излучени ), энерги  разр да 3,5 кДж, частота повторени  импульсов 0,067 Гц. Варьирование длительностью излучени  в пределах 250-1000 мкс осуществл лось введением в разр дный контур дополнительной индуктивности.

Плотность мощности облучени  на объекте 100 кВт/м2.

Побочные эффекты определ лись визуально по изменению колера окрашенной поверхности .

Параметры облучени  и результаты представлены в табл. 3.

Анализ полученных результатов показывает , что при увеличении длительности импульса УФ-иэлучени  более 5 10 с наблюдаетс  резкое увеличение пороговой

энергетической дозы и по вл ютс   вно выраженные побочные эффекты (изменени  колера окрашенной поверхности).

Поэтому, как следует из данных, полученных в результате экспериментов, дл 

снижени  величины пороговой энергетической дозы необходимо одновременное наличие всех вышеприведенных факторов: спектр излучени  сплошной, длительность импульса не более 5 10 с и плотность

мощности в зоне обработки не менее 100 кВт/м2.

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

Предлагаемое изобретение может найти широкое применение в практической ме- дицине. биологии и других отрасл х народного хоз йства.

(56) 1. Мейер А., Зейтц Э. Ультрафиоле- товое излучение. М., 1952.

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

3.Патент США № 4464336, кл. А 61 L2/10, 1984.

Т а б л и ц а 1 Вли ние характера эмиссионного спектра

Показатели

Плотность мощности УФ-из- лучени .в области А 200- 300 нм на объекте, кВт/м Суммарна  энергетическа 

доза, обеспечивающа  100%- ную степень обеззараживап

ни , Дж/м

Концентраци  озона в экспериментальной камере, отно- сит.ед.

Таблица 2

Характеристики показателей

100

600

1000

800

600

500

17

16

12

11

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

СПОСОБ ДЕЗИНФЕКЦИИ И СТЕРИЛИЗАЦИИ ОТКРЫТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОБЪЕКТОВ, ЖИДКОСТИ И ВОЗДУХА, включающий обработку импульсным ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 300 нм, отличающийс  тем, что, с

2001629

12 Таблица 3

целью снижени  вредных побочных эффектов за счет уменьшени  величины пороговой энергетической дозы подавлени  микроорганизмов, обработку осуществл ют излучением сплошного спектра с длительностью импульса не более 5 и плотностью мощности в зоне обработки не менее 100 кВт/м2.