(57)【要約】  殺菌溶液を生成する電解装置および方法であり、陰極表面からバイオフィルム、微生物、他の有機物が除去される手段として陰極で製造される水素を利用したものである。洗浄されるデバイスは典型的には導電性で、好ましくはシステムの陰極トレーと電気的に接続されることにより陰極として作用する。装置内で生成した塩素酸消毒水溶液は装置内部または器具内部を循環することができるように内部通路を有する。電解反応で生成したガスは、主として陰極表面から遊離する水素であるが、システムから自然にあるいは強制的に輸送され、触媒を有する再結合器によって中和される。
2008521507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの陰極を含む少なくとも一つの電極と、少なくとも一つの陽極を含む少なくとも一つの電極と、を有する少なくとも二つの電極と（前記陰極が器具を支持し、器具に対して電気的接続を提供するトレーを含み、前記陽極がタンクを含む）；
前記陽極と前記陰極を分離するための少なくとも一つの絶縁体と；
前記タンク内に配される電解液とを有し；
該電解液に少なくとも一つの酸化剤を生成するために、前記陰極と前記陽極間の電気ポテンシャルが電解液を通して電流を流すことができる、
器具の殺菌装置。
【請求項２】
さらに電解液貯蔵コンテナを有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電解液貯蔵コンテナが交換可能である、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記電解液貯蔵コンテナが、該コンテナを前記装置に接続する時だけ前記タンクに電解液を流すことを許容する急速停止バルブをさらに有する、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記装置に前記電解液貯蔵コンテナを認識させ、該貯蔵コンテナ内の電解液の残量を測定するマイクロプロセッサ回路をさらに有する、請求項２記載の装置。
【請求項６】
塩水製造デバイスをさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記器具が前記トレーと接触する、請求項１記載の装置。
【請求項８】
酸化還元測定デバイスをさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項９】
殺菌中に発生する水素ガスを除去するための通気孔または反応器をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記トレーが多孔性である、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
器具の内部に電解液を循環させるための管をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
タンクに電解液を配するステップ；
タンクから電気的に絶縁されたトレーに器具を置くステップ；
電解反応において前記タンクが陽極に、前記トレーが陰極になるように、該タンクとトレーの間に電気ポテンシャルを提供するステップ；
電解液に少なくとも一種の酸化剤を生成するステップ；
とを有する器具の殺菌方法。
【請求項１３】
器具を置くステップが、器具とトレーを電気的に接続するように置くステップである、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
器具の表面に水素ガスを生成するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
電解液の特徴的値を測定するステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
所望の範囲内に前記特徴的値を維持するために電気ポテンシャルを調整するステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記器具の内部表面または内部構成に電解液を循環させるステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
電解反応中に発生する水素ガスを通気または反応させることにより除去するステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
滅菌溶液で器具をすすぐステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
加熱空気で器具を乾燥するステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、器具または他の目的物を殺菌するための電解法および機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の記述については多くの刊行物、参考文献などが参照される。ここではそれらの刊行物が、科学的原理の背景をより完全にするために用いられ、そのような刊行物が特許付与の可能性の目的のための先行技術として解釈されるべきではない。
【０００３】
電解技術に用いられる長期安定性の陽極（dimensionally stable anodes (DSA)）は、塩素または他の酸化剤溶液の生成に用いられている。長期安定性の陽極はBeerの米国特許３２３４１１０に「電極およびそれらの製造方法」として記述され、チタン基材の上に貴金属が被覆されたものが示されている。
【０００４】
膜を有する電解セルの例としては、deNoraらの米国特許ＲＥ３２０７７に「膜を有する電解セルおよびその製造方法」として記述され、陽極の周囲を膜が被覆し、陰極は陽極／膜アセンブリの回りに同心円状に配置されている。
【０００５】
膜のない長期安定性の陽極である電解セルとしてはGramらの米国特許４７６１２０８に「水の殺菌のための電解法および電解セル」として記述されている。
【０００６】
酸化剤製造のために使用される多種類の商業的電解セルが、電解デバイスの流水系生成システムに充分な圧力下（或いは圧力外）で利用されている。このシステムのセルの例としてはPrasnikarらの米国特許６３０９５２３「電極およびそれらを含む電解セル」や、Bakerらの米国特許５３８５７１１「オゾン濃度を増加させた殺菌溶液の生成のための電解セル」その他膜タイプのセルがある。
【０００７】
その他の構成として、オープン型のセルまたはシリンジのセルまたはポンプ型の装置などが酸化剤の製造に使用され、例えば、Herringtonらの米国特許６５２４４７５「携帯用殺菌システム」がある。
【０００８】
Herringtonらの米国特許６７３８９６６「携帯用殺菌システム」の詳細な説明および請求項に記載された内容をここに参考として引用する。殺菌装置としての一例で、電解質の電解によって水素が発生するセルチャンバと、装置の制限的なチェックバルブを通してセルチャンバから酸化剤を放出する推進力が与えられている。前記構成において、変換されない電解液は水素ガスの生成とともにセルから放出される。同出願の他の構成では、水素ガス分圧は電気分解の間、セルチャンバ内に含まれているが、ガスの体積増加に伴ってセルチャンバの体積を継続的に増加することがスプリング負荷のピストンの動作によって制限されている。最終的には、バルブ機構が開いて、セルチャンバの体積が一杯になるとスプリング負荷ピストンが動きセルチャンバ内から酸化剤が放出される。
【０００９】
陽極として電解セルで利用されるチタン基材は、貴金属が被覆され、陽極におけるｐHが極めて低く、約３で使用される。電解液の高濃度塩水と陽極での低い電位により、陽極で発生した酸素は次亜塩素酸や他の塩素酸化物を生成し、酸素ガスは遊離しない。これらの電解セルにおける典型的な陰極はチタン、貴金属被覆チタン、触媒被覆チタン、ハステロイのようなニッケルベースの合金、ステンレス、その他の高ｐH耐性の電導性材料である。陰極側では、陰極表面の偏在化された高ｐH下で水素が遊離する。電解中に、陰極の金属は酸化されず、陰極表面での水素の生成にもかかわらず何らの損傷も受けない。経時的に生のチタン陰極表面では水素化チタンが生成し、陰極表面において応力集中を引き起こすかも知れない。この水素化生成を防止するために、チタンを含む陰極を用いる場合には、陰極表面に水素化チタンの形成を妨げる貴金属や触媒が被覆される。
【００１０】
Christine Rabinovitchによる「スタフィロコッカス  エピデルミディス（Staphylococcus epidermidis）のバイオフィルムの電気化学的に制御について」が、２００４年冬のCBE  テクニカル  アドバイザリーで発表された。２００４年２月５〜６日の会議（モンタナ州立大学のバイオフィルム  エンジニアリング  センター）で、バイオフィルムが成長した腐食金属を、電解反応における陽極および／または陰極として使用することについて報告された。腐食金属が陰極として使用されたとき、陰極表面で遊離される水素が、陰極表面のバイオフィルムを部分的または完全に除去する。高いｐHを有する水酸化ナトリウムが陰極表面で生成され、バイオフィルムの分解の役割を果たす。前記筆者は、電解過程における腐食陽極および／又は陰極の腐食制限および酸化について示し、陽極におけるバイオフィルムの破壊として陽極表面での塩素種の遊離の効果については疑問視する。
【００１１】
Chyouらの米国特許６５１４４０１には抗生物付着システムについて記述され、バインダを含む黒鉛粉末が海水に浸漬された水面下の構造物上に形成されている。この導電性表面は電源が供給されると陽極または陰極として作用し、前記構造物上に有機物（微生物）が生育することを防止している。
【００１２】
医療用具の殺菌システムについて、Maedaらの米国特許６０５６８６６に記述される。そこには電解セル内で生成した電解溶液が、分離された器具トレーにポンプによって循環され、器具が殺菌されることが示されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、少なくとも一つの陰極と少なくとも一つの陽極とを含む少なくとも二つの電極を有する殺菌装置に関する。少なくとも一つの陰極は器具に電気的な接続を与え、保持するトレーを含み、少なくとも一つの陽極はタンクを含む。また陽極と陰極を分離する少なくとも一つの絶縁体；タンク内の電解液；電解液に電流を流し、電解液に少なくとも一種の酸化剤を生成するための陽極と陰極の間に電気ポテンシャルを与える電源より構成される。被殺菌物は好ましくは多孔質なトレーに接触される。
【００１４】
装置は好ましくはさらに取り替え可能な電解溶液の保存のためのコンテナを有する。該コンテナは、装置と接続されたときタンクに電解液を供給するための急速停止バルブを有することが好ましい。装置は、さらにコンテナ内の電解液検出または電解液の残量確認などのためのマイクロプロセッサ回路を有することが好ましい。またオプションで塩水製造装置を含むことが好ましい。そして残存酸化剤の測定デバイスや、殺菌中に発生する水素ガスの除去のための通気孔または反応装置、被殺菌器具の内部まで電解液を循環させるチューブなどを有することが好ましい。
【００１５】
本発明は器具の殺菌方法に関するものでもある。該方法は、タンク内の電解液を廃棄するステップ；トレイ内に被殺菌器具を置き、タンクから電気的に絶縁するステップ；タンクとトレーの間に電位を与え、タンクを電解反応における陽極、トレーを陰極として作用させるステップ；電解液中に少なくとも一種の酸化剤を生成するステップを含む。該方法は、好ましくは被殺菌器具をトレーと電気的に接続し、該器具表面に水素ガスを発生させるステップを含む。
【００１６】
該方法は、好ましくは、電解液の特徴的値を測定するステップ、電気ポテンシャルが所望の範囲内に維持するための調整ステップを含む。また、好ましくは、器具の内部表面または内部構成に電解液を循環させるステップ、電解反応によって生じる水素ガスを通気孔または反応によって除去するステップ、器具を滅菌溶液ですすぐステップ、加熱空気により器具を乾燥させるステップなどを含む。
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、一つのユニット内で殺菌用トレーを陽極または陰極として使用して器具を殺菌することを単純化することである。
【００１８】
また、他の目的は、器具の殺菌のために水素、塩素、酸化剤、水酸化ナトリウムなどの生成を利用することである。
【００１９】
本発明の利点としては、殺菌を必要とする医療用具またはその他のデバイスが、電解プロセスにおける陽極または陰極として利用されることにより、システムの殺菌効果が向上することである。
【００２０】
他の目的および利点、特徴、更なる適用範囲は、以下に図面を参照しつつ詳細に記述され、当業者において明らかになるであろう、また、発明の実施によって理解されるかもしれない。本発明の目的および利点は、以下の請求項において特に指摘された器具および組合せによって理解され、達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、器具その他のデバイスを殺菌するために、表面を消毒しバイオフィルムなどの不純物を除去するのに有効な陰極表面の水素ガスの発生、陽極・陰極での酸化剤の生成に関する電解装置およびその方法を含む。本発明は、安定な陽極・陰極を使用することが好ましい。陰極表面での水素生成、陰極表面での水酸化ナトリウムの生成、器具その他の殺菌のベースとして使用される陽極での低ｐH環境において発生する塩素および他の酸化剤に対して、安定であることが求められるからである。本発明で使用する“殺菌”とは殺菌、消毒、その他清浄も意味する。また“器具”は殺菌対象物のことであり、手術用具、内視鏡、その他の用品に限定されるものではない。
【００２２】
本発明において殺菌される器具は、電解プロセスにおいて陰極としても使用される。陰極（器具）表面での水素の遊離は、バイオフィルムだけでなく器具表面から全ての物質を分離する。高いｐHでの水酸化ナトリウムはデバイスの消毒に効果的に作用する。陽極表面での低いｐH（酸性）における塩素の遊離はデバイス表面の微生物を消毒し、溶液を消毒液へ変化させるのでデバイス表面に存在した微生物や電解液中に存在する微生物、有機物などは除去される。器具は好ましくは部分的であっても電気伝導性が良く、より好ましくは部分的に金属製である。器具は、好ましくはチタン、ハステロイ、ステンレス、導電性プラスチック、または他の耐アルカリ性（高いｐH）材料で構成されている。器具のプラスチック部分にはしばしばチタン、ハステロイ、ステンレス、炭素、他の導電材が含まれている、従って、電気伝導性であるためプラスチックの表面で水素の生成を容易にする。酸化剤溶液のポンプは、内視鏡などの器具の内部構成および内部表面に酸化剤を送液するのに利用される。水素通気孔や、電解プロセスで遊離した水素を空気中の酸素と反応させて水に変換する水素反応装置は、水素ガスによる危険性を軽減する。
【００２３】
図１を参照すると、電解液６２を収容するタンク１２が陽極として作用し、内部表面は触媒が被覆されていることが好ましい。インナートレー１４は好ましくは主陰極である。インナートレー１４は好ましくは陰極に適した材料で形成され、貫通孔５０が形成されて、インナートレー１４の内外を自由に電解液６２が流通することが好ましい。インナートレー１４は場合により取り外し可能である。タンク１２にはプラス（好ましくは直流）の電圧および電流密度が、インナートレー１４にはマイナス（好ましくは直流）の電圧および電流密度が負荷され、電解液は電解スペース２６内において塩素ベースの混合酸化種を含む溶液に変換される。
【００２４】
器具３８がインナートレー１４に置かれると、好ましくは器具３８とインナートレー１４とが電気的に接続され、電解プロセス中は陰極として作用することとなる。インナートレー１４を使用しないで、陰極導電体１８を通して器具３８に直接マイナス電位を与えても良い。この場合、器具３８は好ましくは、タンク１２（陽極）と器具３８（陰極）との間の電気的接触を無くすために、タンク１２内に器具の支持材またはテフロン（登録商標）メッシュ、プラスチックメッシュなどにより保持される。
【００２５】
器具３８は好ましくは導電性材料より成り、導電材をプラスチックに添加したプラスチック材料から形成される。本発明の電解プロセスにおいて、水素は陰極表面から生成される。水素の泡は器具３８の表面から付着物を除去する物理的スクラブ材として作用する。付着物には有機物、生体物質、バイオフィルム、他の有機質が含まれる。有機汚染物は電解液６２へ移行し、同時に塩素ベースの混合酸化剤溶液中で分解される。混合酸化剤溶液は電解液６２内で有機汚染物を分解し消毒溶液として作用する。
【００２６】
タンク１２は好ましくはシステム内で陽極として作用する。そして、複数の絶縁体２０、２２により陰極として作用するインナートレー１４から電気的に絶縁され、これを機械的に支持する。タンク１２内に配置される絶縁体として、インナートレー１４を支持するためのリング形状を有するものでも良い。インナートレー１４は絶縁体２０、２２に付着されているが、絶縁体２０、２２の上に着脱可能に置かれてもよく、トレーの縁によって、或いはその他の手段で固定されてもよい。正電位が陽極導電体１６を通してタンク１２に供給される。負電位が陰極導電体１８を通してインナートレー１４に供給される。タンク１２とインナートレー１４に対する電源は、システムをコントロールするコントローラ５６により調整、制御されることが好ましい。
【００２７】
このシステム及び方法は、電解液６２内の残存酸化剤濃度、好ましくは残留塩素を所望の範囲に維持するバッチ処理を含む。本発明の殺菌装置は残存酸化剤濃度のモニターデバイス７０を有することが好ましい。該デバイスは、酸化還元電位（oxidation reduction potential（ＯＲＰ））センサまたは塩素センサで、好ましくは集積回路装置（例えば、塩素センサーオンチップ（chlorine sensor-on-a-chip））に接続されている。ＯＲＰ値は電解液６２の温度とｐＨにより様々に調整される。
【００２８】
モニターデバイス７０はシステムの電解操作制御の為に、フィードバックシステムとして使用される。残存酸化剤のモニターデバイス７０は残留塩素をモニターし、好ましくはコントーラー５６により制御される。もし残留塩素濃度が所望より低いと、コントローラ５６はタンク１２およびインナートレー１４に追加の電圧を供給し、電解液６２内で酸化剤が増産される。この操作モードでは、残留塩素や他の残存酸化剤を所望の値に維持するために、残存酸化剤だけでなく電解液の体積および溶液の状態も重要である。もし残留塩素が充分でない場合、コントローラ５６は所望の残留塩素濃度が維持されるように酸化剤を作り続ける。
【００２９】
装置内で電解液６２を循環させることも好ましい。例えば、医療に使用される内視鏡１００の内部構造は汚染されている。内視鏡１００の内部表面に電解液６２を循環させることによって、内視鏡１００の内部構造が外表面と同様に洗浄される。電解液の循環を構成するためにポンプ４２が使用され、タンク１２から通路４０を通って電解液６２が移動し、３方バルブ５２と通路４４を通って管４６に導入され管末端４８から放出される。管末端４８は、医療用具例えば内視鏡１００の中空管に接続されて、殺菌溶液が医療用具の内部構造を通って洗い流される。流洗サイクルが完了したとき、３方バルブ５２のバルブ位置を切りかえることにより出口５４を通って電解液が排出され、電解液６２は殺菌トレーから廃棄される。ポンプ４２と３方バルブ５２は好ましくはコントローラ５６により制御される。
【００３０】
電気分解により陰極では水素ガスが発生する。水素ガスは広い範囲で爆発性を有する。大気中で４．１％以下または７４．２％以上の時、水素ガス混合物は可燃性ではない。従って安全のために、水素抑制または除去が望ましい。本発明においては、水素ガスは、装置カバー２４によって殺菌ユニットの上部空間６４に収集される。水素ガスは好ましくは上部空間６４から通路２８を通って触媒を有する再結合器３４に送られる。そこで酸素とともに燃やされて水蒸気となり、ポート３６の出口より排出される。大気が送風機３２によって導入され、通路３０を通って触媒を有する再結合器３４内で水素と反応させるための酸素源を輸送する。この方法で、水素は分解されて、爆発性燃料ではなくなる。別の方法として、上部空間６４から水素を通気パイプによって排気ダクトまで移動させ、殺菌装置のある部屋またはファシリティから外へ排出される。
【００３１】
電解液６２は、塩化ナトリウム溶液が好ましい。他のハロゲン塩を使用して電解液６２を製造しても良い。医療用アプリケーションには、塩溶液として０．９％生理食塩水が好適である。予め作られた電解液６０は、貯蔵コンテナ５８内に貯蔵しておくことが好ましい。図２を参照すると電解液貯蔵コンテナ５８は支持部７４によって殺菌トレーに接続され、新しい電解液コンテナに置き換えるため、急速停止自己封止バルブ６８によってシステムから素早く切り離すことができることが好ましい。或いは、電解液貯蔵コンテナ５８は詰め替え可能であるものでも良い。電解液貯蔵コンテナ５８は、電解液６０をコンテナ５８から送液することにより該コンテナ内が負圧になることを避けるために、該コンテナ内に空気を導入するための通気バルブ６６を有する。
【００３２】
コンテナ５８は場合によって、全体のシステムにおいてコンテナ５８を確認し、システムのサイクル数あるいは他の特徴に基づいてコンテナ５８の内容液量を電気的にモニタリングするためのマイクロチップデバイス７２を有する。電解液貯蔵コンテナ５８は場合によって、塩溶液製造装置に置き換えても良い。そのような塩溶液製造装置は、塩、好ましくはハロゲン塩を含み、該ハロゲン塩を水と混合させることにより塩溶液を製造する。前記塩溶液は、電解液６２として機能する。
【００３３】
図３には、加熱／乾燥モジュール８０、滅菌水パージするモジュール８２をオプションで含む殺菌システムが示されている。この実施例では、最初の殺菌サイクルの後に、３方バルブ５２によって出口５４を通って電解液が放出され、続いて３方バルブ５２が閉鎖される。第二段階では、タンク１２をリンスするために、３方パージバルブ８６が開けられ、滅菌水パージモジュール８２から、滅菌水または他の滅菌溶液が送液される。３方パージバルブ８６は、出口５４から滅菌水が外に排出されない構造である。パージ後、３方パージバルブ８６は開口して、出口５４から滅菌水を排水する。最終段階で、３方バルブ８４が開口して、タンク１２内の器具を乾燥するために加熱／乾燥モジュール８０から加熱された乾燥空気が送られる。
【００３４】
本発明では、オプションで一つ以上の酸化剤貯蔵コンテナおよび、器具に一以上の酸化剤を作用させるための少なくとも一以上のポートを含むことができる。また、溶液閉鎖系のボディ、溶液開放系のボディ、溶液が流れるパイプ、排水溜、ボウル、おけ、プレナム（plenum）などを含むことができる。
【００３５】
本発明は、特に医療用具の殺菌に好適である。しかし、本発明が、殺菌、その他の洗浄、皿洗い機、キャビネットまたは他の構造に必要とされるデバイス、他の目的物など様々なアプリケーションにおいて利用されうることは、当業者において明らかであろう。
【００３６】
本発明について特に好ましい実施例を参考に詳述したが、他の実施例も同様の結果を得ることができる。本発明の変更・修正は当業者において明らかな範囲内で、それら全ては本発明の添付の請求項に含まれる。ここで述べた全ての参考文献、アプリケーション、特許、刊行物などは参考として組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
添付図面は明細書の一部として組み込まれ、本発明のいくつかの実施例を示し、そして詳細な説明とともに本発明の原理を説明するために有効である。図面は、本発明の好ましい具体例の例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【図１】図１は、陰極のトレーと電気的に接触して殺菌するための装置として本発明の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の急速停止バルブ付き電解液カートリッジを示す図である。
【図３】図３は、加熱滅菌水ですすぐモジュールを含む本発明の図である。
【図１】
2008521507.tif 000003
【図２】
2008521507.tif 000004
【図３】
2008521507.tif 000005
【国際調査報告】
2008521507.tif 000006