Устройство плазменной стерилизации на основе высокочастотного генератора с применением регулируемых электродов

Полезная модель относится к оборудованию для стерилизации изделий и материалов и может использоваться для генерации плазмы высокочастотных разрядов, предназначенной для установок малой и средней мощности, а именно для стерилизации медицинских изделий, обработки поверхности материалов, нанесения или осаждения тонкопленочных покрытий, переработки и очистки вредных примесей с поверхности материала, в медицинских и биологических приложениях и т.д.
Известно устройство стерилизации с помощью газовой низкотемпературной плазмы [1]. Плазма создается при пониженном давлении с помощью высокочастотною разряда. Далее, плазменная струя транслируется в камеру, в которой находится объект стерилизации, где происходит инактивация различных микроорганизмов: бактерий (в том числе споровых форм), вирусов, грибов и др.
Недостатком данного устройства является то, что на объект стерилизации воздействует по существу не сама плазма, а продукты плазмохимических реакций в газе. В данном устройстве для достижения требуемой степени инактивации необходимо длительное время воздействия.
Известно устройство генерирования низкотемпературной плазмы [2]. Низкотемпературную плазму создают в среде, содержащей азот. При этом на объект стерилизации воздействует плазменная струя. Супероксидные анионные радикалы (O2+). создаваемые в процессе горения плазмы, реагируют с протонами (H-) в жидкости с образованием гидропероксид радикалов (НОО). Далее, азот и кислород, содержащиеся в воздухе, объединяются и образуют, в сочетании с гидропероксид радикалами (НОО). пепоксинитрит (ONOO-), обладающий высокой микробиоцидной активностью. Стерилизация объектов возможна не только при пониженном, но и при атмосферном давлении. Это упрощает конструкция устройства стерилизации, так как не требуется проводить дополнительную операцию по откачке воздуха из камеры и созданию в ней пониженного давления. Однако при коронном разряде, формирующемся в резко неоднородном электрическом поле, не обеспечивается однородность процессов генерации заряженных и химически активных частиц в объеме стерилизации, а вблизи заземленных электродов, на которых располагается стерилизуемый инструмент, данные процессы практически не происходят.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является стерилизатор для стерилизации парами перекиси водорода [3], который выбран за прототип. Недостатком данного способа является необходимость использования микродозирующих систем подачи стерилизационной смеси и возможность изменения характеристик высокочастотного генератора (вольт-амперных, энергетических, температурных) только программным способом без физических регулировок, что усложняет схемотехнический конструктив высокочастотного генератора.
В данном устройстве герметичная камера предварительно заполняется пероксидной смесью, обладающей высокой окислительной способностью. Устройство имеет два электрода. На заземленный электрод устанавливается медицинский инструмент. На активный электрод подаются импульсы высокого напряжения, под действием которых в камере возникает тлеющий разряд, формирующий электромагнитные поля, под действием которых происходит стерилизация инструментов.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является ускорение времени обработки изделий и упрощение конструкции устройства для проведения эффективной стерилизации с помощью регулирования параметров высокочастотного генератора и возможности изменения скорости подачи стерилизационной смеси.
Отличительные особенности Устройства плазменной стерилизации на основе высокочастотного генератора с применением регулируемых электродов по сравнению с прототипом достигаются за счет реализации следующих нижеуказанных уникальных особенностей:
изменение параметров высокочастотного генератора, в том числе несущей частоты, мощности, формы выходного сигнала и др. параметров при сохранении скорости стерилизации изделия (при заданном показателе уровня гарантированной стерильности) за счет регулирования расстояния между электродами (т.е. за счет регулирования зазора между электродами, способность стерилизации при смене режимов работы высокочастотною генератора сохраняется);
произведение подачи стерилизационной смеси без использования микродозирующих насосов. Этот упрощает стерилизацию и снижает себестоимость стерилизующего изделия. Регулирование подачи стерилизующей смеси осуществляется за счет регулирования степени открытия электромагнитных клапанов и регулирования температуры нагревателя стерилизационной смеси.
Система подачи стерилизационной смеси устроена следующим образом. Стерилизационная смесь герметично упакована в резервуар, подключенный к двум вентилям, предварительно открытыми и отрегулированными таким образом, чтобы расход стерилизационной смеси в процессе проведения стерилизации не превышал пороговых значений. Смесь подается порционно. Два электромагнитных клапана, работающих попарно, установлены один за другим между промежуточной трубкой с подключенным нагревателем стерилизационной смеси. В начале процесса, один из электромагнитных клапанов открывается. Стерилизационная смесь подается в промежуточную трубку, и данный электромагнитный клапан закрывается, позволяя смеси нагреться. По завершению нагрева, второй электромагнитный клапан открывается: пары нагретой смеси устремляется в область низкого давления в камере устройства (вакуум из камеры предварительно откачен), после чего второй электромагнитный клапан закрывается. Процесс подачи единичной порции смеси завершен и может повторяться при необходимости. Регулирование стерилизационной смеси осуществляется без использования микродозирующих насосов и, преимущественно, за счет регулирования степени открытия электромагнитных клапанов подачи стерилизационной смеси и регулирования температуры нагревателя стерилизационной смеси. Это упрощает конструкцию устройства стерилизации и снижает себестоимость произведения единичного цикла стерилизации.
На фиг. 1 представлено Устройство плазменной стерилизации на основе высокочастотного генератора с применением регулируемых электродов, где: 1-изолированный электрод; 2 - столик для образцов; 3 - вакуумный ввод вращения; 4 -активный электрод; 5 - смотровое окно (шлюз); 6 - кабельный ввод: 7 - вакуумная магистраль; 8 - дисковый вентиль; 9 - согласующее устройство; 10 - высокочастотный генератор; 11 - вакуумная камера; 12 - вакуумный насос; 13 - датчик давления: 14 - резервуар со стерилизационной смесью; 15 - термопара; 16 - контроллер термопары; 17 - нагреватель стерилизационной смеси; 18, 20 - электромагнитные клапана; 19 - трубка подачи стерилизационной смеси.
-4
Пример конкретного выполнения. Для генерации плазмы высокочастотного разряда использовали устройство (фиг. 1), содержащее изолированный электрод 1 и активный электрод 4. выполненные из нержавеющей стали. Электроды ориентированы вертикально. К активному электроду 4, через радиочастотный провод марки WL400ZHN, подведен электрический сигнал от высокочастотного генератора 10 через согласователь 9. Герметичный кабельный ввод 6, выполненный из латуни, соединен с активным электродом 4. Активный электрод 4 установлен параллельно столику для образцов 2 и изолирован от него втулкой из фторопласта марки FR4. Высокочастотный генератор 10 работает в пределах частот от 1 до 30 МГц. Расстояние между столиком для образцов 2 и активным электродом 4, регулируемое вакуумным вводом 3. для высокочастотного генератора частотой 13.56 МГц с амплитудой высоковольтных напряжений от 1 кВт до 4 кВт устанавливается в диапазоне 0.3-1.0 см (в зависимости от необходимой выходной мощности сигнала). Предельное давление откачки вакуума в вакуумной камере 11, поступающего через вакуумную магистраль 7 посредством вакуумного насоса 12, соответствует значениям 0.1-0.7 мбар. Дисковый вентиль 8 необходим для герметизации вакуумной магистрали 7 со стороны вакуумного насоса 12. Вакуумная камера 1 1 выполнена из нержавеющей стали. Шлюз 5 имеет кварцевое стекло с поляризационным слоем, фильтрующим большую часть ВУФ и УФ излучений, испускаемых в процессе горения плазмы. Температура нагревателя стерилизационной смеси 17 контролируется термопарой 15. Работа термопары 15 регулируется контроллером термопары 16 и установлена на 24°С. Нагрев стерилизационной смеси, поданной из резервуара со стерилизационной смесью 14, происходит в трубке подачи стерилизационной смеси 19. Электромагнитные клапаны 18 и 20 работают согласно указанным режимам. При этом в режиме, когда оба электромагнитных клапана закрыты, нагрев смеси происходит в течение 2-5 сек. Трубка подачи стерилизационной смеси 19 выполнена из нержавеющей стали и имеет внутренний диаметр 1/4 дюйма. Датчик давления 13 является емкостным манометром с диапазоном измерения в пределах 1-10 мбар.
Таким образом, предлагаемое устройство стерилизации позволяет эффективно проводить стерилизацию изделий, позволяя изменять вольт-амперные, энергетические, и температурные характеристики высокочастотного сигнала для создания плазмы с помощью системы регулируемых электродов. Возможность изменения скорости подачи стерилизационной смеси, вкупе с регулированием параметров высокочастотного генератора, позволяет уменьшить время проведения стерилизации. Упрощенный конструктив данного устройства обеспечивает не только большее время наработки па отказ изделия в сравнении с прототипом, но также и обеспечивает лучшую технико-экономическую эффективность устройства.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент РФ №2074007, МПК A61L 2/14.
2. Патент РФ №167645. МПК Н05Н 1/24.
3. Патент РФ №2404813, МПК А61 L2/00.