Стерилизация ионизирующим излучением. Электронно-лучевая стерилизация Лучевая стерилизация

Главная > Документ

Электронно-лучевая стерилизация.

Стерилизация осуществляется при облучении объекта импульсным электронным пучком наносекундной длительности. Блок-схема импульсного электронно-лучевого стерилизатора показана на рис. 1.

Рис. 1. Компоненты и принцип действия электронно-лучевого стерилизатора.

1 – окно вывода электронного пучка в атмосферу 2 – камера обработки излучением 3 – обработанный объект 4 – ВН, вакуумный насос 5 – локальная рентгеновская защита Высоковольтный генератор формирует отрицательные импульсы ускоряющего напряжения с высокой частотой повторения, которые прикладываются к промежутку катод – анод вакуумного диода. В результате взрывной эмиссии на катоде возникает сплошной электронный пучок высокой плотности. Ускоряясь в промежутке катод – анод электроны набирают энергию, достаточную для прохождения через фольговое окно вывода 1 с малыми потерями. Камера обработки излучением 2 находится под атмосферным давлением. Электронный пучок рассеивается в веществе объекта 3 и производит его радиационную обработку за счет - и - излучения. Режим работы стерилизатора зависит от характера обрабатываемого материала. Обычно, время нахождения объекта в камере обработки 2 составляет 0.3 – 3 сек. Энергетика процесса такова, что, после обработки, несмотря на высокое значение поглощенной дозы, в объекте полностью отсутствует наведенная радиоактивность, а тепловой нагрев вещества объекта составляет лишь несколько градусов. Эффект стерилизации достигается во время обработки объекта главным образом за счет - и в меньшей степени  излучения. Поглощенная доза может быть в диапазоне 1 – 10 кГр за один импульс, в зависимости от свойств материала объекта. Доза, необходимая для стерилизации обычно 10 – 100 кГр, следовательно время обработки объекта составляет лишь 0.2 – 2 секунды в случае частоты следования импульсов 20 – 100 Гц. Во время обработки объект не подвержен тепловому нагреву, максимальное увеличение температуры составляет лишь несколько градусов. Комбинация наносекундного воздействия и высокой пиковой интенсивности может иметь некоторые преимущества по сравнению с традиционными методами радиационной обработки. Эксперименты по стерилизации проводились на лабораторной установке, которая имеет следующие параметры.

Основные параметры экспериментальной установки

Напряжение на катоде измерялось емкостным делителем, встроенным в передающую линию. Коэффициент ослабления делителя составляет 1250. Ток электронного пучка измерялся поясом Роговского, встроенным в передающую линию с калибровочным коэффициентом 12.7.Форма тока и напряжения на катоде показана на рис.2

Рис.2 – Форма тока и напряжения на катоде

Где, напряжение на катоде показано черным цветом, а ток пучка – красным. Максимальное напряжение на катоде E max 230 кэВ; Максимальный импульсный ток пучка I max 5,44кА; Эффективная длительность импульса τ 7 нс; Сечение выводимого электронного пучка S 0,015 м 2

По измеренным значениям тока и напряжения на диоде найдена мощность в импульсе а также энергия в импульсе путем интегрирования мощности по следующей формуле.

По измеренным значениям тока и напряжения на диоде определим поток энергии на мишени за один импульс а также определим поглощенную дозу для обрабатываемых образцов за 1 импульс.

Средняя по объему поглощенная доза за импульс будет:

Где - плотность материала кг/м³, а – толщина мм. Результаты вычислений поглощенной дозы для обрабатываемых образцов приведены в таблице 1 Таблица 1.

Материал	Толщина мм	Плотность	Поглощенная доза за импульс, кГр
Раневая повязка из «Спанлейс»
полиэтилен

Во время экспериментов было проведено измерение энергии электронов в импульсе с последующим перерасчетом поглощенной дозы в импульсе для каждого материала. Измерение энергии электронов в импульсе проводилось с помощью калориметрического преобразователя энергии импульсного лазерного излучения ТПИ-2М.1 (в дальнейшем калориметр). Перед началом измерения калориметр ТПИ-2М.1 был откалиброван от эталонного источника энергии.

Начало осваиванию радиационной стерилизации было положено около 15 лет назад. Ученые обнаружили, что существующие на тот момент методики обеззараживания и консервирования продуктов питания ухудшают состояние озонового слоя планеты. Был разработан новый способ - обработка гамма-лучами и ускоренными электронами.

Этот метод оказался гораздо эффективнее - продукты питания дольше оставались пригодными к употреблению. В течение длительного времени сохранялся прежним их внешний вид и вкусовые свойства. Методика была одобрена представителями Всемирной организации здравоохранения. Теперь радиационная стерилизация осуществляется в около семидесяти государств мира.

Согласно статистическим данным, собранным участниками Международной радиационной ассоциации, европейские страны каждый год отправляют на рынок более 200 тыс. тонн облученных продуктов питания. Для большинства товаров разработан оптимальный режим обработки гамма-лучами. Проведено исследование их безвредности и пригодности к употреблению.

Использование радиационной стерилизации в медицине

Гамма-излучение получает все более широкое распространение в качестве методики обеззараживания перевязочных материалов, медикаментов, хирургических инструментов. Применяется оно и для фармацевтических сывороток, продуктов питания и пр. Этот способ относится к числу холодных стерилизаций, так как температура облучаемого объекта поднимается незначительно.

В такой промышленной отрасли используются специальные установки, эксплуатация которых производится в строгом соответствии с инструкциями. Когда необходима стерилизация в солидных масштабах, создаются конвейеры. Материалы обрабатывают в упакованном виде.

На предприятиях устанавливаются ускорители электронов и гамма установки. В процессе прохождения электронов сквозь вещество большая доля их энергии тратится на ионизацию. В результате осуществляется уничтожение микроорганизмов. Уровень вирусов и болезнетворных бактерий сокращается пропорционально количеству использованной энергии электронов.

Преимущества радиационной стерилизации перед газовой

Товары обрабатываются, будучи помещенными в герметичные упаковки. Благодаря этому увеличиваются сроки их хранения. Приступать к использованию продукции можно непосредственно после облучения.

В области эксплуатации облучающей установки не создаются сопутствующие вредные вещества. Стерилизованные гамма-лучами изделия остаются сухими и не содержат канцерогенных составляющих.

Эффективность стерилизации контролируют химическими индикаторами (веществами, имеющими определенную точку плавления), реже - биологической пробой. При первом способе вещество-индикатор, смешанное с каким-нибудь красителем, в запаянной стеклянной трубочке помещают в автоклав и по его расплавлению и окрашиванию определяют температуру, при которой проводили стерилизацию. Для этой цели употребляют бензонафтол (t° плавления 110°), антипирин (t° плавления 110- 112°), (t° плавления 110°), (t° плавления 120°), бензойную кислоту (t° плавления 121,7°). При втором способе внутрь автоклава в стерильной упаковке кладут шелковые нити, смоченные споровым материалом; после окончания стерилизации их переносят на и выращивают в течение 2-3 суток при t° 37°. Отсутствие роста указывает на хорошее качество обработки материала.

Лучевая (холодная) стерилизация - метод, при котором в качестве стерилизующего агента применяются некоторые виды ионизирующих излучений, пригодных для стерилизации , лечебных и диагностических препаратов, антибиотиков, вакцин.

Для стерилизации обычно используют радиоактивных веществ и высоких энергий, полученные на ускорителях. Для получения стерилизующего эффекта необходимы высокие дозы облучения. Так, для гибели дрожжевых клеток необходимо облучение в дозе 200 000 р, а бактерий кишечной группы - 400 000-600 000 р. Для обеспложивания материалов, содержащих , необходимы еще большие дозы - 1,5- 2,5 млн. р.

Стерилизация ультрафиолетовым облучением проводится с помощью любого источника ультрафиолетовых лучей, чаще всего бактерицидных ламп. Бактерицидные лампы можно применять для обеззараживания воздуха и поверхностей помещений, различных предметов и оборудования, воды и пищевых продуктов. При работе с бактерицидными лампами, когда они находятся в , надо обязательно защитить глаза специальными очками и иметь в виду, что облучение бактерицидной лампой может вызвать ожог кожи лица и рук.

Стерилизация при помощи бактериальных фильтров (см.) применяется в тех случаях, когда стерилизуемые растворы (среды) не переносят нагревания, когда необходимо удалить микробы из той или иной жидкости, существенно не нарушив ее состава и свойств. Например, фильтруют воду, загрязненную микробами, мочу, асцитическую жидкость, кровяную сыворотку, а также бульонные культуры для получения содержащихся в бульоне продуктов обмена веществ бактерий (микробные яды, антибиотики и пр.). После все эти жидкости оказываются стерильными, так как фильтры надежно задерживают микробы.

Химическая стерилизация в лабораторной практике применяется для предупреждения бактериального загрязнения питательных сред, которые консервируют прибавлением , иногда . Для освобождения от консерванта среду нагревают в водяной бане до t° 56°. Вакцины и лечебные консервируют фенолом (0,25-0,5%), хлороформом (0,5%), (0,05%) или мертиолатом (в конечной концентрации 1: 5000- 1: 10 000). Для консервирования агглютинирующих сывороток пользуются борной кислотой, толуолом или глицерином. Химические соединения нашли широкое применение в лабораторной практике для дезинфекции (см.).

Сухожаровая стерилизация

Обжигание и кипячение

Физические методы стерилизации

ПРОФИЛАКТИКА КОНТАКТНОЙ ИНФЕКЦИИ

Профилактика контактной инфекции сводится к осуществлению главного принципа асептики: «Все, что соприкасается с раной, должно быть стерильно».

С операционной раной соприкасаются: хирургический инструментарий, перевязочный материал и хирургическое белье, руки хирурга.

Основой для профилактики контактной инфекции является стерилизация – полное освобождение какого-либо предмета от микроорганизмов путем воздействия на него с помощью физических или химических факторов.

В современной асептике используют физические и химические методы стерилизации .

Обжигание для стерилизации инструментов используют в экстремальных случаях. Кипячение не используем , так как при этом методе достигается температура лишь в 100 0 С, что недостаточно для уничтожения спороносных бактерий.

Стерилизация паром под давлением (автоклавирование)

Впервые стерилизация паром под повышенным давлением в автоклаве осуществлена в 1884 году Л.Л. Гендейрейхом. Метод автоклавирования применяется для стерилизации хирургического инструментария, перевязочных материалов, белья, перчаток, которые погружаются в специальные металлические биксы Шиммельбуша. Работа автоклава контролируется показаниями манометра и термометра.

Основные режимы стерилизации:

При давлении 1,1 атм. (t – 119,6 0 C) – 45 мин – стерилизация перчаток.

При давлении 2 атм. (t – 132,9 0 C) – 20 мин – стерилизация перевязочного материала, белья, хирургического инструментария.

Действующим агентом при этом способе является нагретый воздух. Стерилизация осуществляется в специальных аппаратах – шкафах-стерилизаторах. при температуре 180 0 С. Время стерилизации составляет 60 минут. Это главный и наиболее надежный способом стерилизации хирургических инструментов.

Используют гамма и бета - частицы и относительно тяжелые нейтроны, протоны и т. д. Радиоактивное излучение, проходя через среду, вызывает ионизацию последней, в связи с чем его называют ионизирующим излучением. Бактерицидный эффект ионизирующего излучения обусловлен воздействием на метаболические процессы бактериальной клетки. Наибольшее применение получила стерилизация гамма-лучами. Используются изотопы Co 60 и Cs 138 . Доза проникающей радиации значительна и составляет 2-2,5 Мрад. В связи с этим лучевая стерилизация в стационарах не производится и применяется в промышленных условиях.

Метод применяется для стерилизации одноразовых инструментов (шприцы, шовный материал, катетеры, зонды, системы для переливания крови, перчатки и др.). При сохранении целостности упаковки стерильные свойства предметов сохраняются в течение 5 лет.