Автоклав — это машина , используемая для выполнения промышленных и научных процессов, требующих повышенных температуры и давления по сравнению с давлением и/или температурой окружающей среды . Автоклавы используются перед хирургическими процедурами для стерилизации , в химической промышленности для отверждения покрытий и вулканизации резины, а также для гидротермального синтеза . Промышленные автоклавы используются в промышленности, особенно при производстве композитов.
Многие автоклавы используются для стерилизации оборудования и расходных материалов путем обработки их насыщенным паром под давлением при температуре 121 ° C (250 ° F) в течение примерно 30–60 минут при давлении на 15 фунтов на квадратный дюйм [1] выше атмосферного давления (205 кПа или 2,02 атм ). в зависимости от размера груза и содержимого. [2] Автоклав был изобретен Чарльзом Чемберлендом в 1879 году, [3] хотя его предшественник, известный как паровой варочный котел , был создан Дени Папеном в 1679 году . [4] Название происходит от греческого auto- , что в конечном итоге означает «сам», и латинского clavis. что означает ключ, то есть самоблокирующееся устройство. [5]
Стерилизационные автоклавы широко используются в микробиологии и микологии , медицине и протезировании , татуировании и пирсинге , погребальной практике . Они различаются по размеру и функциям в зависимости от стерилизуемой среды, и в химической и пищевой промышленности их иногда называют ретортами .
Типичные грузы включают лабораторную посуду, другое оборудование и отходы, хирургические инструменты и медицинские отходы . [6] [7]
Заметным недавним и все более популярным применением автоклавов является обработка перед утилизацией и стерилизация отходов, таких как патогенные больничные отходы. Машины этой категории в основном работают по тем же принципам, что и обычные автоклавы, поскольку они способны нейтрализовать потенциально инфекционные агенты с помощью пара под давлением и перегретой воды. Новое поколение преобразователей отходов способно достичь того же эффекта без сосуда под давлением для стерилизации питательных сред, резиновых материалов, халатов, повязок, перчаток и т. д. Это особенно полезно для материалов, которые не выдерживают более высокую температуру в печи с горячим воздухом. . [8]
Автоклавы также широко используются для отверждения композитов, особенно для соединения нескольких слоев без каких-либо пустот, которые могут снизить прочность материала, а также при вулканизации резины. [9] Высокая температура и давление, генерируемые автоклавами, помогают гарантировать воспроизводимость наилучших физических свойств. Производители лонжеронов для парусных лодок имеют автоклавы длиной более 50 футов (15 м) и шириной 10 футов (3 м), а некоторые автоклавы в аэрокосмической промышленности достаточно велики, чтобы вместить целые фюзеляжи самолетов, изготовленные из слоистых композитов. [10]
Другие типы автоклавов используются для выращивания кристаллов при высоких температурах и давлениях. Кристаллы синтетического кварца , используемые в электронной промышленности, выращиваются в автоклавах. Упаковка парашютов специального назначения может производиться под вакуумом в автоклаве, что позволяет разогревать парашюты и укладывать их в упаковки в наименьшем объеме. [11]
Система термического обеззараживания стоков функционирует как универсальный автоклав, предназначенный для стерилизации жидких отходов и стоков.
Очень важно убедиться, что весь захваченный воздух удален из автоклава перед активацией, поскольку захваченный воздух является очень плохой средой для достижения стерильности. Пар при температуре 134 °C (273 °F) позволяет достичь желаемого уровня стерильности за три минуты, тогда как для достижения того же уровня стерильности горячим воздухом требуется два часа при температуре 160 °C (320 °F). [12] Методы удаления воздуха включают:
Автоклавы с плитами, используемые в бедных или немедицинских условиях, не всегда имеют автоматические программы удаления воздуха. Оператору необходимо вручную выполнить подачу пара при определенном давлении, указанном манометром. [13]
Медицинский автоклав — это устройство, которое использует пар для стерилизации оборудования и других предметов. Это означает, что все бактерии , вирусы , грибки и споры инактивируются. Однако прионы , например, те, которые связаны с болезнью Крейцфельдта-Якоба , и некоторые токсины, выделяемые некоторыми бактериями, такими как цереулид , не могут быть уничтожены автоклавированием при типичной температуре 134 °C в течение трех минут или 121 °C в течение 15 минут. следует погрузить в гидроксид натрия (1М NaOH) и нагреть в автоклаве с гравитационным вытеснением при температуре 121 °C в течение 30 минут, очистить, промыть водой и подвергнуть стандартной стерилизации. [14] Хотя широкий спектр видов архей , в том числе Geogemma barosii , может выживать и даже размножаться при температурах, наблюдаемых в автоклавах, скорость их роста настолько медленна при более низких температурах в менее экстремальных условиях, где обитают люди, что маловероятно, что они могли бы это сделать. конкурировать с другими организмами. [15] Известно, что ни один из них не является заразным или иным образом не представляет опасности для здоровья человека; на самом деле их биохимия настолько отличается от нашей, а скорость их размножения настолько медленная, что микробиологам не о чем беспокоиться. [16]
Автоклавы встречаются во многих медицинских учреждениях, лабораториях и других местах, где необходимо обеспечить стерильность объекта. Сегодня во многих процедурах используются одноразовые предметы, а не стерилизуемые предметы многоразового использования. Впервые это произошло с иглами для подкожных инъекций , но сегодня многие хирургические инструменты (такие как щипцы , иглодержатели и ручки скальпелей ) обычно являются одноразовыми, а не многоразовыми предметами (см. Автоклав для отходов ). Автоклавы имеют особое значение в более бедных странах из-за гораздо большего количества оборудования, которое используется повторно. Обеспечение сельских медицинских центров варочными панелями или солнечными автоклавами было предметом нескольких предложенных миссий по оказанию медицинской помощи. [17]
Поскольку используется влажное тепло, термолабильные продукты (например, некоторые виды пластика ) нельзя стерилизовать таким способом, иначе они расплавятся. Бумагу и другие изделия, которые могут быть повреждены паром, также необходимо стерилизовать другим способом. Во всех автоклавах предметы всегда должны быть разделены, чтобы пар мог равномерно проникнуть в загрузку.
Автоклавирование часто используется для стерилизации медицинских отходов перед их выбрасыванием в стандартный поток твердых бытовых отходов . Это применение стало более распространенным в качестве альтернативы сжиганию из-за проблем окружающей среды и здоровья, возникающих из-за побочных продуктов сгорания, выделяемых мусоросжигательными заводами, особенно небольшими установками, которые обычно эксплуатировались в отдельных больницах. Сжигание или аналогичный процесс термического окисления по-прежнему обычно требуется для патологических отходов и других очень токсичных или инфекционных медицинских отходов. Для жидких отходов эквивалентным оборудованием является система обеззараживания сточных вод .
В стоматологии автоклавы обеспечивают стерилизацию стоматологических инструментов.
В большинстве промышленно развитых стран автоклавы медицинского назначения являются регулируемыми медицинскими устройствами . Поэтому многие автоклавы медицинского назначения ограничены циклами, одобренными регулирующими органами. Поскольку они оптимизированы для постоянного использования в больницах, они предпочитают прямоугольную конструкцию, требуют сложных режимов обслуживания и дороги в эксплуатации. (Правильно откалиброванный автоклав медицинского назначения использует тысячи галлонов воды каждый день, независимо от задачи, с соответствующим высоким потреблением электроэнергии.)
Автоклавы, используемые в образовании, исследованиях, биомедицинских исследованиях, фармацевтических исследованиях и промышленности (часто называемые автоклавами «исследовательского уровня»), используются для стерилизации лабораторных инструментов, стеклянной посуды, питательных сред и жидких сред. Автоклавы исследовательского уровня все чаще используются в тех условиях, где эффективность, простота использования и гибкость имеют первостепенное значение. Автоклавы исследовательского класса могут быть сконфигурированы для «сквозной» работы. Это дает возможность сохранять абсолютную изоляцию между «чистыми» и потенциально загрязненными рабочими зонами. Проходные исследовательские автоклавы особенно важны на объектах BSL-3 или BSL-4 .
Автоклавы исследовательского уровня, которые не одобрены для стерилизации инструментов, предназначенных непосредственно для людей, в первую очередь разработаны с учетом эффективности, гибкости и простоты использования. Они имеют широкий спектр конструкций и размеров и часто адаптируются к их использованию и типу нагрузки. Общие варианты включают цилиндрическую или квадратную камеру давления, системы воздушного или водяного охлаждения, а также двери камеры, открывающиеся вертикально или горизонтально (которые могут иметь электрический или ручной привод).
В 2016 году Управление устойчивого развития Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) провело исследование эффективности автоклавов в своих исследовательских лабораториях по геномике и энтомологии, отслеживая потребление электроэнергии и воды несколькими устройствами. Они обнаружили, что даже при работе в пределах заданных параметров каждый автоклав медицинского назначения, используемый в их исследовательских лабораториях, потреблял 700 галлонов воды и 90 кВтч электроэнергии в день (1134 МВтч электроэнергии и 8,8 млн галлонов воды в целом), поскольку они постоянно потребляли энергию и воду, даже когда не использовались. Автоклавы исследовательского класса UCR выполняли те же задачи с одинаковой эффективностью, но потребляли на 83% меньше энергии и на 97% меньше воды. [18]
Для эффективной стерилизации предметов важно использовать оптимальные параметры при запуске цикла автоклавирования. В исследовании 2017 года, проведенном подразделением биозащиты больницы Джонса Хопкинса, была проверена способность проходных автоклавов обеззараживать большое количество имитированных биомедицинских отходов при работе с заводскими настройками по умолчанию. Исследование показало, что 18 из 18 (100%) пробных партий пациентов (6 партий СИЗ, 6 белья и 6 жидкостей) прошли стерилизационные испытания с оптимизированными параметрами по сравнению только с 3 из 19 (16%) пробных партий, которые прошли с использованием заводские настройки по умолчанию. [19]
Существуют физические, химические и биологические индикаторы, которые можно использовать для обеспечения того, чтобы в автоклаве достигалась правильная температура в течение нужного времени. Если необработанный или неправильно обработанный предмет можно спутать с обработанным предметом, то существует риск того, что они перепутаются, что в некоторых областях, таких как хирургия, имеет решающее значение.
Химические индикаторы на медицинской упаковке и ленте для автоклава меняют цвет после соблюдения правильных условий, указывая на то, что объект внутри упаковки или под лентой был обработан соответствующим образом. Лента для автоклава — это всего лишь маркер того, что пар и тепло активировали краситель. Маркер на ленте не указывает на полную стерильность. Для проверки полного цикла также используется более сложное устройство, названное устройством Боуи-Дика в честь его изобретателей. Он содержит полный лист химического индикатора, помещенный в центр стопки бумаги. Он разработан специально для того, чтобы доказать, что в процессе достигается полная температура и время, необходимое для нормального минимального цикла 134 °C, в течение 3,5–4 минут. [20]
Для доказательства стерильности используются биологические индикаторы. Биологические индикаторы содержат споры термостойкой бактерии Geobacillus stearothermophilus . Если автоклав не достигнет нужной температуры, споры прорастут при инкубации, и их метаболизм изменит цвет pH -чувствительного химического вещества. Некоторые физические индикаторы состоят из сплава , предназначенного для плавления только после воздействия заданной температуры в течение соответствующего времени выдержки. Если сплав расплавится, изменения будут заметны. [21]
Некоторые автоклавы с компьютерным управлением используют значение F 0 (F-ноль) для управления циклом стерилизации . Значения F 0 установлены для количества минут стерилизации, эквивалентной 121 °C (250 °F) при давлении 103 кПа (14,9 фунтов на квадратный дюйм) выше атмосферного давления в течение 15 минут. Поскольку точный контроль температуры затруднен, ее контролируют и соответственно корректируют время стерилизации. [22]
Погрузить в гидроксид натрия (NaOH)20 и нагревать в автоклаве гравитационного вытеснения при 121°С в течение 30 мин; чистый; прополоскать в воде и подвергнуть плановой стерилизации.
