Стерилизация ( британский английский : sterilisation ) относится к любому процессу, который удаляет, убивает или дезактивирует все формы жизни (особенно микроорганизмы , такие как грибки , бактерии , споры и одноклеточные эукариотические организмы) и другие биологические агенты (такие как прионы или вирусы ), присутствующие в или на определенной поверхности, объекте или жидкости. [1] Стерилизация может быть достигнута различными способами, включая нагревание , химикаты , облучение , высокое давление и фильтрацию . Стерилизация отличается от дезинфекции , санитарной обработки и пастеризации тем, что эти методы сокращают, а не устраняют все формы жизни и присутствующие биологические агенты. После стерилизации объект называют стерильным или асептическим .
Один из первых шагов к модернизации стерилизации был сделан Николя Аппертом , который обнаружил, что применение тепла в течение подходящего периода замедляет разложение продуктов питания и различных жидкостей, сохраняя их для безопасного потребления в течение более длительного времени, чем обычно. Консервирование продуктов является продолжением того же принципа и помогло снизить количество пищевых заболеваний («пищевых отравлений»). Другие методы стерилизации продуктов включают сверхвысокотемпературную обработку (которая использует более короткую продолжительность нагрева), облучение продуктов [2] [3] и высокое давление ( паскализация ). [4]
В контексте пищевых продуктов стерильность обычно относится к коммерческой стерильности , «отсутствию микроорганизмов, способных расти в пищевых продуктах при нормальных неохлаждаемых условиях, в которых продукты питания, скорее всего, будут храниться во время распространения и хранения» согласно Кодексу Аллиментариус . [5]
В целом, хирургические инструменты и лекарства, которые попадают в уже асептическую часть тела (например, в кровоток или проникают через кожу), должны быть стерильными. Примерами таких инструментов являются скальпели , иглы для подкожных инъекций и искусственные водители ритма . Это также важно при производстве парентеральных фармацевтических препаратов. [6]
Приготовление инъекционных препаратов и внутривенных растворов для заместительной инфузионной терапии требует не только стерильности, но и хорошо продуманных контейнеров для предотвращения попадания посторонних агентов после первоначальной стерилизации продукта. [6]
Большинство медицинских и хирургических приборов, используемых в учреждениях здравоохранения, изготовлены из материалов, которые можно стерилизовать паром . [7] Однако с 1950 года наблюдается рост количества медицинских приборов и инструментов, изготовленных из материалов (например, пластика), требующих низкотемпературной стерилизации. Газ оксида этилена используется с 1950-х годов для медицинских приборов, чувствительных к теплу и влаге. За последние 15 лет был разработан ряд новых систем низкотемпературной стерилизации (например, испаренная перекись водорода , погружение в перуксусную кислоту , озон ), которые используются для стерилизации медицинских приборов. [8]
Существуют строгие международные правила по защите тел Солнечной системы от загрязнения биологическим материалом с Земли. Стандарты различаются в зависимости как от типа миссии, так и от ее назначения; чем больше вероятность того, что планета считается пригодной для жизни , тем строже требования. [9]
Многие компоненты приборов, используемых на космических кораблях, не выдерживают очень высоких температур, поэтому применяются методы, не требующие высоких температур, в зависимости от переносимости, включая нагрев до температуры не менее 120 °C (248 °F), химическую стерилизацию, окисление, ультрафиолетовое излучение и облучение. [10]
Целью стерилизации является сокращение изначально присутствующих микроорганизмов или других потенциальных патогенов. Степень стерилизации обычно выражается кратностью десятичного времени сокращения или D-значением , обозначающим время, необходимое для сокращения исходного числа до одной десятой ( ) от его исходного значения. [11] Тогда количество микроорганизмов после времени стерилизации определяется по формуле:
Значение D является функцией условий стерилизации и варьируется в зависимости от типа микроорганизма, температуры , активности воды , pH и т. д. Для стерилизации паром (см. ниже) обычно в качестве индекса указывается температура в градусах Цельсия . [ необходима ссылка ]
Теоретически вероятность выживания отдельного микроорганизма никогда не равна нулю. Чтобы компенсировать это, часто используют метод избыточного уничтожения. При использовании метода избыточного уничтожения стерилизация выполняется путем стерилизации дольше, чем требуется для уничтожения бионагрузки, присутствующей на стерилизуемом предмете или в нем. Это обеспечивает уровень обеспечения стерильности (SAL), равный вероятности нестерильного предмета. [ необходима цитата ]
Для высокорисковых применений, таких как медицинские приборы и инъекции, Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) требует уровень стерильности не менее 10−6 . [12]
Стерилизация паром, также известная как стерилизация влажным теплом, использует нагретый насыщенный пар под давлением для инактивации или уничтожения микроорганизмов посредством денатурации макромолекул, в первую очередь белков. [13] Этот метод является более быстрым процессом, чем стерилизация сухим теплом. Стерилизация паром выполняется с использованием автоклава , иногда называемого преобразователем или паровым стерилизатором. Изделие помещается в камеру автоклава, которая затем герметизируется и нагревается с помощью сжатого пара до заданной температуры в течение определенного периода времени. Циклы стерилизации паром можно разделить на предварительный вакуум или гравитационное вытеснение. Циклы гравитационного вытеснения основаны на более низкой плотности впрыскиваемого пара, чтобы вытеснить более холодный, плотный воздух из слива камеры. Стерилизация паром | Руководства по дезинфекции и стерилизации | Библиотека руководств | Контроль инфекций | CDC Для сравнения, предварительные вакуумные циклы создают вакуум в камере для удаления холодного сухого воздуха перед впрыскиванием насыщенного пара, что приводит к более быстрому нагреву и сокращению времени цикла. Типичные циклы паровой стерилизации длятся от 3 до 30 минут при температуре 121–134 °C (250–273 °F) и давлении 100 кПа (15 фунтов на кв. дюйм), но корректировки могут быть сделаны в зависимости от бионагрузки стерилизуемого изделия, его устойчивости ( D-value ) к паровой стерилизации, переносимости тепла изделием и требуемого уровня обеспечения стерильности. После завершения цикла жидкости в автоклаве под давлением должны быть медленно охлаждены, чтобы избежать выкипания при сбросе давления. Это может быть достигнуто путем постепенного сброса давления в стерилизационной камере и испарения жидкостей под отрицательным давлением при охлаждении содержимого. [ необходима цитата ]
Правильная обработка в автоклаве инактивирует все устойчивые бактериальные споры в дополнение к грибкам , бактериям и вирусам, но не должна устранять все прионы , которые различаются по своей устойчивости. Для устранения прионов различные рекомендации указывают 121–132 °C (250–270 °F) в течение 60 минут или 134 °C (273 °F) в течение не менее 18 минут. [14] Прион скрепи 263K инактивируется относительно быстро такими процедурами стерилизации; однако другие штаммы скрепи и штаммы болезни Крейтцфельдта-Якоба (CKD) и губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота (BSE) более устойчивы. Используя мышей в качестве подопытных животных, один эксперимент показал, что нагревание положительной по BSE мозговой ткани при 134–138 °C (273–280 °F) в течение 18 минут привело только к 2,5- кратному снижению инфекционности прионов. [15]
Большинство автоклавов имеют счетчики и диаграммы, которые регистрируют или отображают информацию, в частности температуру и давление как функцию времени. Информация проверяется, чтобы гарантировать, что условия, требуемые для стерилизации, были выполнены. Индикаторная лента часто помещается на упаковки продуктов перед автоклавированием, а некоторые упаковки включают индикаторы. Индикатор меняет цвет при воздействии пара, обеспечивая визуальное подтверждение. [16]
Биологические индикаторы также могут использоваться для независимого подтверждения производительности автоклава. В продаже имеются простые биологические индикаторные устройства, основанные на микробных спорах. Большинство из них содержат споры термостойкого микроба Geobacillus stearothermophilus (ранее Bacillus stearothermophilus ), который чрезвычайно устойчив к стерилизации паром. Биологические индикаторы могут иметь форму стеклянных флаконов со спорами и жидкими средами или спор на полосках бумаги внутри пергамина . Эти индикаторы размещаются в местах, куда пару трудно проникнуть, чтобы убедиться, что пар туда проникает.
Для автоклавирования очистка имеет решающее значение. Посторонние биологические вещества или грязь могут защитить организмы от проникновения пара. Правильная очистка может быть достигнута путем физической очистки, обработки ультразвуком , ультразвуком или импульсным воздухом. [17]
Приготовление под давлением и консервирование аналогичны автоклавированию и при правильном выполнении делают пищу стерильной. [18] [ проверка не удалась ]
Для стерилизации отходов, которые в основном состоят из жидкости, можно использовать специально созданную систему дезактивации сточных вод . Эти устройства могут работать с использованием различных стерилизаторов, хотя наиболее распространенным является использование тепла через пар. [ необходима цитата ]
Сухой жар был первым методом стерилизации и является более длительным процессом, чем стерилизация влажным жаром. Уничтожение микроорганизмов с помощью сухого жара является постепенным явлением. При более длительном воздействии летальных температур количество убитых микроорганизмов увеличивается. Принудительная вентиляция горячим воздухом может использоваться для увеличения скорости передачи тепла организму и снижения температуры и времени, необходимого для достижения стерильности. При более высоких температурах для уничтожения организмов требуется более короткое время воздействия. Это может уменьшить повреждение пищевых продуктов, вызванное теплом. [19]
Стандартная настройка для печи с горячим воздухом составляет не менее двух часов при 160 °C (320 °F). Быстрый метод нагревает воздух до 463,15 K (190,00 °C; 374,00 °F) в течение 6 минут для неупакованных объектов и 12 минут для упакованных объектов. [20] [21] Сухое тепло имеет то преимущество, что его можно использовать для порошков и других термостойких предметов, на которые неблагоприятно влияет пар (например, оно не вызывает ржавления стальных предметов).
В микробиологических лабораториях для штриховки используются петли и прямые проволоки для инокуляции . Если оставить петлю в пламени горелки Бунзена или спиртовой горелки, пока она не загорится красным, это гарантирует, что любой инфекционный агент будет инактивирован. Это обычно используется для небольших металлических или стеклянных объектов, но не для крупных объектов (см. Сжигание ниже). Однако во время первоначального нагрева инфекционный материал может распыляться с поверхности проволоки до того, как он погибнет, загрязняя близлежащие поверхности и объекты. Поэтому были разработаны специальные нагреватели, которые окружают петлю для инокуляции нагретой клеткой, гарантируя, что такой распыленный материал не будет дополнительно загрязнять область. Другая проблема заключается в том, что газовое пламя может оставлять углерод или другие остатки на объекте, если объект недостаточно нагрет. Разновидностью пламенного пламени является погружение объекта в 70% или более концентрированный раствор этанола , а затем кратковременное прикосновение объекта к пламени горелки Бунзена . Этанол быстро воспламенится и сгорит, оставляя меньше остатков, чем газовое пламя [ необходима ссылка ]
Сжигание — это процесс переработки отходов, который включает сжигание органических веществ, содержащихся в отходах. Этот метод также сжигает любой организм до состояния пепла. Он используется для стерилизации медицинских и других биологически опасных отходов перед тем, как они будут выброшены вместе с неопасными отходами. Бактериальные инсинераторы — это мини-печи, которые сжигают и убивают любые микроорганизмы, которые могут находиться на инокуляционной петле или проволоке. [22]
Названный в честь Джона Тиндаля , тиндализация [23] является устаревшим и длительным процессом, предназначенным для снижения уровня активности спорообразующих микробов , которые остаются после простого метода кипячения воды. Процесс включает кипячение в течение определенного периода (обычно 20 минут) при атмосферном давлении, охлаждение, инкубацию в течение дня, а затем повторение процесса в общей сложности от трех до четырех раз. Инкубационные периоды позволяют термостойким спорам, пережившим предыдущий период кипячения, прорасти и сформировать чувствительную к теплу вегетативную (растущую) стадию, которую можно убить на следующем этапе кипячения. Это эффективно, поскольку многие споры стимулируются к росту под действием теплового шока. Процедура работает только для сред, которые могут поддерживать рост бактерий, и не стерилизует непитательные субстраты, такие как вода. Тиндализация также неэффективна против прионов.
Стерилизаторы со стеклянными шариками работают, нагревая стеклянные шарики до 250 °C (482 °F). Затем инструменты быстро погружаются в эти стеклянные шарики, которые нагревают объект, одновременно физически соскребая загрязнения с его поверхности. Стерилизаторы со стеклянными шариками когда-то были распространенным методом стерилизации, используемым в стоматологических кабинетах, а также в биологических лабораториях, [24] но не одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) и Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) для использования в качестве стерилизаторов с 1997 года. [25] Они по-прежнему популярны в европейских и израильских стоматологических клиниках, хотя в настоящее время нет основанных на фактических данных руководств по использованию этого стерилизатора. [24]
Химикаты также используются для стерилизации. Нагревание обеспечивает надежный способ избавления объектов от всех трансмиссивных агентов, но это не всегда целесообразно, если это повредит термочувствительные материалы, такие как биологические материалы, волоконная оптика , электроника и многие виды пластика . В этих ситуациях химикаты, как в газообразной, так и в жидкой форме, могут использоваться в качестве стерилизаторов. Хотя использование газовых и жидких химических стерилизаторов позволяет избежать проблемы теплового повреждения, пользователи должны убедиться, что стерилизуемый предмет химически совместим с используемым стерилизующим веществом и что стерилизующее вещество способно достичь всех поверхностей, которые должны быть стерилизованы (обычно не может проникнуть через упаковку). Кроме того, использование химических стерилизаторов создает новые проблемы для безопасности на рабочем месте , поскольку свойства, которые делают химические вещества эффективными стерилизующими веществами, обычно делают их вредными для человека. Процедура удаления остатков стерилизующего вещества из стерилизованных материалов различается в зависимости от используемого химического вещества и процесса. [ необходима цитата ]
Обработка газом оксида этилена (EO, EtO) является одним из распространенных методов, используемых для стерилизации, пастеризации или дезинфекции предметов из-за его широкого спектра совместимости с материалами. Он также используется для обработки предметов, чувствительных к обработке другими методами, такими как излучение (гамма, электронный луч, рентгеновское излучение), тепло (влажное или сухое) или другие химикаты. Обработка оксидом этилена является наиболее распространенным методом химической стерилизации, используемым примерно для 70% всех стерилизаций и для более чем 50% всех одноразовых медицинских приборов. [26] [27]
Обработка оксидом этилена обычно проводится при температуре от 30 до 60 °C (от 86 до 140 °F) при относительной влажности выше 30% и концентрации газа от 200 до 800 мг/л. [28] Обычно процесс длится несколько часов. Окись этилена очень эффективна, поскольку она проникает во все пористые материалы , и может проникать через некоторые пластиковые материалы и пленки. Окись этилена убивает все известные микроорганизмы, такие как бактерии (включая споры), вирусы и грибки (включая дрожжи и плесень), и совместима практически со всеми материалами даже при многократном применении. Она огнеопасна, токсична и канцерогенна ; однако, только с зарегистрированным потенциалом некоторых неблагоприятных последствий для здоровья, если используется не в соответствии с опубликованными требованиями. Стерилизаторы и процессы на основе оксида этилена требуют биологической проверки после установки стерилизатора, значительного ремонта или изменения процесса.
Традиционный процесс состоит из фазы предварительной подготовки (в отдельной комнате или камере), фазы обработки (чаще в вакуумном сосуде, а иногда и в сосуде, рассчитанном на давление) и фазы аэрации (в отдельной комнате или камере) для удаления остатков ЭО и побочных продуктов с более низким содержанием, таких как этиленхлоргидрин (ЭХ или ЭХГ) и, что менее важно, этиленгликоль (ЭГ). Альтернативный процесс, известный как комплексная обработка, также существует для некоторых продуктов, при котором все три фазы выполняются в вакуумном или рассчитанном на давление сосуде. Этот последний вариант может способствовать более быстрому общему времени обработки и рассеиванию остатков.
Наиболее распространенным методом обработки ЭО является метод газовой камеры. Чтобы извлечь выгоду из экономии масштаба , ЭО традиционно доставлялся путем заполнения большой камеры комбинацией газообразного ЭО либо в виде чистого ЭО, либо с другими газами, используемыми в качестве разбавителей; разбавители включают хлорфторуглероды ( ХФУ ), гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и диоксид углерода . [29]
Оксид этилена по-прежнему широко используется производителями медицинских приборов. [30] Поскольку ЭО взрывоопасен при концентрациях выше 3%, [31] ЭО традиционно поставлялся с инертным газом-носителем, таким как ХФУ или ГХФУ. Использование ХФУ или ГХФУ в качестве газа-носителя было запрещено из-за проблем с истощением озонового слоя . [32] Эти галогенированные углеводороды заменяются системами, использующими 100% ЭО, из-за правил и высокой стоимости смесей. В больницах большинство стерилизаторов ЭО используют одноразовые картриджи из-за удобства и простоты использования по сравнению с бывшими газовыми баллонами смесей ЭО.
Важно соблюдать установленные правительством пределы для пациентов и медицинского персонала по остаткам ЭО в обработанных продуктах и/или на них, воздействию на оператора после обработки, во время хранения и обращения с газовыми баллонами с ЭО, а также выбросам в окружающую среду при использовании ЭО.
Управление по охране труда и здоровья США (OSHA) установило допустимый предел воздействия (PEL) на уровне 1 ppm, рассчитанный как средневзвешенное по времени значение за восемь часов (TWA), и 5 ppm как предел отклонения за 15 минут (EL). Предел немедленной опасности для жизни и здоровья (IDLH) Национального института охраны труда и здоровья (NIOSH) для ЭО составляет 800 ppm. [33] Порог запаха составляет около 500 ppm, [34] поэтому ЭО неощутимо, пока концентрации не превысят OSHA PEL. Поэтому OSHA рекомендует использовать системы непрерывного мониторинга газа для защиты работников, использующих ЭО для обработки. [35]
Газ диоксида азота (NO 2 ) является быстрым и эффективным стерилизующим средством для использования против широкого спектра микроорганизмов, включая распространенные бактерии, вирусы и споры. Уникальные физические свойства газа NO 2 позволяют проводить стерилизующее рассеивание в замкнутой среде при комнатной температуре и атмосферном давлении. Механизм летальности заключается в деградации ДНК в ядре споры посредством нитрации фосфатного остова, что убивает подвергшийся воздействию организм, поскольку он поглощает NO 2 . Эта деградация происходит даже при очень низких концентрациях газа. [36] NO 2 имеет температуру кипения 21 °C (70 °F) на уровне моря, что приводит к относительно высокому давлению насыщенного пара при температуре окружающей среды. Из-за этого жидкий NO 2 может использоваться в качестве удобного источника стерилизующего газа. Жидкий NO 2 часто называют по названию его димера , тетраоксида диазота (N 2 O 4 ). Кроме того, низкие уровни требуемой концентрации в сочетании с высоким давлением пара гарантируют, что на стерилизуемых устройствах не будет конденсации . Это означает, что не требуется аэрация устройств сразу после цикла стерилизации. [37] NO 2 также менее едкий , чем другие стерилизующие газы, и совместим с большинством медицинских материалов и клеев. [37]
Наиболее устойчивым организмом (MRO) к стерилизации газом NO 2 является спора Geobacillus stearothermophilus , которая является одинаковой MRO как для процессов стерилизации паром, так и для процессов стерилизации перекисью водорода. Споровая форма G. stearothermophilus на протяжении многих лет хорошо охарактеризована как биологический индикатор в стерилизационном применении. Микробная инактивация G. stearothermophilus газом NO 2 протекает быстро в логарифмически линейной зависимости, как это типично для других процессов стерилизации. Noxilizer, Inc. коммерциализировала эту технологию, чтобы предлагать услуги по контрактной стерилизации медицинских приборов на своем предприятии в Балтиморе, штат Мэриленд (США). [38] Это было продемонстрировано в лаборатории Noxilizer в многочисленных исследованиях и подтверждается опубликованными отчетами других лабораторий. Эти же свойства также позволяют быстрее удалять стерилизующее средство и остаточные газы посредством аэрации замкнутой среды. Сочетание быстрой летальности и легкого удаления газа позволяет сократить общее время цикла во время процесса стерилизации (или дезактивации) и снизить уровень остатков стерилизующего вещества по сравнению с другими методами стерилизации. [37] Компания Eniware, LLC разработала портативный, не требующий электропитания стерилизатор, который не использует электричество, тепло или воду. [39] 25-литровый блок делает возможной стерилизацию хирургических инструментов для строгих хирургических бригад, в медицинских центрах по всему миру с прерывистым или отсутствующим электричеством, а также в ситуациях ликвидации последствий стихийных бедствий и гуманитарных кризисов. Четырехчасовой цикл использует одноразовую ампулу для генерации газа и одноразовый скруббер для удаления газообразного диоксида азота. [40]
Озон используется в промышленных условиях для стерилизации воды и воздуха, а также в качестве дезинфицирующего средства для поверхностей. Его преимущество в том, что он способен окислять большинство органических веществ. С другой стороны, это токсичный и нестабильный газ, который должен производиться на месте, поэтому его непрактично использовать во многих условиях. [41]
Озон обладает множеством преимуществ в качестве стерилизующего газа; озон является очень эффективным стерилизующим средством из-за своих сильных окислительных свойств ( E = 2,076 против SHE [42] ), способным уничтожать широкий спектр патогенов, включая прионы, без необходимости обращения с опасными химикатами, поскольку озон генерируется внутри стерилизатора из медицинского кислорода . Высокая реакционная способность озона означает, что отработанный озон может быть уничтожен путем пропускания через простой катализатор , который возвращает его в кислород и обеспечивает относительно короткое время цикла. Недостатком использования озона является то, что газ очень реактивен и очень опасен. Предел немедленной опасности для жизни и здоровья (IDLH) NIOSH для озона составляет 5 ppm, что в 160 раз меньше, чем IDLH в 800 ppm для этиленоксида. NIOSH [43] и OSHA установили PEL для озона на уровне 0,1 ppm , рассчитанный как восьмичасовое средневзвешенное по времени значение. Производители стерилизующего газа включают в свою продукцию множество функций безопасности, но благоразумной практикой является обеспечение постоянного мониторинга воздействия озона, чтобы обеспечить быстрое предупреждение в случае утечки. Мониторы для определения воздействия озона на рабочем месте имеются в продаже.
Растворы глутаральдегида и формальдегида (также используемые в качестве фиксаторов ) являются приемлемыми жидкими стерилизующими агентами при условии, что время погружения достаточно длительное. Для уничтожения всех спор в прозрачной жидкости может потребоваться до 22 часов с глутаральдегидом и даже больше с формальдегидом. Присутствие твердых частиц может удлинить требуемый период или сделать обработку неэффективной. Стерилизация блоков ткани может занять гораздо больше времени из-за времени, необходимого для проникновения фиксатора. Глутаральдегид и формальдегид летучи и токсичны как при контакте с кожей, так и при вдыхании. Глутаральдегид имеет короткий срок хранения (<2 недель) и является дорогим. Формальдегид менее дорог и имеет гораздо более длительный срок хранения, если добавить немного метанола для ингибирования полимеризации в параформальдегид , но он гораздо более летуч. Формальдегид также используется в качестве газообразного стерилизующего агента; в этом случае его готовят на месте путем деполимеризации твердого параформальдегида. Многие вакцины, такие как оригинальная вакцина Солка против полиомиелита , стерилизуются формальдегидом.
Перекись водорода , как в жидком виде, так и в виде испаренной перекиси водорода (VHP), является еще одним химическим стерилизующим агентом. Перекись водорода является сильным окислителем , что позволяет ей уничтожать широкий спектр патогенов. Перекись водорода используется для стерилизации термочувствительных или чувствительных к температуре предметов, таких как жесткие эндоскопы . В медицинской стерилизации перекись водорода используется в более высоких концентрациях, в диапазоне от примерно 35% до 90%. Самым большим преимуществом перекиси водорода как стерилизующего средства является короткое время цикла. В то время как время цикла для этиленоксида может составлять от 10 до 15 часов, некоторые современные стерилизаторы на основе перекиси водорода имеют время цикла всего 28 минут. [44]
Недостатки перекиси водорода включают совместимость материалов, более низкую способность к проникновению и риски для здоровья оператора. Изделия, содержащие целлюлозу, такие как бумага, нельзя стерилизовать с помощью VHP, а изделия, содержащие нейлон, могут стать хрупкими. [45] Проникающая способность перекиси водорода не так хороша, как у этиленоксида [ необходима ссылка ] , поэтому существуют ограничения по длине и диаметру просвета объектов, которые можно эффективно стерилизовать. Перекись водорода является основным раздражителем, и контакт жидкого раствора с кожей вызовет отбеливание или изъязвление в зависимости от концентрации и времени контакта. Она относительно нетоксична при разбавлении до низких концентраций, но является опасным окислителем при высоких концентрациях (> 10% по весу). Пар также опасен, в первую очередь поражая глаза и дыхательную систему. Даже кратковременное воздействие может быть опасным, и NIOSH установил IDLH на уровне 75 частей на миллион, [33] менее одной десятой IDLH для этиленоксида (800 частей на миллион). Длительное воздействие более низких концентраций может вызвать необратимое повреждение легких, и, следовательно, OSHA установило допустимый предел воздействия на уровне 1,0 ppm, рассчитанный как средневзвешенное по времени восьмичасовое значение. [46] Производители стерилизаторов прилагают большие усилия, чтобы сделать свою продукцию безопасной за счет тщательного проектирования и внедрения множества функций безопасности, хотя все еще существуют случаи воздействия перекиси водорода на рабочем месте от газовых стерилизаторов, задокументированные в базе данных FDA MAUDE. [47] При использовании любого типа газового стерилизатора разумные методы работы должны включать хорошую вентиляцию, непрерывный газовый монитор для перекиси водорода и надлежащие методы работы и обучение. [48] [49]
Испаренная перекись водорода (ИПВ) используется для стерилизации больших закрытых и герметичных помещений, таких как целые помещения и салоны самолетов.
Несмотря на свою токсичность, VHP за короткое время распадается на воду и кислород.
Перуксусная кислота (0,2%) является признанным стерилизующим средством FDA [50] для использования при стерилизации медицинских приборов, таких как эндоскопы . Перуксусная кислота, также известная как пероксиуксусная кислота, является химическим соединением, часто используемым в дезинфицирующих средствах, таких как санитайзеры. Чаще всего ее получают путем реакции уксусной кислоты и перекиси водорода друг с другом с использованием кислотного катализатора. Перуксусная кислота никогда не продается в нестабилизированных растворах, поэтому она считается экологически чистой. [51] Перуксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость, а ее молекулярная формула — C2H4O3 или CH3COOOH. [ 52] В последнее время перуксусная кислота используется во всем мире, поскольку все больше людей используют фумигацию для обеззараживания поверхностей, чтобы снизить риск COVID-19 и других заболеваний. [ 53]
Прионы очень устойчивы к химической стерилизации. [54] Было показано, что обработка альдегидами , такими как формальдегид, на самом деле повышает устойчивость к прионам. Перекись водорода (3%) в течение одного часа оказалась неэффективной, обеспечивая менее 3 log ( 10−3 ) снижения загрязнения. Йод , формальдегид, глутаральдегид и надуксусная кислота также не проходят этот тест (обработка в течение одного часа). [55] Только хлор , фенольные соединения , тиоцианат гуанидиния и гидроксид натрия снижают уровень прионов более чем на 4 log; хлор (слишком едкий для использования на определенных объектах) и гидроксид натрия являются наиболее последовательными. Многие исследования показали эффективность гидроксида натрия. [56]
Стерилизация может быть достигнута с помощью электромагнитного излучения , такого как ультрафиолетовый свет , рентгеновские лучи и гамма-лучи , или облучения субатомными частицами, такими как электронные пучки . [57] Электромагнитное или корпускулярное излучение может быть достаточно энергичным, чтобы ионизировать атомы или молекулы ( ионизирующее излучение ), или менее энергичным ( неионизирующее излучение ). [ требуется ссылка ]
Ультрафиолетовое облучение (УФ, от бактерицидной лампы ) полезно для стерилизации поверхностей и некоторых прозрачных объектов. Многие объекты, прозрачные для видимого света, поглощают УФ. УФ-облучение обычно используется для стерилизации внутренних частей боксов биологической безопасности между использованиями, но оно неэффективно в затененных областях, включая области под грязью (которая может полимеризоваться после длительного облучения, так что ее очень трудно удалить). [58] Оно также повреждает некоторые пластмассы, такие как полистирольная пена, если подвергается воздействию в течение длительного периода времени.
Безопасность радиационных установок регулируется Международным агентством по атомной энергии Организации Объединенных Наций и контролируется различными национальными комиссиями по ядерному регулированию (NRC). Аварии, связанные с радиационным облучением, которые произошли в прошлом, документируются агентством и тщательно анализируются для определения причины и потенциала улучшения. Такие улучшения затем предписываются для модернизации существующих установок и будущего дизайна.
Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью и обычно используется для стерилизации одноразового медицинского оборудования, такого как шприцы, иглы, канюли и наборы для внутривенного вливания, а также продуктов питания. Оно испускается радиоизотопом , обычно кобальтом-60 ( 60 Co) или цезием-137 ( 137 Cs), которые имеют энергию фотонов до 1,3 и 0,66 МэВ соответственно.
Использование радиоизотопа требует экранирования для безопасности операторов во время использования и хранения. В большинстве конструкций радиоизотоп опускается в заполненный водой бассейн для хранения источника, который поглощает излучение и позволяет обслуживающему персоналу входить в радиационный экран. Один из вариантов удерживает радиоизотоп под водой все время и опускает облучаемый продукт в воду в герметично закрытых колоколах; для таких конструкций не требуется никакого дополнительного экранирования. Другие необычно используемые конструкции используют сухое хранение, обеспечивая подвижные экраны, которые снижают уровень радиации в областях камеры облучения. Инцидент в Декейтере, Джорджия , США, когда водорастворимый цезий-137 просочился в бассейн для хранения источника, что потребовало вмешательства NRC [59], привел к тому, что использование этого радиоизотопа было почти полностью прекращено в пользу более дорогостоящего, нерастворимого в воде кобальта-60. Гамма- фотоны кобальта-60 имеют примерно в два раза большую энергию и, следовательно, больший проникающий диапазон, чем излучение, производимое цезием-137.
Обработка электронным пучком также обычно используется для стерилизации. Электронные пучки используют технологию включения-выключения и обеспечивают гораздо более высокую скорость дозирования, чем гамма- или рентгеновские лучи. Из-за более высокой мощности дозы требуется меньшее время воздействия, и, таким образом, любая потенциальная деградация полимеров снижается. Поскольку электроны несут заряд, электронные пучки менее проникающие, чем гамма- и рентгеновские лучи. Учреждения полагаются на прочные бетонные щиты для защиты работников и окружающей среды от воздействия радиации. [60]
Высокоэнергетические рентгеновские лучи (производимые тормозным излучением ) позволяют облучать большие упаковки и поддоны с медицинскими приборами. Они достаточно проникающие, чтобы обрабатывать несколько поддонов с упаковками низкой плотности с очень хорошими коэффициентами равномерности дозы. Для рентгеновской стерилизации не требуются химические или радиоактивные материалы: высокоэнергетические рентгеновские лучи генерируются с высокой интенсивностью рентгеновским генератором , который не требует экранирования, когда не используется. Рентгеновские лучи генерируются путем бомбардировки плотного материала (мишени), такого как тантал или вольфрам , высокоэнергетическими электронами в процессе, известном как преобразование тормозного излучения . Эти системы энергетически неэффективны, требуя гораздо больше электроэнергии, чем другие системы для того же результата.
Облучение рентгеновскими лучами, гамма-лучами или электронами не делает материалы радиоактивными , поскольку используемая энергия слишком мала. Обычно для того, чтобы вызвать радиоактивность в материале, требуется энергия не менее 10 МэВ. [61] Нейтроны и частицы с очень высокой энергией могут сделать материалы радиоактивными, но имеют хорошую проникающую способность, тогда как частицы с более низкой энергией (кроме нейтронов) не могут сделать материалы радиоактивными, но имеют худшую проникающую способность.
Однако стерилизация путем облучения гамма-лучами может повлиять на свойства материала. [62] [63]
Облучение используется Почтовой службой США для стерилизации почты в районе Вашингтона, округ Колумбия . Некоторые продукты питания (например, специи и мясной фарш) стерилизуются облучением . [64]
Субатомные частицы могут обладать большей или меньшей проникающей способностью и могут генерироваться радиоизотопом или устройством в зависимости от типа частицы.
Жидкости, которые могут быть повреждены при нагревании, облучении или химической стерилизации, такие как лекарственные растворы, можно стерилизовать микрофильтрацией с использованием мембранных фильтров . Этот метод обычно используется для термолабильных фармацевтических препаратов и белковых растворов при обработке лекарственных препаратов. Микрофильтр с размером пор обычно 0,22 мкм эффективно удаляет микроорганизмы . [65] Однако было показано, что некоторые виды стафилококков достаточно гибки, чтобы проходить через фильтры с размером пор 0,22 мкм. [66] При обработке биологических препаратов вирусы должны быть удалены или инактивированы, что требует использования нанофильтров с меньшим размером пор (20–50 нм ). Меньшие размеры пор снижают скорость потока, поэтому для достижения более высокой общей пропускной способности или во избежание преждевременной закупорки можно использовать предварительные фильтры для защиты мембранных фильтров с небольшими порами. Системы фильтрации с тангенциальным потоком (TFF) и системы чередующегося тангенциального потока (ATF) также уменьшают накопление и закупорку частиц.
Мембранные фильтры, используемые в производственных процессах, обычно изготавливаются из таких материалов, как смешанный эфир целлюлозы или полиэфирсульфон (ПЭС). Фильтрационное оборудование и сами фильтры могут быть приобретены как предварительно стерилизованные одноразовые устройства в герметичной упаковке или должны быть стерилизованы пользователем, как правило, путем автоклавирования при температуре, которая не повреждает хрупкие мембраны фильтра. Чтобы гарантировать надлежащее функционирование фильтра, мембранные фильтры проверяются на целостность после использования, а иногда и перед использованием. Неразрушающий тест на целостность гарантирует, что фильтр не поврежден, и является нормативным требованием. [67] Обычно терминальная фармацевтическая стерильная фильтрация выполняется внутри чистого помещения для предотвращения загрязнения.
Инструменты, прошедшие стерилизацию, можно поддерживать в таком состоянии, помещая их в герметичную упаковку до использования.
Асептика — это метод поддержания стерильности во время процедур.
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )