专利名称：一种高频低温等离子体消毒灭菌方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗卫生领域中的消毒灭菌方法和设备，以及等离子体应用技术领域。
口腔镜、胃镜、肠镜等内窥镜和人工晶体片以及某些橡塑管等医疗诊断器械的材料性能及其结构特点使得它们的消毒灭菌既不能采用传统的高温高压手段，也不能简单采用辐照或化学方法。因这类器械不能充分消毒灭菌而造成的交叉感染和医疗事故一直是困扰医疗卫生界的难题。到目前为止还没能找到一种行之有效的方法来解决。
中国专利公开号CN1093284A提出的一种冷等离子体灭菌消毒装置，由于采用高压直流放电，其电极易产生溅射而会在器械表面生成沉淀物，所采用的工作气体在等离子体作用下也会在器械表面生成沉淀物，这类沉淀物是难以去除的，它直接影响到器械的使用；且直流放电电离效率低，灭菌效果差；另外因高压放电产生的热量不能排出装置外，会对不适于高温处理的器械(如胃镜、肠镜的光学元件及光电成象部件等)造成损坏；该方法的工作电压为300-1000伏，会对人员安全构成潜在威胁。1992年9月美国《卫生材料管理杂志》(Journal of heal thcare material management，September 1992，P46)给出的一种微波放电等离子体消毒技术，其处理室工作温度在135°F(102℃)，由于该温度较高，显然不能适用于上述器械的消毒；另外该方法也不适用于金属和含有金属组件的器械的消毒。而常用的紫外线消毒方法则对紫外线照射不到的地方如管内腔等处起不到消毒作用。
本发明的目的是提出一种采用高频低温等离子体消毒灭菌方法和设备，以克服已有技术的上述不足。
本发明高频低温等离子体消毒灭菌方法，其特征是在压强为2000Pa以下的金属容器内，以过氧化氢为等离子体工作物质；采用电压为30～100伏、放电功率按消毒空间的容积不低于5mW/cm3、频率为8～25MHz高频放电产生等离子体；所用放电电极分别为容器的金属器壁和金属冷却电极；所述金属冷却电极以中空的金属管内部通过冷却剂构成，设置在金属容器内的中轴线方向上；通过调节通过金属冷却电极金属管内冷却剂的温度使容器内处于所需低温状态；将需要消毒灭菌的物品置于上述等离子体环境中。
本发明高频低温等离子体消毒灭菌设备，其特征在于包括如下组成部分金属容器，该容器上设置有放、取消毒物品用的能真空密封的门；真空计8与金属容器1相连通；盛装等离子体工作物质过氧化氢的容器与金属容器之间通过阀门相连接；设置在金属容器内中轴线方向上的金属冷却电极，以中空的金属管内部通过冷却剂构成，金属管的一端为冷却剂入口，另一端为冷却剂的出口，分别与冷却剂供给器相连接；该金属冷却电极与容器的金属壳体分别作为高频放电产生等离子体的两个电极，与高频电源的两个输出端相连接构成高频放电回路，高频电源的输出电压为30～100伏、放电功率按消毒空间的容积不低于5mW/cm3、工作频率为8～25MHz；真空泵与容器之间依次装有两个真空阀门，由管道相连接；容器内设置有消毒物品摆放或悬挂用的绝缘的支架。
所述金属冷却电极可以中空的金属管弯成螺旋状或n状、金属管内部通过冷却剂构成，也可由两同轴金属圆管夹层内通过冷却剂构成；所述冷却剂通常可采用水，也可采用其它冷却剂；当冷却剂采用水时，中空金属管的冷却剂入口可直接与自来水供水管相连接。
金属容器的形状可根据具体条件和实际需要设计成圆筒形、圆球形或长方形等形状；金属容器的材料一般选用不锈钢，也可选用其它合金材料；作为高频放电电极之一的容器金属器壁，也可以采用设计成条状或网状金属结构电极附着在非金属容器器壁上(内外均可)的形式替代。
本发明还可在金属容器上设置空气过滤器，它与金属容器之间装有阀门，由管道相连接；空气过滤器中的过滤层可采用多层纸质、棉质或化纤类织物、无纺布或过滤沙盘构成。
本发明设备的容器外壳上可设置有观察窗口。
本发明消毒灭菌设备的操作方式如下将需要消毒灭菌处理的物品摆放或悬挂在金属容器内的支架上；关闭真空密封门后，启动真空泵，先打开靠近真空泵的真空阀门，再打开靠近金属容器的真空阀门；通过真空计观测容器内压强达到2000Pa以下时，依次先关闭靠近金属容器的真空阀门，再关闭靠近真空泵的真空阀门；打开盛装等离子体工作物质过氧化氢的容器与金属容器之间的阀门，过氧化氢即汽化后扩散到金属容器内整个空间；通过真空计观测金属容器内的压强达到平衡后，启动高频电源；当高频电源施加在金属容器与金属冷却电极之间的高频电压为30～100伏、放电功率按金属容器的容积不低于5mW/cm3、频率为8～25GHz时，可产生所需要的等离子体；通过高频电源的输出指示或容器观察窗，可判断容器中有无等离子体；针对不同的细菌或病毒，一般等离子体产生后5至15分钟即可完成消毒灭菌全过程。
在取出物品之前，须先打开金属容器与空气过滤器之间的阀门，放入经过过滤的空气，待金属容器内外压强达到平衡后，再取出物品。通过对空气的过滤，可减少放气过程中空气对被消毒物品表面的再次污染。
本发明消毒杀菌工作原理如下当金属容器被真空泵抽成真空后，打开装有过氧化氢的容器与金属容器之间的阀门，液体状的过氧化氢即被汽化扩散至金属容器的整个空间；过氧化氢具有较强的杀菌作用，在过氧化氢扩散过程中可杀死被处理物品表面的部分细菌病毒；当金属容器与金属冷却电极之间加上高频电压后，金属容器中的等离子体工作物质过氧化氢在高频电场的作用下，被解离为带电粒子，形成等离子体、氧自由基以及紫外线，则全方位构成了对细菌或病毒的灭杀环境。根据分子生物学的观点，细菌和病毒是带电的，正常细胞膜上的电荷有助于细胞对营养物质的吸收；但是当细菌或病毒细胞受到带电粒子的作用时，其上的电荷平衡受到破坏，就直接影响到细菌或病毒细胞的生理活动和新陈代谢，最终导致死亡。被处理物品上剩余的细菌病毒在等离子体高频电磁场、高能量粒子、氧自由基的共同作用、轰击以及紫外线辐照下，其电荷分布被彻底破坏，细胞壁、细胞核被电击穿，造成细菌病毒即刻死亡。可以调节金属冷却电极中空的金属管内通过的冷却剂的温度以维持金属容器内所需的较低温度，这就实现了既不因高温改变被处理物品的结构性能又能达到高效灭菌的目的。
本发明与现有技术相比具有如下优点由于本发明采用低压高频放电，工作电压为30～100伏，一般正常使用可用40伏，这远比现有高压直流放电法的300～1000伏电压低得多，使用更安全；且低电压高频放电不会产生类似高压直流放电因电极表面溅射及工作气体在等离子体作用下在器械表面生成沉淀物等对被处理物品的污染。
由于本发明消毒灭菌设备中的金属电极采用了冷却结构，使得系统工作时的温度基本上处于入口冷却剂的温度，避免了现有直流高压放电法因电极产生的热量不能及时散发而存在着对被处理物品造成损坏的危险性。
由于本发明采用高频放电，对气体的电离率可达到0.3-0.4％，高于现有技术直流放电法的电离率0.1-0.2％；因此等离子体中带电粒子、紫外射线和氧自由基的含量成倍增加，加快了“溶菌”过程，快速促进细菌或病毒细胞的死亡，消毒灭菌效果好。
由于本发明高频低温等离子体消毒灭菌设备的起始压强仅需达到2000Pa以下，比现有高压直流放电法所需的1.33-500Pa容易达到，从而可大大减少抽真空所需的时间，缩短了容器的工作周期，提高了装置的利用率。
本发明消毒灭菌设备选用的工作物质是已被全世界公认无毒无害的过氧化氢，它被等离子体离解前后都不会产生污染物质，都不会在被消毒器械表面生成沉淀物或破坏其表面，克服了现有直流高压放电法因工作气体(如氩、氮和氧等)在高压放电下电离产生的高能粒子轰击电极表面而产生溅射，使电极表面的物质沉积到被消毒物品表面，尤其是光纤和玻璃类材料表面沉淀物而直接造成的被消毒物品的损坏。
本发明高频低温等离子体消毒灭菌设备，操作简单方便、无毒、无污染、能高效快速杀菌。除可用于医疗器械的消毒灭菌外，还可用于卫生材料、纸张、食品和餐具等需要消毒灭菌的行业或工作。
本发明高频低温等离子体消毒灭菌设备的操作也可通过控制电路自动实现。
附
图1为本发明高频低温等离子体消毒灭菌设备的结构原理示意图。
以下结合附图1具体说明本发明的实施例。
在一个安装有真空密封门的、内半径为7.5cm、高为17cm的圆柱形不锈钢容器1内，其中轴线方向上安装一个由中空不锈钢管制成的螺旋形冷却电极2，不锈钢管的两端安装在容器1的底部并与容器1绝缘的平板上；不锈钢管内部通过冷却水(或其他冷却剂)，它的两端口之一作为进水口与自来水供水管相接，另一端口为冷却水出口(冷却水可回收利用)。金属容器1的金属器壁和金属冷却电极2的金属管分别作为高频放电的两个电极与高频电源3的输出端相接；金属容器1外壳接地。
真空泵5与金属容器1之间依次安装真空阀门6和7；其工作顺序是当真空泵5开启正常后，先开真空阀门6，再开真空阀门7；系统停止工作时，关闭真空阀门的顺序与开启顺序相反先关闭真空阀门7，后关闭真空阀门6，最后关闭真空泵5。其目的是防止真空泵油蒸气扩散到容器1内造成污染。
真空计8与金属容器1相连通。
盛装等离子体工作物质过氧化氢的容器9与金属容器1之间装有阀门10，由管道相连接。
金属冷却电极2与金属容器1器壁之间的空间可分层安装绝缘的支架11，其上方可放置器皿，下方可安装挂钩或夹子，用于悬挂或夹持器械。支架间的距离可根据需要调节。
将需要消毒灭菌处理的物品摆放或悬挂在支架11上，关闭好真空密封门后，启动真空泵5，依次打开真空阀门6和7；当容器1内压强达到2000Pa以下(可通过真空计8观测)时，依次关闭真空阀门7和6；打开装有过氧化氢的容器9与金属容器1之间的阀门10，过氧化氢即汽化后扩散到金属容器1内整个空间；通过真空计8观测到容器1内的压强达到平衡后，启动高频电源3；本实施例中高频电源3施加在金属容器1与金属冷却电极2之间的高频电压为50伏，电流为0.4安培，频率为13.56MHz；通过高频电源3的输出指示或从容器1观察窗口可观察到容器1中产生的等离子体；针对不同种类的细菌或病毒，一般等离子体产生后5至15分钟足可完成消毒灭菌全过程。在取出已被消毒灭菌处理的物品之前，为减少再次污染，应先打开金属容器1与空气过滤器12之间的阀门13，放进经过滤的空气，使容器1内外的压强达到平衡后，再打开真空密封门取出物品。
本发明高频低温等离子体消毒灭菌设备在中国科学技术大学生命科学学院进行检验证实，对器械、器皿中人工培养的细菌如黄曲霉菌，使用本系统处理5分钟后，培养检验发现，细菌已全部杀死；对于大肠杆菌使用本系统处理12分钟后，培养检验发现，细菌已全部杀死。
权利要求
1.一种高频低温等离子体消毒灭菌方法，其特征是在压强为2000Pa以下的金属容器内，以过氧化氢为等离子体工作物质；采用电压为30～100伏、放电功率按消毒空间的容积不低于5mW/cm3、频率为8-25MHz高频放电产生等离子体；所用放电电极分别为容器的金属器壁和金属冷却电极；所述金属冷却电极以中空的金属管内部通过冷却剂构成，设置在金属容器内的中轴线方向上；通过调节通过金属冷却电极金属管内冷却剂的温度使容器内处于所需低温状态；将需要消毒灭菌的物品置于上述等离子体环境中。
2.一种高频低温等离子体消毒灭菌设备，特征在于包括如下组成部分金属容器，该容器上设置有放、取消毒物品用的能真空密封的门；真空计8与金属容器1相连通；盛装等离子体工作物质过氧化氢的容器与金属容器之间通过阀门相连接；设置在金属容器内中轴线方向上的金属冷却电极，以中空的金属管内部通过冷却剂构成，金属管的一端为冷却剂入口，另一端为冷却剂的出口，分别与冷却剂供给器相连接；该金属冷却电极与容器的金属壳体分别作为高频放电产生等离子体的两个电极，与高频电源的两个输出端相连接构成高频放电回路，高频电源的输出电压为30～100伏、放电功率按消毒空间的容积不低于5mW/cm3、工作频率为8～25MHz；真空泵与容器之间依次装有两个真空阀门，由管道相连接；容器内设置有消毒物品摆放或悬挂用的绝缘的支架。
3.如权利要求2所述高频低温等离子体消毒灭菌设备，特征在于所述金属冷却电极可以中空的金属管弯成螺旋状或n状、金属管内通过冷却剂构成，也可由两同轴金属圆管夹层内通过冷却剂构成；当冷却剂采用水时，金属冷却电极金属管冷却剂入口与供水管相连接。
4.如权利要求2所述高频低温等离子体消毒灭菌设备，特征在于所述作为高频放电电极之一的容器金属器壁，可以采用设计成条状或网状金属结构电极附着在非金属容器器壁上(内外均可)的形式替代。
5.如权利要求2所述高频低温等离子体消毒灭菌设备，特征在于所述金属容器上设置空气过滤器，它与金属容器之间装有阀门；空气过滤器中的过滤层采用多层纸质、棉质或化纤类织物、无纺布或过滤沙盘构成。
全文摘要
本发明高频低温等离子体消毒灭菌方法和设备,特征是在压强2000Pa以下的容器内,以过氧化氢为等离子体工作物质,以金属器壁和金属冷却电极为放电电极,在电压为30～100伏、频率为8～25MHz、放电功率按消毒空间的容积不低于5mW/cm
文档编号A61L2/14GK1243013SQ98115880
公开日2000年2月2日 申请日期1998年7月23日 优先权日1998年7月23日
发明者曹金祥, 鲁润龙 申请人:中国科学技术大学