环氧乙烷、五氟乙烷与七氟丙烷的灭菌气体组合物的制作方法

专利名称：：环氧乙烷、五氟乙烷与七氟丙烷的灭菌气体组合物的制作方法
技术领域：
：本发明一般涉及消毒领域，特别涉及含有环氧乙烷，五氟乙烷和七氟丙烷的灭菌气体组合物。
背景技术：
：多年以来，人们一直采用沸水或蒸汽对欲消毒之物品进行灭菌。由于某些物品，特别是在医学与航天工业中使用的那些物品，不耐蒸汽灭菌法中的温度或湿气，故而近年来已出现了采用不同杀菌剂之需求。环氧乙烷因具有高功效已经成为一种广泛使用的杀菌剂，且又因其挥发迅速，其残余物不易被所消毒物品吸收或吸附。环氧乙烷本身是一种极易燃烧的气体。其闪点低于-20°F，且在3.0至100的体积百分数范围内易在空气中形成爆炸性混合物。因此，当仅用环氧乙烷作为灭菌气时，诸如防爆装置之类的预防措施是必不可少的。一种较好的办法是将环氧乙烷与惰性载气或抑燃组分相混合，抑燃组分可起到稀释环氧乙烷的作用且使此混合物从整体上成为非燃性气体。如果这种惰性组分是真正惰性的，即它不在化学上参与燃烧过程，则此惰性物种的灭火效率取决于诸如其比热和热传导率之类的物理性质，实例可参见H.F.库沃德(H.F.Coward)和G.W.琼斯(G.W.Jones)的“气体与蒸气的燃烧性限度”，(公报号503，第5页，1952年)。物理熄灭机理依赖于撤出维持燃烧所需要的能量。环氧乙烷/卤化碳混合物的燃烧性性质并不遵循这种简单的物理相互关系-反之，众所周知，这种混合物的灭火性质起源于一种化学机理，卤素物种通过这种机理在化学上参与燃烧反应，并且妨碍或抑制燃烧反应。R.赫斯特(R.Hirst)在“消防工程师协会”季刊(第25卷，第59期，第231-250页，1965年)中陈述卤素物种灭火能力的顺序是I＞Br＞Cl＞F。人们一般知晓含碘卤化碳在化学上不太稳定且比卤化碳族的其他成员更具毒性。也已知含溴物种比其含氯类似物具有更大的臭氧消耗潜力。由于环境的原因，潜在的卤化碳载气已被限于含氟和/或氯的氢卤碳化合物。氢-取代的卤化碳比起全卤代的含氯氟烃具有低得多的大气寿命。然而，通过在分子中引入氢而降低卤素含量的作法，将倾向于降低载气的燃烧性抑制性能或灭火性能。在过去二十年间，与环氧乙烷一起用于灭菌混合物所选用的火焰抑制剂一直是二氯二氟甲烷(业内称为CFC-12)。然而，CFC-12在最近已受到仔细研究，因其属于一种含氯氟烃，被认为对上层大气的臭氧层造成了严重破坏。因此，现在CFC-12在世界范围内正在减少使用和禁用。二氧化碳是另一种已知的与环氧乙烷一起用于灭菌混合物的火焰抑制剂。然而，由于二氧化碳的特性，以环氧乙烷/CFC-12混合物计，非可燃环氧乙烷/二氧化碳混合物在每单位体积内含有少于40％的环氧乙烷。因此，灭菌必须在较高的压力下完成或需要更长一些的接触时间。此外，环氧乙烷与二氧化碳两者蒸气压的较大差异使得其混合物在从存储罐或钢瓶抽出时产生分离，提高了输送灭菌剂混合物的危险性，在含富二氧化碳时其不能灭菌，而含富环氧乙烷时其是爆炸性的。CFC-12的臭氧损耗效应已为人们所关注，对此而提出的短期解决方案一直是使用氢氯氟碳化合物(HCFCs)，其含有业已降低的氯含量。已知的环氧乙烷灭菌剂气体混合物包括1-氯-1,2,2,2-四氟乙烷(HCFC-124)，氯二氟甲烷(HCFC-22)及其混合物。有一种由AlliedSignal公司市售的产品，OXYFUME2202，是一种被广泛使用的包含HCFC-124和HCFC-22的灭菌剂混合物。然而，由于氯的存在，这种组合物对于平流层臭氧的损耗仍有可能。氢氟碳化合物(HFCs)不含氯且其臭氧损耗能力(“ODPs”)近乎为零。因而它们被认为是环境友好的。不过，并非所有的氢氟碳化合物都适合于作为环氧乙烷气体混合物中的火焰抑制剂。一种任意的非可燃性气体的简单替换并不一定能确保一种有用的灭菌气混合物。例如，1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)通常被认为是最有可能替代CFC-12的，但它却不是环氧乙烷气体混合物中的有效火焰抑制剂。人们推测，额外的氢原子对其燃烧性可能是有贡献的。作为首要的考虑，气体混合物的燃烧性性质必须使混合物能够输送足够的环氧乙烷以便在适宜的时间内完成灭菌。医学仪器促进协会(AAMI)推荐了400mg/l的绝对最小环氧乙烷浓度。如果载气不能将燃烧性屏蔽到足够的程度，则必须采用较低的环氧乙烷浓度以确保非燃烧性。在这种情况下，或是需要较长的暴露(接触)时间以实施灭菌，这将会影响效率，或是需要较大的操作压力以增加灭菌室内的有效环氧乙烷浓度。增加操作压力常常不是一种可行的选择，因为现有的灭菌室不能测定出业已增加的压力。此外，增加的压力可能会导致通常用于放置医疗器械的塑料瓶膨胀和破裂。理想的情况是采用最高的安全环氧乙烷浓度，以便将循环时间减少到最小。作为另外的考虑，候选的火焰抑制剂必须也能与液相的环氧乙烷易混合，而且在蒸发期间不能从环氧乙烷中偏析出至很高的程度。在蒸发期间可能出现的偏析，其程度与混合物各组分的相对挥发性有关。环氧乙烷在70°F下的蒸气压是22psia。环氧乙烷与候选的火焰抑制剂之间在挥发性上的很大差异增加了灭菌剂气体混合物产生分离的敏感性。还作为其他的考虑，候选的氢氟碳化合物的蒸气压有可能太高且由此合成的环氧乙烷气体混合物可能不太适合使用常规低压钢瓶。从上述内容可知，在本领域内对灭菌气体混合物仍有持续的需求，这些混合物应是非可燃的且含有有效快速灭菌所需要的足够环氧乙烷；应是易混合的；环境友好的；应可提供足够的蒸气压以输送液相混合物至灭菌室同时对于标准的运输钢瓶来说蒸气压尚不太高；应是使用安全的；还应是低成本高利润的。发明详述与优选实施方案本发明提供了灭菌气和使用这些组合物的方法。在一实施方案中，本发明提供了包含环氧乙烷和一种燃烧性抑制剂的灭菌气体组合物，该燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和七氟丙烷，或基本上由五氟乙烷和七氟丙烷组成，或由五氟乙烷和七氟丙烷组成。在一优选的实施方案中，本发明提供了包含环氧乙烷和一种燃烧性抑制剂的灭菌气体组合物，所述燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷。在另一优选的实施方案中，本发明提供了灭菌气体组合物，其包含约1.7wt％-约11wt％，优选的是约6wt％-约11wt％的环氧乙烷和约98.3wt％-约89wt％，优选的是约95wt％-约89wt％的燃烧性抑制剂，所述燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和七氟丙烷，或基本上由五氟乙烷和七氟丙烷组成，或由五氟乙烷和七氟丙烷组成，其中按照五氟乙烷和七氟丙烷的总含量计，五氟乙烷的加入量是约1wt％-约99wt％，优选的是约15wt％-约95wt％，更优选的是85wt％-约95wt％，七氟丙烷的加入量是约99wt％-约1wt％，优选的是约85wt％-约5wt％，更优选的是15wt％-约5wt％。在本发明的另一优选实施方案中，提供了包含约10.4wt％环氧乙烷和约89.6wt％燃烧性抑制剂的灭菌气体组合物，这种燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和七氟丙烷，或基本上由五氟乙烷和七氟丙烷组成，或由五氟乙烷和七氟丙烷组成，其中按照五氟乙烷和七氟丙烷的总含量计，五氟乙烷的加入量约为91.4wt％，七氟丙烷的加入量约为8.6wt％。在本发明的另一实施方案中，提供了一种消毒物品的方法，该方法包括将物品暴露于含有环氧乙烷和燃烧性抑制剂的灭菌气体组合物中，这种燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和七氟丙烷，或基本上由五氟乙烷和七氟丙烷组成，或由五氟乙烷和七氟丙烷组成。按照本发明，发明人已经发现了新型灭菌气体组合物，其包含环氧乙烷、五氟乙烷和使燃烧性抑制剂之特性得以改进的七氟丙烷。这种新型的灭菌气体组合物含有碳氟化合物稀释剂的惰性掺合物，其与环氧乙烷易混合，与医疗器械构件中所用的塑料和高聚物相容，且也被认为是环境友好的。本发明的灭菌气体组合物具有足够的蒸气压，以输送液体混合物至灭菌室，并可以装在标准钢瓶内运输。本发明的灭菌气体组合物有利地提供了相当于或超过市售OXYFUME2002灭菌剂混合物可提供的环氧乙烷气相浓度，而且还改善了安全极限。较大气相浓度的另一个优点是每个周期需要更少磅数的灭菌气体组合物。本发明的灭菌气体组合物的一个特别令人惊异的优点是灭菌发生过程快于具有相同环氧乙烷(活性成分)浓度的市售灭菌剂混合物。本发明的其他特点和优点将会通过下面的发明描述变得更为明显。本发明的组合物的成分是可市售的或可用已知方法制备的已知材料。这些组分最好是具有足够高的纯度以避免对本体系的性质带来不利影响。七氟丙烷以两种单独的异构体形式存在，1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)和1,1,1,2,2,3,3-七氟丙烷(HFC-227ca)。两种异构体中的任一种或两者的混合物均可适用于本发明的目的。HFC-227ea是优选的。其他组分可以加入灭菌剂混合物，包括可用于增加灭菌剂钢瓶内压力且有助于将所述混合物推入灭菌室的惰性推进剂。适用的推进剂包括氮、二氧化碳、氩和三氟甲烷。采用本领域的技术人员已知的任何有效混合技术都可以制备本发明的灭菌剂混合物。一般而言，作为在钢瓶内液化的气体组合物，这三种成分是物理上结合的。在使用时，此液相被排入热交换器并被气化，然后被引入灭菌室。本领域的技术人员能够完成特殊灭菌剂混合物的适宜生产工艺的选择而无需做过多的实验工作。本发明的灭菌剂混合物可以用于消毒各种各样的物品，包括医疗器械如注射器、针头、手套、安瓿、绷带、缝合线、手术刀、导尿管、金属或玻璃容器等。本灭菌剂混合物也可以用于消毒橡胶与塑料制品，也可以用作某些材料如毛皮、铺盖、纸制品和其他设备的熏蒸剂。本发明的灭菌剂混合物对于虫类、细菌、菌类和各样各样的其他微生物类均有功效。在本发明的方法实施方案中，本发明的灭菌剂组合物可以以本领域内任何已知的方式使用，基本上是在达到预期消毒程度所必须的环境与时期内将欲消毒的物品暴露于灭菌气。气态消毒方法通常是这样实现的，将欲消毒的物品置于灭菌室内，抽空灭菌室，调湿灭菌室，在适当的压力与温度下引入灭菌气体组合物，灭菌气氛与欲消毒物品之间保持适当的接触时间，最后，排放并抽空灭菌室以抽出灭菌剂气体。尽管在基本方法上有诸多不同，但为了完成消毒而必须控制的主要因素仍然是暴露时间、温度、环氧乙烷压力或分压以及相对湿度，所有这些参数均可由本领域的技术人员进行选择而无需做过多的实验工作。本发明的灭菌气体组合物可以同本领域内任何通常采用的灭菌剂一起使用，比如，奇比特(Chippett)等人在美国专利5,039484和康威瑟(Conviser)等人在美国专利5,039485中详细描述的常用灭菌剂。下面的例子用于说明本发明或显示本发明的特点，但并非有意限定本发明。实例实例1为了将本发明的环氧乙烷/(HFC-125/HFC-227ea)灭菌气体组合物与市售的OXYFUME2002做比较，进行了功效实验。制备了AAMI(医疗仪器促进协会)测试包，(即“用接触性致病传染物进行免疫性试验”的测试包)，作法是将一种化学指示剂与两个装有生物指示剂的注射器放置在尺寸为18″×30″的已经沿长度方向折叠且分为两半的毛巾内；然后，将“包”装入第一个尺寸为24″×24″的包内，再装第二个尺寸为24″×24″的包。在130°F和40-60％相对湿度的标准条件下对如此制作的测试包进行灭菌(采用300、450、600和750mg/l组合物)。各次灭菌剂进料都是在24-26英寸汞真空度，120-135°F，40-60％湿度和30-35分钟的相同条件下调节的。将暴露时间减少到生物指示剂上一百万微生物中至少有一个存活下来的时候，便可测定出半周期时间。这个时间称为半周期时间，因为将此值增加一倍便可得出保证消毒所需的周期时间。AAMI测试包半周期时间(分钟)上表说明，在相同的环氧乙烷(活性成分)浓度下，本发明的灭菌气体组合物仅用常规灭菌剂混合物所需时间的30-50％即可令人惊异地完成消毒。实例2采用美国标准ASTME681-94，并改用12升的烧瓶和电火花点火装置，测试了本发明的灭菌气体组合物的燃烧性。<tablesid="table2"num="002"><table>组合物未成为可燃物时的氧乙烷最大浓度，wt％环氧乙烷/(HFC-125/HFC227ea91.5/8.5wt％)10.6环氧乙烷/(HFC-125/HFC227ea91.5/8.5wt％)10.2</table></tables>实例3蒸气压是采用标定过的布尔登(Bourden)压力计测定的，精度可达±1％。混合物采用重量分析法制备，并在测定蒸气压之前在控温水浴内达到热平衡。非可燃性HFC-125/HFC-227/环氧乙烷共混物具有大于10psig的蒸气压，这足以在21.1℃下将物料从钢瓶排入压力为10psig的灭菌室。实例4一个玻璃瓶内封装了溶有环氧乙烷的五氟乙烷-七氟丙烷的混合物。在室温至零下10℃范围内，只观察到有一个液相存在。这一实例表明，HFC-125/HFC-227与环氧乙烷是易混合的。因此，当取出此液相时，其组成是始终一致的，且几乎是恒定的。实例5在24.7psia压力和130°F温度下、将测试材料暴露于碳氟化合物蒸气中16小时，以此方式进行了相容性测试。在暴露时间结束时测定了部件(测试材料)的重量变化并进行了目视检测。观察了多个部件以检测其品质变坏的迹象，如银纹、龟裂、脱色和泛白。研究材料包括聚丙烯/热塑聚碳酸酯、聚碳酸酯/热塑聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、胶乳/硅橡胶、聚氯乙烯、棉(金属丝)网和人造皮肤。数据表明，在医疗器械构件中常用的塑料和高聚物，这些材料与某些碳氟化合物不相容，在暴露于HFC-125/HFC-227时没有显示出品质变坏的效果。权利要求1.包含环氧乙烷和一种燃烧性抑制剂的灭菌气体组合物，所述的燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和七氟丙烷。2.根据权利要求1的灭菌气体组合物，其中包含约1.7wt％-约11wt％的环氧乙烷和约98wt％-约89wt％的一种燃烧性抑制剂，所述的燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和七氟丙烷。3.根据权利要求2的灭菌气体组合物，其中环氧乙烷的加入量约6wt％-约11wt％。4.根据权利要求3的灭菌气体组合物，其中按照五氟乙烷和七氟丙烷的总加入量计，五氟乙烷的加入量为约99wt％-约1wt％和七氟丙烷的加入量为约1wt％-约99wt％。5.根据权利要求4的灭菌气体组合物，其中按照五氟乙烷和七氟丙烷的总加入量计，五氟乙烷的加入量为约95wt％-约15wt％和七氟丙烷的加入量为约5wt％-约85wt％。6.根据权利要求5的灭菌气体组合物，按照五氟乙烷和七氟丙烷的总加入量计，其中五氟乙烷的加入量为约95wt％-约85wt％和七氟丙烷的加入量为约5wt％-约15wt％。7.根据权利要求6的灭菌气体组合物，其中五氟乙烷的加入量为约91.4wt％和七氟丙烷的加入量为约8.6wt％。8.根据权利要求7的灭菌气体组合物，其中七氟丙烷是1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷。9.根据权利要求1的灭菌气体组合物，还包含一种惰性推进剂。10.根据权利要求9的灭菌气体组合物，其中惰性推进剂选自氮、二氧化碳、氩和三氟甲烷。11.根据权利要求10的灭菌气体组合物，其中惰性推进剂是氮。12.根据权利要求1的灭菌气体组合物，其中燃烧性抑制剂基本上由五氟乙烷和七氟丙烷组成。13.根据权利要求12的灭菌气体组合物，其中七氟丙烷是1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷。14.一种物品的消毒方法，包括将物品暴露于一种含有环氧乙烷和一种燃烧性抑制剂的灭菌气体组合物的步骤，所述的燃烧性抑制剂包含五氟乙烷和七氟丙烷。15.一种物品的消毒方法，包括将物品暴露于根据权利要求8的灭菌气体组合物的步骤。全文摘要环氧乙烷与一种火焰抑制剂的非燃性灭菌气体组合物,其可用于热敏材料和/或湿敏材料的气态消毒,所用火焰抑制剂包含五氟乙烷与七氟丙烷。该灭菌气体组合物是环境友好的,与常规灭菌剂混合物相比在使用上更有效率并更加安全。文档编号A61L2/20GK1297362SQ99805171公开日2001年5月30日申请日期1999年2月18日优先权日1998年2月19日发明者R·G·罗伯特,B·R·德凯雷,S·A·康维瑟尔申请人:联合讯号公司