MASARYKOVA UNIVERZITA

MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta

NOVÉ ZPŮSOBY STERILIZACE ZDRAVOTNICKÉHO MATERIÁLU S PŘIHLÉDNUTÍM NA PLAZMOVOU STERILIZACI

B BA AK KA ALLÁ ÁŘ ŘSSK KÁ Á PPR RÁ ÁC CEE

Lenka CHALUPOVÁ

Brno 2007

Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci na téma: NOVÉ

ZPŮSOBY STERILIZACE

ZDRAVOTNICKÉHO MATERIÁLU S PŘIHLÉDNUTÍM NA PLAZMOVOU STERILIZACI

sama s použitím uvedené literatury.

vypracovala

Děkuji vedoucímu mé práce prof. RNDr. Janu Jančovi, DrSc., za zajímavé téma a konzultace při zpracování bakalářské práce. Také děkuji Mgr. Zdeňku Navrátilovi, Ph.D., za pomoc s touto prací. Poděkování patří také Mgr. Pavlu Slavíčkovi, Ph.D. a Marcele Andersové za pomoc se získáním experimentálních dat do této práce.

Nové způsoby sterilizace zdravotnického materiálu s přihlédnutím na plazmovou sterilizaci.

New sterilisation methods of medical materials with regarding to plasma sterilisation

Anotace: Tato práce se zabývá studiem nejnovější poznatků o moderních způsobech sterilizace zdravotnického materiálu, zejména pak o zařízeních, která jsou uvedena pod názvem plazmová sterilizace. V této práci jsem se zaměřila na jednotlivé metody a zdůraznit jejich výhody a rizika.

Annotation: This thesis deals with the latest findings in new methods of sterilisation of medical materials, especially the equipment that fall within the category called plasma sterilisation. I focused on various methods that are in use, and my aim was to find and stress advantages of each method, as well as its disadvantages.

OBSAH

1. Úvod ………………………………………………………………….. 7 2. Sterilizace chemickými postupy …………………………………….. 8 2.1. Shrnutí chemických postupů ……………………………………………8 2.2. Ethylenoxid ……………………………………………………………… 9 2.2.1.

Typy EtO sterilizátorů ………………………………………………………. .9

3. Sterilizace ozónem ………………………………………………….. 12 3.1. Co je to O3 ? …………………………………………………………… 12 3.2. Faktor CT ……………………………………………………………… 12 3.3. Aplikace ozonu ………………………………………………………… 13 4. Sterilizace zářením …………………………………………………. 14 4.1. Ionizační záření ………………………………………………………… 14 4.2. UV záření …………………………………………………………………14 4.3. Ultrazvuk …………………………………………………………………15 5. Sterilizace teplem ……………………………………………………..16 5.1. Horký vzduch …………………………………………………………… 16 5.2. Plamen …………………………………………………………………… 17 5.3. Pára ……………………………………………………………………… 17 5.3.1. Proudící pára ………………………………………………………………… . 17 5.3.2. Pára pod tlakem ……………………………………………………………… 18 5.4. Pasterizace ……………………………………………………………… 20 5.5. Var ………………………………………………………………………… 20 5.6. Frakcionovaná sterilizace ……………………………………………… 20 6. Sterilizace filtrací ………………………………………………………21 7. Fotoaktivní sterilizace pomocí TiO2 vrstev …………………………..22 7.1. Vlastnosti fotokatalytického TiO2 ……………………………………… 22 7.2. Aplikace ve zdravotnictví ……………………………………………… 22

5

OBSAH

8. Sterilizace PLAZMATEM ……………………………………………… 24 8.1. Co je to plazma? …………………………………………………………… 24 8.2. Zdroje plazmatu ………………………………………………………………25 8.3. Princip sterilizace plazmatem u komerčních zařízení ……………………25 8.4. Plazmové sterilizátory ……………………………………………………… 26 8.4.1. Sterrad ………………………………………………………………… 27 8.4.2. HTMS ………………………………………………………………… 28 8.5. Účinnost plazmových sterilizátorů ………………………………………… 31 8.6. Princip sterilizace plazmatem ……………………………………………… 32 8.7. Sterilizace v dohasinajicim dusikovem plazmatu ………………………… 35 8.8. Experimentální část ……………………………………………………………36 8.8.1. Uspořádání experimentu a použitá aparatura …………………… 36 8.8.2. Experiment s filtračním papírem …………………………………… 37 8.8.3. Experiment s kapalinou ……………………………………………… 40 8.8.4. Diskuze …………………………………………………………………43 ….………

9. Závěr ………………………………………………………………………… 44 10. Použité prameny a literatura ………………………………………………45

6

ÚVOD

Na úvod této práce bych nejprve ráda definovala pojem sterilizace a vysvětlila rozdíl mezi sterilizací a dezinfekcí. Pojem sterilizace znamená odstranění všech mikroorganismů z prostředí a předmětů jež sterilizujeme. V případě dezinfekce se jedná o přerušení cesty šíření nákazy a odstranění původce infekce. Z tohoto důvodu je tedy sterilizace účinnější. Většinou se používají fyzikální postupy sterilizace. Oproti tomu k dezinfekci se používají převážně chemické postupy. V některých případech je chemická dezinfekce účinná až do té míry, že výsledkem je praktická sterilita dezinfikovaných prostorů či předmětů. Tento stupeň dezinfekce se používá tehdy, když nelze předměty sterilizovat. V různých situacích je třeba použít různé typy sterilizace. Záleží na tom, zda potřebujeme zlikvidovat všechny mikroorganismy, nebo jen patogenní zárodky. V některých případech je cílem sterilizace eliminovat počet mikroorganismů nebo zastavit jejich množení a šíření. Před každým zákrokem sterilizace je potřeba nejprve kompletně zhodnotit a odborně posoudit danou situaci. [2]

Související terminologie

Asepse : Soubor opatření, vedoucí k dosažení stavu, ve kterém je v prostředí obsaženo minimálního množství mikroorganismů Aseptické prostředí : Prostředí s minimem mikroorganismů Apyrogenita : Na materiálu a v roztoku se nacházejí žádné pyrogeny Penetrace : Schopnost proniknout, nebo prostoupit Pyrogen : Mikrobiální látka vyvolávající horečku Pyrogenita : Schopnost mikrobiálních látek vyvolávat zvýšenou teplotu těla Prion: Amyloidní protein neobsahující prokazatelně nukleovou kyselinu, vyvolávající degenerativní změny centrálního systému

7

STERILIZACE CHEMICKÝMI POSTUPY

« 2.1 Shrnutí chemických postupů »

Látky používané k chemickým postupům sterilizace a dezinfekce se nazývají biocidy. Třídí se podle chemické struktury a následuje jejich stručný souhrn : [16] 1. oxidační činidla, 2. alkylační činidla 3. alkálie a kyseliny, 4. alkoholy, 5. halogeny, 6. cyklické sloučeniny 7. sloučeniny těžkých kovů, 8. povrchově aktivní látky a kombinované látky

Různé typy mikroorganismů se liší svou citlivostí k jednotlivým skupinám biocidů. Velmi sensitivní jsou vegetativní formy kvasinek a bakterií. Velký rozdíl je mezi účinkem na grampozitivní a gramnegativní bakterie. Gramnegativní jsou rezistentní vůči cyklickým sloučeninám a citlivé jsou naopak na těžké kovy, alkoholy a některé organické kyseliny. Některé biocidy jsou velmi účinné a jejich výsledkem je prakticky sterilita materiálu. K chemické sterilizaci se většinou užívají plyny ethylenoxidu, formaldehydu a páry kyseliny peroctové. V určitých podmínkách mají sterilizační efekt kyseliny, silné louhy, halogeny a alkylační činidla. [16]

8

Sterilizace chemickými postupy ___________________________________________________________________________

« 2.2 Ethylenoxid » Ethylenoxid je sterilant s širokospektrálním účinkem. Je to těkavá, bezbarvá, jedovatá kapalina, jejíž páry jsou výbušné a toxické. Používá se ve speciálních přístrojích za zvýšeného tlaku a teploty do 60 °C. Jeho účinnost s teplotou roste. Při zvýšení teploty o 10°C se zároveň zvýší jeho účinnost 2,74 krát. Při teplotě nižší než 11°C však již nesterilizuje. Jeho relativní vlhkost ovlivňuje rychlost sterilizace a to tak, že rychlost je tím vyšší, čím je relativní vlhkost nižší. Velice dobře se rozpouští ve vodě a rozkládá se na glykol, vodík a kyslík. Velmi dobře penetruje membránami z většiny plastických hmot, proto jeho předností je možnost sterilizace předmětů balených ve foliích z různých umělých hmot. Zabalení předmětů však zhruba zdvojnásobí dobu sterilizace. Ta se pohybuje pro kovy a nepórézní materiál kolem 40 minut a pro pórovité předměty a plastické hmoty od 60 do 180 minut. Jeho rezidua nejsou toxická. Ethylenoxid velice účinně likviduje všechny formy mikroorganismů a spor. Používá se ke sterilizaci termolabilního zdravotnického materiálu a jemných nástrojů, jako je například šicí materiál a oční skalpely. Mezi hlavní nevýhody tohoto typu sterilizace patří vysoké investiční náklady na sterilizační zařízení a časová náročnost na desorpci. Likvidace odpadního ethylenoxidu probíhá na principu katalytické oxidace v abátoru a výsledkem je dýchatelný vzduch. [2]

2.2.1

Typy EtO sterilizátorů

V praxi se používají dva základní způsoby sterilizace ethylenoxidem.

9


a) Sterilizátory využívající směs ethylenoxidu a inertního plynu Tyto sterilizátory pracují pod tlakem vyšším než je tlak atmosférický a využívají směs ethylenoxidu a inertního plynu. Kapalný plyn je přiváděn do odpařovače a ohřevem se mění na plyn. Poté je plyn veden přes ventily do sterilizační komory. Koncentrace je daná tlakem a je při dané teplotě neměnná. Po uplynutí sterilizační doby je plyn veden do adsorberu, kde prochází vodní náplní a rozkládá se na glykol, kyslík a vodík. Provoz přetlakového sterilizátoru je dražší vzhledem k nákladům na zdrojovou směs oproti čistému ethylenoxidu. [2]

Obrázek 2.2 a) Sterilizace využívající směs ethylenoxidu a inertního plynu. V průběhu expozice je ve sterilizační komoře přetlak. [25]

b) Sterilizátory využívající čistý ethylenoxid Tyto sterilizátory pracují pod tlakem nižším než je atmosférický a využívají čistý ethylenoxid. Na obrázku 2.2b je znázorněn sterilizátor pracující s čistým ethylenoxidem. Na konci cyklu se sterilizátor přepíná automaticky do režimu aerátoru. Od přetlakového způsobu sterilizace ethylenoxidem se odlišují především tím, že do sterilizační komory se napustí jen tolik pracovního plynu, aby tlak v komoře stoupl maximálně na úroveň tlaku atmosferického. Jinak je průběh sterilizace stejný. Výhoda používání tohoto typu je především v bezpečnosti. I při případě netěsného přístroje neuniká pracovní plyn do ovzduší. Vzhledem k tomu, že se při sterilizaci dosahuje nižších koncentrací, prodlouží se doba sterilizace.

10


Sterilizátory pracující s čistým ethylenoxidem mají nižší provozní náklady a nižší termodynamický efekt na transport sterilantu. [2]

Obrázek 2.2 b) Sterilizátor 3M SteriVac 5XL. [25]

Obrázek 2.2 c) Pracovní cyklus sterilizátoru využívající čistý ethylenoxid. Po dobu sterilizačního cyklu je v komoře udržován podtlak. [25]

11

STERILIZACE OZÓNEM

« 3.1 Co je to O3 ? » Tento bezbarvý plyn s velmi typickou štiplavou vůní můžeme cítit při používání kopírovacích strojů, při sváření a také v létě po bouřce. Lidským čichem jsme schopni rozeznat vůni ozonu při koncentracích až o dva řády nižších, než je povolená hygienická norma. Vznik tohoto plynu v ovzduší závisí na intenzivním slunečním záření a přítomnosti některých primárních polutantů (prekurzorů ozonu). V létě je součástí fotochemického smogu v místech s vysokým znečištěním ovzduší. Ozón při vysokých koncentracích způsobuje bolesti hlavy, nucený kašel a dráždí spojivky. Přestože díky těmto účinkům se vryl do obecného povědomí jako škodlivý a nebezpečný plyn, jeho užitečnost a význam v podobě ozónové vrstvy, která zabraňuje vnikání UV záření na zemský povrch, je nezpochybnitelná. K sterilizaci a dezinfekci lze ozón používat díky jeho vlastnostem účinného oxidačního činidla. Oxidací je schopen odstraňovat chemické sloučeniny a ničit patogenní mikroorganizmy. Používá se převážně k dezinfekci vody, protože je účinný i v chladu. [15]

« 3.2 Faktor CT » Ve vodě je obsaženo velké množství bakterií, virů, améb anebo cyst. Tyto mikrobiologické kontaminanty je možné inaktivovat nebo rozložit aplikací dostatečně vysokých dávek ozonu. Rozsah likvidace nebo inaktivace mikroorganizmů je závislý na součinu koncentrace dezinfektantu C ( mg/l ) a kontaktního času T ( min.). Součinem těchto dvou veličin získáme CT faktor a jeho jednotkou je mg/lּmin-1. Environmental Protection Agency definovala CT faktor pro každý dezinfektant, pro rozsah teploty od 0,5° C do 25 °C a pH 6-9. Potřebná hodnota faktoru CT je tím nižší, čím vyšší je teplota sterilizované vody. [15]

12

Sterilizace ozónem ___________________________________________________________________________

« 3.3 Aplikace ozónu » Aplikace ozonu lze použít jako velice účinnou alternativu k sterilizaci UV zářením nebo chlorovými přípravky. Plynný ozon účinně odstraňuje zápach oxidací sloučenin a prostupuje do všech pórů a skulin materiálu. Je schopen zlikvidovat i patogeny rezistentní na aplikaci chloru. Ozón je tvořen třemi atomy kyslíku a samovolně se rozloží na molekuly kyslíku. Možností, kde lze ozón aplikovat, je mnoho. Používá se například k dezinfekci a sterilizaci ordinací, nemocničních pokojů, likvidaci plísní a odstraňování pachů. [15]

13

STERILIZACE ZÁŘENÍM

« 4.1 Ionizační záření » Ionizační

záření

se

ve

zdravotnictví

používá

především

k sterilizaci

nepatrně

kontaminovaných předmětů, například zdravotnických potřeb vyrobených z různých typů pryže a plastických hmot. Mohou to být injekční stříkačky, kanyly, některá léčiva a transplantáty, nebo obvazy. K sterilizaci

ionizujícím

zářením

se

využívá

pronikavého

gama-záření,

například

z radioizotopu 60Co. Výhodou tohoto typu sterilizace je především fakt, že ionizační záření

proniká nejen

sterilizovaným materiálem, ale i jeho obalem. Proto je možné sterilizovat předměty zabalené a uzavřené například do kartónových krabic, protože i takto dostanou doporučenou dávku záření, která způsobí snížení počtu bakterií minimálně o 108. Radiačně ovšem není možné sterilizovat předměty, které byly v kontaktu s biologickým materiálem. [16]

« 4.2 UV záření » Tohoto typu záření se používá spíše k doplňkové dekontaminaci relativně čistých a prázdných pracovních ploch v různých bezpečnostních boxech nebo v aseptických provozech. Dosah UV-paprsků při mikrobicidním působení je malý - většinou 30-50 cm. Sterilizace UVzářením není příliš efektivní. UV-záření neproniká totiž do hloubky a na zastíněné straně předmětů ho tedy není možné uplatnit. Jako zdroj tohoto typu záření se používají germicidní zářiče. Účinnost těchto zářičů ale rapidně klesá s dobou používání. K sterilizaci je možné použít i infračerveného záření. IR záření ale působí baktericidně pouze tepelným účinkem. [16]

14

Sterilizace zářením ___________________________________________________________________________

« 4.3 Ultrazvuk » V lékařské praxi se ultrazvuk využívá k očištění dutých nástrojů, například jehel, před vlastní sterilizací. Jedná se o běžnou součást předsterilizační přípravy. V současné době jde o nejprogresivnější používanou metodu odstraňování přilnutých nečistot. Devitalizační účinek ultrazvuku na mikroorganizmy ale není stoprocentní. Ultrazvukovým generátorem je vytvářená elektrická energie o vysoké frekvenci a pomocí piezoelektrického měniče je transformována na energii mechanickou. Ta je potom přivedena do čistící lázně. Tímto způsobem vznikají milióny vakuových bublinek, které implodují rozdílností tlaku způsobeného ultrazvukovou činností. Tento proces se nazývá kavitace. Vznikají vysoce energetické tryskající proudy kapaliny, které pak odstraňují nečistoty z nejmenších otvorů, drážek a dutin. Více homogenního rozložení ultrazvukové energie v čistící lázni je

možné dosáhnout kontinuálním posunem maxima tlaku zvuku v čistící

kapalině. [23]

15

STERILIZACE TEPLEM

Ke sterilizaci teplem je možné využít mnoha postupů. Nejúčinnější je sterilizace plamenem, ale pro tuto sterilizaci je jen velmi málo předmětů odolných a většina se takto zničí. Nejpoužívanější pro praktické užití je sterilizace horkým vzduchem a parní sterilizace. Nejméně spolehlivé jsou postupy tepelné sterilizace jako frakcionovaná sterilizace, var nebo pasterizace.

« 5.1 Horký vzduch » Sterilizace horkým vzduchem je limitována především použitým materiálem. Takto je možné sterilizovat pouze odolné a termostabilní materiály, které neobsahují vodu, jako například vosky, oleje, tuky, glycerin, a nebo také sklo a porcelán. Horkovzdušný sterilizátor s možností nastavitelné teploty a časového režimu je znázorněn na obrázku 5.1a. Účinek tohoto sterilizačního postupu je založen na denaturaci bílkovin. Při teplotě 180 °C jsou do 5 minut zničeny téměř všechny nesporulující mikroby. Nejvíce rezistentní na suché teplo jsou bakteriální spory, které se při teplotě 180 °C zlikvidují až za 15 minut. Oproti tomu nejcitlivější jsou viry, kromě viru hepatitidy B. K jeho inaktivaci v krvi je zapotřebí až 60 minut při teplotě 160 °C. [16] Ke sterilizaci se obvykle využívá rozmezí teplot od 160 °C do 180 °C. Při sterilizaci horkým vzduchem trpí sterilizovaný materiál, například kovy se takto tupí a ztrácejí požadovanou tvrdost. Při 160 °C se sterilizují materiály jako například dřevo, textil, korek, vata a papír. I tyto materiály při aplikaci horkého vzduchu mění svoje vlastnosti a vzhled. Mezi umělé hmoty takto sterilizované patří pouze polyamid.

16

Sterilizace teplem ___________________________________________________________________________

Obrázek 5.1 a) Horkovzdušný sterilizátor STERICEL. [20]

« 5.2 Plamen » Sterilizace plamenem se využívá například v bakteriologii, kde se takto sterilizují bakteriologické kličky plamenem Bunsenova kahanu. V zdravotnických zařízeních se spalování využívá například k likvidaci obvazů a biologického materiálu. [16]

« 5.3 Pára »

5.3.1 Proudící pára

K přípravě proudící páry se používá Kochův nebo Arnoldův hrnec. Proudící pára dosahuje pak za normálního tlaku teploty 100 °C. Tento postup nelze použít přímo ke sterilizaci vzhledem k tomu že některé odolné spory přežívají při této teplotě i několik hodin. Proto se proudící pára využívá pouze k přípravě některých lékařských substancí a mikrobiologických kultivačních půd. [16]

17


5.3.2 Pára pod tlakem

Ke sterilizaci parou pod tlakem se využívá

parní sterilizátor. V malých stolních

sterilizátorech se pára vytváří uvnitř sterilizační komory. Obrázek 5.3b znázorňuje malý kompaktní sterilizátor určený pro sterilizaci baleného pevného, dutého a porézního materiálu. Vhodný ke sterilizaci roztoků v otevřených lahvích. [20] Součástí větších sterilizátorů je vlastní vyvíječ páry. Samotný sterilizátor je tvořen sterilizační komorou, pláštěm a vývěvou s odpovídajícími ventily a měřicími přístroji. Moderní parní sterilizátory mají programování automatické činnosti. Příklady moderních sterilizátorů ukazují obrázky 5.3a a 5.3b. Pára uvnitř sterilizátoru projde nejdříve pláštěm a až poté do sterilizační komory. Teplota syté vodní páry roste zároveň s jejím tlakem. Pára má při tlaku 2 atmosfér teplotu 121 °C a při tlaku 3 atmosfér asi 134 °C. Využití páry za zvýšeného tlaku se jeví jako poměrně ekonomický a spolehlivý sterilizační postup. Mechanismus likvidace mikroorganismů spočívá v tom, že dostane-li se pára do styku s chladnějšími předměty, kondenzuje na vodu a současně vydá velké množství výparného tepla. Mikroorganismy jsou tedy usmrceny tepelnou denaturací bílkovin, rozrušením buněčných membrán a rozkladem nukleových kyselin. Doby expozice jsou pro tento typ sterilizace o hodně kratší oproti horkovzdušné sterilizaci, i když probíhá za nižších teplot, protože se jedná o vlhké teplo a to je mnohem účinnější na likvidaci mikroorganismů než suché teplo. Při teplotě 121 °C a tlaku 2 atm se používá doba expozice 20 minut. Sterilizovat parou je možné některé roztoky, obvazy, porcelán, bavlněné prádlo, sklo, kov, ale i některé druhy plastů. [16]

18


Obrázek 5.3 a) Parní sterilizátor STERIVAP pro zpracování zdravotnického materiálu na sterilizačních pracovištích nejrůznějších zdravotnických zařízení. Pro sterilizaci roztoků je vybaven pohyblivým teplotním čidlem a odkapávací vanou pro roztoky. [20]

Obrázek 5.3 b) Malý kompaktní parní sterilizátor. Součástí je sterilizační komora s el. vyhřívaným pláštěm a samostatným vyvíječem páry. [20]

19


« 5.5 Pasterizace » Snížení počtu mikrobů v nápojích a potravinách lze dosáhnout pasterizací. Pasterizovaná látka se na půl hodiny zahřeje asi na 62 °C a pak se jedná o pasterizaci dlouhodobou. Je možné ji ovšem zahřát pouze na několik vteřin na teplotu zhruba 75 °C, čemuž se říká pasterizace mžiková. [16]

« 5.6 Var » Ačkoli zde uvádím i var do výčtu způsobů sterilizace teplem, není možné tento způsob likvidace mikrobů za sterilizaci pokládat a ve zdravotnictví je používání varu jako sterilizace zakázáno. Pomocí varu je sice možné zničit většinu kvasinek, bakterií a virů i během několika málo minut, ale například virus hepatitidy B mu odolává i více než třicet minut. Také materiály infikované spory Clostridium botulinum a Clostridium tetani by bylo potřeba takto sterilizovat i 5 a více hodin. [16]

« 5.7 Frakcionovaná sterilizace » Některé termolabilní roztoky nelze autoklávovat a zde je možné použít frakcionované sterilizace. Princip tohoto typu sterilizace je založen na opakování zahřívání roztoku na 100 °C. Roztoky obsahující spory se zahřejí na 30 minut na teplotu 100 °C, a pak se nechají přes noc inkubovat při teplotě 37 °C. Postup se opakuje třikrát. Po prvním zahřátí jsou zlikvidovány vegetativní formy mikrobů. Spory pak při teplotě 37 °C vyklíčí a vzniklé vegetativní buňky jsou zničeny dalším zahřáním. Pokud v roztoku zbývají ještě nějaké spory, jsou zlikvidovány při druhé inkubaci a třetím zahřátí. [16]

20

STERILIZACE FILTRACÍ

Některé složky kultivačních médií, například léky, mohou být náchylné na teplotu. K jejich sterilizaci je možné použít filtraci. Filtrací lze odstranit například bakterie a mikromycety. Jako filtrační materiál se používají nejčastěji membránové filtry ze syntetických materiálů, například nitrocelulózy. V laminárních bezpečnostních boxech se používají HEPA-filtry (high-efficiency particulate air filters) , které jsou určeny pro práci s materiálem s vyšším stupněm infekčnosti. Jedná se o nejspolehlivější systémy filtrace vzduchu. Jsou schopny odstranit až 99,97 % částic o velikosti 0,3 µm. [16]

21

FOTOAKTIVNÍ STERILIZACE POMOCÍ TiO2 VRSTEV

« 7.1 Vlastnosti fotokatalytického TiO2 » Mezi nejběžnější krystalické formy oxidu titaničitého patří nanokrystalický anatas. Jeho použití je populární zejména díky jeho specifickým vlastnostem. Jednou z nich je jistě fotokatalytická aktivita, která umožňuje na povrchu nanočástic oxidu titaničitého degradaci všech organických struktur a mikroorganismů působením záření o vlnových délkách menších než 390 nm. Degradace se děje na principu pohlcování světelných kvant polovodičovou elektronovou strukturou TiO2. Následuje vznik dvojic kladných a záporných nábojů a ty se poté v přítomnosti O2 a H2O transformují na povrchu oxidu titaničitého na velmi reaktivní radikály, které v okolním vodném roztoku zapříčiní degradaci

mikroorganismů. Další

specifická vlastnost anatasu je fotokatalyticky indukovaná superhydrofilita. Vlivem UV záření se povrch anatasu stává silně hydrofilním. Vodní kapky, které ulpí na povrchu, se spojí a vytvoří na něm průhledný molekulární film, po němž další kapky vody mohou snadno stéci, viz obrázek 7.1b, který znázorňuje průtočný deskový fotoreaktor s vrstvou fotokatalyzátoru připevněnou na skleněné desce. Deska je nakloněná a voda po ní může v tenké vrstvě laminárně stékat. Povrchy tvořené vrstvou nanočástic anatasu mají díky těmto specifickým vlastnostem na světle samočisticí schopnosti a desinfekční účinky. Usazené mikroorganismy jsou na těchto likvidované oxidativní mineralizací. [14] Na obrázku 7.1a jsou znázorněny Nanotyčinky Na2Ti6O13.

« 7.2 Aplikace ve zdravotnictví » Nanočástice oxidu titaničitého nacházejí uplatnění i v medicíně, především jako povrchy lékařských nástrojů a materiálů se zvýšenými požadavky na sterilitu. Možná aplikace je i při výrobě sterilních keramických obkladů a samočisticích povrchových úprav exteriérů interiérů.

22

Fotoaktivní sterilizace pomocí TiO2 vrstev ___________________________________________________________________________

Obrázek 7.1 a) Nanotyčinky Na2Ti6O13 [14]

Obrázek 7.1 b) Průtočný deskový fotoreaktor [14]

23

STERILIZACE PLAZMATEM

« 8.1 Co je to plazma? » Plazma je kvazineutrální ionizovaný plyn. Kvazineutrální znamená, že v ionizovaném plynu je stejné množství částic kladného i záporného náboje. Tyto částice se chaoticky pohybují. Plazma se označuje jako čtvrté skupenství hmoty. Abychom vytvořili a udrželi plazma, ve kterém jsou některé atomy ionizovány, je potřeba zahřát látku na vysokou teplotu nebo v ní vytvořit elektrický výboj. Přechod od plynu na plazma je pozvolný. Pokud budeme plynu dodávat energii, stane se elektricky vodivým, ale jako celek zůstane neutrální. Elektrická vodivost plynu nastává už při několika tisících kelvinech, ale k úplné ionizaci dochází až při zahřátí řádově na stovky tisíc kelvinů. Plazma vykazuje kolektivní chování. Kolektivním chování je možné rozumět pohyby, které nezávisí pouze na lokálních podmínkách, ale také na stavu plazmy ve vzdálenějších oblastech. Většina energie plazmatu je ve formě elektromagnetického záření. Urychlováním a bržděním nabitých částic dochází k emisi a absorpci elektromagnetického záření. Dalším zdrojem záření v plazmatu jsou přechody iontů a atomů na energeticky nižší stavy. [4] Existuje několik typů plazmatu a liší se od sebe především tím, jestli se nachází v teplotní rovnováze. To v jakém stavu se plazma nachází, závisí především na způsobu vzniku. V rovnovážném plazmatu mají všechny částice stejnou teplotu i energii. V nerovnovážném plazmatu mají elektrony jinou teplotu než těžké částice. [1] Zajímavou aplikací plazmatu ve zdravotnictví je především plazmová sterilizace. Používá se například ke sterilizaci plastových hadiček na dialýzu již při jejich výrobě a balení. Při plazmové sterilizaci je velice výhodná také možnost zároveň do hadiček nanášet antikoagulační vrstvu. Jako další příklad nevyhnutelné aplikace plazmatu ke sterilizaci je sterilizace enzymatických biosenzorů, které jsou velmi citlivé a klasické metody sterilizace by je mohly poškodit. [4]

24

Sterilizace plazmatem ___________________________________________________________________________

« 8.2 Zdroje plazmatu » Zdroje plazmatu se liší především tím, jestli pracují za nízkého tlaku plynu, nebo při atmosférickém a vyšším tlaku. Plazma lze generovat stejnosměrným i střídavým proudem, nebo i vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem. Je-li například přiloženo napětí na dvě elektrody uvnitř vyčerpané skleněné trubice, dojde k doutnavému výboji za vzniku plazmatu. V plynu je vždy přítomen malý počet elektricky nabitých částic, a tím dojde k zapálení výboje. Následně se začne rapidně zvyšovat počet nabitých částic vlivem jejich urychlování mezi elektrodami a jejich vzájemnými srážkami. Pokud se napětí na elektrodách bude dále zvyšovat, ionizace bude sílit a elektrony na katodě budou mít dostatečnou energii pro výstup do prostoru výboje – doutnavý výboj přejde v elektrický oblouk. Mezi další typy výboje patří například koronový nebo bariérový výboj. Oba typy vznikají při atmosferickém tlaku a jsou typické velkou aktivní plochou plazmatu. [1]

« 8.3 Princip sterilizace u komerčních plazmových zařízení » Nejdříve se ve sterilizační komoře vytvoří vakuum (tlak cca 0,5 Torr), poté se nechají páry peroxidu vodíku expandovat do sterilizační komory. Plazma je generováno pomocí energie vysokofrekvenčních vln u přístroje Sterrad, nebo zdroje o frekvenci 50 Hz u zažízení HMTS. Vlastní plazma produkuje vysoce reaktivní částice, především radikály OH, OOH a atomární kyslík O, které vznikají plazmochemickými reakcemi v plynu. Srážková frekvence volných radikálů je 107 s-1 při tlaku 10 Torr, což vede k jejich rychlé rekombinaci. Volné radikály reagují s buňečnými membránami, nukleovými kyselinami mikroorganismů a enzymy, čímž ničí jejich životní funkce. [19] V plazmatu probíhá současně mnoho kreačních a anihilačních reakcí. V samotném plazmatu elektrického výboje se projevují účinky UV záření, ale ovlivnit mohou jen obal sterilovaného materiálu. UV záření ale podporuje rozpad molekul peroxidu vodíku na volné radikály. [17] Během sterilizace reaktivní částice rekombinují a konečnými produkty jsou pouze voda a kyslík, z toho důvodu nemusí být sterilizované předměty dále odvětrávány. [19]

25


« 8.4 Plazmové sterilizátory » Na českém trhu dominují v oblasti plazmové sterilizace především komerční sterilizátory STERRAD a HMTS. U obou typů sterilizátorů k samotné sterilizaci nedochází

účinkem ionizovaných částic

plazmatu, ale pouze produkty plazmochemických procesů, které během sterilizačního procesu v plazmatu vznikají. Samotný sterilizovaný materiál je v kontaktu pouze s dohasínajícím elektrickým výbojem. Průběh přežití takovýchto systémů tvoří přímka, jako u konvenčních sterilizačních zařízení, na rozdíl od pravých plazmových sterilizačních zařízení, které charakterizuje průběh přežití tvořící křivka se dvěmi až třemi lineárními oblastmi, jak je ukázáno na obrázku 8.6b [12] Jako materiál vhodný ke sterilizaci v těchto plazmových sterilizátorech výrobci uvádí především

hliník,

atylvinylacetát,

kraton,

latex,

polyetylén,

polykarbonát,

polymetylmetakrylát, polyolefín, polypropylén, polyuretan, polvinylchlorid, silikon, nerez ocel, teflon , mosaz, sklo, neopren, nylon a polystyren. [19] Naopak by se neměly těmito sterilizátory sterilizovat předměty vyrobené z celulózy, protože důležitý prvek sterilizačního procesu je peroxid vodíku a materiály obsahující celulózu peroxid vodíku absorbují, čímž ruší sterilizační proces. Mezi další materiály nevhodné ke sterilizaci plazmovými sterilizátory patří materiály absorbující tekutiny, organické materiály, prášek a například olej.[18] Oba typy sterilizátorů se liší v zásadě pouze ve způsobu generování plazmatu. [17]

26


8.4.1

STERRAD

Nízkoteplotní sterilizační systém STERRAD vyvinula společnost Advanced Sterilization Products. Plazma je zde generováno vysokofrekvenčním generátorem o frekvenci 13,56 MHz v prostoru okolo válcové sterilizační komory, viz obrázek 8.4.a. Produkty plazmochemických reakcí a volné radikály se k sterilizovaným předmětům dostávají otvory ve stěně komory. Sterilizační cyklus sterilizátoru Sterrad má dvě důležité fáze. Fázi difúzní a fázi plazmy. Obě tyto fáze přispívají k účinnosti sterilizačního cyklu. [19] Příkalady sterilizačních zařízení ukazují obrázky 8.4.b.

Obrázek 8.4 a) Sterilizační komora Sterrad [19]

Obrázek 8.4 b) STERRAD 200 [23]

c)

STERRAD 100 S [23]

27


8.4.2 HMTS

Nízkoteplotní sterilizační systém HMTS vyvinula společnost Humanmeditek. Plazmový sterilizátor HMTS ukazuje obrázek 8.4 e. U zařízení HMTS je možné sterilizovat předměty i s nízkou vlhkostí a zároveň je možné, aby se sterilizované předměty dotýkaly stěn sterilizační komory. Plazma je generováno ve dvou speciálních komorách mezi kulovými elektrodami při frekvenci 50 Hz (obrázek 8.4.f) a produkty produkované plazmatem pak difundují nestacionární difúzí jedním otvorem do sterilizační komory. Plazma má sice menší objem, ale generovaný elektrický výboj má charakter nízkotlakého elektrického oblouku. [17] Blokové schéma sterilizačního zařízení HMTS ukazuje obrázek 8.4 d.

Obrázek 8.4 d) Blokové schéma [18]

28


Obrázek 8.4 e) Nízkoteplotní plazmový sterilizátor HMTS [23]

Obrázek 8.4 f) Vysokonapěťová komora HMTS [18]

29


Sterilizační cyklus sterilizátoru HMTS se zkládá z několika fází (viz Obrázek 8.4g ) 1) Fáze Vacuum I Ve sterilizační komoře je vytvořeno vakuum. Doba je závislá na objemu vloženého materiálu. 2) Fáze Diffusion I Po vyčerpání vzduchu se do komory vstříkne 4,8 ml vaporizovaného peroxidu vodíku. Tlak v komoře je 100 Torr. 3) Fáze Vacuum II (Plasma) Opětovným vakuováním dosáhne tlak komory 5 Torr. 4) Fáze Diffusion II Jakmile dojde k automatickému druhému vstříknutí 1,2 ml vaporizovaného peroxidu vodíku, dosáhne tlak v komoře >22 Torr. 5) Fáze Plasma II Dojde ke snížení tlaku a působením plazmatu dochází k rekombinaci nežádoucích zplodin na vodu a kyslík, které jsou již pro obsluhu sterilizátoru neškodné. 6) Fáze Vent a Dry Sterilizační komora opět dosáhne atmosférického tlaku a dojde k opětovnému tvoření vakua v komoře. [18]

Obrázek 8.4 g) Sterilizační cyklus sterilizátoru HMTS [18]

30


« 8.5 Účinnost plazmových sterilizátorů » Účinnost komerčních plazmových sterilizátorů je závislá na koncentraci sterilizačního média, tlaku difúze a času difúze. Protože je v plazmatu peroxidu vodíku přítomno velké množství vysoce reaktivních částic působících na reakčních místech mikroorganizmu, lze předpokládat široké spektrum antimikrobiální aktivity. Řada takových studií byla provedena za použití vegetativních bakterií, bakteriálních spor, kvasinek, hub a virů. Obecně lze říci, že tyto mikroorganismy byly vybrány pro jejich odolnost vůči peroxidu vodíku a chemickým prostředkům, používaným při sterilizaci i vůči ionizujícímu záření. [19] Největší odolnost vykazují bakteriální spory. Tyto výsledky odpovídají výsledkům jiných sterilizačních procesů, při nichž se rovněž zjistilo, že bakteriální spory jsou odolnější vůči inaktivaci více než nespirálující mikroorganizmy. [19]

31


« 8.6 Princip sterilizace plazmatem » V předešlých kapitolách byly popsány komerční sterilizační zařízení využívající plazma. V přesném slova smyslu jsou to ne"plazmová" sterilizační zařízení, protože jejich sterilizační cykly

zahrnují

čistě

chemickou

fázi,

na

inaktivaci

se

podílí

pouze

produkty

plazmochemických procesů, ke kterým během sterilizace v plazmatu dochází. Skutečné plazmové sterilizační zařízení je takový systém, ve kterém je výhradně plazma zodpovědné za inaktivaci mikroorganismů. [9] Předměty mohou být sterilizovány přímým kontaktem s plazmatem nebo v dohasínajícím plazmatu. Ve srovnání s výbojem samotným obsahuje dohasínající plazma relativně málo nabitých částic, což jsou v podstatě radikály a molekuly, který byly v excitovaném stavu. Hlavní výhody používání dohasínajícího plazmatu pro sterilizační účely oproti plazmového výboje je především teplota. Plyn ve výboji dosahuje až několik set °C, zatímco dohasínající plazma nepřesáhne 50 °C, což hraje důležitou roli při sterilizaci tepelně citlivých materiálů. Ovšem sterilizační čas je mnohem kratší ve vlastním výboji, než v jeho dohasínajícím plazmatu. [6] Mechanismus inaktivace bakteriálních spor v plazmatu je základní sporná otázka, která je diskutovaná mnoha výzkumníky.

Obrázek 8.6 a) Schematické znázornění bakteriální spory a jejího genetického materiálu [6]

32


Ke sterilizaci plazmatem dochází v zásadě třemi mechanismy: 1)

První proces spočívá v inaktivaci genetického materiálu mikroorganismu UV zářením.

Při nízkotlaké plazmové deaktivaci může být UV záření nejdůležitějším faktorem, protože v takovém případě jsou vzorky suché a UV může snadno pronikat. Penetrace UV fotonů je také vymezená možnými organickými materiály kryjící spory a zda jsou jednotlivé spory nahromaděné ve shluku či jednotlivě. Sterilizaci je dosaženo v kratším čase s více zředěnou suspenzí. [6] 2)

Druhý proces spočívá v narušení mikroorganismu fotodesorpcí. Fotodesorpce vyplývá z

UV fotonů narušujících chemické vazby v mikroorganickém materiálu a vedoucí k formaci nestálých směsí z atomů skutečných mikroorganismů. Nestálé vedlejší produkty jsou například malé molekuly CO a CHX. Úroveň narušení dosaženého během tohoto procesu je důležitější než v prvním procesu. Tento proces končí když jsou spory dostatečně poškozené a umožní snadnější přístup UV fotonů k DNA, vedoucí k rychlejší inaktivaci. [6] 3)

Třetí proces spočívá v narušení mikroorganismu leptáním. Leptaná část pochází

z adsorpce reaktivních částic z plazmatu na mikroorganismu se kterým pomocí chemické reakce vytvoří těkavé směsi. Reaktivní částice mohou být atomové a molekulové radikály, například O a O3 a excitované molekuly v nestabilním stavu, například 1O2 singletový stav. Tato chemické reakce, která nastane pod termodynamickými rovnovážnými podmínkami, produkuje malé molekuly CO2 a H2O které jsou finálními produkty oxidačního procesu . [6]

Při atmosférickém tlaku plazmatu hrají nejdůležitější roli v ničení organismů aktivní radikály a anionty jako O, OH a HO2− . Tyto aktivní formy likvidují buněčnou membránu a mohou být dodávány do buněk dvěma způsoby. Buď jako radikály vygenerované v plazmatu se mohou rozptýlit v kapalném vzorku, nebo mohou být vyprodukovány místně v kapalině konverzí aktivních plazmových částic. [10]

33


Obrázek 8.6b znázorňuje průběh přežití bakteriálních spor B. subtilis vystavených dohasínajícímu výboji ve směsi

5 % O2–95 % Ar. Průběh přežití bakteriálních spor

vstavených plazmatu, nebo dohasínajícímu plazmatu tvoří křivka s 2 nebo 3 lineárními částmi. První a třetí lineární oblast grafu představuje působení prvního mechanismu sterilizace plazmatem uvedeního výše, zatímco druhá lineární oblast charakterizuje účinky druhého a třetího mechanismu.

Obrázek 8.6 b) Průběh přežití bakteriálních spor B. subtilis vystavených dohasínajícímu výboji. [6]

34


« 8.7 Sterilizace v dohasínajícím dusíkovém plazmatu » Velký zájem v oblasti sterilizace při nízkém a atmosferickém tlaku budí N2-O2 dohasínající výboj. Jako aktivní plynné formy v nízkotlakém dosvitu byly analyzované dusíkaté a kyslíkaté atomy a UV záření. Všechny tři reaktivní faktory vykazují devitalizační účinek na bakteriální spory. [21] Při experimentech provedených kolektivem A. M. Pointu byl vygenerován impulsový korónový výboj mezi hroty o napětí 10 kV, frekvenci 10 kHz a výkonu 15 W. Dohasínající výboj procházel křemennou trubičkou dlouhou 6 mm kde bylo pomocí spektrometru měřeno emisní spektrum. Kalibrované kapky obsahující spory B-stear., zředěné v destilované vodě a 30 minut sušené v 40°C, byly aplikované na skleněnou misku a poté vloženy do boxu který byl v kontaktu s dohasínajícím výbojem. Počátečních množstvích bakteriálních spor bylo 2⋅105. Po 30 minut opracování v čistém N2 zůstalo 1⋅102 spor a po opracování směsí N2-O2 přežilo 5⋅10-5 bakteriálních spor. Zdá se, že spojení metastabilních atomů O (1S) s N -atomy, je nejvíce účinné při ničení B- Stear. spor. Kromě pesticidního účinku pozorovaného v čistém dusíku a přisuzovaného N atomům, roste efektivita UV záření a metastabilního O( 1S), obsahuje-li čistý N2 malé příměsi kyslíku. Jako hlavní likvidační faktory v nízkotlaké směsi N2-O2 se však jeví UV fotony a kyslíkaté atomy. [21]

35


« 8.8 Experimentální část »

8.8.1

Uspořádání experimentu a použitá aparatura

Experimentální data byla naměřena v plazmochemické laboratoři Přírodovědecké fakulty MU v Brně. Cílem experimentu bylo zjistit co nejoptimálnější parametry sterilizace baktérie E.coli plazmatem. Konkrétně se jednalo především o dobu aplikace plazmatu a o výkon dodávaný do výboje. Aparaturu použitou při této práci tvoří vysokofrekvenční generátor CESAR 1310 (viz.obrázek 8.8a), který pracuje s frekvencí 13,56 MHz, přizpůsobovací člen WM 1000 A a radiofrekvenční kabel spojující přizpůsobovací člen a rukojeť elektrody upevněnou ve stojanu. Kabel má teflonové dielektrikem, impedanci 50 Ω a délku 1,15 m. Vnitřní průměr použité kapiláry byl 2 mm a vnější 4 mm. Jako pracovní plyn byl použit argon a hodnota průtoku byla nastavována průtokoměrem Omega FMA-A2408 na hodnotu K zapálení plazmatu byl použit Teslův transformátor.

Obrázek 8.8 a) Vysokofrekvenční generátor CESAR 1310

36

2,5 l/min.


Obrázek 8.8 b) Sterilizační aparatura pro experiment s kapalinou bez vzorku 8.8.2 Experiment s filtračním papírem První část experimentů je zaměřená na aplikaci plazmatu na vysterilizovaný filtrační papír pokapaný roztokem 80% zákalu bakterie E. coli o objemu 250 µm. Uspořádání experimentu je patrné z obrázku 8.8 c.

Délka kapiláry od živé elektrody: 4 cm. Kapilára byla vysterilizovaná ethanolem a teplotou.

Plocha filtračního papíru obsahující bakterie byla postupně skenována plazmatem na konci kapiláry. Hrot tužky přejížděl plochu ve směru osy X, přičemž docházelo k posunu vždy o 1mm ve směru osy Y. Rychlost skenování byla při prvních čtyřech měřeních nastavena na 0,48 cm·s-1 a při posledních dvou měřeních byla zvýšena na rychlost 1,25 cm·s-1.

37


a) t = 489 s Teplota : 42 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 34,9·108 CFU/ml. Počet bakterií po sterilizaci: Nepřežila žádná bakterie.

b) t = 326 s Teplota : 41 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 22,5·108 CFU/ml. Počet bakterií po sterilizaci: Nepřežila žádná bakterie.

c) t = 204 s Teplota : 42 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 34,9·108 CFU/ml. Počet bakterií po sterilizaci: Nepřežila žádná bakterie.

d) t = 102 s Teplota : 42 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 34,3·108 CFU/ml. Počet bakterií po sterilizaci: Nepřežila žádná bakterie. e) t = 43 s Teplota : 41 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 28,1·108 CFU/ml. Počet bakterií po sterilizaci: Nepřežila žádná bakterie.

f) t = 40 s Teplota : 41 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 28,1·108 CFU/ml. Počet bakterií po sterilizaci: Nepřežila žádná bakterie.

38


1 2 3 4 5 6

Doba opracování (s) 489 326 204 102 43 40

Výkon (W) 50 50 50 50 50 40

Přežití (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Průběh přežití 1

Přežití (%)

0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 30

130

230

330

430

530

Doba opracování (s)

Graf 8.8 a) Průběh přežití: Závislost procentuálního přežití na použité době opracování.

39


Obrázek 8.8 c) Sterilizační uspořádání při experimentu s filtračním papírem

8.8.3 Experiment s kapalinou Druhá část experimentů je zaměřená na aplikaci plazmatu na 80% zákal roztoku bakterie E. coli v baňce o objemu 20ml. Délka kapiláry od živé elektrody: 14 cm. Nádobu zespodu ochlazuje Peltierův článek Uspořádání experimentu je patrné z obrázku 8.8 d.

40


Obrázek 8.8 d) Sterilizační uspořádání při experimentu s kapalinou . a) t = 180 s Teplota : 42 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 24,2·108 CFU/ml. Přežilo 17,8·108 CFU/ml = 73,5% přežití

b) t = 270 s Teplota : 42 °C Výsledek : Původní počet baktérií: 28,2·109 CFU/ml. Přežilo 4,3·109 CFU/ml = 15,24% přežití

41


c) t = 360 s Teplota : 41 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 34,87 ·108 CFU/ml Přežilo 3,0·108 CFU/ml = 8,3 % přežití

d) t = 450 s Teplota : 41 °C Výsledek: Původní počet baktérií: 28,2·109 CFU/ml. Přežilo 3,0·108 CFU/ml = 8,29 % přežití e) t = 540 s Teplota : 41 °C Výsledek : Původní počet baktérií: 34,87·108 CFU/ml Přežilo 2,8·108 CFU/ml = 8,0 % přežití

f) t = 630 s Teplota : 41 °C Výsledek : Původní počet baktérií: 28,2·109 CFU/ml. Přežilo 0,5·109 CFU/ml = 1,87 % přežití

1 2 3 4 5 6

Doba opracování (s) 180 270 360 450 540 630

Výkon (W) 120 120 120 100 100 100

42

Přežití (%) 73,50 15,24 8,30 8,29 8,00 1,87


Přežití (%)

Průběh přežití 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 150

250

350

450

550

650

Doba opracování (s)

Graf 8.8 b) Průběh přežití: Závislost procentuálního přežití na použité době opracování.

8.8.4 Diskuze

Z obou experimentů je patrné, že nízkoteplotní argonové plazma užívané v plazmochemické laboratoři Masarykovy univerzity lze poměrně efektivně využít ke sterilizaci. Všechny pokusy sterilizace filtračního papíru se ukázaly jako stoprocentně účinné. Pro bezpečnou a účinnou sterilizaci je nezbytné vhodné nastavení plazmových parametrů. V druhém experimentu byly ustanovené jako nejlepší podmínky odpovídají hodnotě výkonu 100 W a době aplikace 10,5 minut. Ze závislosti procentuálního přežití na použité době opracování je patrné, že nejvíce bakterií bylo zničeno v prvních 300 sekundách expozice.

43

ZÁVĚR

Na závěr této práce bych chtěla stručně shrnout výhody a nevýhody různých typů sterilizace. Velice účinná je samozřejmě parní sterilizace, ale je nevhodná pro sterilizaci termolabilních materiálů a předmětů. Na většinu moderních medicínských nástrojů a zdravotních zařízení je potřeba použít nízkoteplotní typ sterilizace. Již vysloužilé ethylenoxidové a formaldehydové chemické sterilizační metody přestávají z důvodu své toxicity, nebezpečnosti pro obsluhu a dlouhé sterilizační doby vyhovovat náročným požadavkům na šetrnost k životnímu prostředí a na ekonomiku provozu. Jako další možnost nízkoteplotní sterilizace pro komerční použití se nabízí jednak tak zvané plazmové sterilizátory, nebo záření. Některé aktivní částice tvořící se v plazmě peroxidu vodíku jsou podobné částicím, vznikajícím při sterilizaci gama zářením. I když se při obou způsobech sterilizace objevují podobné reaktivní částice, účinek každého z nich na nekovové předměty může být jiný. Gama záření má vysokou energii a je schopno pronikat lékařskými nástroji do hloubky a tím může negativně ovlivnit vlastnosti materiálu. O nízkoteplotním plazmatu je známo, že proniká pouze do hloubky několika atomů, což nijak neovlivňuje vlastnosti materiálu. [24] Jako další velice zajímavý způsob sterilizace považuji sterilizaci pomocí fotoaktivních TiO2 vrstev. Tato metoda je velmi mladá a slibuje mnohé komerční využití.

Obrázek 9.1 Srovnání sterilizační doby u některých typů sterilizace.

44

POUŽITÉ PRAMENY A LITERATURA

[1] Aubrecht, Vladimír, Kráčmar, M., Vančura, J.: Technické aplikace plazmatu. Vutium. [2] Svoboda, Karel, Kráčmar, M., Vančura, J.: Dezinfekce a sterilizace ve zdravotnických zařízeních. Ústav pro další vzdělávání středních zdravotnických pracovníků, 1972. [3] Kleczek, Josip: Plazma ve vesmíru a laboratoři. Academia, Praha 1968. [4] Kracík, J., Tobiáš, J.: Fyzika plazmatu. Academia, Praha 1966. [5] Ricard, A., Monna, V.: Reactive molecular plasmas. Plasma Sources Sci. Technol., 2002, Vol. 11, p. 150–153. [6] Moisan, M. et al.,: Plasma sterilization. Methods and mechanisms. Pure Appl. Chem., 2002, Vol. 74, No. 3, p. 349–358. [7] Mogul, R. et al.,: Impact of Low-Temperature Plasmas on Deinococcus radiodurans and Biomolecules. Biotechnol. Prog., 2003, Vol. 19, No. 3, p. 776-783. [8] Mogul, R. et al.,: Impact of Low-Temperature Plasmas on Deinococcus radiodurans and Biomolecules. Biotechnol. Prog., 2003, Vol. 19, No. 3, p. 776-783. [9] Lerouge, S., Wertheimer, M.R., Yahia, L’H.: Plasma Sterilization: A Review of Parameters, Mechanisms, and Limitation. Plasmas and Polymers, 2001, Vol. 6, No. 3 [10] Stoffels, E., Sladek, R.E.J.: Deactivation of Escherichia coli by the plasma needle. J. Phys. D: Appl. Phys., 2005, Vol. 38, p. 1716–1721. [11] Bol’shakov, A. et al.,.: Radio-Frequency Oxygen Plasma as a Sterilization Source. AIAA Journal, 2004, Vol. 42, No. 4 [12] Moisan, M. et al.,: Low- temperature sterilization using gas plasmas: a review of the experiments and an analysis of the inactivation mechanisms. International Journal of Pharmaceutics, 2001, Vol. 226, p. 1–21.

45

POUŽITÉ PRAMENY A LITERATURA

[13] www.steril.cz [14] www.nanopin.cz [15] www.lifetech.cz [16] Votava, Miroslav: Text připravovaných skript Sterilizace a dezinfekce. [17] Janča, Jan: Poznámky k metodě plazmové sterilizace. [18] Steripak: Materiály k přístroji HTMS. [19] Johnson&Johnson: Materiály k přístroji STERAD. [20] BMT: Reklamní materiály [21] Pointu, A. M. et al., Production of active species in N2-02 flowing post-discharges at atmospheric pressure for sterilisation; preprint.

[22] Janů, Richard: Ultrazvukové čištění v nemocnicích a ambulancích. Nové Vademecum sterilizace, 2005, Č. 2, s. 4–5. [23] Hedlová, Dana: Vzdělávací centrum pro plazmovou sterilizaci technologie sterrad. Vademecum sterilizace, 2005, Č. 1, s. 10. [24] Klíčník, Tom: Novinky v plazmové sterilizaci. Vademecum sterilizace, 2005, Č. 1, s. 11–12. [25] Hubáček, Z.: Praktické uplatnění a kontrola účinnosti sterilizace etylenoxidem. Nové Vademecum sterilizace, 2005, Č. 3, s. 6–9.

46

MASARYKOVA UNIVERZITA

Recommend Documents