专利名称：真空灭菌工艺和装置的制作方法 在化学灭菌方法中，过氧化氢和过乙酸的使用相当多，这是因为它们的杀菌、杀孢子和杀真菌性能已被人熟知多年(BAULDRY，M.G.C.，The bactericidal，fungicidal and sporicidal properties of hydrogen peroxide and peraceticacid，Journal of Applied Bacteriology，Oxford，54卷，417-423页，1983)。过乙酸已经作为蒸汽或喷液在水溶液使用，且对塑料包装灭菌(RAMMERT，M.，Aseptic cold fillExperiences and developments，Industrie delle Bevande，Dreux，25卷，142期，123-128页，1996年4月)和工业设备灭菌有效，特别有利于食品工业，因为它会残留由乙酸、氧、水和过氧化氢组成的残余物。也有用于灭菌的商业系统，例如a)Contitherm系统，其采用过氧化氢蒸汽附着于致密的薄层形式的表面，它可被无菌热气体活化并促进其残余物的消除；b)Freshfill系统，其利用喷雾式消毒剂。无菌热气体射流活化过氧化物并除去残余物；c)Serc系统，利用氯化水、过氧化氢和过乙酸的混合物。使材料与消毒剂接触约90秒。然后用无菌水冲洗；d)环氧乙烷消毒系统(ETO)，大量地用于对具有高度可渗透性材料的热敏材料的灭菌，其需要加热至58℃并且在该工艺过程中也能使用氟利昂气。虽然利用过乙酸、过氧化氢和环氧乙烷的灭菌系统非常多，但是仍然存在很多操作和资金花费方面的问题以及该工艺中污染材料和环境的危险。例如，以稀释的方式使用，需要大量的消毒液，材料不能被包装，需要使用无菌水冲洗，以及需要干净区域用于干燥，从而导致再次污染的危险。如果以蒸汽或喷雾方式使用，系统需要过滤的热无菌气体以活化和消除残余物。这些系统由于使用加热装置而导致高能耗。使用环氧乙烷的工艺则由于该种物质具有高毒性而需要长期灭菌和通风。采用等离子体消毒是最近出现的一种用于外科设备消毒的技术，比前述方法具有更多的优点。通过在低压气体中，高压电场、DC、AC或脉冲电场中的放电获得材料的等离子体态。该电场对气体或蒸汽分子的作用给荷电粒子(电子和离子)提供了足够的能量，而且由于与中性气体分子碰撞从而开始产生电子-离子对。结果，促使离子、加速电子、中性型、自由基和受激原子和分子的形成以及紫外线的发射。如果停止应用该电场，上述激活的粒子就会进行重组，形成其它类型或恢复其原始状态。一种通过等离子灭菌的商业应用被描述为STBRRAD?系统。在该工艺过程中，将材料置于一容器内，然后在容器内形成真空。向装有待灭菌物品的容器内注入过氧化氢溶液并进行蒸发。扩散一段时间后，降低含蒸汽室的压力并利用射频能量激发等离子体以消除微生物和除去残余物。断开RF能量连接并向容器内通入过滤气体(HEPA)结束该工艺过程。发明名称为“利用限制扩散在环境中消毒的方法”的专利PI9708498-0(US628965)利用过氧化氢蒸汽作为前体材料并利用射频放电产生等离子体。在该工艺过程中，在暴露于真空或置于真空中以及随后进行的等离子处理之前，将限制扩散环境中需要消毒的物品暴露于过氧化物源，该过氧化物源可以是静态灌注、喷涂、浓缩的过氧化氢蒸汽或过乙酸蒸汽。过氧化氢在限制扩散环境中的渗透困难是因为水蒸汽的存在，由于它首先到达目标区域，其具有更高的蒸汽压，从而成为过氧化氢蒸汽渗透的障碍。
发明名称为“真空灭菌方法，缩聚材料的排除方法和干燥方法”的专利PI9504382-9A(US320932)描述了利用残余气体等离子体液化进行真空干燥以及通过注射灭菌气体并应用射频能量产生灭菌气体的等离子体进行消毒的方法，在灭菌过程中扩散一段时间后，该灭菌气体，一种强氧化剂，通过真空泵从容器内排除以获得更低的气压从而由该蒸汽，并通过RF源激活产生等离子体。
前述商业系统和专利中所述的方法具有以下缺点1.用射频(RF)放电以激活等离子需要阻抗耦合器以更好地利用提供给等离子体的能量。依赖于电极和待消毒物品的几何形状，这种耦合被证实是很难的，最终产生能量和热源损失以及随RF源能量升高其成本极度增加，所以制备该种消毒系统实质上更为昂贵；2.在消毒气体的暴露阶段和扩散之后排除过程中高活性气体的作用会对真空系统造成损坏。从而这就使真空系统中需要大量的控制程序，并降低了这些设备部件的使用寿命；和3.由于在等离子灭菌系统中注射过氧化氢或过乙酸水溶液导致了限制扩散灭菌区域工艺的无效。由于水的物理性能，扩散首先导致被阻运动区域灭菌蒸汽浓度的稀释。
发明简述本发明的一个目的就是提供一种与前述商业方法和专利不同的灭菌工艺、操作装置及各自的方法，其具有大量的优点，即1.)采用通过本工艺由过滤空气中的残余气体形成的初始等离子以确定适当的温度并提高待注射灭菌气体的活性；2.)所用等离子的激活受到脉冲DC能源而非前述文献中提及的射频(RF)源的影响。脉冲DC信号经过特别选择以避免对等离子体生成电极的过度加热，并且相对于RF具有不需阻抗耦合器的优点。因此，等离子的激活更为简单且较少依赖于电荷种类(金属、玻璃陶瓷或塑料)和电极的设计形式。另一个优点就是制作成本更低；3.)将待灭菌物品置入真空，再采用过乙酸、过氧化氢和乙酸稳定混合物溶液或者甚至是过氧化氢溶液的蒸汽的复合作用足以促进灭菌达到传统技术需要的水平，同时所用蒸汽中的水量，存在于蒸发的过乙酸或过氧化物混合物溶液中的水量也为可能的最低值。
4.)注射灭菌气体中水的减少提高了效率并使蒸气能够渗透进入限制扩散环境中。在此新颖的工艺过程中，在气体注射之前从过乙酸混合物中分离出水通过真空蒸发和加热进行；5.)在扩散和灭菌物品一段时间之后通过液体环型真空泵排除灭菌气体的残余蒸汽。与前述工艺过程不同的是，前述工艺过程中利用高压真空泵排除灭菌气体以降低压力并用该气体形成等离子体，而本发明是将过滤空气注入残余消毒蒸汽中，然后用液体环型真空泵排除，且该混合物用水稀释。重复该循环两次或更多次。在此操作后，利用机械真空泵降低压力至更低水平并应用等离子体。此操作的一个优点就是避免更大量具有高度腐蚀性的气体通过真空系统并对它造成损坏；和6.)本工艺过程中应用的等离子体是通过过滤空气对灭菌气体连续稀释得到的气体诱导形成的，其目的仅在于在灭菌结束时从材料中消除或排除灭菌气体残余物，相反，由残余灭菌气体的蒸汽形成等离子体的目的则是灭菌并从前述系统中排除残余物。相对于前述工艺过程中由灭菌气体的蒸汽形成等离子体而言，由残余过滤空气气体形成等离子体的一个优点在于通过阻止浓缩的灭菌气体通过真空系统而保护该系统。
本发明灭菌工艺以及消毒装置和各自的操作方法中一些优选的应用如下所述对医疗和医院部门中的热敏物品，就是假体、导管和内窥镜用材料以及金属材料如剪刀、外科解剖刀、手套、面具、乳胶管和细胞培养板(PS、PET、PC、玻璃)进行灭菌；对牙科部门牙齿假体和外科器械的灭菌；对药用和化妆品部门的灭菌衣服、玻璃器皿、塑料包装和组分如药用真菌和霉菌；在塑料包装灭菌中真空灭菌工艺和暴露于过乙酸或过氧化氢蒸汽等离子体中；食品部门的灭菌包装和干燥的食品，如蘑菇、种子和树叶以及其它物质。
已知的，一些物品不需要达到等离子体提供的灭菌标准，而且在许多情况下这些物品不能暴露于等离子体，比如是食品的情况，例如蘑菇或谷类，或其它相关产品。
通过理论例证，生物材料例如谷类，种子，和其它食品可能具有易受潮特性，并且由此在它们和空气间会产生水的交换，主要形式为蒸气。这样，产品表面上产生了微气候，此状态主要受产品的水分含量的影响。
在这些微气候中，有效水含量通过水活性因子(aa)进行表达，其范围从0至1。此因子被定义为微气候中水蒸气的流压值和表示饱和空气状况下蒸气压的纯水表面蒸气压的比例。这样，水分含量定义了蒸气压值和产品表面上的因子aa。
因此，在储存期间谷粒间形成的空间(称作粒间空间)中形成一个环境，其状态和条件主要受到谷粒堆中水分含量的影响，从而可能有助于或不利于微生物的发展，这要依赖于因子aa。
真菌，也称作霉菌或霉，是多细胞细丝状微生物，如果它们寄生于谷粒或其它食品上，可能会产生有毒物质，例如微毒素。在谷粒的情况下，真菌感染有可能发生在中耕或收获后的阶段。
细菌在水活性因子超过0.90的产品中生长，但是由于谷粒的水分含量范围从14％至22％，对于真菌来说此数值范围从0.65至0.90。因此，干燥工艺被用于谷物的保藏。这样把产品的水分含量降低至不利于真菌滋生的水活性的程度。
在吸湿平衡的情况下，粒间空气的相对湿度相当于100倍水活性值。在这种情况中，空气的相对湿度也称作平衡相对湿度，而谷粒的湿度被称作平衡湿度。
因此，许多收获的物品在储藏时携带有微生物，例如真菌和细菌，至少在把它们运送于消费或包装之前，对它们按照有效标准强制进行消毒是十分必要的。
通过提供的新颖的消毒工艺，本发明使此消毒处理能够在室内装置中进行，不需要使用等离子体，而且不需要待灭菌(或待消毒)物品在容器内部接受真空处理，当把它们包装进无纺布包装中一定时间时以及可以使这些物品适当地露置于来自通过加热过乙酸，过氧化氢和乙酸溶液而蒸发得到的混合物的蒸气中，使这种蒸气的扩散能够结合重新暴露之后的真空从而消除存在于物品中的微生物，而不需要暴露于等离子体中。
附图简述增加此描述从而获得对本发明特性更好的理解，同时根据它的优选实施方案，在描述中以解释和非限定的方式添加了一套附图，提供以下表述

图1-使用等离子体真空灭菌工艺的原理图；图2-用于把水从过乙酸，过氧化氢和乙酸混合物溶液中分离的分离器，以及用于剩余混合物蒸气的注射器；图3-作为灭菌操作周期的时间的函数的压力曲线；图4-用于容器内部等离子体的同质分配开发的电极支撑结构的优选实施方案，用此方案保持等离子体接近于被灭菌材料，其中图4A是电极支撑结构的照片，而图4B显示了电极支撑结构的侧视示意图；图5-电极支撑结构与脉冲DC电源之间的电路连接示意图；图6和图7显示了其中应用创新工艺的设备，装置和操作方法的灭菌装置的照片。
发明详述参考附图，本发明涉及一种应用过氧化氢和过乙酸的混合物蒸气以及通过脉冲放电激发从大气中得到的残余气体等离子体的真空灭菌工艺；和灭菌工艺中使用的操作装置和方法，该工艺和装置特别在图1的图表中举例说明，其包括外科及相关物品的灭菌方法，产品总称(M)，采用以下布置，在灭菌工艺的开始，待灭菌材料品被排列放置于不锈钢容器(1)的真空中，此不锈钢室可选择地具有一个或两个门(2)和(3)；连接容器(1)的是由至少一个机械真空泵(4)和至少一个环形液体真空泵(5)组成的真空系统，其通过阀(6)和(7)平行连接于所述容器。
所述工艺提供了具有用于灭菌气体注射器系统的装置(8)，其中进行过乙酸或过氧化物溶液混合物溶液中水的蒸发和分离；以及由HEPA?过滤器和除湿器(11)组成的用于输入大气的系统，其通过阀(9)和(10)连接于容器(1)，通过阀(11a)连接于除湿器(11)。在内部，不锈钢容器(1)配置了一个由水平面组成的支架(12)，此支架也用于支撑待灭菌物品(M)，还包括用于形成灭菌用等离子体的电极(E)。支架(12)上的每一个电极(E)都通过电路连接到产生脉冲DC信号(13)从而提供用于激发等离子体的能量的电源上。
此工艺是自动进行的，通过一个可编程序逻辑控制器(14)来进行控制，其控制灭菌的操作顺序，也监测和控制关于灭菌过程中使用材料以及关于待灭菌物品(M)的步骤和可能的变化，从而优化工艺的操作时间。
每一个位于支架(12)(图4)上的电极的结构已经通过此方法开发以使容器内部等离子体同质分配，也为了使等离子体保持在待灭菌物品(M)的附近。
每一个位于支架(12)上的电极(E)的优选结构包括两个平行的轴(12a)和位于它们之间的片段(12b)，它可以成形为正方形，螺旋形，或其他任何适应电极特性的合适形状，而且考虑到安装在支架(12)上的材料，能够允许在紧紧围绕电极(E)周围的区域产生等离子体。
为了使等离子体形成方法产生效果，在支架(12)上准备了在电极(E)和脉冲DC电源(13)之间的连接电路(见图5)，此DC电源(13)和支架上电极(E)之间的电路串联了一个电阻值在100Ω和5KΩ之间的电阻(R)。这样就可能达到集中放电以及脉冲DC电源衰弱的效果。
图1的装置(8)在图2中得到更好的说明，该装置负责使用来自过乙酸和过氧化氢(ML)液体混合溶液在真空中加热蒸发以及通过分离溶液中的水从而得到蒸气，所述装置优选由固定在底基(16)上的不锈钢针(15)组成，此底基内部包括一个与所述针连接的扩展室(17)，所述扩展室配置有与阀(9)和(10)连接的元件。
所述装置(8)，更具体地在针(15)的区域，添加由不透明材料，具有琥珀色玻璃或反光涂层材料，和铝或其它材料制成的安瓿(18)，此安瓿(18)具有嵌入封闭元件(19)封闭的一个单独通道，而且依靠引导块(20)连接于底基(16)。
当安瓿(18)靠近底基(16)时，针(15)刺破封闭元件(19)，使安瓿(18)中的产品与扩展室(17)相连接，并依次通过阀(9)连接于灭菌容器(1)，同时通过阀(10)连接于液体循环泵(5)。
针(15)由不锈钢制成；安瓿(18)由琥珀色玻璃或有反光涂层的材料或铝或其它相当的村料制成。
该操作方法通过装置(8)实现，其主要由将来自安瓿(18)中溶液(ML)的水通过引导块(20)的加热在真空中蒸发，此蒸发作用经过针(15)进入扩展室(17)并因此进入环形液体泵(5)而组成。然后，安瓿(18)中的剩余溶液(ML)也通过加热在真空中蒸发，灭菌蒸气经过阀(9)进入容器(1)，并在此膨胀并扩散到需要灭菌的物品(M)周围。
所述工艺的操作方法包括下列步骤a)先把用无纺外科级材料包装的物品(M)放置在支架(12)上；b)使用环形液体泵(5)和阀(6)在容器(1)中产生真空，降低压力至大约100毫巴；c)然后，使用机械高度真空泵(4)降低压力，同时输入能量以产生等离子体，此过程持续直至达到灭菌条件，而压力达到大约2×10-1毫巴；d)从溶液(ML)中分离出水然后把灭菌蒸气注入容器(1)；
e)然后，在抽真空停止且容器被阀(7)隔离之后，过乙酸和过氧化氢的稳定混合溶液(ML)在真空中进行加热蒸发；f)经过一段时间使蒸气在物品(M)中扩散并作用于微生物；g)这段等候时间之后，开始清除剩余蒸气和材料残余物的工艺；h)通过HEPA?过滤器(11)使过滤的大气进入容器，并将压力升至大气压力；和i)然后，再次通过环形液体泵(5)降低压力；步骤(h)和(i)重复进行一次或更多次；j)通过机械真空泵把压力阵至5×10-2毫巴至5×10-1毫巴的范围；k)从大气中得到脉冲DC放电等离子体以便完成灭菌工艺并消除残余物；和l)通过HEPA?过滤器使过滤的空气依次进入要开启的容器(1)。
由于事实上有些物品不需要或不能够经受等离子体灭菌，例如蘑菇类，谷物类食品，或其它相关产品，本发明通过此创新工艺，可以在不需要使用等离子体的情况下，在设备本身消毒水平下进行消毒，在此情况下其中需灭菌(或消毒)的物品(M)被适当地装入无纺材料制成的包装中，放置于支架(12)上。经过一个规定的时间，此时间根据物品的不同而变化，这些物品被置入真空，然后放入通过加热过乙酸，过氧化氢和乙酸溶液得到的混合蒸气中，以使此蒸气的扩散与另一次暴露于接下来的真空相结合，从而不需要暴露于等离子体中就可以清除物品中存在的微生物。
无需等离子体的物品消毒/灭菌的操作方法包括以下步骤a)用无纺材料包装物品(M)并把该物品放置在真空容器(1)内部；b)将它们真空处理；c)从溶液(ML)中分离水并把灭菌蒸气注入容器(1)中；d)然后，在抽取真空停止且容器被阀(7)隔离之后，过乙酸和过氧化氢的稳定混合溶液(ML)在真空中进行加热蒸发；e)暴露过程必须在一个确定的时间内进行，此时间依赖于被处理的物质，以使蒸气在物品上扩散从而消除微生物；f)利用大气连续稀释并用环形液体泵吸入把蒸气清除出容器；g)将物品再置于1×10-1毫巴至100毫巴的真空中以清除残余物；然后
h)通过HEPA?过滤器使过滤的空气依次进入要开启的容器(1)。
除了上述详细的工作实例，应该理解，本发明的应用并不局限于文中叙述的细节和步骤。根据本领域技术人员的常识，本发明可以以其他实施方式进行。应该理解文中所使用的术语是为了描述而不是为了限制的目的。
基于等离子体的灭菌工艺在医用仪器中进行应用测试微生物测试初步测试通过测试枯草杆菌变种抗黑曲菌(globigii)，嗜热脂肪芽孢杆菌，大肠杆菌和佛罗伦萨假单胞菌的菌数减少来测评工艺效率。
枯草杆菌(在不可氧化(inox)的和塑料培养基中进行测试)嗜热脂肪芽孢杆菌(在不可氧化的和塑料培养基中进行测试)大肠杆菌(在塑料培养基中进行测试)佛罗伦萨假单胞菌(不可氧化的培养基)下面是使用枯草杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的测试结果。
灭菌器的负载条件2000个三层无纺布(60克/平方米)包裹的聚丙烯广口瓶作为负载以进行灭菌器效率测试。
在塑料容器中使用标准工具带与枯草杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌进行灭菌效率测试根据Cefar实验室发布的证明，以在ETO灭菌工艺和热工艺中使用的相同的工具条，使用枯草杆菌变种抗黑曲菌(globigii)ATCC9372，嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC7953孢子的相同标准的工具条进行效率测试，个数大约是1.0×106UFC/条。
通过把带有微生物的工具条放置在每一袋中三堆的几何中心，在三个搁板上进行两两排列，如图所示，从而进行测试。处理后，把处理过的工具条和枯草杆菌的对照试样放入Triptone Soya Agar(TSA)培养基中并且在35摄氏度的温度下培养48小时以评估所有生存菌落。
结果见下面的表1表1-使用枯草杆菌变种抗黑曲菌(globigii)ATCC9372的测试

无＝没有生存的菌落。
表2-使用嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC7953的测试

结论等离子灭菌工艺可以在容器内任何位置灭除初始负载为106UFC的枯草杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌孢子。
结果2示出了在医药和医院的几项仪器上进行的微生物测试的效率结果。在可以通过等离子体处理方法灭菌的各种不同项目中，我们选择测试下面几项-内窥镜清洁接合器-用于血液学测试的微采集装置-内窥镜钳-纤维光学激光缆-用于电子解剖刀的连接器和光缆-激光笔
-光学内窥镜检查工具包-塑料引流管-金属管-硅树脂管-肛门镜检查-阴道反射镜工具包-一次性妇科工具包-塑料钳-剪刀每一个仪器都用无纺三层布双层包裹，然后放置在灭菌容器内部。
根据Cefar实验室发布的证明，以在ETO灭菌工艺和热工艺中使用的相同的工具条，使用枯草杆菌变种抗黑曲菌(globigii)ATCC9372孢子的相同标准的工具条进行效率测试，个数大约是1.0×106UFC/条。
如下图所示，通过把带有微生物的工具条放置在装有待灭菌物品的相同包装中进行测试。经处理后的工具条和枯草杆菌的对照试样被放入Triptone SoyaAgar(TSA)培养基中并且在35摄氏度的温度下培养48小时以评估所有生存菌落。
由塑料和金属制成，且仅仅需要在表面灭菌的仪器很容易处理。我们在下面公开了排列放置在紧邻测试条的TMS片上的这些仪器的结果。
表3-使用枯草杆菌变种抗黑曲菌(globigii)ATCC9372的测试

结论等离子灭菌工艺能够灭除所有测试物品上的初始负载为106UFC的枯草杆菌孢子。
如下图所示，通过把装有106UFC个枯草杆菌孢子的测试条放置在管体中间，来对内径超过5mm的聚合物和金属管进行测试。
表4-使用嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC7953的测试

结论-此处所述的等离子体灭菌工艺能够把几乎所有热敏材料基(胶乳，塑料，硅树脂，晶体)的医院用仪器的灭菌效果提高到期望的水平。
-很容易对不可氧化的钢制品进行灭菌。
-最难进行灭菌的是管状仪器，而且越长和越窄的管状仪器越难达到一个合适的灭菌水平。
-灭菌工艺能够使底端开口的直径不大于5mm长度为3m的管状仪器的灭菌效果达到期望的水平。


采用过乙酸与过氧化氢混合蒸气以及从大气中通过脉冲放电激发的残余气体等离子体的真空灭菌工艺；灭菌工艺中使用的操作装置和方法，特别是在真空，干燥和低温(室温)下的灭菌工艺。