Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Автоклав (значения) .
Автоклав
Прямоугольный-медицинский-автоклав-cutaway.jpg
Изображение автоклава с прямоугольной камерой в разрезе в разрезе
ИспользуетСтерилизация
ИзобретательЧарльз Чемберленд
Похожие материалыАвтоклав для отходов
Изображение автоклава с цилиндрической камерой в разрезе

Автоклав является машиной , используемой для проведения промышленных и научных процессов , требующих повышенной температуру и давление по отношению к давлению окружающей среды / температуре . Автоклавы используются в медицине для стерилизации и в химической промышленности для отверждения покрытий и вулканизации резины, а также для гидротермального синтеза . Промышленные автоклавы используются в промышленности, особенно при производстве композитов.

Многие автоклавы используются для стерилизации оборудования и расходных материалов, подвергая их воздействию насыщенного пара под давлением при 121 ° C (250 ° F) в течение примерно 15–20 минут в зависимости от размера загрузки и содержимого. [1] Автоклав был изобретен Чарльзом Чемберлендом в 1879 году, [2] хотя его предшественник, известный как паровой варочный котел, был создан Денисом Папеном в 1679 году. [3] Название происходит от греческого auto- , что в конечном итоге означает «я», и латинского clavis. имеется в виду ключ, то есть самоблокирующееся устройство. [4]

Видео, демонстрирующее, как работают автоклавы

Использует [ редактировать ]

Стерилизационные автоклавы широко используются в микробиологии и микологии , медицине и производстве протезов , татуировках и пирсинге , а также в похоронной практике . Они различаются по размеру и функциям в зависимости от среды, подлежащей стерилизации, и в химической и пищевой промышленности их иногда называют ретортой .

Типичные грузы включают лабораторную посуду, другое оборудование и отходы, хирургические инструменты и медицинские отходы . [5] [6]

Заметным недавним и все более популярным применением автоклавов является обработка перед утилизацией и стерилизация отходов, таких как патогенные больничные отходы. Машины этой категории в основном работают по тем же принципам, что и обычные автоклавы, в том смысле, что они способны нейтрализовать потенциально инфекционные агенты с помощью пара под давлением и перегретой воды. Новое поколение преобразователей отходов способно достичь того же эффекта без сосуда под давлением для стерилизации питательных сред, резиновых материалов, халатов, перевязочных материалов, перчаток и т. Д. Они особенно полезны для материалов, которые не выдерживают более высоких температур печи горячего воздуха . [7]

Автоклавы также широко используются для отверждения композитов, особенно для соединения нескольких слоев без пустот, которые могут снизить прочность материала, а также при вулканизации резины. [8] Высокая температура и давление, создаваемые автоклавами, помогают гарантировать воспроизводимость наилучших возможных физических свойств. Производители лонжеронов для парусных лодок имеют автоклавы длиной более 50 футов (15 м) и шириной 10 футов (3 м), а некоторые автоклавы в аэрокосмической промышленности достаточно велики, чтобы вмещать фюзеляжи целых самолетов, сделанные из слоистых композитов. [9]

Другие типы автоклавов используются для выращивания кристаллов при высоких температурах и давлениях. Кристаллы синтетического кварца, используемые в электронной промышленности, выращивают в автоклавах. Упаковка парашютов для специальных применений может выполняться под вакуумом в автоклаве, что позволяет нагревать парашюты и вставлять их в пакеты с минимальным объемом.

Система термической дезактивации сточных вод функционирует как одноцелевые автоклавы, предназначенные для стерилизации жидких отходов и сточных вод.

Удаление воздуха [ править ]

Очень важно убедиться, что весь захваченный воздух удален из автоклава перед активацией, так как захваченный воздух является очень плохой средой для достижения стерильности. Пар при температуре 134 ° C (273 ° F) может достичь желаемого уровня стерильности за три минуты, в то время как для достижения того же уровня стерильности в горячем воздухе требуется, чтобы он провел два часа при 160 ° C (320 ° F). [10] Методы удаления воздуха включают:

Смещение вниз (или гравитационное)
Когда пар входит в камеру, он сначала заполняет верхние области, так как он менее плотен, чем воздух. Этот процесс сжимает воздух до дна, вытесняя его через слив, который часто содержит датчик температуры. Только после завершения откачки воздуха выпуск прекращается. Поток обычно регулируется конденсатоотводчиком или соленоидным клапаном , но иногда используются сливные отверстия. Так как пар и воздух смешиваются, можно также вытеснять смесь из других мест в камере, кроме дна.
Пульсирование пара
разбавление воздуха с помощью серии паровых импульсов, при которых в камере попеременно повышается давление, а затем понижается давление до почти атмосферного.
Вакуумные насосы
вакуумный насос всасывает воздух или паровоздушные смеси из камеры.
Надатмосферные циклы
достигается с помощью вакуумного насоса. Он начинается с вакуума, за которым следует импульс пара, за которым следует вакуум, за которым следует импульс пара. Количество импульсов зависит от конкретного автоклава и выбранного цикла.
Субатмосферные циклы
аналогичен циклам сверх атмосферного давления, но давление в камере никогда не превышает атмосферное, пока давление в них не повысится до температуры стерилизации.

Автоклавы на плитах, используемые в более бедных или немедицинских условиях, не всегда имеют программы автоматического удаления воздуха. Оператор должен вручную выполнить подачу пара при определенном давлении, указанном манометром. [11]

В медицине [ править ]

Стоматологическое оборудование в автоклаве для стерилизации в течение 2 часов при температуре от 150 до 180 градусов Цельсия.

Медицинский автоклав - это устройство, которое использует пар для стерилизации оборудования и других предметов. Это означает, что все бактерии , вирусы , грибки и споры инактивированы. Однако прионы , такие как те, которые связаны с болезнью Крейтцфельдта-Якоба , и некоторые токсины, выделяемые некоторыми бактериями, такими как цереулид , нельзя уничтожить автоклавированием при типичной температуре 134 ° C в течение трех минут или 121 ° C в течение 15 минут и вместо этого. следует погрузить в гидроксид натрия (1 н. NaOH) и нагреть в автоклаве с гравитационным вытеснением при 121 ° C в течение 30 мин, очистить, ополоснуть водой и подвергнуть стандартной стерилизации.[12] Хотя широкий спектрвидов архей , включая Geogemma barosii , может выживать и даже воспроизводиться при температурах выше 121 ° C, ни один из них, как известно, не является инфекционным или иным образом представляет риск для здоровья человека; на самом деле их биохимия настолько отличается от нашей, а скорость их размножения настолько низкая, что микробиологам не нужно беспокоиться о них. [ необходима цитата ]

Автоклавы можно найти во многих медицинских учреждениях, лабораториях и других местах, где необходимо обеспечить стерильность объекта. Во многих процедурах сегодня используются предметы одноразового использования, а не стерилизуемые и многоразовые предметы. Впервые это произошло с иглами для подкожных инъекций , но сегодня многие хирургические инструменты (такие как щипцы , иглодержатели и ручки скальпелей ) обычно являются одноразовыми, а не многоразовыми (см. Автоклав для отходов ). Автоклавы имеют особое значение в более бедных странах из-за гораздо большего количества повторно используемого оборудования. Обеспечение сельских медицинских центров автоклавами на плитах или солнечных батареях было предметом нескольких предложенных миссий по оказанию медицинской помощи. [цитата необходима ]

Поскольку используется влажное тепло, термолабильные изделия (например, некоторые пластмассы ) нельзя стерилизовать таким образом, иначе они расплавятся. Бумагу и другие изделия, которые могут быть повреждены паром, также необходимо стерилизовать другим способом. Во всех автоклавах предметы всегда должны быть разделены, чтобы пар мог равномерно проникать в загрузку.

Автоклавирование часто используется для стерилизации медицинских отходов перед их утилизацией в стандартном потоке твердых бытовых отходов . Это приложение стало более распространенным в качестве альтернативы сжиганию из-за проблем, связанных с окружающей средой и здоровьем, возникающих из-за побочных продуктов сгорания, выбрасываемых мусоросжигательными заводами, особенно из небольших установок, которые обычно эксплуатировались в отдельных больницах. Сжигание или аналогичный процесс термического окисления обычно требуется для патологических отходов и других очень токсичных или инфекционных медицинских отходов. Для жидких отходов эквивалентным оборудованием является система обеззараживания сточных вод .

В стоматологии автоклавы обеспечивают стерилизацию стоматологических инструментов.

В большинстве промышленно развитых стран автоклавы медицинского назначения - это регулируемые медицинские устройства . Поэтому многие автоклавы медицинского назначения ограничены циклами, одобренными регулятором. Поскольку они оптимизированы для непрерывного использования в больницах, они отдают предпочтение прямоугольной конструкции, требуют сложных режимов обслуживания и дороги в эксплуатации. (Правильно откалиброванный автоклав медицинского уровня потребляет тысячи галлонов воды каждый день, независимо от задачи, с соответственно высоким потреблением электроэнергии.)

В исследовании [ править ]

Большинство автоклавов медицинского назначения не подходят для исследовательских задач. Автоклавы общего назначения немедицинского назначения (часто называемые "исследовательскими") все чаще используются в широком диапазоне образовательных, исследовательских и промышленных предприятий (включая биомедицинские исследования), где эффективность, простота использования и гибкость находятся на грани премиум. Автоклавы исследовательского класса могут быть сконфигурированы для «сквозной» работы. Это позволяет поддерживать абсолютную изоляцию между «чистыми» и потенциально загрязненными рабочими зонами. Проходные исследовательские автоклавы особенно важны в установках BSL-3 или BSL-4 .

Автоклавы исследовательского класса, которые не одобрены для стерилизации инструментов, предназначенных для непосредственного использования на людях, в первую очередь разработаны для обеспечения эффективности, гибкости и простоты использования. Они имеют широкий диапазон конструкций и размеров и часто адаптируются к их использованию и типу нагрузки. Общие варианты включают цилиндрическую или квадратную напорную камеру, системы воздушного или водяного охлаждения, а также вертикально или горизонтально открывающиеся дверцы камеры (которые могут иметь электрический или ручной привод).

В 2016 году Управление устойчивого развития Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) провело исследование эффективности автоклавов в своих исследовательских лабораториях по геномике и энтомологии, отслеживая потребление энергии и воды несколькими устройствами. Они обнаружили, что даже при работе в пределах предполагаемых параметров автоклавы медицинского назначения, используемые в их исследовательских лабораториях, потребляли каждый цикл 700 галлонов воды и 90 кВтч электроэнергии за цикл (1134 МВтч электроэнергии и 8,8 миллиона галлонов воды в целом). Автоклавы исследовательского класса UCR выполняли те же задачи с одинаковой эффективностью, но потребляли на 83% меньше энергии и на 97% меньше воды. [13]

Обеспечение качества [ править ]

Пакеты для стерилизации часто имеют «метку индикатора стерилизации», которая обычно темнеет, когда пакет и его содержимое обработаны надлежащим образом. Сравнение отметок на необработанном пакете (L) и на сумке, которая была правильно проверена (R), покажет очевидную визуальную разницу.

Существуют физические, химические и биологические индикаторы, которые можно использовать для обеспечения того, чтобы автоклав достиг нужной температуры в течение нужного периода времени. Если необработанный или неправильно обработанный предмет можно спутать с обработанным предметом, тогда существует риск того, что они будут перепутаны, что в некоторых областях, таких как хирургия, имеет решающее значение.

Химические индикаторы на медицинской упаковке и ленте автоклава меняют цвет после того, как будут выполнены правильные условия, указывая на то, что объект внутри упаковки или под лентой был должным образом обработан. Лента для автоклава - это всего лишь маркер того, что пар и тепло активировали краситель. Маркер на ленте не указывает на полную стерильность. Более сложное устройство для испытаний, названное устройством Боуи-Дика в честь его изобретателей, также используется для проверки полного цикла. Он содержит полный лист химического индикатора, помещенный в центр стопки бумаги. Он разработан специально, чтобы доказать, что процесс достиг полной температуры и времени, необходимого для нормального минимального цикла при 134 ° C в течение 3,5–4 минут. [ необходима цитата ]

Для доказательства бесплодия используются биологические индикаторы. Биологические индикаторы содержат споры термостойкой бактерии Geobacillus stearothermophilus . Если автоклав не нагревается до нужной температуры, споры прорастут при инкубации, и их метаболизм изменит цвет химического вещества, чувствительного к pH . Некоторые физические индикаторы состоят из сплава, который плавится только после воздействия заданной температуры в течение соответствующего времени выдержки. Если сплав расплавится, изменение будет видно. [ необходима цитата ]

Некоторые автоклавы с компьютерным управлением используют значение F 0 (F-ноль) для управления циклом стерилизации . Значения F 0 установлены для количества минут стерилизации, эквивалентного 121 ° C (250 ° F) при давлении на 100 кПа (15 фунтов на квадратный дюйм) выше атмосферного в течение 15 минут. Поскольку точный контроль температуры затруднен, температура контролируется и время стерилизации регулируется соответствующим образом. [ необходима цитата ]

Дополнительные изображения [ править ]

  • Автоклавы на плитах, также известные как скороварки, - самый простой из автоклавов.

  • Машина справа - это автоклав, используемый для обработки значительного количества лабораторного оборудования перед повторным использованием и инфекционного материала перед утилизацией. (Машины слева и посередине - это стиральные машины.)

  • Горизонтальный автоклав большой емкости с цилиндрической камерой

  • Изображение проходного автоклава с цилиндрической камерой

Ссылки [ править ]

  1. ^ Блэк, Жаклин (1993). Микробиология . Прентис Холл. п. 334.
  2. ^ «Хронологические ориентиры - Чарльз Чемберленд (1851–1908)» . Институт Пастера. Архивировано из оригинала на 2006-12-19 . Проверено 19 января 2007 .
  3. Перейти ↑ Hugo WB (июль 1991). «Краткая история термической и химической консервации и дезинфекции». J. Appl. Бактериол . 71 (1): 9–18. DOI : 10.1111 / j.1365-2672.1991.tb04657.x . PMID 1894581 . 
  4. ^ «Интернет-словарь этимологии» . Etymonline.com . Проверено 4 июня 2012 .
  5. ^ «Циклы стерилизации» . Объединенная машинная корпорация . Проверено 30 июня 2009 .
  6. ^ «Стерилизация жидкостей, твердых веществ, отходов в мешках для утилизации и опасных биологических веществ» . Проверено 20 апреля 2017 .
  7. ↑ Сеймур Стэнтон Блок (2001). Дезинфекция, стерилизация и консервация . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-683-30740-5. Проверено 19 января 2013 года .
  8. Перейти ↑ RB Simpson (2002). Основы резины . iSmithers Rapra Publishing. п. 161. ISBN. 978-1-85957-307-5. Проверено 19 января 2013 года .
  9. ^ «Новый подход к изготовлению деталей самолетов без огромной инфраструктуры: пленка из углеродных нанотрубок позволяет производить композиты аэрокосмического уровня без необходимости в огромных печах или автоклавах» . ScienceDaily . Проверено 13 января 2020 .
  10. ^ Австралийский / новозеландский стандарт ™. Офисные медицинские учреждения. Повторная обработка медицинских и хирургических инструментов и оборудования многократного использования, а также поддержание окружающей среды.
  11. ^ https://www.allamericancanner.com/Autoclave-Sterilizer.htm
  12. ^ Эпиднадзор и контроль за инфекционными заболеваниями (1999-03-26). «Рекомендации ВОЗ по инфекционному контролю трансмиссивных губчатых энцефалопатий» (PDF) . Инфекционные заболевания (CDS) . Всемирная организация здоровья. С. 29–32 . Проверено 5 февраля 2002 . Погрузить в гидроксид натрия (NaOH) 20 и нагреть в автоклаве с гравитационным вытеснением при 121 ° C в течение 30 мин; чистый; промыть водой и подвергнуть обычной стерилизации.
  13. ^ Faugeroux, Дельфин; Уэллс, Барбра. «Лабораторные автоклавы: пример из практики» (PDF) . Дизайн лаборатории . 20 (6): 10–12 . Проверено 24 мая 2017 года .