Гравитационный, жидкостный и вакуумный циклы являются наиболее часто используемыми циклами стерилизации паром, поскольку они могут использоваться при самых разных типах загрузки автоклава. Однако для некоторых грузов (например, шприцев, контактных линз, определенных типов носителей и т.д.) требуются специальные циклические конфигурации, в которых, например, используется регулирование давления или температуры. К счастью, благодаря современным системам управления автоклавами современные паровые автоклавы могут быть сконфигурированы с конкретными параметрами времени, температуры и давления, подходящими для каждой загрузки и типа применения.
Основы стерилизации паром
Стерилизация — это практика “полного уничтожения всех форм микробной жизни, включая вирусы” (Перкинс, 156). Стерилизация в паровых автоклавах достигается за счет воздействия на груз сочетания влаги и тепла посредством прямого контакта с паром. Гибель микроорганизмов происходит из-за того, что белки и нуклеиновые кислоты в клеточной стенке быстро разрушаются при высоких температурах. Стерилизация паром проходит в три этапа: продувка, стерилизация и вытяжка.
Во время фазы продувки пар поступает в камеру автоклава (пар имеет меньшую плотность, чем воздух, и поднимается к верхней части камеры) и вытесняет или “выталкивает” находящийся в ней окружающий воздух. Полное удаление воздуха из камеры необходимо для стерилизации, поскольку воздух отрицательно влияет на проникновение пара в пористые материалы. Кроме того, пар и воздух плохо смешиваются, что может привести к колебаниям температуры внутри камеры, что, в свою очередь, влияет на процесс стерилизации (Perkins 114).
После удаления всего воздуха из камеры температура повышается до заданного значения, и начинается этап стерилизации. Автоклав поддерживает заданную температуру в течение времени, достаточного для уничтожения всех микроорганизмов. Наконец, цикл стерилизации переходит в фазу вытяжки, когда из камеры выпускается пар и температура и давление возвращаются к окружающей среде.
Традиционный “гравитационный цикл” является наиболее распространенным и простым циклом стерилизации паром
Во время гравитационного цикла пар поступает в камеру автоклава и в течение нескольких минут вытесняет воздух. Когда пар заполняет камеру, воздух выходит через дренажное отверстие. Благодаря вытеснению воздуха пар может непосредственно соприкасаться с загрузкой и начинать ее стерилизацию. По окончании процесса стерилизации пар выпускается, и температура и давление в камере возвращаются к норме окружающей среды.
В конце гравитационного цикла загрузка все еще может быть горячей и, возможно, влажной. Для решения этой проблемы гравитационные автоклавы могут быть оснащены функцией вакуумирования после завершения цикла, что облегчает сушку загрузки. Если автоклав оснащен этой функцией, он работает по обычному гравитационному циклу до конца этапа стерилизации, затем на этапе вытяжки пар и конденсат удаляются под действием вакуума через дренажное отверстие. Чем дольше вакуумная система работает на этапе сушки, тем холоднее и суше будут продукты после извлечения из камеры.
Существуют определенные виды применения, в которых воздух не так легко вытесняется из камеры или загрузки
Гравитационное перемещение воздуха (как описано ранее) не так эффективно для пористых грузов или контейнеров с частичной вентиляцией. Например, при стерилизации таких грузов, как клетки с подстилками для животных, упакованные товары, хирургические пакеты и т.д., лучше всего использовать вакуумный цикл.
Автоклав, сконфигурированный для выполнения вакуумного цикла, должен быть оснащен вакуумной системой. Большинство автоклавов имеют два варианта вакуумной системы: водяной эжектор (с дополнительным подкачивающим насосом) или жидкостно-кольцевой вакуумный насос. Обычный цикл вакуумирования начинается с серии чередующихся нагнетаний пара под давлением и вакуумных вытяжек (также называемых импульсными) для динамического удаления воздуха из камеры.
Создание вакуума для удаления окружающего воздуха из камеры позволяет пару всасываться в те области, куда в противном случае ему было бы трудно проникнуть. Отсутствие воздуха внутри камеры позволяет “пару проникать в загрузку практически мгновенно”, что обеспечивает более надежную стерилизацию и сокращает время цикла стерилизации (Perkins 124). После завершения стерилизации можно запрограммировать последующий цикл вакуумирования для улучшения и ускорения процесса сушки.
Практически в каждой лаборатории во время ежедневных операций приходится стерилизовать какие-либо жидкие растворы — от лизогенового бульона до агара
Жидкости не стерилизуются с использованием обычного гравитационного или вакуумного цикла из-за явления, известного как “выкипание” (см. вставку). Стерилизация жидкости в открытых или вентилируемых емкостях требует специального цикла, известного как Жидкостный цикл. “Выкипание” — это просто бурное вскипание жидкости, при котором она переливается через край емкости. Это происходит в стандартных гравитационных и вакуумных циклах, поскольку давление в камере автоклава слишком быстро снижается на этапе выпуска.
Перегрев может привести к значительной потере объема и нежелательным разливам в камере, которые требуют последующей очистки. Чтобы предотвратить закипание, давление в камере на этапе выпуска должно снижаться медленно. Жидкостный цикл настроен таким образом, что давление в камере снижается медленнее, чем в стандартных гравитационных или вакуумных циклах. Регулирование скорости выпуска позволяет охлаждать загруженную жидкость по мере снижения давления в камере.
Этот процесс контролируется системой управления автоклава. Убедитесь, что ваш автоклав запрограммирован и оснащен необходимым программным и аппаратным обеспечением для обеспечения медленного цикла выпуска жидкости. Довольно часто предусмотрена функция продувки рубашки, которая помогает свести к минимуму выкипание жидкости. Во время цикла подачи жидкостей эта функция автоматически удаляет пар из рубашки (которая окружает камеру) и, таким образом, позволяет отводить тепло из камеры и быстрее загружать жидкость.
Что вызывает выкипание жидкости?
Что ж, давайте начнем с того, как вскипятить кастрюлю воды. На уровне моря вода кипит при температуре 212°F (100°C). Однако в Денвере, штат Колорадо, где высота над уровнем моря составляет 5280 футов, вода закипает при температуре 203°F (95°C). Почему существует разница в температуре кипения? Ответ заключается в высоте над уровнем моря и величине атмосферного давления, которое “давит” на воду.
На уровне моря атмосферное давление составляет 14,6 фунтов на квадратный дюйм (что эквивалентно 0 фунтов на квадратный дюйм или 0 манометрическому давлению), в то время как атмосферное давление в Денвере составляет всего 12,1 фунтов на квадратный дюйм. Это соотношение между давлением и температурой определяет температуру кипения воды, а не только ее температуру. Теперь давайте подумаем об условиях внутри автоклава. Во время стерилизации жидкость нагревается до температуры 250°F (121°C). Эта температура может быть достигнута только в том случае, если жидкость загружается под давлением пара.
На этапе стерилизации камера автоклава обычно работает при давлении на 15 фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного (примерно 29,6 фунтов на квадратный дюйм). Этого дополнительного давления как раз достаточно, чтобы жидкость не закипела. В конце цикла стерилизации из камеры должен выходить пар, что означает снижение температуры и давления в камере. Чтобы предотвратить закипание, давление в камере должно медленно снижаться, чтобы температура загрузки оставалась ниже точки кипения. Если давление в автоклаве полностью снизится, температура загрузки будет выше точки кипения, что приведет к быстрому и бурному кипению.
Оператор автоклава должен учитывать эту таблицу при стерилизации больших стаканов или бутылок
Например, 40-минутного цикла подачи жидкости в колбу объемом 500 мл может оказаться недостаточно для стерилизации колбы объемом 5 л. Рекомендуется: А) проверять загрузку жидкостей с помощью герметичных биологических индикаторов; Б) минимизировать объем емкостей, чтобы продолжительность цикла оставалась приемлемой.
Хотя цикл подачи жидкости предотвращает закипание, он все же позволяет небольшому проценту жидкости испаряться. Это может стать проблемой при стерилизации очень небольших объемов жидкости, и любая потеря жидкости считается неприемлемой. Для этих типов загрузки, пожалуйста, ознакомьтесь с циклом подачи воздуха под избыточным давлением и циклом смешивания пара и воздуха.
Почему жидкости следует обрабатывать в автоклаве с использованием датчика загрузки
Датчик загрузки — это датчик температуры, расположенный внутри камеры лабораторного автоклава. Он сконфигурирован таким образом, что пользователь может поместить наконечник датчика в стерилизуемую загрузку. Как правило, его размещают в самом холодном или недоступном для стерилизации месте. Самая холодная точка при погрузке жидкостей находится в центре самого большого объема (т.е. в центре 2-литровой фляги). Аналогично, самая холодная точка при перевозке твердых грузов находится в центре самой плотной упаковки.
Лабораторные автоклавы без датчика нагрузки измеряют температуру на выходе из камеры (самая холодная точка в камере) и рассчитывают время стерилизации, когда температура в камере достигает 250°F. Однако температура окружающей среды в камере часто может быть выше температуры в центре загрузки — это явление называется “задержкой загрузки”1. Это связано с тем, что при конденсации пара на загрузке тепло должно передаваться от поверхности к центру загрузки. В то же время температура загрузки “отстает” от температуры в камере.
В противном случае несоответствие температуры в камере и внутренней температуры загрузки увеличивает риск нестерилизации. При выполнении цикла стерилизации с использованием датчика нагрузки автоклав использует показания датчика нагрузки в качестве основного элемента управления циклом. Таким образом, если параметры цикла установлены на 30 минут при температуре 250°F, стерилизатор не запустит 30-минутный таймер до тех пор, пока датчик загрузки не покажет температуру 250°F.
Причиной задержки срабатывания таймера является явление, называемое задержкой загрузки. Для обеспечения стерилизации температура загрузки должна быть не менее 250°F (121°C) в течение определенного периода времени. Например, бульон для тушения следует стерилизовать в течение 15 минут при температуре 250°F. Для грузов с длительной задержкой погрузки (например, для плотных, твердых грузов или контейнеров, содержащих более 500 мл жидкости) следует использовать датчик температуры внутри самого груза. Использование датчика нагрузки гарантирует, что груз подвергался воздействию температуры, достаточной для стерилизации, в течение необходимого периода времени.