Введение

Представленный материал предназначен для специалистов, которые используют или планируют использовать ультразвуковые установки очистки и стерилизации изделий.

Показано, что применение ультрафиолетового излучения в ультразвуковой ванне очистки, позволяет получить новый качественный результат, а именно ультразвуковую очистку изделий от загрязнений с одновременной полной стерилизацией поверхности последних.

Указано, что ни обработка ультрафиолетовым облучением, ни обработка в ультразвуковой ванне очистки, примененные в отдельности друг от друга, не обеспечивают стерилизацию изделий. Только совместное использование этих видов обработки изделий дает требуемый эффект стерилизации: полное уничтожение микроорганизмов и бактерий и их споровых форм на поверхности изделий.

Изложены физические основы применения ультрафиолетового (УФ) излучения для уничтожения бактерий и микроорганизмов, а также использования ультразвука (УЗ) при технологическом процессе стерилизации.

Рассмотрены механизмы УФ и УЗ стерилизации с использованием нано частиц серебра (Nano Silver технологии).

Дано описание оборудования, которое применяется для ультразвуковой очистки и стерилизации изделий с использованием УФ + УЗ + Nano Silver технологии.

Представленный материал позволит избежать ошибок, связанных как с использованием для стерилизации ультразвукового и ультрафиолетового оборудования, так и с его приобретением.

Применение ультрафиолетового облучения для стерилизации

Стерилизация (от лат. sterilis - бесплодный) - полное уничтожение на предметах и изделиях живых микроорганизмов. Поэтому, например, все медицинские инструменты и предметы ухода за пациентом, проникающие в ткани, сосуды, или контактирующие с кровью подвергаются стерилизации.

Ультрафиолетовое облучение широко используется для уничтожения микроорганизмов.

В качестве источников УФ-излучения используются разрядные лампы, у которых в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль). К таким лампам относятся ртутные лампы низкого давления.

Эти лампы конструктивно и по электрическим параметрам практически ничем не отличаются от обычных осветительных люминесцентных ламп, за исключением того, что их колба выполнена из специального стекла с высоким коэффициентом пропускания УФ-излучения, а на внутренней поверхности лампы отсутствует люминофор.

Наиболее широкое применение получили бактерицидные — стерилизационные лампы TUV компании Philips. Эти лампы выпускаются с мощностью от от 4 до 115 Вт.

При производстве ламп TUV используются материалы и технологии, которые позволяют оптимизировать их свойства. Так применение увиолевого стекла обеспечивает полное пропускание излучения на длине волны 253,7 нм. и задерживает излучение других длин волн.

Рис. 1 Бактерицидная стерилизационная лампа TUV

Внутреннее покрытие колбы предотвращает проникновение атомов ртути в толщу стекла, а механическая защита электрода не допускает почернения стекла из-за неизбежного испарения вольфрама.

Срок службы лампы TUV составляет 8000 часов при 85-процентном спаде бактерицидного потока, который характеризует бактерицидную эффективность лампы.

На рис.1 показана лампа TUV.

Рис. 2 Разрушение молекул ДНК микроорганизмов при УФ облучении

Принцип действия УФ-излучения состоит в том, что при облучении в воде микроорганизмов последние погибают, из-за того, что они теряют способность к воспроизводству.

Это связано с тем, что бактерии, вирусы, споры грибов, плесень и клещи чувствительны к ультрафиолетовым излучениям.

УФ-излучение в диапазоне длин волн около 254 нм хорошо проникает сквозь воду и стенку клетки микроорганизмов и поглощается ДНК последних, вызывая нарушение её структуры.

В результате прекращается процесс воспроизводства микроорганизмов.

На рис.2 показано нарушение структуры ДНК микроорганизмов после взаимодействия с фотоном УФ излучения.

Определение времени ультрафиолетового облучения для уничтожения микроорганизмов

Для оценки необходимого времени ультрафиолетового облучения для полного уничтожения микроорганизмов, можно использовать соотношение

t = D/I(1)

где:
t - время ультрафиолетового облучения;
D - доза облучения, необходимая для полного уничтожения микроорганизмов;
I - интенсивность ультрафиолетового облучения;

Интенсивность ультрафиолетового излучения определяется энергией ультрафиолетового излучения, которая переносится в единицу времени через единицу площади. Для нашего случая величину (I) можно представить в виде

I = F/S(2)

где:
F - бактерицидный поток излучения УФ лампы;
S - площадь источника ультрафиолетового излучения.

С учетом соотношений (1) и (2) получим удобную для практики формулу для оценки времени ультрафиолетового облучения необходимого для полного уничтожения микроорганизмов

t = DxS/F(3)

Значение ,бактерицидного потока излучения обычно указывается в паспортных данных на бактерицидную лампу. Так для лампы TUV-6W бактерицидный поток излучения составляет 1500 микроватт. Площадь источника ультрафиолетового излучения равна площади поверхности бактерицидной стерилизационной лампы. Для лампы TUV-6W площадь поверхности ультрафиолетового излучения составляет 106,5 см2.

Дозы облучения, необходимые для полного уничтожения микроорганизмов для каждого вида микроорганизмов разные. Например, большинство бактерий уничтожаются при дозе облучения 4000-20000 мкВт×сек/см2. Многие вирусы уничтожаются при дозе облучения не более 10000 мкВт×сек/см2.

Поэтому для расчета необходимого времени ультрафиолетового облучения для бактерий и вирусов по вышеприведенной формуле можно принять усредненное значение необходимой дозы облучения порядка 12000 мкВт×сек/см2.

В качестве примера определим минимальное время ультрафиолетового облучения необходимое для полного уничтожения микроорганизмов при использовании в качестве источника ультрафиолетового излучения стерилизационной лампы TUV-6W.

Рассмотрим случай, когда указанная лампа находится над поверхностью изделия, на котором имеются бактерии и вирусы. Будем полагать, что вся поверхность лампы используется для облучения микроорганизмов. Подставляя указанные выше значения в формулу (3) будем иметь

t = 12000 мкВт.сек.см-2 x 106,5 см2/1500 мкВт ≈ 14 мин.

В некоторых рекламных проспектах на то или иное оборудование с использованием ультрафиолетового облучения для стерилизации изделий указывается необходимое время для стерилизации 10 или даже 5 мин.

Понятно, что необходимое время стерилизации зависит от интенсивности ультрафиолетового облучения. Однако, когда указанное время стерилизации указывается для источников ультрафиолетового облучения, имеющих меньшую интенсивность, чем в рассмотренном выше примере, то при практическом использовании такого оборудования это надо учитывать.

Проблемы ультрафиолетовой стерилизации и пути их решения

При использовании ультрафиолета для уничтожения микроорганизмов возникает ряд проблем практического характера. Дело в том, что ультрафиолетовое излучение бактерицидных ламп очень слабое.

Так например лампа TUV-6W создает ультрафиолетовое излучение мощностью всего 1,35 Вт. Даже стекло небольшой толщины может стать для него преградой. То же самое касается и микробов. Если в их очень много, микроорганизмы располагаются слоями. И тогда верхний слой становится щитом для нижних, защищая таким образом их от излучения (явление экранирования).

Также надо учитывать, что защитная оболочка вокруг бактериальной клетки препятствует достижению антимикробного действия. В любой живой клетке существуют биохимические механизмы, способные полностью или частично восстанавливать исходную структуру поврежденной молекулы ДНК.

Поэтому, если не все микроорганизмы погибнут при ультрафиолетовом облучении, то благодаря радиационному мутагенезу (т.е. возникновению наследственных мутаций под действием ультрафиолетового излучения), уцелевшие микроорганизмы будут образовывать новые колонии с меньшей восприимчивостью к облучению.

Все перечисленные выше проблемы не позволяют использовать ультрафиолетовые облучение для полного уничтожения микроорганизмов, т.е. невозможно в принципе осуществить полную стерилизацию изделий только их ультрафиолетовым облучением.

Однако, если решить задачу ультрафиолетового облучения всех микроорганизмов, находящихся на поверхности изделия, в том числе и тех микроорганизмов, которые находятся как под слоем загрязнений, так и в других местах недоступных для прямого ультрафиолетового воздействия, то применение ультрафиолетового облучения для стерилизации изделий станет возможным.

В промышленности широко известно применение ультрафиолетового облучения для уничтожения (правда не полного) микроорганизмов в водной среде (обеззараживание воды). Однако вода очень быстро поглощает ультрафиолет.

Теоретически в воде полное поглощение ультрафиолетовых лучей происходит в слое толщиной 40–60 мм. А если применять для ультрафиолетового облучения бактерицидные лампы, находящихся над поверхностью воды, то достаточную дозу облучения, необходимого для уничтожения микроорганизмов, получит лишь небольшой слой воды.

Поэтому для решения проблем, связанных с возможностью применения ультрафиолетового излучения для стерилизации поверхности изделий, необходимо решить задачу не только по извлечению микроорганизмов из мест недоступных прямому воздействию ультрафиолета, но и доставить эти микроорганизмы в верхний слой воды, над которым размещается ультрафиолетовая (бактерицидная) лампа, чтобы подвергнуть их полному уничтожению.

Решение этой задачи было найдено путем использования такого явления как ультразвуковая кавитация, рассмотрение которой приведено в следующем разделе.

Ультразвуковая кавитация и ее использование при стерилизации изделий.

Применение ультразвука для интенсификации процессов стерилизации изделий основано на явлении кавитации. Ультразвуковая кавитация это образование в жидкой среде парогазовых полостей в фазе отрицательного звукового давления акустических колебаний ультразвуковой частоты с последующим их захлопыванием в фазе положительного звукового давления с образованием импульсов давления и высоких температур

Образование кавитационной полости и эффекты, связанные с ее захлопыванием зависят от ряда параметров. Это акустические параметры (звуковое давление и частота), термодинамические параметры (внешнее давление и температура) и параметры жидкости (плотность, вязкость, поверхностное натяжение и растворимость газа).

С энергетической точки зрения развитие кавитационной полости можно представить следующим образом. На первой стадии энергия звукового поля переходит в потенциальную энергию жидкости в которой образуется полость с размером Rмакс.

На второй стадии потенциальная энергия жидкости и энергия внешних сил, приложенных к полости Рзв(t)+Рст , переходит в кинетическую энергию, движущихся с большой скоростью к центру полости, близлежащих слоев жидкости.

На последнем этапе второй стадии кинетическая энергия жидкости, переходит в потенциальную энергию парогазовой смеси, находящейся в кавитационной полости, при этом потенциальная энергия парогазовой смеси достигает максимальной величины при достижении кавитационной полостью значения Rмин.

На третьей стадии при вторичном расширении кавитационной полости энергия сжатого газа и пара отдается обратно в жидкость.

Рис. 3  Стадии развития кавитационной полости

На рис.3 показаны вышеупомянутые стадии развития кавитационной полости. В стадии А происходит рост кавитационной полости. Рост кавитационных полостей происходит из парогазовых зародышей с размером R0 (так называемых зародышей кавитации).

После того как кавитационная полость достигает максимального значения Rмакс (стадия В) начинается процесс захлопывания кавитационной полости (стадия С).

В процессе захлопывания кавитационная полость может потерять свою сферическую форму. Далее полость достигает минимального радиуса Rмин, после чего полость начинает вновь стремительно расширяться (стадия D) и в окружающей жидкости возникают импульсы давления.

Величина этих импульсов давления определяется потенциальной энергией сжатой парогазовой смеси при достижению кавитационной полостью минимального радиуса, которая в свою очередь определяется потенциальной энергией жидкости, в которой образуется кавитационная полость при достижении последней максимального радиуса.

Сказанное выше можно изобразить графически. На рис.4 показано изменение радиуса кавитационной полости в воде при нормальных условиях под действием ультразвука с частотой 20 кГц и амплитудой звукового давления 10 атм.[1].

Рис. 4  Изменение радиуса кавитационной полости

Рассмотрим подробнее вторичное расширение кавитационной полости (от 40 до 46 мксек). В отличие от стадии первичного расширения, когда увеличение размеров полости происходит за счет действия внешних сил, приложенных к полости (разность звукового и статического давлений) вторичное расширение обусловлено действием давления образовавшимся внутри полости в процессе захлопывания.

Парогазовая смесь сжатая до давления порядка несколько тысяч атмосфер стремительно расширяется, благодаря чему большие скорости движения стенки полости ( 250 м/сек) достигаются уже на первых этапах вторичного расширения. По существу эту стадию можно отождествить с мгновенным точечным взрывом.

Рис. 5  Эрозия металлической поверхности от ультразвуковой кавитации

Эффективность этого точечного взрыва очень велика.

На рис.5 показано воздействие ультразвуковой кавитации на металлическую поверхность [1].

Видна эрозия металлической поверхности, которая покрыта достаточно глубокими «язвами» округлой формы от действия импульсов давления, возникающих в жидкости при ультразвуковой кавитации.

Для инженерных расчетов значений всех параметров ультразвуковой кавитации (размеров полости, давлений внутри полости и вне ее, скоростей расширения и сжатия полости и пр.) можно использовать формулы и соотношения из работы "Исследование кавитационного разрушения и диспергирования твердых тел в ультразвуковом поле высокой интенсивности" .

Механизм воздействия ультразвуковой кавитации на микроорганизмы. Кавитационная область. Влияние частоты ультразвуковых колебаний. Роль акустических течений

Для того, чтобы понять механизм воздействия ультразвуковой кавитации на микроорганизмы приведем соотношения, которые определяют эффективность кавитационного процесса.

Все приведенные ниже формулы заимствованы из публикации [ www.b4805.narod.ru ].

Потенциальная энергия жидкости, в которой образуется кавитационная полость с размером Rмакс равна:

E = (4/3)πR3макс х (Pвн)(4)

В этом уравнении Рвн равно давлению в окружающей жидкости, приложенной к кавитационной полости в момент времени, когда она достигла максимального радиуса. Величина этого давления определяется суммой звукового ( Рзвsinωt) и статического давления (Рст) .

Выражение для момента времени, когда кавитационная полость достигла максимального радиуса, определяется соотношением

t(R=Rмакс)= (0.4/f)х(1.9 - Рстзв)

Выражение для давления, которое приложено к кавитационной полости при ее расширении, в том числе и когда кавитационная полость достигла максимального радиуса, (без учета некоторого небольшего дополнительного расширения полости за счет инерционных сил) определяется соотношением

Pвн = (2/π) x (Pзв-Pст)

Выражение для максимального радиуса кавитационной полости равно

Rмакс=(0.4/f)(Pзв-Pст)(ρРзв) -1/2 (5)

где
f - частота звукового поля [1/cek];
Рст - статическое давление в жидкости;
Рзв - амплитудное значение звукового давления;
ρ - плотность жидкости.

Из вышеприведенных соотношений следует, что как и потенциальная энергия жидкости в которой образуется кавитационная полость, так и давление в жидкости при захлопывании этой кавитационной полости тем больше, чем больше максимальный радиус кавитационной полости Rмакс. .

Как видно из соотношения (5) величина Rмакс обратно пропорциональна частоте звукового поля. В связи с вышеизложенным возникает вопрос, как влияет частота звукового поля на эффективность разрушения микроорганизмов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Введем понятие кавитационной области. Кавитационная область - множество кавитационных полостей, занимающих определенную часть пространства в некотором объеме жидкости. Понятно, что количество кавитационных полостей определяется акустической энергией, которая передается жидкости. При этом общая потенциальная энергия жидкости в кавитационной области Еоб, в которой образуется кавитационные полости равна сумме значений потенциальной энергии от образования в жидкости множества (n) кавитационных полостей. Таким образом с использованием соотношения (4) мы можем записать:

Еоб=(4/3)πR3макс х (Pвн) х n(6)

Рассмотрим, что будет происходить с кавитационной областью при изменении частоты ультразвукового поля. Положим, что количество вводимой в жидкость акустической энергии при этом не изменилось и будем считать, что также и не изменилось и давление в жидкости (Pвн). Примем, что количество кавитационных полостей в кавитационной области при исходной частоте f1 равно n1 а при частоте f2 равно n2. Пока мы не знаем, как связаны между собой величины n1 и n2, равны ли они друг другу или значительно отличаются.

Запишем уравнение (6) для каждого из значений n1 и n2. Исходя из того, что общая потенциальная энергия жидкости в кавитационной области не изменилась (так как она равна вводимой в жидкость акустической энергии), мы можем приравнять оба полученных уравнения друг другу и с учетом соотношения (5) получим:

n1/f31 = n2/f32

Из этого соотношения следует, что при изменении частоты звукового поля количество кавитационных полостей в кавитационной области меняется от значения n1 к значению n2 в кубической зависимости от изменения частоты, т.к. имеем:

n2 = n1 х (f2/f1

Например, при увеличении частоты звукового поля в два раза количество кавитационных полостей в кавитационной области увеличивается в восемь раз!

На первый взгляд кажется, что чем больше кавитационных полостей, тем лучше, так как количество импульсов давления при захлопывании кавитационных полостей возрастает и тем самым увеличивается эффективность кавитационного воздействия.

Однако это не совсем так. Все дело в том, что при изменении числа кавитационных полостей изменяется и энергия, которая выделяется при захлопывании единичной кавитационной полости. Это прямо следует из соотношения (6).

А для разрушения того или иного препятствия, под которым находится колония микроорганизмов, будь то клеточные стенки или какие-либо загрязнения под которыми находятся колонии микроорганизмов необходима вполне конкретная величина энергии от захлопывания единичной кавитационной полости вне зависимости от количества этих полостей.

Применительно к процессу стерилизации с использованием ультрафиолетового облучения общее время стерилизации не зависит от того применяем мы ультразвук или нет, а зависит только, как показано в разделе 2.1, от интенсивности ультрафиолетового облучения доступных для облучения микроорганизмов.

Поэтому в случае использования при стерилизации ультразвуковой кавитации, в задачу последней входит как можно быстрее разрушить колонии микроорганизмов и доставить последние в зону более ультрафиолетового облучения.

Отсюда следует, что при выборе для стерилизации ультразвуковых установок с ультрафиолетовым облучением, при примерном равенстве основных технических характеристик (габариты, потребляемая мощность и пр.), надо отдавать предпочтение тем установкам, которые имеют меньшую частоту ультразвуковых колебаний

При низких частотах УЗ колебаний разрушительное воздействие ультразвуковой кавитации на микроорганизмы будет будет более значительным, чем при высоких частотах, и следовательно разрушение колоний микроорганизмов и доставка последних в зону ультрафиолетового облучения для уничтожения будет более быстрой.

Теперь обратим внимание на очень важный для процесса стерилизации изделий вопрос об акустических течениях, которые возникают в жидкости при распространении в ней ультразвуковых колебаний.Известно, что этом случае в жидкости возникают два вида акустических течений.

Одно из них это турбулентные потоки в окрестности, как захлопывающейся отдельно взятой кавитационной полости, так и по границам всей кавитационной области. Эти потоки способствуют интенсивному перемешиванию жидкости, как внутри кавитационной области, так и по ее границам. В результате процесс механического воздействия ультразвуковой кавитации на микроорганизмы становится более эффективным.

Второй вид акустического течения это направленный крупномасштабный поток от плоскости ультразвукового излучателя по его оси. Этот поток переносит подвергнувшиеся кавитационному воздействию микроорганизмы по направлению от ультразвукового излучателя в верхние слои жидкости. Скорость этого потока в большинстве случаев составляет 30-40 см/сек. [2].

На образование вышеуказанных акустических потоков затрачивается примерно 20% акустической энергии, вводимой в жидкость, для образования в ней акустической кавитации.

Разрушение микроорганизмов при  УЗ кавитации
Рис. 6  Разрушение микроорганизмов при УЗ кавитации

Рассмотрим механизм воздействия на микроорганизмы ультразвуковой кавитации. Прежде всего выполняется общеизвестная функция по ультразвуковой очистке поверхностей обрабатываемых изделий от загрязнений.

Поэтому при стерилизации изделий с применением ультразвука необходимо применение моющих средств. На этой стадии стерилизации колонии микроорганизмов отделяются от поверхности изделия.

Далее, как показано на рис. 6, под влиянием ультразвуковой кавитации вначале разрушаются оболочки микроорганизмов, затем разрушаются и колонии микроорганизмов после чего отдельные незащищенные микроорганизмы акустическими течениями переносятся в верхние слои жидкости, где и подвергаются ультрафиолетовому воздействию и погибают.

Таким образом ультразвуковая кавитация в процессе стерилизации не уничтожает микроорганизмы, а выполняет лишь вспомогательную роль по отделению микроорганизмов от поверхности обрабатываемого изделия с последующим дроблением колоний микроорганизмов на отдельные части и затем транспортировки последних в верхние слои жидкости, где и происходит уничтожение этих микроорганизмов в результате воздействия на них ультрафиолетового облучения.
Важно: Только совместное применение ультрафиолетового облучения и ультразвуковой кавитации позволяет полностью уничтожить микроорганизмы, т.е осуществить процесс стерилизации.

В качестве моющих сред для стерилизации изделий при совместном применении ультразвука и ультрафиолета можно использовать «Аламинол» (ГНЦ РФ НИОПИК, Россия) - 8%, "ЭМПАУЕР" (производство США) - 0.3%, «Деконекс-50 ФФ» (Борер Хеми АГ, Швейцария) - 1,5%, «Велтолен» (АОЗТ Велт, Россия) - 1,0% или 1,5%, «Деконекс Денталь ББ» (Борер Хеми АГ, Швейцария), «ИД-212» (Дюрр Денталь-Орохим, Германия)- 2,0% или 4,0%, «Септабик» (Абик, Израиль) 0,15% или 0,2%, «Септодор» (Дарвет ЛТД, Израиль) 0,4% и др.

Понятно, что изделия, помещаемые в ванну для ультразвуковой очистки и стерилизации, должны быть чистыми и не иметь следов видимых загрязнений. При этом возможна предварительная очистка изделий в упомянутых выше моющих средах с последующей стерилизацией изделий в чистой воде.

Предстерилизационная очистка изделий может проводиться и в моющих средах на основе фреонов по технологии, приведенной в работе "Ультразвуковая очистка деталей во фреоновых композициях" . Эта технология позволяет получить степень очистки изделий от загрязнений с результатом менее 10-4 г/см2 [3].

Применение Nano Silver технологии при стерилизации

Серебро - очень сильный естественный антибиотик. Исследования показали, что серебро способно уничтожить множество видов болезнетворных микроорганизмов.

Nano Silver технология это использование для стерилизации изделий наночастиц серебра.

Как установлено, уничтожение бактерий производится положительно заряженными ионами серебра Ag+ (катионы серебра).

Само серебро, находясь в воде, без всякого на него воздействия уже выделяет в воду катионы серебра, но под воздействием ультразвуковой кавитации и ультрафиолетового облучения происходит более интенсивное выделение катионов серебра в воду. Это вызвано тем, что как при захлопывании кавитационных пузырьков, так при электромагнитным воздействием лучей УФ диапазона атомам серебра, из которых и состоит наносеребро, передается энергия, превышающая энергию их ионизации.

Объединение ультразвуковой технологии с антибактерицидными свойствами катионов серебра при ультрафиолетовым облучении дает большой положительный эффект, так как эти три вида обработки, как нельзя лучше дополняют друг друга, обеспечивая более качественную стерилизацию инструментов и материалов.

Бактерицидное действие серебра объясняется тем, что катионы серебра проникают внутрь микробной клетки, соединяются с ее протоплазмой и разрушают ее.

При контакте с катионами серебра микроорганизмы погибают в течении 15 минут. При этом вначале происходит сорбция ионов серебра на поверхности оболочки микроорганизма, затем разрушение оболочки и прямой контакт с микроорганизмом, после чего последний погибает

Все эти стадии гибели микроорганизмов показаны на нижеприведенном видеофильме.

Уничтожение бактерий наночастицами серебра

 

Ультразвуковая кавитация, как подробно рассмотрено выше, разрушает оболочки микроорганизмов, а незащищенные микроорганизмы с разрушенными оболочками, подвергаясь воздействию катионов серебра, быстро погибают.

Здесь надо понять главное, катионам серебра уже не надо взламывать оболочку микроорганизмов, чтобы войти с ними в непосредственный контакт. Эту работу по разрушению оболочки выполняет ультразвук значительно быстрее и эффективнее. Окончательную работу по уничтожению микроорганизмов, спор и вирусов выполняет ультрафиолетовое облучение.

Совместное применение при обработке изделий и материалов ультразвука, У.Ф. облучения и технологии Nano Silver позволяет получить практически полную стерилизацию.

Как происходит стерилизация при совместном применение УЗ + Nano Silver + УФ

Подводя итог вышеизложенному определим вклад в стерилизацию изделий ультразвука, nano silver технологии и УФ облучения.

1. Ультразвук с образованием кавитации

2. Nano Silver технология

3. УФ облучение

И последнее, как вводят серебро в ванны для стерилизации. Способов много, но самый простой это нанесение на стенки полимерного контейнера, в которых размещаются детали, подлежащие стерилизации, наночастиц серебра.

Есть и более сложные способы. Например, в качестве наполнителя для полимера, из которого изготовлен контейнер, применяют цеолит, предварительно обогащенный серебром.

Ультразвуковое оборудование для стерилизации изделий.

Исходя из вышеизложенного, ультразвуковой стерилизатор, по крайней мере, должен иметь четыре основных узла:

  1. 1. Ванну для водного раствора;
  2. 2. Ультразвуковой преобразователь, размещенный в донной части указанной ванны;
  3. 3. Источник ультрафиолетового излучения, размещенный либо на внутренней поверхности крышки ванны, либо непосредственно над зеркалом водного раствора, находящегося в ванне;
  4. 4. Систему питания и регулировки технологических режимов (ультразвуковой генератор, таймер, блок питания лампы и др.).
Рис. 7 Устройство УЗ ванны для стерилизации изделий
1 - корпус ванны
2 - уз преобразователи 3 - УФ лампа
4 - крышка ванны
5 - отражатель

На рис. 7 показана схема ультразвуковой ванны для стерилизации изделий.

К металлическому корпусу ванны (поз.1) в донной части с внешней стороны закрепляются ультразвуковые преобразователи, например пьезоэлектрические (поз.2). Ультрафиолетовая лампа (поз.3) закреплена на крышке ванны (поз.4). Между лампой и крышкой установлен отражатель (поз.5).

горелка газовая портативная
увеличить
Рис. 8 Ультразвуковая ванна с ультрафиолетовым облучением

Изделия, которые необходимо подвергнуть стерилизации, помещают внутрь ультразвуковой ванны.

Под действием ультразвуковой кавитации колонии микроорганизмов отделяются от поверхности изделия и разрушаются и затем отдельные биологические объекты (бактерии) под действием гидравлических потоков переносятся в верхнюю часть ванны, где и подвергаются ультрафиолетовому облучению и погибают.

На рис. 8 изображена, выполненная по этой схеме, ультразвуковая ванна для стерилизации небольших по размерам изделий преимущественно зубных протезов и ювелирных изделий. Размеры ванны составляют 104х127х100 мм. Масса ванны 360 г. Частота ультразвуковых колебаний 18 кГц. Изделия, подлежащие стерилизации, загружаются в ультразвуковую ванну, на крышке которой под окном размещен источник ультрафиолетового излучения.

Работа ванны возможна либо от 3-х батареек типа АА, либо от сети 110-240 вольт. Окно, выполненное в крышке, предназначено для помещения в ванну длинномерных изделий (например зубных щеток), в которых необходимо подвергнуть стерилизации только конечную часть.

Изделия подлежащие стерилизации, помещаются в пластмассовый контейнер, стенки которого содержат наносеребро.

Рис. 9  Установка для стерилизации с дополнительными ультразвуковыми преобразователями

При использовании ультразвуковых установок для стерилизации изделий, имеющих глубину рабочей ванны более чем 200 мм целесообразно разместить в верхней части ванны на боковых стенках но не ниже от поверхности рабочей жидкости на 40...60 мм дополнительные ультразвуковые преобразователи, как это показано на рис. 9.

Это позволит одновременно воздействовать на микроорганизмы в верхнем слое жидкости как ультразвуковой кавитацией, так и ультрафиолетовым облучением, что повысит производительность процесса стерилизации.

Мы рассмотрели лишь некоторые аспекты стерилизации изделий с применением ультразвука. Многие важные вопросы остались незатронутыми. Не следует рассматривать данный материал как окончательное решение всех вопросов, связанных со стерилизацией, поскольку он ориентирован на практическое использование.

Кроме того, вопросы применения наночастиц для стерилизации до сих пор полностью не изучены и требуют дальнейших исследований. Однако надеемся, что данная статья дает достаточно цельное представление о стерилизации с применением ультразвука, УФ облучения и нано технологии.

Литература

  1. 1. Бронин Ф.А. Исследование кавитационного разрушения и диспергирования твердых тел в ультразвуковом поле высокой интенсивности, дис. канд.техн.наук МИСИС Москва 1967, 265 стр.[Электронный ресурс];  http://www.b4805.narod.ru/dis05.pdf  дата обращения 18/04/2018.
  2. 2. Бронин Ф.А. Чернов А.П. Удаление заусенцев и диспергирование порошковых материалов при воздействии ультразвука М. Машиностроение, 1978. 55 стр.[Электронный ресурс];  http://b48fr.narod.ru/zau.pdf  дата обращения 18/04/2018.
  3. 3. Бронин Ф.А. Чернов А.П. Ультразвуковая очистка деталей во фреоновых композициях, М Машиностроение 1978, 48 стр.[Электронный ресурс];  http://b48fr.narod.ru/freon.pdf  дата обращения 18/04/2018.

Яндекс.Метрика
garmin 225 vs 235