استریلیزاسیون با بخار فرآیند مهمی است که در هر آزمایشگاهی انجام می شود. در این مقاله، تاریخچه استریلیزاسیون با بخار، نحوه عملکرد دستگاه استریل کننده و روندهای نوظهور در طراحی استریل کننده را بررسی خواهیم کرد.

مقدمه ای بر استریلیزاسیون با بخار

اصطلاحات استریلیزر بخار و اتوکلاو مترادف هستند و می توانند به جای یکدیگر استفاده شوند. گفته می شود، اتوکلاو اغلب در محیط های آزمایشگاهی استفاده می شود، در حالی که استریل کننده بیشتر در بیمارستان ها یا محیط های دارویی شنیده می شود.

اتوکلاوها از گرمای بخار برای از بین بردن هر گونه حیات میکروبی که ممکن است در یک بار آلوده وجود داشته باشد استفاده می کنند. یک بار - که به عنوان کالا نیز شناخته می شود - هنگامی که یک چرخه کامل استریلیزاسیون را پشت سر بگذارد، استریل در نظر گرفته می شود. هنگامی که یک بار استریل شد، می توان بدون ترس از ورود میکروارگانیسم های خارجی به یک محیط حساس مانند آزمایشگاه، اتاق عمل بیمارستان، مرکز تولید مواد غذایی و غیره از آن استفاده کرد.

جهت مشاهده و خرید انواع اتوکلاو آزمایشگاهی کلیک کنید

 انواع مختلف کالاها باید برای مدت زمان متفاوت و در دماهای مختلف استریل شوند. برخی از اتوکلاوها دارای ویژگی های اضافی مانند عملکرد خلاء، چرخه های ویژه و دیگ های الکتریکی یکپارچه هستند.

تاریخچه اتوکلاو

چارلز چمبرلند در سال 1879 اتوکلاو را اختراع کرد، اما مفهوم استفاده از بخار در یک فضای بسته به منظور جلوگیری از بیماری به شکلی از سال 1679 وجود داشته است.

اصول و روش های استریلیزاسیون در 150 سال گذشته تا حد زیادی بدون تغییر باقی مانده است. در واقع، بیشتر پیشرفت‌های عمده در فناوری اتوکلاو از سال 1879 به‌جای تغییر در فرآیند استریل‌سازی، حول محور نظارت بر فرآیند استریل‌سازی، ایمنی اتوکلاو و ایجاد چرخه استریل‌سازی بوده است.

چرا Steam؟
برای از بین بردن یک سلول با گرما، دمای آن باید به درجه ای افزایش یابد که در آن پروتئین های دیواره سلولی شکسته و منعقد شوند. بخار یک وسیله بسیار کارآمد برای انتقال حرارت است که آن را راهی عالی برای از بین بردن میکروب ها می کند. از سوی دیگر، هوا به دلیل مفهومی به نام گرمای تبخیر، راه بسیار ناکارآمدی برای انتقال گرما/انرژی است.

جهت مشاهده و خرید انواع کوتر حرارتی کلیک کنید

برای رساندن یک لیتر آب به نقطه جوش (100 درجه سانتیگراد) به 80 کیلو کالری (کیلو کالری) انرژی گرمایی نیاز دارد. برای تبدیل آن لیتر آب به بخار به 540 کیلوکالری نیاز است، به این معنی که بخار در دمای 100 درجه سانتیگراد هفت برابر بیشتر از آب در دمای 100 درجه سانتیگراد انرژی دارد.

این انرژی همان چیزی است که بخار را در از بین بردن میکروارگانیسم ها بسیار کارآمدتر می کند. هنگامی که بخار با جسم خنک تری برخورد می کند، به آب متراکم می شود. سپس، تمام انرژی را که برای جوشاندن آب استفاده شده است، مستقیماً به آب منتقل می کند. این فرآیند سلول ها را بسیار موثرتر از هوا در دماهای مشابه گرم می کند. به همین دلیل است که برای دستیابی به عقیمی از بخار استفاده می کنیم.

استریل چیست؟
اکثر مردم درک درستی از این موضوع دارند که کالاهای استریل فاقد میکروارگانیسم‌ها هستند و بنابراین برای استفاده در پزشکی، تولید مواد غذایی، تحقیقات یا سایر محیط‌هایی که در آن‌ها وجود میکروب‌ها خطر یا مضرات ایمنی قابل‌توجهی است، بی‌خطر هستند.

اینکه دقیقاً چه تعداد میکروارگانیسم در طول زمان در یک دمای ثابت زنده باقی می‌مانند به صورت یک منحنی لگاریتمی احتمالی بیان می‌شود - تابعی که نزدیک می‌شود اما هرگز به صفر نمی‌رسد.

وقتی تابع به صفر نزدیک می‌شود، معمولاً سطح اطمینان - به نام سطح تضمین عقیمی (SAL) - برای احتمال زنده ماندن آخرین میکروارگانیسم موجود انتخاب می‌شود. برخلاف تصور رایج، عقیم‌سازی در جایی که چیزی استریل یا غیراستریل است دوتایی نیست. عقیم سازی یک رویداد آماری است که با این ضریب اطمینان (SAL) مشخص می شود. استاندارد کلی برای SAL 10-6 یا یک در میلیون شانس زنده ماندن یک میکروارگانیسم زنده است. مدت زمان استریلیزاسیون به دمای تنظیم شده و سطح SAL مورد نظر بستگی دارد. دمای بالاتر باعث عقیمی سریعتر می شود.

اتوکلاو چگونه کار می کند؟

چه یک واحد رومیزی کوچک باشد و چه یک واحد حجیم به اندازه اتاق، همه اتوکلاوها با استفاده از اصولی شبیه به یک زودپز معمولی آشپزخانه کار می کنند - یعنی در قفل می شود تا یک محفظه مهر و موم تشکیل شود و تمام هوای داخل آن محفظه جایگزین می شود. توسط بخار سپس بخار تحت فشار قرار می گیرد تا برای مدت زمان مورد نظر به استریلیزاسیون مورد نظر برسد. هنگامی که چرخه کامل شد، بخار تمام می شود و کالاها را می توان خارج کرد.

برای توضیح دقیق تر مراحل مختلف چرخه عقیم سازی، لطفاً به لیست و تصویر (شکل 2) نشان داده شده در زیر مراجعه کنید:

1. فاز پاکسازی: بخار از طریق دستگاه ضدعفونی کننده جریان می یابد و شروع به جابجایی هوا می کند. درجه حرارت و فشار کمی به سمت یک تخلیه مداوم جریان می یابد.

جهت مشاهده و خرید انواع فریزر آزمایشگاهی کلیک کنید

2. مرحله قرار گرفتن در معرض (استریلیزاسیون): در طول این مرحله، سیستم کنترل اتوکلاو به گونه ای برنامه ریزی می شود که دریچه اگزوز را ببندد و در نتیجه باعث افزایش دما و فشار داخلی به نقطه تنظیم مطلوب می شود. سپس برنامه دمای مورد نظر را تا رسیدن به زمان مورد نظر حفظ می کند

3. فاز اگزوز: فشار از طریق یک سوپاپ اگزوز از محفظه آزاد می شود و فضای داخلی به فشار محیط باز می گردد (اگرچه محتویات نسبتاً داغ باقی می مانند).

اجزای حیاتی یک اتوکلاو

اتوکلاو آزمایشگاهی معمولی از اجزای زیر تشکیل شده است

1. ظرف گالن

ظرف بدنه اصلی اتوکلاو است و از یک محفظه داخلی و یک ژاکت بیرونی تشکیل شده است. اتوکلاوهای آزمایشگاهی و بیمارستانی با محفظه‌های ساخته می‌شوند (شکل 4 را ببینید)، که در آن بدنه با بخار پر می‌شود و زمان لازم برای تکمیل یک چرخه استریل‌سازی را کاهش می‌دهد و تراکم درون محفظه را کاهش می‌دهد. ظرفی که با ژاکت کامل طراحی و تولید می شود به دلایل زیر نسبت به بدنه های جزئی یا بدنه برتری دارد: یک بدنه کامل یکنواختی دمای داخل محفظه را بهبود می بخشد، احتمال بسته های مرطوب را کاهش می دهد و به حداقل رساندن بخار مرطوب کمک می کند. برای استریلیزاسیون خوب نیست

در ایالات متحده، هر ظرف اتوکلاو بازرسی شده و با پلاک انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) که شامل شماره هیئت ملی است، برچسب گذاری می شود. سازندگان موظفند قبل از استفاده از اتوکلاو، هر ظرف را به صورت هیدرواستاتیک آزمایش کنند و یک پلاک نام ASME را اعمال کنند. این بازرسی و پلاک نام ASME شاخص های کلیدی عملکرد صحیح اتوکلاو هستند.

مخازن اتوکلاو آزمایشگاهی و بیمارستانی می توانند از نظر اندازه متفاوت باشند، از 100 لیتر تا 3000 لیتر، و معمولاً از فولاد ضد زنگ 316 لیتری ساخته می شوند. محفظه های داخلی یا 316 لیتری یا با پوشش نیکل هستند و ژاکت های بیرونی از فولاد ضد زنگ 316 لیتری، 304 لیتری یا فولاد کربنی ساخته شده اند.

2. سیستم کنترل

همه اتوکلاوهای مدرن به یک رابط کنترلی مجهز هستند که بی شباهت به آنچه در مایکروویو یا اجاق می‌بینید نیست. گفته می شود، سیستم های کنترل اتوکلاو نسبت به وسایل خانگی کمی پیچیده تر هستند. یک چرخه استریلیزاسیون از فرمول نرم افزاری از پیش برنامه ریزی شده پیروی می کند که دریچه ها و سایر اجزا را در یک دنباله خاص باز و بسته می کند.

جهت مشاهده و خرید انواع یخچال آزمایشگاهی کلیک کنید

 بنابراین، همه اتوکلاوها به نوعی از سیستم کنترل نیاز دارند، خواه به سادگی یک سیستم "دکمه فشاری" با یک ریزپردازنده یا پیچیده به عنوان یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی با صفحه نمایش لمسی رنگی باشد.

3. تله ترموستاتیک

همه اتوکلاوها دارای نوعی تله ترموستاتیک یا تله بخار هستند، دستگاهی که برای اجازه دادن به هوا و آب (میعانات) برای خروج از محفظه طراحی شده است. اگرچه یک سیستم انتقال بخار/اتوکلاو بخار ممکن است از تله‌های مختلفی استفاده کند، اما همه آنها عملکرد اصلی یکسانی را انجام می‌دهند: حذف میعانات و جلوگیری از عبور بخار خشک. اغلب، تله‌های بخار دریچه‌های حساس به دما هستند که با گرم شدن بخشی از نقطه تنظیم خاصی بسته می‌شوند. تله های ترموستاتیک جزء مهمی از هر اتوکلاو با طراحی خوب است.

4. سوپاپ ایمنی

همه اتوکلاوها تحت فشار بالا (14 تا 45 پوند نیروی بر اینچ مربع) کار می کنند و بنابراین باید با ساختاری فوق العاده قوی ساخته شوند و دارای تعدادی ویژگی و دستگاه ایمنی باشند تا اطمینان حاصل شود که هیچ خطری برای کاربران ندارند. یکی از این وسایل ایمنی، شیر اطمینان است که در صورت خرابی تمام کنترل های الکترونیکی، آخرین وسیله ایمن برای مخزن تحت فشار است. ضروری است که شیر اطمینان بر اساس توصیه‌های سازنده استریلیزر و/یا سوپاپ و همچنین آژانس‌های بازرسی و بیمه محلی، بازرسی، آزمایش و تأیید شود که در شرایط کار مناسب است.

5. مکانیسم خنک کننده فاضلاب

بسیاری از اتوکلاوها مجهز به سیستمی برای خنک کردن پساب (هوا، بخار و میعانات) قبل از ورود به لوله های تخلیه هستند. بسیاری از شهرداری ها و ساختمان ها اجازه نمی دهند پساب های بالاتر از 140 درجه فارنهایت وارد زهکش کف شوند. برای جلوگیری از آسیب رساندن به لوله تخلیه تاسیسات، بخار باید قبل از تخلیه سرد شود. ساده ترین روش برای خنک کردن این بخار، مخلوط کردن آن با آب سرد اضافی است، اما مقدار آب مورد نیاز می تواند باعث شود که اتوکلاو سهم عمده ای در مصرف آب ساختمان داشته باشد. برخی از اتوکلاوها مجهز به سیستم هایی هستند که برای کاهش یا حتی حذف مصرف آب طراحی شده اند.

6. سیستم خلاء (در صورت وجود)

برای اطمینان از استریلیزاسیون مناسب، بسیار مهم است که تمام هوای داخل محفظه اتوکلاو با بخار جایگزین شود. برخی از کالاهای معمولاً استریل شده - به ویژه مواد متخلخل مانند ملافه حیوانات یا پارچه یا ظروف با دهانه کوچک مانند فلاسک ها یا کالاهای درون کیسه ها - تمایل به نگه داشتن کیسه های هوا دارند. اگر یک محفظه هوا در طول چرخه وجود داشته باشد، میکروارگانیسم‌های موجود در آن پاکت زنده می‌مانند و کالاها استریل نمی‌شوند.

به همین دلیل، بسیاری از ضدعفونی کننده ها دارای سیستم خلاء هستند. این نه تنها کاربر را قادر می‌سازد تا با استفاده از جاروبرقی روی محفظه قبل از چرخه (که به عنوان پیش خلاء شناخته می‌شود) هوا را به زور خارج کند، بلکه آنها را قادر می‌سازد تا بعد از چرخه (معروف به پس وکیوم) از جاروبرقی برای حذف بخار استفاده کنند. که در محفظه باقی می ماند و اجناس داخل اتوکلاو خشک می شود.

7. ژنراتور بخار (در صورت وجود)

دیگ بخار مرکزی رایج ترین منبع بخار برای اتوکلاو است. با این حال، اگر بخار خانه برای اتوکلاو در دسترس نیست یا کافی نیست، باید از یک مولد بخار الکتریکی استفاده کرد که به نام دیگ بخار نیز شناخته می شود. این دیگ‌ها معمولاً در زیر محفظه اتوکلاو قرار می‌گیرند و از عناصر گرمایش الکتریکی برای گرم کردن آب و تولید بخار استفاده می‌کنند.

چرخه های استریلیزاسیون

به طور کلی، چهار چرخه استریلیزاسیون استاندارد وجود دارد: جاذبه، پیش خلاء، مایعات، و فلاش (همچنین به عنوان استفاده فوری شناخته می شود). نمودار نشان داده شده در زیر این چرخه ها را با جزئیات بیشتری توضیح می دهد.

برخی از اتوکلاوها همچنین توانایی انجام چرخه های تخصصی را دارند که برای جلوگیری از آسیب به کالاهای ظریفی که نیاز به استریل شدن دارند، اما در اثر تغییرات سریع دما و فشار در یک چرخه معمولی آسیب می بینند یا از بین می روند، طراحی شده اند. این چرخه‌های تخصصی شامل چرخه‌های بسیار طولانی‌تر در دماهای پایین‌تر، چرخه‌های مخلوط بخار-هوا با کنترل‌های فشار ویژه برای جلوگیری از شکستن لوله‌های آزمایش مهر و موم شده، و چرخه‌هایی است که با ابزار دقیق ویژه برای اطمینان از دستیابی به دمای استریل‌سازی کامل انجام می‌شود.

روندهای نوظهور اتوکلاو

ممکن است اتوکلاوها با استانداردهای علم مدرن دستگاه های باستانی در نظر گرفته شوند، اما این بدان معنا نیست که اتوکلاوها فاقد نوآوری هستند، به خصوص در مورد کنترل ها، اتصال ابری و تأثیرات زیست محیطی.

همانطور که قبلاً ذکر شد، کنترل‌های اتوکلاو در عصر رایانه‌ها بسیار پیشرفت کرده‌اند و از کنترل‌های دستی و تایمرهای ساده به اتوماسیون رایانه‌ای که نیاز به ورودی کاربر را به حداقل می‌رساند یا کاملاً از بین می‌برد، پیشرفت کرده است. 

جهت مشاهده و خرید انواع تجهیزات آزمایشگاهی کلیک کنید

کنترل های رایانه ای همچنین به پیشرفت هایی در کنترل داده ها، نگهداری سوابق و نظارت از راه دور از طریق دستگاه های تلفن همراه منجر شده است. اتوکلاوهایی با چاپگرهای خودکار که داده ها را به منظور تأیید استریلیزاسیون موفق ثبت می کنند، اکنون با اتوکلاوهای جدیدی جایگزین شده اند که به ابر متصل می شوند تا رکوردهای چرخه را در اینترنت ذخیره کنند.

گرایش دیگر در طراحی اتوکلاو پایداری است. اتوکلاوها منبع اصلی مصرف آب و انرژی، هم در آزمایشگاه ها و هم در بیمارستان ها هستند. با توجه به این موضوع، بسیاری از تولیدکنندگان راه‌های نوآورانه‌ای برای کاهش اثرات زیست محیطی اتوکلاوها پیدا کرده‌اند. اتوکلاوهای سبز که آب مصرف شده توسط دستگاه استریل کننده را کاهش داده یا حتی به طور کامل بازیافت می کنند - در برخی موارد، از 1500 گالن در روز به کمتر از یک گالن در روز - برای ایجاد یک آزمایشگاه دوستدار محیط زیست بسیار مهم هستند. سیستم‌های کنترلی که به‌طور خودکار اتوکلاو را در صورت عدم استفاده می‌چرخانند، همچنین می‌توانند مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند - در برخی موارد، از 80 کیلووات ساعت در روز به 20 کیلووات ساعت در روز.