Влияние радиационной стерилизации методом электронного излучения на паропроницаемость нетканых материалов медицинского назначения

Основная часть

Стерилизация обозначается как процесс, который эффективно удаляет или устраняет практически все микроорганизмы, грибки, бактерии, вирусы, и споровые формы. Выбор метода стерилизации изменяется в зависимости от материалов и устройств, которые не причиняют никакого вреда. Главные методы стерилизации: сухая тепловая стерилизация, давление паров стерилизации, стерилизация оксидом этилена (EtO), стерилизация формальдегидом, стерилизация газоразрядной плазмой (H2O2), стерилизация уксусной кислотой, электронно-лучевая стерилизация и гамма стерилизация.

Радиационная стерилизация медицинских изделий является одним из крупнейших промышленных процессов, где используются ионизирующие излучения. В настоящее время радиационным методом стерилизуется более 50% медицинских изделий одноразового пользования. Для стерилизации применяют как у-излучение, так и электронные пучки. Энергия электронных пучков составляет в основном 5 - 10 МэВ. Пучки с более низкой энергией находят применение для стерилизации упаковки для медицинских изделий. В последние годы расширяется применение для стерилизации электронного излучения по сравнению с у-излучением. Это связано как с большей безопасностью при работе, так и с большей мощностью и, как следствие, меньшим временем облучения.

Электронно-лучевой способ использует высокий уровень энергии электронов в качестве средства стерилизации. Электроны ускоряются до скорости света с помощью линейного ускорителя. Электроны, сканируя продукт, проходят через множество вторичных частиц, включая ионы и свободные радикалы. Вторичные частицы разрывают ДНК-цепочки микроорганизмов и на внутренней поверхности упаковки, и внутри продукта, блокируя, таким образом, их дальнейшее размножение. Патогенные микробы разрушаются, и вследствие этого происходит стерилизация продукции.

Стерилизация осуществляется при облучении объекта импульсным электронным пучком наносекундной длительности.

Блок-схема импульсного электронно-лучевого стерилизатора показана на рисунке 1.

стерилизация паропроницаемость электронный лучевой

Рисунок 1 Компоненты и принцип действия электронно-лучевого стерилизатора 1 - окно вывода электронного пучка в атмосферу; 2 - камера обработки излучением; 3 - обработанный объект; 4 - ВН, вакуумный насос; 5 - локальная рентгеновская защита

Эффект стерилизации достигается во время обработки объекта главным образом за счет в - и в меньшей степени у излучения. Поглощенная доза может быть в диапазоне 1 - 10 кГр за один импульс, в зависимости от свойств материала объекта. Доза, необходимая для стерилизации обычно 10 - 100 кГр, следовательно, время обработки объекта составляет лишь 0.2 - 2 секунды в случае частоты следования импульсов 20 - 100 Гц. Во время обработки объект не подвержен тепловому нагреву, максимальное увеличение температуры составляет лишь несколько градусов. Комбинация наносекундного воздействия и высокой пиковой интенсивности может иметь некоторые преимущества по сравнению с традиционными методами радиационной обработки.

В случае использования радиационной стерилизации существует проблема стойкости полимеров, используемых для получения нетканых материалов, к воздействию ионизирующего излучения. Так, например, на практике, в редких случаях как отмечают производители медицинской одежды, но все же наблюдаются случаи ухудшения свойств материалов.

Важным является исследование свойства паропроницаемости нетканых материалов после стерилизации, так как после стерилизации волокна нетканого материала начинают разрушаться. Экспериментальные данные паропроницаемости показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 Зависимость паропроницаемости от ионизирующего излучения радиационной стерилизации методом электронного излучения при дозах 20 и 60 кГр

При проведении радиационной стерилизации устанавливают допустимый диапазон поглощенных доз, при котором будет обеспечена стерильность изделий. Как правильно, данный диапазон для нетканых материалов начинается от нижней границы 20±5 кГр и заканчивается верхней границей 60±5 кГр. В некоторых случаях верхняя граница указанного диапазона может быть выше, однако стоит иметь ввиду, что ионизирующее излучение иногда приводит к деструкции полипропилена, из которого изготовлены нетканые полотна. Например, при облучении дозой свыше 60 кГр происходит снижение прочности нетканых материалов в продольном направлении при стерилизации электронным излучением на 12%, а снижение прочности на прорыв составляет примерно 60%. Поэтому оптимальными дозами для стерилизации электронным излучением нетканых материалов медицинского назначения считаются 20-60 кГр.

Для исследования был использован нетканый СМС материал «Avgol Ltd».

Применим следующую формулу расчета паропроницаемости:

- расчетное значение паропроницаемости нетканых материалов;

- экспериментальное значение паропроницаемости на площади 0,50 см².

Результаты паропроницаемости после пересчета до стерилизации и после стерилизации представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты паропроницаемости исследуемых нетканых материалов после расчета с применением формулы

На рисунке 2 видно, что при радиационной стерилизации электронным излучением паропроницаемость нетканых материалов незначительно, но увеличивается.

По результатам таблицы 10 можно выяснить насколько увеличивается паропроницаемость нетканых материалов после радиационной стерилизации с применением метода электронного излучения. При поглощенной дозе излучения 20 кГр результаты паропроницаемости повышаются на 2%, при дозе 40 кГр на 3%, а при поглощенной дозе излучения 60 кГр, которая, как мы рассмотрели ранее, относится к верхней границе поглощенной дозы излучения НМ, паропроницаемость повышается на 5%. Данное увеличение результатов не является сильно заметным, так как столь малое повышение паропроницаемости нетканых материалов не может влиять на изменение комфортности материала.

Повышение паропроницаемости нетканых материалов медицинского назначения, скорее всего, обусловлено наличием в составе нетканых материалов полипропиленовых волокон. Полипропилен благодаря наличию третичных атомов углерода в основной макромолекулярной цепи имеет низкую стойкость к термоокислительной и радиационной деструкции.

По результатам исследования влияния радиационной стерилизации электронным излучением на нетканые материалы можно считать, что РС оказывает малое, едва заметное влияние на свойство паропроницаемости, не меняя его качества комфортности.

Использованные источники

1. ГОСТ 25645.331-91. Материалы полимерные. Требования к оценке радиационной стойкости. Введ. 30-06-1992. М.: Изд-во стандартов, 1991. 18 с.

2. Хакимуллин, Ю.Н. Нетканые материалы на основе полимеров, используемые для производства медицинской одежды и белья, стерилизуемой радиационным излучением: виды материалов, технологии производства / Ю.Н. Хакимуллин, С.И. Вольфсон, Р.Ю. Галимзянова, И.В. Кузнецова, А.В. Ручкин, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казан. технол. ун -та. 2011. - №23. С. 97103.

3. Калимуллина, А.Р. Химическая технология полимерных волокон в текстильных материалах / А.Р. Калимуллина, Н.В. Романова // Вестник Казанского технологического университета. 2011. - № 16. С. 141-143.

4. Чистенко, Г.Н. Нетканые материалы и изделия одноразового применения / Г.Н. Чистенко, О.Л. Таранова, А.Л. Лешкевич, Е.В. Кормилицына, Е.Б. Варивода // Военная медицина. 2011. - №2 (19). С. 89-91.

5. Влияние радиационной стерилизации на свойства нетканого материала, полученного по технологии спанлейс. Вестник Казанского технологического университета/ Ю.Н. Хакимуллин, К.В. Легаева, Е.С. Кузнецова, Л.С. Травкина, М.С. Лисаневич, Р.Ю. Галимзянова. 2014. - №14. С. 150-153.

Размещено на Allbest.ru