Применение ультразвука для стерилизации лекарственных препаратов, Инструмента и медицинской посуды
|
|
Скачать 200.68 Kb.
|
|
раздел 6 Применение ультразвука для стерилизации лекарственных препаратов, Инструмента и медицинской посуды 6.1. Стерилизация лекарственных препаратов Одной из важных проблем фармацевтической технологии является продление времени действия лекарственных средств, т.к. во многих случаях необходимо длительное поддержание строго определенной концентрации препаратов в биожидкостях и тканях организма. Существуют и другие проблемы в фармацевтической технологии, решение которых может привести к созданию более совершенных лекарственных препаратов, а, следовательно, и к более высокой их терапевтической эффективности, например, создание возрастных лекарств, повышение микробной чистоты лекарств, создание более прогрессивной тары, внедрение малоотходных и экологически чистых технологий. В последнее время фармакотехнологов привлекает проблема создания лекарств принципиально нового типа, так называемых лекарств направленного действия с заданными фармакокинетическими свойствами. Применение ультразвука при изготовлении лекарственных препаратов позволяет решить ряд проблем фармацевтической технологии. 6.1.1. Влияние ультразвука на микроорганизмы В основе летального действия ультразвука на микроорганизмы лежит кавитация (см. главу 4). В процессе озвучивания бактериальной культуры часть микробных клеток подвергается моментальному разрушению, другая часть – лишь механическому сотрясению, а некоторые клетки под воздействием ультразвука выбрасываются из суспензии и остаются в тумане, находящемся над поверхностью жидкости, в связи с чем не подвергаются воздействию ультразвука. В клетках, подвергшихся механическому сотрясению, происходит разжижение протоплазмы, увеличение клетки в размерах, а затем разрыв клеточной стенки и вытекание содержимого во внешнюю среду. В результате воздействия ультразвука может происходить коагуляция белков внутри клетки и нарушение ее жизненных функций. При таких разрывах из клеток извлекаются токсины, эндотоксины, антигены, ферменты. Действию ультразвука поддаются дрожжевые клетки, светящиеся бактерии, кишечные, тифозные палочки и др. Ультразвук действует различно как на отдельные виды бактерий, так и на разные типы одного и того же вида. Эффект разрушения зависит от вида и типа микроорганизма, от размера микробной клетки, ее физического состояния, от состава среды и продолжительности озвучивания. Все вышесказанное позволяет использовать ультразвук в качестве стерилизующего агента, а также применять для инактивации и дезинтеграции вирусов с целью получения антигенов и вирусных вакцин [82]. ^ Применение ультразвука высокой интенсивности способствует ускорению процессов растворения, уменьшению доли нерастворенного осадка. Ультразвуковое растворение в большинстве случаев протекает без применения специальных растворителей. Растворение – физико-химический процесс, протекающий между твердой и жидкой фазами и характеризующийся переходами твердого вещества в раствор. На практике – это один из самых простых и доступных способов обработки различных компонентов и получения новых веществ. Путем растворения могут быть получены различные водные, спиртовые, масляные растворы кристаллических веществ, растворы сухих и густых экстрактов, сиропов, пигментов и т.п. Процесс растворения завершается исчезновением твердой фазы. При проведении операции растворения необходимо помнить, что мерой перехода твердого вещества в жидкость является растворимость. Она зависит от свойств растворителя, природы растворяемых веществ, температуры процесса, и для твердых тел существует предельное количество твердого вещества, растворимое в определенном объеме растворителя – концентрация насыщения. Применение многофункционального резервуара позволяет ускорить процессы растворения и растворить практически любое вещество в течение нескольких минут. При совместном воздействии – механическом (перемешивающий элемент) и физическом (ультразвук) увеличивается быстрота процесса растворения твердой фазы в жидкости. Полученные с помощью ультразвука растворы лекарственных препаратов отвечают всем требованиям отечественной фармакологии. Исследования устойчивости веществ под действием ультразвука показали следующее:
6.1.3. Экстрагирование Применение ультразвука высокой интенсивности позволяет увеличить скорость протекания процесса в 10–100 раз, увеличить выход экстрагируемых веществ, обеспечить экстракцию веществ, недоступных другими способами, проводить экстракцию при комнатной температуре, отказаться от применения экстрагирующих агентов (спирт, бензин и др.). Ультразвуковой способ экстракции экономически выгоден в промышленности, а получаемые препараты соответствуют требованиям ГОСТ. Эту технологию применяют для приготовления лекарственных препаратов из растительного сырья. Тонкодисперсные суспензии Получение материалов сверхтонкой дисперсности (частицы размером 1 мкм и меньше) имеет большое значение, т.к. от степени измельчения зависят многие свойства материала. Существует множество способов измельчения твердых веществ (измельчение сухих порошков, измельчение в жидкой среде с помощью шаровых, струйных и вибрационных мельниц), но все они измельчают до размеров порядка 100 мкм. И только ультразвуковое измельчение позволяет получить частицы размером менее 1 мкм. Ультразвуковое диспергирование происходит за счет кавитации и взаимного трения быстродвижущихся и соударяющихся частиц в две фазы. В первой фазе (несколько десятков секунд) измельчение происходит благодаря наличию в исходных частицах большого количества микротрещин, и поэтому трение частиц о жидкость и их взаимные соударения играют определяющую роль. Во второй фазе измельчение происходит за счет кавитационных ударных волн, формирующих в частицах новые микротрещины. Скорость ультразвукового диспергирования зависит от твердости, хрупкости и спаянности материалов, и от правильности формы разрушаемых кристаллов. Для каждого вещества существует оптимальное время ультразвукового диспергирования, обеспечивающее получение частиц минимального диаметра. В медицине сверхтонкое диспергирование позволяет получать лекарственные препараты, обладающие повышенной физиологической доступностью и высокой терапевтической эффективностью. Кроме того, лекарственная форма со сверхтонко диспергированным лекарственным веществом более стабильна при длительном хранении и точнее дозируется. ^ Экстрагирование биологически активных веществ является основной стадией получения препаратов природных соединений. В промышленности этот процесс ведется малоэффективными, трудоемкими и длительными методами. Поэтому особое значение приобретают вопросы интенсификации и повышения качества продукции фармацевтических предприятий. Исследования показали:
Таким образом, метод ультразвуковой экстракции биологически активных веществ из растительного сырья можно широко применять на предприятиях фармацевтической промышленности для изготовления лекарственных препаратов с высоким выходом экстрагируемых веществ при малых энергозатратах. На рис. 6.1 изображена ультразвуковая установка УЗДН-А. Обработка сырья производится следующим образом: настраивается ультразвуковой генератор по времени и интенсивности ультразвукового воздействия, навеску растительного сырья (0,5 г) вносят в химический стакан и заливают 25 мл раствора этанола.  ^ 1 – ультразвуковой генератор; 2 – соединяющий кабель; 3 – ультразвуковой излучатель; 4 – коническая насадка; 5 – химический стакан с обрабатываемым сырьем ^ Плацента – это препарат, полученный из тканей человека, животных и растений. Препараты из ткани плаценты широко используются в различных отделах медицины:
Использование ультразвука для обработки плаценты очень эффективно, т.к. при микрогидроударах ультразвуковой частоты происходит разрыв оболочек всех возможных микробных тел, вирусов, расщепление высокомолекулярного белка на важнейшие «кирпичики» биологического мира. Причем неповрежденными сохраняются 61,5% всех аминокислот, необходимых человеку, из которых: 6 незаменимых, не вырабатываемых человеческим организмом, 26% белков-пептидов, нуклеиновые кислоты, микроэлементы, витамины, ферменты и др. Всего около 100 веществ, необходимых для жизнедеятельности, развития, продолжения жизни и защиты организма. ^ Суспензии представляют собой микрогетерогенные дисперсные системы с твердой и жидкой дисперсионной фазой. Размеры частиц в суспензиях не превышают 100 мкм. В фармацевтических суспензиях размер частиц колеблется в пределах 30–50 мкм. Существует два метода получения суспензий: дисперсионный и конденсационный. Дисперсионный способ получения основан на измельчении частиц лекарственного вещества механическими способами, с помощью ультразвука и др. При получении суспензии дисперсионным методом учитывают степень гидрофильности или гидрофобности лекарственного вещества, вводимого в состав суспензии. Конденсационный способ получения суспензий основан на замене растворителя; при этом к дисперсионной среде, в которой лекарственное вещество нерастворимо, добавляют раствор лекарственного вещества в растворителе, который смешивается с дисперсионной средой. При изготовлении суспензий дисперсионным методом наиболее пристальное внимание уделяют измельчению лекарственного вещества, т.к. именно этот фактор в наибольшей степени влияет на устойчивость образующейся суспензии. При изготовлении суспензии этим методом лекарственное вещество в твердой фазе предварительно измельчают до мелкодисперсного состояния на специальных машинах, готовят концентрированную суспензию перемешиванием в смесителях, затем многократно диспергируют на ультразвуковых установках. Механизм действия ультразвука на дисперсную фазу заключается в том, что при действии ультразвука на гетерогенную систему на границе раздела фаз возникают зоны сжатия и разрежения, которые, в свою очередь, создают давление. Избыточное давление, создаваемое ультразвуковой волной, накладывается на постоянное гидростатическое давление, и суммарно оно может составлять несколько атмосфер. В фазу разрежения во всем объеме жидкости, особенно у границ раздела фаз, в местах, где имеются пузырьки газа и мельчайшие твердые частицы, образуются полости. При повторном сжатии кавитационные пузырьки захлопываются, развивая давление до сотен атмосфер. Образуется ударная волна высокой интенсивности, которая приводит к механическому разрушению твердых частиц. Кроме того, при ультразвуковом диспергировании может происходить коагуляция частиц, что связано с разрушением сольватной оболочки на частицах дисперсной фазы. С введением стабилизаторов эффективность действия ультразвука резко возрастает, повышается степень дисперсности. Для получения ультразвуковых волн для фармакологических целей используют различные аппараты и установки. Источниками ультразвукового излучения в них могут быть механические и электромеханические излучатели. К механическим источникам ультразвука относится, например, жидкостный свисток. Принцип его работы заключается в следующем: струя жидкости подается под давлением через сопло на острие закрепленной в двух местах пластинки; под ударом струи жидкости пластинка колеблется, излучая два пучка ультразвука, направленных перпендикулярно к ее поверхности. Частота колебаний, возбуждаемых излучателем, составляет около 30 кГц. Жидкостной свисток используется, в основном, для получения эмульсий. В качестве электромеханического источника можно использовать пьезоэлектрический элемент, который устанавливается в масляной бане на специальном механизме. Масло здесь играет роль изолирующего агента и является хорошим проводником акустической энергии. Над ним на расстоянии около 5 мм закрепляется сосуд с диспергируемыми веществами. К пьезоэлементу подводится источник переменного тока высокой частоты через выпрямитель и генератор, чтобы направление тока совпало с электрической осью элемента. Чередующиеся сжатия и разрежения в масле от пьезоэлемента передаются стенкам сосуда в диспергируемую систему. Для предотвращения перегрева содержимого сосуда вокруг него размещают змеевик для пропускания холодной воды. Применение ультразвука дает возможность получать монодисперсные системы с очень малым размером частиц дисперсной фазы (0,1–1,0 мкм). Кроме того, ультразвук обладает бактерицидным действием, поэтому суспензии, изготовленные с применением ультразвукового диспергирования, стерильны. Стерилизация суспензий обычными путями зачастую невозможна вследствие неустойчивости суспензий при нагревании и изменении свойств дисперсионной среды. Однако требование стерильности лекарственных форм относится, прежде всего, к инъекционным и детским лекарственным формам. Поэтому, для изготовления суспензий для инъекционного применения и использования в детской практике, зачастую единственным оптимальным способом изготовления является ультразвуковое диспергирование. 6.2. Стерилизация инструмента и медицинской посуды В системе мероприятий по профилактике внутрибольничных инфекций ведущую роль играет стерилизация изделий медицинского назначения. Качество и эффективность стерилизации зависят от многих факторов. Одним из них является полноценная предстерилизационная очистка медицинского инструментария. Эта трудоемкая работа требует не только физического, но и психологического напряжения в связи с высоким риском заражения. Стерилизация в хирургии является важнейшим фактором обеспечения асептики, при подготовке и проведении хирургической операции, перевязки, некоторых диагностических манипуляций и др. Стерилизации подлежат все предметы, соприкасающиеся с операционным полем, руками хирургов и операционной медсестры, с раневой поверхностью, кровью или инъецируемыми препаратами, хирургические инструменты, электрические провода датчиков и других приборов, используемых в операционной, шланги вакуумных отсосов и дренажи, шприцы, инъекционные иглы, оптические приборы и инструменты, шовный материал, марлевые салфетки, медицинские перчатки, белье [83]. В мировой практике для обработки изделий медицинского назначения широко используется ультразвук. Он очищает труднодоступные участки изделий без применения органических растворителей, повышает экологическую чистоту процесса очистки, сокращает время мойки и исключает образование налетов на поверхностях инструментов. Ультразвуковая очистка особенно эффективна при чистке инструментов сложной формы: с мелкими изгибами и углами, например, офтальмологических, операционных и зубоврачебных инструментов. На чистку инструментов щетками и прополаскиванием уходит много времени, и после этих процедур на них остаются микроскопические кусочки грязи. Ультразвуком достигается самая высокая степень очистки поверхностей твердых тел. В результате уменьшается число микробов, и создаются условия для их гибели при последующей стерилизации. Инструментарий для обработки ультразвуком следует готовить как и для обычной очистки, в следующей последовательности: дезинфекция, очистка и стерилизация. Сильно загрязненные инструменты, особенно испачканные кровью, после дезинфекции осторожно очищаются щеткой и только затем обрабатываются ультразвуком. Применение ультразвука устраняет возможность порчи деталей при их промывке. При ультразвуковом методе стерилизации инструмент погружается в моющий раствор, в котором возбуждаются ультразвуковые колебания. Ввиду того, что силы, действующие на частицы загрязнений, более или менее равномерно распределены по всему объему моющего раствора, достигается очистка самых незначительных пор, трещин, углублений и отверстий даже в деталях очень сложной конфигурации. При применении пароструйной очистки и мойки деталей вручную на них остается до 5–10% грязевого налета. Ультразвуковые методы позволяют уменьшить это количество до 0,5–l% и в десятки раз ускорить процесс очистки при снижении его себестоимости до 50% [84]. 6.2.1. Механизм ультразвуковой стерилизации Ультразвуковая стерилизация возможна как в химически активных средах, так и в пассивных средах, не растворяющих загрязнения. В последнем случае эффект очистки несколько слабее. Механизм ультразвуковой очистки, обусловленный механическим воздействием химически пассивной среды, может быть объяснен разрушением (дроблением) пленки загрязнений, возникающим в силу появления ударной волны при аннигиляции кавитационных пузырьков вблизи места загрязнений, а также возникновением интенсивно колеблющихся пузырьков, проникающих в поры, щели и зазоры между загрязнениями и твердой поверхностью очищаемой детали. При пульсациях кавитационных пузырьков на пленку загрязнений воздействуют динамические нагрузки. Кавитационные пузырьки производят микроударное разрушение поверхностной пленки. Микроударные нагрузки характеризуются резким возрастанием давлений до значительной величины, за которым следует столь же быстрое уменьшение нагрузки. Распределение напряжений, вызванных такими нагрузками, отличается локальностью и сильной неравномерностью, что приводит к появлению в пленке загрязнений трещин, а также следов эрозии, которые наблюдаются на поверхности пленки в виде точечных кратеров. Повышать эрозионную активность моющей жидкости следует лишь в тех случаях, если необходимо удалять пленки с высокой кавитационной стойкостью, прочно связанные с очищаемой поверхностью и химически не взаимодействующие с моющей жидкостью. Однако необходимо учитывать, что микроударному разрушению может подвергнуться не только пленка загрязнений, но и очищаемый материал. Поэтому при удалении загрязнений, прочно связанных с очищаемой поверхностью, в ряде случаев выгодно проводить очистку в несколько этапов, снижая интенсивность кавитации по мере разрушения пленки загрязнений. Пульсирующие пузырьки в большинстве своем не создают на границе жидкость – твердое тело значительных микроударных нагрузок. Известны три возможных механизма разрушения поверхностных пленок пульсирующими кавитационными пузырьками: отслоение, струйная очистка, эмульгирование. Объектом исследований является часть медицинской посуды с нанесенной на ее поверхность слоем крови. Полученные кинофрагменты позволили установить следующий механизм разрушения пленок: пульсирующий пузырек «прилипает» к поверхности пластинки и к внутренней поверхности отслоившейся пленки, как это схематично показано на рис. 6.2, а. При интенсивных колебаниях пузырька на пленку начинают действовать силы, отрывающие ее от поверхности пластинки. Если силы сцепления пленки с поверхностью превосходят прочность самой пленки, то свободный кусочек ее отрывается (рис. 6.2, б) а  б Рис. 6.2. Схема отслоения пленки загрязнений при пульсациях кавитационного пузырька: а – начальная фаза отслоения; б – откалывание кусочков пленки Если же прочность пленки превосходит силы сцепления, то пленка отслаивается с поверхности. Некоторые пузырьки после многократных пульсаций захлопываются с большой скоростью, и в этом случае пленка загрязнений разрушается аналогично случаю, рассмотренному для кавитирующего пузырька. Механизм разрушения пленки был следующим: газовые пузырьки, имевшиеся в толще пленки, пульсируя в звуковом поле и перемещаясь под действием акустических течений, увлекали за собой часть окружающего вещества. Перемещение массы пленки приводило к ее разрывам. Одновременно шел другой процесс: кавитационные пузырьки распыляли мельчайшие капли воды на поверхности жировой пленки, обволакивающей газовый пузырек. Поскольку пульсирующий пузырек является своеобразным источником ультразвуковых колебаний, капельки жидкости с его поверхности могут отбрасываться, дробиться и наблюдается явление, напоминающее распыление тонкого слоя жидкости на поверхности излучателя. При удалении нерастворимых загрязнений в химически нейтральных растворах скорость очистки зависит от интенсивности ультразвуковой кавитации. При удалении растворимых загрязнений существенную роль играют акустические течения, в особенности вихревые микропотоки, возникающие в пограничном слое, которые интенсифицируют поступление свежих порций растворителя к поверхности твердого тела. Уменьшение толщины ламинарного слоя у границы с твердым телом является главным отличием перемешивания жидкости в звуковом поле от любых методов механического перемешивания. Этим можно объяснить эффективное удаление растворимых загрязнений на высоких частотах, когда интенсивность звука может быть ниже пороговой, и кавитация в жидкости не наблюдается. 6.2.2. Методы возбуждения ультразвуковых колебаний в моющем растворе Для возбуждения ультразвуковых волн в жидкости могут быть применены различные методы преобразования электрической энергии в ультразвуковую вибрацию, а также различные способы передачи этих вибраций моющему раствору. Из трех схем преобразования – электромагнитной, магнитострикционной и пьезоэлектрической (рис.6.3) следует отдать предпочтение двум последним как по диапазону генерируемых частот и мощности излучения, так и по эффективности. Диапазон частот магнитострикционных вибраторов определяется величинами 10–100 кГц. Пьезоэлектрические вибраторы (кварцевые и из титаната бария) могут использоваться до частот порядка 50 МГц. Для эффективной очистки деталей на излучатели ультразвука необходимо подавать большие мощности (порядка l–2 кВт).  Рис. 6.3. Ультразвуковые генераторы (а – электромагнитный; б – магнитострикционный; в – пьезоэлектрический) и способы передачи колебаний моечному раствору 6.3. Методы ультразвуковой стерилизации При разработке технологического оборудования для очистки необходимо учитывать особенности распределения звукового поля в кавитирующей жидкости. Если гидростатическое давление у поверхности излучателя немного отличается от атмосферного, то развитая кавитационная область формируется только у излучателя и ее протяженность по высоте не превышает 2λ. Это накладывает серьезные ограничения на применение ультразвуковой очистки. Для установок, работающих при атмосферном давлении, применяются следующие методы очистки: метод погружения; непрерывно-последовательный метод; контактный метод. 6.3.1. Метод погружения Этот метод применяется для очистки мелких деталей, размер которых много меньше или соизмерим с размерами излучателя. Детали загружают в ванну в сетчатых корзинах, которые устанавливают как можно ближе к поверхности излучателя. При очистке методом погружения необходимо учитывать, что любая вводимая в кавитационную область перегородка, даже если ее толщина много меньше λ/2, перекрывающая полностью или частично поверхность излучателя, при нормальном атмосферном давлении сильно ослабляет звуковое поле за перегородкой. При очистке методом погружения необходимо применять сетчатые загрузочные устройства с крупными ячейками (не менее 5x5мм), а в процессе очистки следует поворачивать и перемещать инструменты относительно излучателя, чтобы обеспечить равномерную очистку поверхности всех инструментов. При очистке мелких деталей операции перемещения осуществляются путем применения вибрирующих транспортных устройств или вращающихся сетчатых барабанов. Если размеры детали соизмеримы с размером излучателя, то осуществляется периодический поворот (вручную или механически) деталей в ванне. 6.3.2. Очистка непрерывно-последовательным методом Очистка непрерывно-последовательным методом осуществляется в двух вариантах:
Метод введения излучателей в зону обработки весьма эффективен для очистки труднодоступных мест, глухих отверстий, каналов. В большинстве случаев очистку этим методом целесообразно осуществлять с помощью ручных устройств. Одним из главных требований к таким устройствам является их малая масса и компактность. Поэтому преобразователи к ним целесообразно выполнять на частоту 44 кГц. Излучателем служит изгибно колеблющаяся трубка, диаметр которой выбирается таким, чтобы зазор между стенкой очищаемого отверстия и наружной стенкой трубы не превышал 3–5 мм. Технологическим преимуществом изгибно колеблющихся излучателей является возможность их выполнения большой длины (до 10–20 длин волн изгибных колебаний трубки). 6.3.3. Контактный метод Для очистки контактным методом ультразвуковые колебания создаются в изделии в результате акустического контакта между преобразователем и деталью. Деталь становится вторичным излучателем, и очистка поверхности происходит не только за счет специфических эффектов, возникающих в жидкости при распространении звуковой волны, но и за счет изгибных колебаний самой детали, способствующих отслоению пленки загрязнений с их поверхности. Контактный метод используется для очистки внутренних полостей изделий сложного профиля с толщиной стенки не более 2 мм. При больших габаритах детали необходимо производить перестановку преобразователей на поверхности деталей, т.к. при достаточно протяженной поверхности интенсивность колебаний стенки деталей при удалении от источника колебаний – преобразователя падает вследствие цилиндрического характера расхождения волны. Для контактного метода очистки применяют преобразователи с настроенными волноводами, выполненными в виде трансформаторов скоростей с небольшим коэффициентом трансформации (1,5–2,5). 6.4. Аппаратура для стерилизации В настоящее время промышленностью выпускается большое количество ультразвуковых установок для стерилизации, например, ультразвуковая установка «УЗОР-1» [85].  ^ Ультразвуковая установка «УЗОР-1» предназначена для высокоэффективной ультразвуковой очистки изделий от различных загрязнений. Установка «УЗОР-1» состоит из ультразвукового генератора и ультразвуковой ванны. В ванне установлен ультразвуковой преобразователь, выполненный на основе современных пьезокерамических элементов из титаната бария. Ванна и преобразователь изготовлены из нержавеющей стали. Для слива моющей жидкости ванна снабжена краном. Преимущества установки «УЗОР-1»:
Технические характеристики ультразвуковой установки «УЗОР-1» представлены в таблице 6.1. Таблица 6.1 Технические характеристики ультразвуковой установки «УЗОР-1»
|
||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям