اتوکلاو، روش کار و تست کارایی و کیفیت

اتوکلاو در اصل تنها یک ظرف فولادی بزرگ است که از طریق آن بخار یا گاز دیگری برای استریل کردن اشیا، انجام آزمایش‌های علمی یا انجام فرآیندهای صنعتی به گردش در می‌آید.معمولاً محفظه‌ها در اتوکلاوها استوانه‌ای هستند، زیرا سیلندرها نسبت به اشکال مکعبی که لبه‌های آنها به نقاط ضعف تبدیل می‌شوند، بهتر می‌توانند فشارهای شدید را تحمل کنند.

فشار بالا باعث می‌شود که آنها خود به خود آب‌بندی شوند (کلمات “auto” و “clave” به معنای قفل خودکار هستند)، اگرچه به دلایل ایمنی بیشتر آنها از بیرون به صورت دستی نیز آب‌بندی می‌شوند. درست مانند یک زودپز، یک شیر اطمینان تضمین می‌کند که فشار بخار نمی تواند به سطح خطرناکی برسد.

اتوکلاو پزشکی وسیله‌ای است که از بخار برای استریل کردن تجهیزات و سایر اشیاء استفاده می کند. این بدان معنی است که همه باکتری ها، ویروس ها، قارچ ها و هاگ ها غیرفعال می‌شوند. با این حال، پریون‌ها، مانند آن‌هایی که با بیماری کروتسفلد جاکوب مرتبط هستند، ممکن است با اتوکلاو در دمای معمولی 134 درجه سانتیگراد به مدت سه دقیقه یا 121 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه از بین نروند. اگرچه گونه‌های باستانی از جمله Geogemma barosii می‌توانند در دمای بالاتر از 121 درجه سانتیگراد زنده بمانند، البته هیچ میکروارگانیسم باستانی به عنوان عفونی یا خطری برای سلامتی انسان شناخته نشده است. در واقع بیوشیمی آنها بسیار متفاوت از بیوشیمی ما است و سرعت تکثیر آنها برای میکروبیولوژیست‌ها آنقدر کند است که نگرانی از بابت آنها ندارند.

موارد مصرف اتوکلاو

اتوکلاوها در بسیاری از محیط‌های درمانی، کلینیک های دندانپزشکی، آزمایشگاه‌ها و مکان‌های دیگری یافت می‌شوند که نیاز به اطمینان از استریل بودن یک جسم دارند.

امروزه بسیاری از متدها ، از اقلام یکبار مصرف به جای اقلام قابل استریل و قابل استفاده مجدد استفاده می کنند. این اولین بار با سوزن های زیرپوستی اتفاق افتاد، اما امروزه بسیاری از ابزارهای جراحی (مانند فورسپس، نگهدارنده سوزن، و دسته چاقوی جراحی ) بیشتر یک بار مصرف هستند تا موارد قابل استفاده مجدد .

اتوکلاوها در کشورهای فقیرتر به دلیل استفاده مکرر از تجهیزات از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. ارائه اتوکلاوهای گازسوز یا خورشیدی به مراکز درمانی روستایی موضوع چندین ماموریت بهداشتی و پزشکی پیشنهادی در مناطق روستایی و محروم بوده است.

از آنجا که از گرمای توعم با رطوبت بالا استفاده می شود، محصولات حساس به حرارت (مانند برخی از پلاستیک ها) را نمی توان به این روش استریل کرد و ممکن است ذوب شوند. کاغذ و سایر محصولاتی که ممکن است در اثر بخار آسیب ببینند نیز باید به روش دیگری استریل شوند.

در همه اتوکلاوها، اقلام باید همیشه از هم جدا شوند تا بخار به طور یکنواخت درآنها نفوذ کند.

اتوکلاو اغلب برای استریل کردن ضایعات پزشکی قبل از دفع در کنار سایر زباله های استاندارد جامد شهری استفاده می شود.

این کاربرد به عنوان جایگزینی برای سوزاندن به دلیل نگرانی های زیست محیطی و بهداشتی که به دلیل محصولات جانبی احتراق منتشر شده توسط زباله سوزها، به ویژه از واحدهای کوچکی که معمولاً در بیمارستان ها کار می کردند، رایج تر شده است.

سوزاندن یا فرآیند اکسیداسیون حرارتی مشابه هنوز به طور کلی برای زباله‌های پاتولوژیک و سایر زباله های پزشکی بسیار سمی و/یا عفونی الزامی است.

در دندانپزشکی، اتوکلاوها بر اساس یادداشت فنی بهداشتی 01-05 (HTM01-05) استریل کردن ابزارهای دندانی را انجام می‌دهند.

بر اساس HTM01-05، ابزارها را می توان پس از استریل شدن با اتوکلاو خلاء تا 12 ماه با استفاده از کیسه های مهر و موم شده نگه داشت.

چرا اتوکلاو ضدعفونی کننده موثری است؟

اتوکلاو یک زودپز بزرگ است که با استفاده از بخار تحت فشار به عنوان عامل استریل کننده عمل می کند. فشار بالا بخار را قادر می سازد تا به دمای بالایی برسد و در نتیجه میزان گرما و قدرت کشندگی آن را افزایش می دهد. بیشتر قدرت گرمایش بخار از گرمای نهان تبخیر آن حاصل می شود.

این مقدار حرارت مورد نیاز برای تبدیل آب جوش به بخار است. این مقدار گرما در مقایسه با حرارت مورد نیاز برای گرم کردن آب بسیار زیاد است.

به عنوان مثال، برای جوشاندن یک لیتر آب 80 کالری، اما برای تبدیل آن آب جوش به بخار 540 کالری نیاز است. بنابراین، بخار در 100 درجه سانتیگراد تقریباً هفت برابر گرمای بیشتری نسبت به آب جوش دارد.

بخار قادر است به اجسامی با دمای پایین تر نفوذ کند، زیرا هنگامی که بخار با سطح خنک‌تر تماس پیدا می‌کند، بلافاصله به حالت مایع آب تبدیل شده ، متراکم می‌شود و همزمان 1870 برابر حجم بخار کاهش می‌یابد. این باعث ایجاد فشار منفی در یک نقطه بخار بیشتری را به منطقه می کشاند.

تراکم تا زمانی ادامه می یابد که دمای سطح متراکم کمتر از دمای بخار باشد. هنگامی که دماها متعادل می شوند، یک محیط اشباع از بخار آب تشکیل می شود.

دستیابی به رطوبت بالا و یکنواخت در محیط بخار-هوا برای یک فرآیند اتوکلاو موثر، مهم است. توانایی هوا در حمل گرما با میزان رطوبت موجود در هوا ارتباط مستقیم دارد. هر چه رطوبت بیشتر باشد، گرمای بیشتری را می تواند حمل کند و بخار یکی از موثرترین حامل های گرما است. بنابراین بخار نیز منجر به کارآمدی می شود

کشتن سلول‌ها و انعقاد پروتئین ها به عنوان مثال، هنگامی که گوشت گاو را در خانه میپزید، وقتی در ظرف سرپوشیده داخل فر برشته شود، ممکن است سفت شود. اما کافی است ته ظرف کمی آب اضافه کنید، متوجه خواهید شد که گوشت نرم می شود! دما یکسان و زمان برشته شدن یکسان است اما نتیجه متفاوت است. اکنون (مانند اتوکلاو) پارامتر دیگر یعنی فشار را اضافه کنید. با قرار دادن همین کباب در زودپز می توانید زمان پخت این کباب را به حداقل سه چهارم کاهش دهید و همچنان به همان اندازه یک محصول نهایی لطیف خواهید داشت.

کشتن میکروارگانیسم ها چگونه اتفاق می افتد؟

تصور می‌شود که گرمای مرطوب با ایجاد انعقاد پروتئین‌های ضروری، میکروارگانیسم‌ها را از بین می‌برد. راه دیگر برای توضیح این موضوع این است که وقتی از گرما به عنوان یک عامل استریل کننده استفاده می شود، حرکت ارتعاشی هر مولکول یک میکروارگانیسم افزایش می یابد که باعث جدا شدن پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی بین پروتئین ها می شود. بنابراین مرگ، ناشی از تجمع آسیب غیرقابل برگشت به تمام عملکردهای متابولیک ارگانیسم است.

میزان مرگ و میر به طور مستقیم با غلظت میکروارگانیسم ها در هر زمان معین متناسب است. زمان مورد نیاز برای کشتن یک جمعیت شناخته شده از میکروارگانیسم ها در یک سوسپانسیون خاص در یک دمای خاص به عنوان زمان مرگ حرارتی (TDT) نامیده می شود. همه اتوکلاوها بر اساس یک رابطه زمان/دما کار می کنند. افزایش دما باعث کاهش TDT و کاهش دما باعث افزایش TDT می شود.

دما و فشار استاندارد اتوکلاو چقدر است؟

فرآیندهایی که در دماهای بالا برای دوره های زمانی کوتاه انجام می شوند بر دماهای پایین تر برای زمان های طولانی تر ترجیح داده می شوند. برخی از دما/فشارهای استاندارد به کار رفته عبارتند از C115 10 p.s.i ، C12115 p.s.i ، و C132 27 p.s.i (psi=پوند بر اینچ مربع). در اتوکلاو دانشگاه ما، اتوکلاو معمولا شامل حرارت دادن در بخار اشباع تحت فشار تقریباً 15 psi برای دستیابی به دمای محفظه حداقل 121 درجه سانتیگراد (250 درجه فارنهایت) است، اما در سایر کاربردها در صنعت، به عنوان مثال، سایر برنامه ها، گاهی اوقات زمان و دماهای متفاوتی استفاده می شود.

لطفاً توجه داشته باشید که پس از بارگیری و راه‌اندازی اتوکلاو، زمان پردازش پس از رسیدن اتوکلاو به شرایط عملیاتی عادی C121 (250¡F) و فشار psi 15 اندازه‌گیری می‌شود، نه زمانی که دکمه «روشن» را فشار می‌دهید.

خود اتوکلاو چگونه کار می کند؟

اصولاً بخار وارد محفظه اتاقک می شود، از یک دریچه عملیاتی عبور می کند و در پشت یک صفحه بافل (صفحه یا وسیله مکانیکی که برای مهار یا تنظیم جریان سیال، انتشار نور یا صدا، یا توزیع صدا طراحی شده است) وارد محفظه پشتی می شود. از طریق محفظه و بار به جلو و پایین جریان می یابد و در قسمت پایین جلویی خارج می شود. یک تنظیم کننده فشار، فشارمحفظه را در حداقل psi 15 حفظ می کند، فشار لازم برای رسیدن بخار به C121 (250F). حفاظت در برابر فشار بیش از حد توسط یک شیر اطمینان انجام می شود. شرایط داخل به صورت ترموستاتیک کنترل می شود به طوری که گرما (بخار بیشتر) تا رسیدن به 121 درجه سانتیگراد اعمال می شود که در آن زمان تایمر شروع می شود و دما برای زمان انتخاب شده حفظ می شود.

هنگامی که محفظه آب بندی شد، تمام هوا یا توسط یک پمپ خلاء ساده (در طرحی به نام پیش خلاء) یا با پمپاژ بخار برای خروج هوا از مسیر خارج می شود (یک طرح جایگزین به نام جابجایی گرانشی).

سپس، بخار با فشاری بالاتر از فشار معمولی اتمسفر از داخل محفظه پمپ می شود، بنابراین به دمای حدود 121 تا 140 درجه سانتی گراد (250 تا 284 درجه فارنهایت) می رسد. پس از رسیدن به دمای مورد نیاز، یک ترموستات عمل میکند و تایمر را راه اندازی می کند. پمپاژ بخار برای حداقل حدود 3 دقیقه و حداکثر حدود 15 تا 20 دقیقه ادامه می یابد (درجه حرارت های بالاتر به معنای زمان های کوتاه تر) – معمولاً به اندازه ای طولانی است که اکثر میکروارگانیسم ها را از بین می برد. زمان دقیق استریل کردن به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله میزان آلودگی احتمالی اقلامی که در اتوکلاو قرار می گیرند (اقلام کثیف شناخته شده آلوده به مدت طولانی تری استریل می شوند زیرا حاوی میکروب های بیشتری هستند) و نحوه بارگیری اتوکلاو.در صورت گردش آزادانه هوا و تماس کامل هوا با سطوح، اتوکلاو سریعتر و موثرتر خواهد بود.

اتوکلاو کردن کمی شبیه پخت و پز است، اما علاوه بر توجه به دما و زمان، فشار نیز مهم است! ایمنی همه چیز در این دستگاه حائز اهمیت است. از آنجایی که از بخار پرفشار و با دمای بالا استفاده می کنید، هنگام باز کردن اتوکلاو باید مراقب باشید که فشار ناگهانی آزاد نشود که می تواند باعث انفجار بخار خطرناک شود.

برای موثر بودن عملکرد اتوکلاو در برابر باکتری ها و ویروس های تشکیل دهنده هاگ، اتوکلاوها باید :

◾بخار در تماس مستقیم با مواد در حال استریل شدن باشد (یعنی بارگیری اقلام بسیار مهم است).

◾برای جابجایی هوای اولیه موجود در اتوکلاو و جایگزینی آن با بخار، خلاء ایجاد کنید.

◾یک طرح کنترلی خوب طراحی شده برای تخلیه بخار و خنک سازی به طوری که بار از بین نرود.

کارایی فرآیند استریلیزاسیون به دو عامل عمده بستگی دارد. یکی از آنها زمان مرگ حرارتی است، یعنی زمانی که میکروب ها باید قبل از اینکه همه بمیرند در دمای خاصی در معرض آن قرار گیرند. عامل دوم، نقطه مرگ حرارتی یا دمایی است که در آن همه میکروب‌ها در یک نمونه کشته می‌شوند. بخار و فشار تضمین می‌کنند که حرارت کافی به ارگانیسم منتقل می‌شود تا آنها را از بین ببرد. مجموعه ای از پالس های فشار منفی برای حرکت هوا در تمام محفظه های هوا استفاده می شود، در حالی که نفوذ بخار با اعمال پی در پی پالس های مثبت به حداکثر می رسد.

تست کارایی اتوکلاو (تضمین کیفیت)

شاخص های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی وجود دارد که می توان برای اطمینان از رسیدن یک اتوکلاو به دمای مناسب برای مدت زمان مناسب استفاده کرد. اگر یک مورد درمان نشده یا درمان نادرست را با یک مورد درمان شده اشتباه بگیرید، این خطر وجود دارد که آنها با هم مخلوط شوند، که در برخی از زمینه ها مانند جراحی بسیار مهم است.

نشانگرهای شیمیایی روی بسته بندی پزشکی و نوار اتوکلاو پس از برآورده شدن شرایط صحیح تغییر رنگ می دهند که نشان می دهد جسم داخل بسته یا زیر نوار به درستی پردازش شده است. نوار اتوکلاو تنها نشانگری است که بخار و گرما رنگ را فعال کرده است. نشانگر روی نوار نشان دهنده استریل شدن کامل نیست. یک دستگاه چالشی دشوارتر، به نام دستگاه Bowie-Dick (به نام مخترعان آن)، نیز برای تأیید یک چرخه کامل استفاده می شود. این دستگاه شامل یک صفحه کامل نشانگر شیمیایی است که در مرکز یک پشته کاغذ قرار گرفته است. این دستگاه به طور خاص طراحی شده است تا ثابت کند که فرآیند به دمای کامل و زمان لازم برای حداقل سیکل معمولی 274 درجه فارنهایت به مدت 3.5 تا 4 دقیقه رسیده است.

برای اثبات استریل شدن اقلام از شاخص های بیولوژیکی استفاده می شود. شاخص های بیولوژیکی حاوی هاگ های یک باکتری مقاوم در برابر حرارت، Geobacillus stearothermophilus هستند. اگر اتوکلاو به دمای مناسب نرسد، هاگ ها هنگام انکوبه شدن جوانه می زنند و متابولیسم آنها رنگ یک ماده شیمیایی حساس به pH را تغییر می دهد. برخی از شاخص های فیزیکی شامل آلیاژی هستند که فقط پس از قرار گرفتن در دمای معین برای مدت زمان نگهداری مربوطه ذوب می شوند. اگر آلیاژ ذوب شود، تغییر قابل مشاهده خواهد بود.

برخی از اتوکلاوهای کنترل شده توسط کامپیوتر از مقدار F0 (F-nought) برای کنترل چرخه استریلیزاسیون استفاده می کنند. مقادیر F0 برای تعداد دقیقه استریلیزاسیون معادل 121 درجه سانتیگراد (250 درجه فارنهایت) در 100 کیلو پاسکال (15 psi) بالاتر از فشار اتمسفر به مدت 15 دقیقه تنظیم می شود. از آنجایی که کنترل دقیق دما دشوار است، دما نظارت می شود و زمان استریلیزاسیون بر این اساس تنظیم می شود.

کاربرد اتوکلاو

اتوکلاوهای استریلیزاسیون به طور گسترده در میکروبیولوژی، پزشکی، خدمات کلینیک پا، خالکوبی، سوراخ کردن بدن و پیرسینگ، دامپزشکی، قارچ شناسی، خانه های تشییع جنازه، دندانپزشکی و ساخت پروتز استفاده می شود. اندازه و عملکرد آنها بسته به محیط و حجم نمونه هایی که قرار است استریل شود، متفاوت است.

بارهای معمولی شامل ظروف شیشه‌ای و شیشه آلات آزمایشگاهی، سایر تجهیزات و ضایعات، ابزار جراحی، و زباله‌های پزشکی است. یک کاربرد قابل توجه اخیر و محبوب اتوکلاوها، استریل کردن پیش از دفع مواد زائد، مانند زباله‌های بیمارستانی بیماری‌زا است. دستگاه های این دسته عمدتاً تحت همان اصول اتوکلاوهای معمولی عمل می‌کنند، زیرا می‌توانند عوامل عفونی بالقوه را با استفاده از بخار تحت فشار و آب فوق‌گرم خنثی کنند. نسل جدیدی از بازیافت کنندگان ضایعات می‌توانند بدون مخزن تحت فشار برای استریل کردن محیط کشت، مواد لاستیکی، روپوش‌ها، پانسمان، دستکش و غیره به همان اثر دست یابند. به‌ویژه برای موادی که نمی‌توانند دمای بالاتر هوای گرم را تحمل کنند مفید است. .

اتوکلاو همچنین به طور گسترده ای برای پخت کامپوزیت ها و در ولکانیزه کردن لاستیک استفاده می شود. گرما و فشار بالایی که اتوکلاوها به آنها کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که بهترین خواص فیزیکی ممکن به طور تکراری قابل دستیابی است. صنعت هوافضا و اسپارسازها (به ویژه برای قایق های بادبانی) دارای اتوکلاوهایی به طول بیش از 50 فوت (15 متر) و عرض برخی بیش از 10 فوت (3.0 متر) هستند.

انواع دیگر اتوکلاو برای رشد کریستال ها در دما و فشار بالا استفاده می شود. کریستال های کوارتز مصنوعی مورد استفاده در صنعت الکترونیک در اتوکلاوها رشد می کنند. بسته بندی چتر نجات برای کاربردهای تخصصی ممکن است تحت خلاء در اتوکلاو انجام شود که به چتر اجازه می دهد تا گرم شود و در حداقل حجم قرار گیرد.

منابع

https://consteril.com/how-does-a-laboratory-autoclave-work/

https://www.labcompare.com/General-Laboratory-Equipment/8-Autoclave-Sterilizer-Laboratory-Autoclaves/