Устройство для стерилизации ионами металлов, полученных с помощью ультразвука в водной среде либо растворе
Изобретение относится к комбинированным устройствам обработки различных инструментов и материалов ионами серебра с помощью ультразвука.
Технический результат: обеспечивается более равномерный и широкий спектр воздействия гидроакустических колебаний. Одновременно с гидроакустическими колебаниями происходит насыщение воды ионами металла.
Сущность устройства: пьезокерамический излучатель, работающий в диапазоне частот от 20 кГц до 10 мГц, выполнен совмещенным со сменной мембраной или накладкой из серебра или золота, или меди, либо различных сплавов тех металлов, чьи ионы обладают стерилизационными свойствами.
Область применения
Полезная модель относится к комбинированным методам обработки различных инструментов и материалов ионами серебра с помощью ультразвука. Более конкретно полезная модель относится устройствам стерилизации и дезинфекции различных медицинских, в частности хирургических инструментов, косметического и парикмахерского оборудования, обработки санитарной одежды, простыней, полотенец, салфеток и так далее. Так же устройство предназначено для бытовой дезинфекции белья, посуды и средств личной гигиены. Уровень техники
Стерилизационный эффект начинает проявляться при самой низкой частоте ультразвука то есть от 20 кГц и с ростом частоты колебания дезинфекционные свойства ультразвука только усиливаются, происходит локальное воздействие на обрабатываемую поверхность и прилежащую область механическими колебаниями воды или ее растворами. Обычно используемые частоты ультразвуковых колебаний применяемые при дезинфекционной обработке составляют от 20 кГц до 100 мГц.
Так же большое влияние на качество стерилизации является мощность ультразвукового излучения. Также, при повышении интенсивности ультразвукового излучения, возрастает стерилизационный эффект. Но следует учесть то, что с возрастанием мощности ультразвука возникает эффект кавитации. Кавитация, возникновение множества микроскопических воздушно-паровых пузырьков. Кавитация губительна для обрабатываемой поверхности, так как возникает кавитационная коррозия и в последствии происходит разрушение инструмента. Так же интенсивная кавитация при обработке ткани к разрыву последней и ее непригодности. Наоборот, при малой кавитации в тканях и их волокнах активно разрушается различные загрязнения, в том числе кровь. Из выше изложенного ясно, что обработку ткани лучше производить очень малой кавитации, либо в безкавитационных режимах. А при обработке инструмента и средств гигиены возникновение кавитации следует избегать. Так же ультразвуковая обработка материалов и инструментов гидроакустическими волнами, является эффективным средством для предстерилизационной очистки стоматологических и хирургических инструментов.
Для насыщения воды ионами серебра существует множество приборов. Принцип действия этих аппаратов основан на электрохимическом растворении электродов из сверхчистого
серебра (99,99%).
В настоящее время серебро рассматривается не просто как металл, а как металл, ионы которого являются самым эффективным средством борьбы с микробами, бактериями, различными грибковыми заболеваниями.
Действие ионов серебра (серебряной воды) на микробную клетку
Основоположником научного изучения механизма действия серебра на микробную клетку является швейцарский ботаник Карл Негели, который в 80-е годы XIX века установил, что взаимодействие не самого металла, а его ионов с клетками микроорганизмов вызывает их гибель. Это явление он назвал олигодинамией (от греч. «олигос» - малый, следовый, и «динамос» - действие, т.е. действие следов). Ученый доказал, что серебро проявляет олигодинамическое действие только в растворенном (ионизированном) виде. В последующем его данные были подтверждены и другими исследователями.
Немецкий ученый Винцент, сравнивая активность некоторых металлов, установил, что наиболее сильным бактерицидным действием обладает серебро, меньшим - медь и золото. С.С.Боткин, а затем А.П.Виноградов, объяснили этот факт зависимостью биологических свойств микроэлементов от места, занимаемого ими в Периодической системе Д.И.Менделеева.
Так, дифтерийная палочка погибала на серебряной пластинке через три дня, на медной - через шесть дней, на золотой - через восемь. Стафилококк погибал на серебре через два дня, на меди через три, на золоте - через девять дней. Тифозная палочка на серебре и меди погибала через 18 ч, а на золоте - через шесть - семь дней.
Большой вклад в изучение антимикробных свойств серебряной воды, ее применения для обеззараживания питьевой воды и пищевых продуктов внесен академиком Л.А.Кульским. Его экспериментами, а позднее и работами других исследователей доказано, что именно ионы металлов и их диссоциированные соединения (вещества, способные в воде распадаться на ионы) вызывают гибель микроорганизмов. Во всех случаях при бактерицидном эффекте степень активности серебра тем больше, чем выше концентрация ионов серебра. При сравнении противомикробных свойств ионизированного серебра и других препаратов обнаружено, что его бактерицидный эффект в 1750 раз сильнее карболовой кислоты и в 3,5 раза сильнее сулемы и хлорной извести. Причем спектр противомикробного действия серебра значительно шире многих антибиотиков и сульфаниламидов. А бактерицидный эффект создается минимальными дозами препарата.
Так, B.C.Брызгунов с соавтором выявили, что серебро обладает более мощным антимикробным эффектом, чем пенициллин, биомицин и другие антибиотики, и оказывает губительное действие на антибиотикоустойчивые штаммы бактерий.
На золотистый стафилококк, вульгарный протей, синегнойную и кишечную палочки, представляющих особый интерес для клиницистов, ионы серебра оказывают различное противомикробное действие - от бактерицидного (способность убивать микробы) до бактериостатического (способность препятствовать размножению микробов). В отношении золотистого стафилококка и большинства кокков оно иногда значительно превосходит по своей выраженности действие антибиотиков.
Рядом исследователей установлено, что ионы серебра обладают выраженной способностью инактивировать вирусы осповакцины, гриппа штаммов А-1, В, Митрс-штамма, некоторых энтеро- и аденовирусов, а также ингибировать вирус СПИДа и оказывают хороший терапевтический эффект при лечении вирусного заболевания Марбург, вирусного энтерита и чумы у собак. При этом выявлено большое преимущество терапии коллоидным серебром по сравнению со стандартной терапией.
Существует также мнение, что серебро не оказывает прямого воздействия на ДНК клеток, а действует косвенно, увеличивая количество внутриклеточных свободных радикалов, которые снижают концентрацию внутриклеточных активных соединений кислорода.
Таким образом, механизм действия серебра на микробную клетку в свете современных данных заключается в том, что ионы серебра сорбируются клеточной оболочкой, которая выполняет защитную функцию. Клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции, например деление (бактериостатический эффект). Как только на поверхности микробной клетки сорбируется серебро, оно проникает внутрь клетки и ингибирует ферменты дыхательной цепи, а также разобщает процессы окисления и окислительного фосфорилирования в микробных клетках, в результате чего клетка гибнет.
Широкий спектр противомикробного действия серебра, отсутствие устойчивости к нему у большинства патогенных микроорганизмов, низкая токсичность, отсутствие в литературе данных об аллергенных свойствах серебра, а также хорошая переносимость больными - способствовали повышенному интересу к серебру во многих странах мира.
Современные исследования действия коллоидных ионов серебра показали, что они обладают выраженной способностью обезвреживать вирусы осповакцины, некоторые штаммы вируса гриппа, энтеро- и аденовирусов. К тому же они оказывают хороший терапевтический эффект при лечении вирусного энтерита и чумы у собак. При этом выявлено преимущество терапии коллоидным серебром по сравнению со стандартной терапией. Отмечено благотворное действие коллоидных ионов серебра на заживление трофических язв, развивающихся при нарушении кровообращения нижних конечностей. Ни в одном случае не было отмечено побочных эффектов лечения серебром.
Американские исследования (по данным Сайенс Дайджест) показали, что серебро убивает
вредные для организма микробы, включая кишечную палочку. Также был использован раствор коллоидного серебра для перевязки ран, распылении при тонзиллитах, в качестве влажной повязки для лечения ожогов и ссадин. Во всех случаях был отмечен хорошими терапевтический эффект.
Установлено, что растворы серебра являются самым эффективным средством при непосредственном соприкосновении с поверхностями, гноящимися и воспаленными вследствие бактериального заражения.
Лечение термических ожогов повязками, смоченными серебряной водой по мнению зарубежных ученых не имеет себе равных по эффективности. Важным свойством этого метода является его абсолютная безболезненность, что чрезвычайно важно при лечении больных с тяжелыми ожогами.
Исследования в области применения серебряной воды продолжаются до сих пор, при этом постоянно открываются новые возможности терапии этим прекрасным лекарством. Известны устройства по насыщению и обработке воды ионами серебра, описанные в патентах US 5002645, JP 2001327962, RU 2125971, RU 2191163, RU 2179155, RU 2188169, RU 2196440.
Основным отличием предлагаемого устройства от аналогов является то, что процесс насыщения жидкости ионами серебра происходит с помощью ультразвука и без применения электролиза.
Из уровня техники известно устройство (патент РФ №2281080) гидроакустического массажа, содержащее электронный блок с генератором электрических сигналов, соединенный с преобразователем, отличающееся тем, что преобразователь содержит корпус и цилиндрический пьезокерамический излучатель, при этом корпус выполнен в виде полого цилиндра с открытыми торцами, на центральной части внутренней поверхности которого выполнен кольцевой выступ, цилиндрический пьезокерамический излучатель размещен в полости указанного цилиндра в пределах указанного кольцевого выступа и закреплен по торцам с помощью уплотняющих и фиксирующих колец, причем торцы пьезокерамического излучателя закрыты электроизолирующей пленкой.
Недостатком данного устройства является то, что оно не производит насыщение воды ионами серебра или других металлов, ионы которых обладают стерилизационными свойствами.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству, является устройство по японскому патенту JP 2001327962, описывающего систему очистки, включающую ультразвуковой излучатель и генератор ионов серебра, которые установлены в поступающем в ванну водопроводе, и уровень их воздействия контролируется автоматической системой.
Недостатком данного устройства является его сложность, большое наличие приборов и устройств для реализации автоматизированного процесса управления мощностью излучения, что делает его дорогостоящим. Также недостатком прибора является его предназначение для систем подачи воды, что делает его неприспособленным для использования в ваннах и емкостях, уже заполненных жидкостью.
Основным отличием предлагаемого устройства от аналога, описанного в способе JP 2001327962, является то, что в аналоге способ стерилизации осуществляется раздельно двумя приборами, один из которых насыщает воду ионами серебра, а второй прибор производит ультразвуковую очистку жидкости и не позволяет ионам серебра оседать на стенках ванны, тем самым, предохраняя от потемнения внутренний корпус ванны. В предлагаемом устройстве обе эти функции выполняются одним прибором. Это позволяет сократить общие затраты на подготовку воды и использовать более компактное и простое устройство.
Целью полезной модели является объединение гидроакустического излучения и насыщение ионами серебра в единое воздействие. Объединение ультразвукового излучения с мощными антибактерицидными свойствами ионов серебра дают огромный положительный эффект, так как эти два вида стерилизации и предстерильной подготовки, как нельзя лучше дополняют друг друга, обеспечивая более качественную обработку инструментов и материалов.
Технический результат заявляемой полезной модели состоит в том, что при стерилизации обеспечивается более равномерный и широкий спектр воздействия гидроакустических колебаний. Одновременно с гидроакустическими колебаниями происходит насыщение воды ионами металла, так как излучатель имеет съемную мембрану или накладку из серебра или золота, или меди, либо различных сплавов тех металлов, чьи ионы обладают стерилизационными свойствами.
Само серебро, находясь в воде, без всякого на него воздействия уже выделяет в воду ионы серебра. Но под воздействием ультразвука происходит более интенсивное выделение ионов серебра в воду.
Достижение результата
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство, содержащее генератор ультразвука и пьезокерамический излучатель, отличается тем, что пьезокерамический излучатель, работающий в диапазоне частот от 20 кГц до 10 мГц, выполнен совмещенным со сменной мембраной или накладкой из серебра или золота, или меди, либо различных сплавов тех металлов, чьи ионы обладают стерилизационными свойствами. Пьезокерамический излучатель может быть помещен в жидкость либо встроен в стенки, и/или дно, и/или крышку ванны или емкости.
Мембрана или накладка может быть встроена в стенку и/или дно, и/или крышку ванны или емкости таким образом, что имеет непосредственный контакт с жидкостью.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана конструкция устройства, где 1 - емкость с раствором, 2 - раствор (жидкость), 3 - мембрана из металла, чьи ионы обладают стерилизационными свойствами, 4 - пьезокерамический излучатель, 5 - генератор ультразвука, 6 - блок питания, 7 - изолирующая прокладка-ложемент, 8 - фиксирующее кольцо, 9 - углубление в корпусе емкости, 10 - контактные провода пьезокерамического излучателя, 11 - провода подачи электропитания на пьезокерамический излучатель от блока питания и управления его мощностью от усилителя.
Сущность устройства
Главным отличием от всех известных способов насыщения воды ионами серебра является то, что насыщение воды ионами серебра происходит от воздействия ультразвука высокой частоты от 20 кГц до 10 мГц, причем воздействие происходит непрерывно и постоянно, либо импульсно, что позволяет избежать эффекта кавитации.
В настоящее время лечение ультразвуковыми колебаниями получили очень большое распространение. Используется, в основном, ультразвук частотой от 22-44 кГц и от 800 кГц до 3 МГц. Глубина проникновения ультразвука в ткани при ультразвуковой терапии составляет от 20 до 50 мм, при этом ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие, под его влиянием активизируются обменные процессы и реакции иммунитета.
Ультразвуковые излучения дозируются по интенсивности используемого ультразвука и по продолжительности процедуры. Обычно применяют малые интенсивности ультразвука (0,05-0,4 Вт/см2), реже средние (0,5-0,8 Вт/см2).
Принцип работы устройства основан на размещении материалов либо различного инструмента в ванне с жидкостью (водой) (2), в стенку (1), дно или крышку которого вмонтирован пьезокерамический излучатель (4) с мембраной (накладкой) (3) из чистого серебра, золота, меди либо различных сплавов тех металлов, чьи ионы обладают стерилизационными свойствами, имеющий непосредственный контакт с жидкостью (2), за счет чего от него через жидкость передается наиболее равномерный и широкий диапазон генерируемых излучателем гидроакустических колебаний, которые воздействуют равномерно на все участки размещенного в воде материала, который имеет непосредственный контакт с жидкостью. Пьезокерамический излучатель (4) с мембраной (накладкой) (3) может быть также просто опущен в емкость с водой.
Прибор может иметь сменную мембрану (3) из серебра или золота, или меди, либо различных
сплавов тех металлов, ионы которого имеют стерилизационные свойства.
Сменность мембраны (3) при встраивании ее и пьезокерамического излучателя (4) в корпус емкости реализуется за счет того, что пьезокерамический излучатель (4) вместе с мембраной (3) помещен в изолирующую прокладку-ложемент (8), сверху мембрана (3) фиксируется кольцом (8). Прокладка-ложемент (7) выполнена извлекаемой из корпуса (1) емкости (ванны) и вставляется в специальное углубление (9), выполненное по форме прокладки (7). Причем от пьезокерамического излучателя (4) делают связи в виде контактных проводов (10), которые стыкуются с проводами (11) и служат для подачи электропитания на пьезокерамический излучатель от блока питания (6) и управления его мощностью от генератора ультразвука (5).
При простом опущении пьезокерамического излучателя (4) и мембраны (3) в емкость с жидкостью, работа устройства реализуется за счет того, что контактные провода и электроконтакты пьезокерамического излучателя делают изолированными.
Одновременно с насыщением воды ионами серебра происходит ультразвуковая обработка инструмента и различных материалов, таких как одежда, постельное белье, различные бытовые гигиенические вещи, зубные щетки станки для бритья, расчески и так далее. Предлагаемое устройство весьма универсально, дезинфекцию различных инструментов и материалов можно проводить не только в лечебных и санаторных учреждениях, но и стационарно в домашних условиях счет компактности прибора и простоте применения.
Для испытаний прибора были использованы две емкости объемом по 100 литров. В контрольную емкость была помещена пластина диаметром 15 мм и толщиной 1 мм. Во вторую ванну был помещен ультразвуковой излучатель с серебряной мембранной толщиной 1 мм и диаметром 15 мм. Мощность излучения которого составляет 0.8 вт/см 2, с плавно меняющейся частотой от 20 кГц до 10 мГц. Время эксперимента составляло 30 минут.
В течение этого времени концентрация ионов серебра во второй ванне достигла 50 мкг/л. В первой ванне концентрация ионов серебра составляла 0.025 мкг/л. То есть эффективность насыщения воды ионами серебра с помощью ультразвука в 2000 раз превосходит пассивный способ.
Тех же результатов (концентрация ионов серебра на уровне таких же показателей в 50 мкг/л) при помещении серебряного диска таких же размеров в аналогичный объем воды, удается достичь лишь через 45 дней.
1. Устройство для стерилизации ионами металлов, полученных с помощью ультразвука в водной среде либо растворе, содержащее генератор ультразвука и пьезокерамический излучатель, отличающееся тем, что пьезокерамический излучатель, работающий в диапазоне частот от 20 кГц до 10 мГц, выполнен совмещенным со сменной мембраной или накладкой из серебра или золота, или меди, либо различных сплавов тех металлов, чьи ионы обладают стерилизационными свойствами.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пьезокерамический излучатель помещен в жидкость либо встроен в стенки, и/или дно, и/или крышку ванны или емкости.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что мембрана или накладка встроена в стенку и/или дно, и/или крышку ванны или емкости таким образом, что имеет непосредственный контакт с жидкостью.
