Impianti 14-05-19 Sterilizzazioni a freddo Ossido di etilene (EtO) A causa della tossicità, cancerogenicità ed esplosività dell’EtO, gli oggetti sterilizzati con questo tipo di processo devono essere posti in appositi armadi di ventilazione, dove avviene appunto la ventilazione forzata degli oggetti con aria ad una temperatura di 40°C-50°C, che favorisce la rimozione del gas. A loro volta gli armadi devono essere situati in appositi locali mantenuti in sottopressione rispetto all’ambiente esterno e ventilati grazie all’impianto di condizionamento, che garantisce le pressioni differenziali, oltre ad un adeguato numero di ricambi orari. Poiché se la concentrazione dell’EtO in aria raggiunge valori vicini al 3% si rischia esplosione, il numero dei ricambi d’aria viene aggiustato per evitare questo rischio: ciò avviene grazie a un sensore di concentrazione che, non appena la concentrazione nel locale si avvicina alla soglia di sicurezza stabilita, segnala al ventilatore che condiziona il locale di commutare la sua velocità ad un livello più alto, in modo da garantire più ricambi orari. Gas plasma La sterilizzazione con gas plasma è un processo a metà tra il chimico e il fisico. Il gas plasma è una miscela gassosa di elettroni, ioni, radicali liberi, anche noto come il quarto stato della materia. Il gas plasma interstellare, che circonda il sole, presenta solo ioni ed elettroni ed ha una temperatura elevata. Quello invece utilizzato in sterilizzazione ha una temperatura più bassa e presenta anche specie neutre chimicamente instabili che partecipano attivamente al processo di sterilizzazione attraverso reazioni chimiche ad esempio con le membrane cellulari. Si ottiene a partire da un gas precursore, rarefatto, che viene reso sede di un campo EM nell’ambito delle radiofrequenze o delle microonde (da 10 a 30×103MHz). Il campo EM accelera le particelle cariche, strappa gli elettroni e provoca la formazione di elettroni, ioni e specie instabili. Durante questo processo avviene anche l’emissione di raggi UV, anch’essi agenti sterilizzanti. Il vantaggio del gas plasma è che una volta spento il campo EM, le specie si ricombinano tra loro e non ci sono residui tossici o umidità da rimuovere: gli oggetti non devono essere sottoposti a trattamenti-post sterilizzazione. La tipica sterilizzatrice, attualmente leader nel settore in quanto detentrice del brevetto, utilizza un campo a 13,56 MHz e come gas precursore acqua ossigenata. Una soluzione liquida di acqua e acqua ossigenata viene inserita nella camera sottovuoto dove quindi vaporizza; il vapore di acqua ossigenata viene quindi irradiato dal campo a RF e si forma gas plasma. L’acqua ossigenata è già di per sé un agente sterilizzante: l’azione sterilizzante del gas plasma è però amplificata rispetto a quella del gas precursore grazie alla formazione dei raggi UV e delle altre specie che, distribuendosi uniformemente nella camera, agiscono localmente sui microrganismi. Per dimostrare che non è l’acqua ossigenata il principale responsabile del processo di sterilizzazione, sono stati effettuati test con gas plasma ottenuto da argon, che è un gas inerte (non ha azione biocida) e l’azione sterilizzante è risultata efficacie. Tali risultati sono importanti non solo per la ricerca, ma anche perché l’uso di tecnologie alternative può essere molto oneroso per l’ospedale (un’autoclave per gas plasma costa sui 180000€, contro i 20000€ di una a vapore), e i vantaggi che se ne possono trarre devono essere reali. CICLO Avviene a freddo (45°C) e sottovuoto (al di sotto della pressione atmosferica). Si parte da una p=1atm e si crea il vuoto rimuovendo l’aria dalla camera. Segue l’iniezione della soluzione acquosa di acqua ossigenata, che esce da una valvola e vaporizza a contatto con il vuoto; a causa della formazione di vapore la pressione in camera aumenta, fino a raggiungere 0,1atm, quindi si attende un tempo opportuno per permettere la penetrazione del vapore nel carico. Questa fase può essere eseguita anche attraverso l’uso di diffusori che dirigono il vapore all’interno del carico, quando ad esempio gli oggetti da sterilizzare presentano tubicini, circuiti e altri elementi difficili da raggiungere. Si riduce nuovamente la pressione: il gas presente in camera diventa più rarefatto e a questo punto si accende la RF, che permette la formazione di gas plasma. Si lascia agire il gas plasma per un tempo opportuno, relativamente all’azione biocida delle specie presenti. Infine si ha una fase di ventilazione della camera in cui viene inserita aria medicinale per rimuovere i composti chimici residui. Materiali sterilizzabili: materiali di guarnizione/finitura di dispositivi anche sofisticati che si rovinerebbero ad alta temperatura 1. 2. 3. 4. 5. Acciaio Lattice Nylon Silicone Teflon Oggetti sterilizzabili: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. capsule Petri (recipienti per la coltura di microrganismi) cateteri cavi delle fibre ottiche cavi elettrici defibrillatori drenaggi (in polietilene) endoscopi termometri telecamere La fase di sterilizzazione con gas plasma, come per le altre tipologie di sterilizzazione, presuppone le fasi di raccolta, decontaminazione, pulizia, risciacquo, selezione e confezionamento. Le confezioni sono fatte di materiali compatibili con il gas plasma e devono essere dotate di indicatori chimici (di processo e di sterilizzazione) e biologici. Materiali e indicatori sono forniti dal costruttore dell’autoclave a gas plasma: i costi sostenuti dall’ospedale riguardano anche questo tipo di prodotti. Progetto Calcolo delle portate G Caso estivo. Attraverso le pareti entra del calore; mediante delle aperture, le bocchette di immissione e di espulsione, si immette e si fa fuoriuscire fluido dalla stanza: GI=portata di aria secca entrante, a temperatura ti e titolo di vapore xi GU=portata di aria secca uscente a temperatura tu e titolo di vapore xu Titolo di vapore: massa di vapore/kg di aria secca All’interno della stanza ci sono ta e ua corrispondenti ad un certo titolo di vapore xa. In termini di massa si ha, oltre alla massa di aria secca, anche massa di vapore entrante/uscente dalla stanza: Mvi=Gixi=massa di vapore entrante Mvu=Guxu=massa di vapore uscente Il vapore entra nella stanza non solo attraverso le bocchette ma anche a causa di sorgenti endogene (persone): definiamo gV la massa di vapore relativa. Bilancio massa vapore: Gixi-Guxu+gv=0 tutto quello che entra meno tutto quello che esce è = 0, in quanto ipotizziamo un regime stazionario (funzionamento stazionario dell’impianto) Bilancio massa aria secca: Gi-Gu=0 ovvero Gi=Gu=G Quindi nel bilancio di massa del vapore avrò: G(xi-xu)+gv=0 Bilancio energia Primo principio della termodinamica per sistemi aperti: variazione di entalpia tra ingresso e uscita (inizio e fine trasformazione) = Q + L (=lavoro scambiato=0) G(hi-hu)-Q=0 L’entalpia h dell’aria è formata da 2 contributi: un pezzo di calore sensibile cpt e un pezzo di calore latente rx. Infatti, portandosi dietro del vapore, oltre alla massa del vapore, l’aria secca si porta dietro anche un corredino di energia ovvero il calore latente di vaporizzazione, che il vapore potrebbe cedere condensando: cpti+rxi-(cptu+rxu) hi hu Il calore Q è tutto quello scambiato attraverso le pareti, quello dovuto ai carichi interni (qv) e quello dovuto alle sorgenti endogene (rgv). Le due equazioni di bilancio ci aiutano in quanto una è in termini di entalpia, l’altra in termini di titolo che sono rispettivamente ordinata e ascissa del diagramma psicrometrico. G(xi-xu)= -gv G(hi-hu)= Q Nel diagramma l’asse delle ordinate vero, delle entalpie, è inclinato a circa 40°; l’asse verticale è quello su cu si va a leggere il valore delle isoterme corrispondenti alle isoentalpiche, che sono ortogonali all’asse delle ordinate. Se faccio il rapporto delle due equazioni, ho un Δ h/ Δ x = termine noto Q è noto dal calcolo dei carichi; gv è noto dal calcolo del calore emesso dalle persone presenti nella stanza. Sul diagramma psicrometrico Δ h/ Δ x = costante, è una retta. Quindi, note ad esempio le condizioni di uscita, ho la retta di immissione, cioè la retta passante per u(xu;hu) e con coefficiente angolare gv/Q: tale retta passa per tutti quei punti che mi danno condizioni buone di immissione. Se consideriamo la bocchetta di espulsione nei pressi della zona abitata della stanza, possiamo assumere come condizioni di uscita quelle dell’aria ambiente, che conosciamo: xu=xa hu=ha per ricavare le condizioni di ingresso, non possiamo prendere però qualsiasi punto sulla retta: ho un Δ t massimo che devo rispettare, ti-ta= 8°C (per l’estate, 15°C per l’inverno). Se per determinare il punto di immissione si utilizza questo metodo, nel Q vanno conteggiati sia i calori sensibili che i calori latenti delle persone. In alternativa, possiamo svincolarci dal soddisfare i requisiti sulla umidità relativa: in tal caso, per il calcolo delle portate la formula da utilizzare è Q/(Cp× Δ t) = G (*) il calore Q considerato è solo quello sensibile, in quanto trascuriamo il titolo del vapore, x. Se calcoliamo G come Q/Δ h (bilancio energia) allora Q è sia sensibile che latente; se invece usiamo la (*), sul diagramma psicometrico si va a prendere la curva alla ta desiderata, ci si sposta sulla retta a 45° e si scende sull’asse delle ascisse determinando xi: abbiamo trovato una verticale di immissione, quindi possiamo scegliere una ti di immissione e calcolare la G. Stiamo usando solo il pezzo sensibile dell’entalpia cioè ti -ta e trascurando il pezzo latente, e possiamo farlo perché il suo effetto non è esorbitante.
