هندسة طبية

اجهزة التعقيم الطبي

1- الطرق الفيزيائية:

هناك العديد من طرق التعقيم الفيزيائي ، وأكثرها فعالية تجمع بين الحرارة والرطوبة والضغط في جهاز يسمى الأوتوكلاف.

تعقيم الأوتوكلاف بالبخار:

من المعروف أن التعقيم الحراري للأدوات الطبية قد استخدم في روما القديمة. يسرع وجود الرطوبة بشكل كبير من تغلغل الحرارة (التعقيم بالبخار). تم اختراع الأوتوكلاف عام 1879 ، ويجمع بين الحرارة والرطوبة والضغط المرتفع.

كيف يعمل:

الأوتوكلاف عبارة عن حاوية تشبه قدر الضغط. يتم حشوها بالأشياء المراد تعقيمها ثم إغلاقها. بعد ذلك ، يتم دفع البخار عالي الحرارة إلى الداخل تحت ضغط مرتفع ، وبالتالي إزاحة الهواء. تدمر الحرارة الرطبة الكائنات الحية الدقيقة عن طريق التخثر غير القابل للانعكاس وتمسخ الأنزيمات والبروتينات الهيكلية. يعتمد الوقت ودرجة الحرارة لتحقيق ذلك على الضغط ونوع الكائنات الحية الدقيقة التي سيتم تعطيلها. بعد مرور الوقت اللازم ، يتم إطلاق البخار وإزالة الأشياء المعقمة. يمكن أن تستغرق الدورة بأكملها من 15 إلى 60 دقيقة (معالجة الدُفعات).

2- الطرق الكيميائية:

يوجد عدد كبير من الطرق الكيميائية للتعقيم في المجال الطبي. يناقش هذا القسم بعض الأساليب الشائعة. يمكن الجمع بين الطرق الكيميائية والطرق الفيزيائية.

تعقيم أكسيد الإيثيلين (ETO):

تم الإبلاغ عن أكسيد الإيثيلين (ETO) لأول مرة في عام 1859 ، واكتسب أهمية صناعية في أوائل القرن العشرين. تم تسجيل براءة اختراع تعقيم ETO للحفاظ على التوابل في عام 1938. تطور استخدام ETO عندما توجد بدائل قليلة لتعقيم الأجهزة الطبية الحساسة للحرارة والرطوبة.

كيف يعمل:

معقم ETO عبارة عن وعاء يتم ملؤه أولاً بالأشياء المراد تعقيمها. تتكون دورة تعقيم ETO الأساسية من خمس مراحل (الإخلاء مع الترطيب ، إدخال الغاز ، التعرض ، الإخلاء ، وغسل الهواء) وتستغرق حوالي ساعتين ونصف ، باستثناء وقت التهوية (إزالة ETO). تستغرق التهوية الميكانيكية من 8 إلى 12 ساعة عند +50 إلى +60 درجة مئوية ؛ التهوية السلبية ممكنة أيضًا ، ولكن يمكن أن تستغرق 7 أيام. بعد اكتمال التهوية ، تتم إزالة الأشياء المعقمة (معالجة الدفعات). يتفاعل ETO كيميائيًا مع الأحماض الأمينية والبروتينات والحمض النووي لمنع التكاثر الميكروبي.

تعقيم غاز ثنائي أكسيد الكلور (CD):

تم اكتشاف ثاني أكسيد الكلور (CD) في عام 1811 أو 1814 (كلا العامين مدرجان) ، واكتسب استخدامًا تجاريًا واسع النطاق كعامل تبييض في صناعة الورق. في عام 1988 ، سجلت وكالة حماية البيئة ثاني أكسيد الكلور كمعقم. هذا فتح الباب أمام التطبيقات في المجال الطبي.

كيف يعمل:

معقم القرص المضغوط عبارة عن وعاء يتم ملؤه أولاً بالأشياء المطلوب تعقيمها. تتكون دورة التعقيم الأساسية للقرص المضغوط من خمس مراحل (التكييف المسبق مع الترطيب والتكييف وتوليد وتسليم غاز ثاني أكسيد الكلور والتعرض والتهوية) وتستغرق حوالي ساعتين ونصف ، بما في ذلك وقت التهوية (إزالة القرص المضغوط). بعد اكتمال التهوية ، تتم إزالة الأشياء المعقمة (معالجة الدفعات). يعمل ثاني أكسيد الكلور (C lO2) كعامل مؤكسد ويتفاعل مع العديد من المكونات الخلوية ، بما في ذلك غشاء الخلية للميكروبات. عن طريق “سرقة” الإلكترونات منها (الأكسدة) ، يكسر القرص المضغوط روابطها الجزيئية ، مما يؤدي إلى موت الكائن الحي عن طريق تفتيت الخلية. نظرًا لأن القرص المضغوط يغير البروتينات المشاركة في بنية الكائنات الحية الدقيقة ، فإن الوظيفة الأنزيمية تتعطل ، مما يتسبب في قتل البكتيريا بسرعة كبيرة. تُعزى فعالية القرص المضغوط إلى الهجوم التأكسدي المتزامن على العديد من البروتينات ، وبالتالي منع الخلايا من التحول إلى شكل مقاوم. بالإضافة إلى ذلك ، بسبب انخفاض تفاعل ثاني أكسيد الكلور ، يتم الاحتفاظ بعمله المضاد للميكروبات لفترة أطول في وجود المواد العضوية.

تعقيم بيروكسيد الهيدروجين:

تم عزل بيروكسيد الهيدروجين لأول مرة في عام 1818. وله تاريخ طويل في الاستخدام في صناعة المستحضرات الصيدلانية وهو بديل شائع لأكسيد الإيثيلين (ETO). يمكن استخدام بيروكسيد الهيدروجين بطريقتين: أ) تعقيم بيروكسيد الهيدروجين المتبخر ، و ب) تعقيم البلازما ببيروكسيد الهيدروجين.

أ- تعقيم بيروكسيد الهيدروجين المتبخر:

يتم تعبئة معقم VHP أولاً بالأشياء المراد تعقيمها. تتكون دورة تعقيم VHP الأساسية من ثلاث مراحل (التكييف بما في ذلك توليد الفراغ ، وحقن H2O2 ، والتهوية) وتستغرق حوالي 1 1/2 ساعة ، بما في ذلك وقت التهوية (إزالة H2O2). بعد اكتمال التهوية ، تتم إزالة الأشياء المعقمة (معالجة الدفعات). تظل الآلية الدقيقة لعمل فيروس الورم الحليمي البشري مفهومة تمامًا وربما تختلف باختلاف الكائنات الحية الدقيقة. ومع ذلك ، فإن H2O2 يولد الإجهاد التأكسدي عن طريق إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية ، مثل جذور الهيدروكسيل ، التي تهاجم أهدافًا جزيئية متعددة ، بما في ذلك الأحماض النووية والإنزيمات وبروتينات جدار الخلية والدهون.

ب- تعقيم بيروكسيد الهيدروجين بالبلازما:

تجمع هذه الطريقة بين الكيمياء والفيزياء. يتم تعبئة معقم البلازما ببيروكسيد الهيدروجين أولاً بالأشياء المراد تعقيمها. تتكون دورة تعقيم بلازما بيروكسيد الهيدروجين الأساسية من أربع مراحل (توليد الفراغ ، وحقن H2O2 ، والانتشار ، وتفريغ البلازما) وتستغرق ما يقرب من 1 إلى 3 ساعات. التهوية غير مطلوبة. بعد اكتمال الدورة ، تتم إزالة الأشياء المعقمة (معالجة الدفعات). يعطل تعقيم البلازما ببيروكسيد الهيدروجين الكائنات الحية الدقيقة في المقام الأول عن طريق الاستخدام المشترك لغاز بيروكسيد الهيدروجين وتوليد الجذور الحرة (الهيدروكسيل والجذور الحرة الهيدروكسيل) خلال مرحلة البلازما من الدورة. يجب عدم الخلط بين تعقيم البلازما ببيروكسيد الهيدروجين والأنظمة التي تستخدم الموجات فوق الصوتية لتكوين ضباب وبالتالي لا تتضمن تفريغ البلازما الكهربائي.

3- طرق الإشعاع:

تعقيم أشعة جاما:

تم اكتشاف إشعاع جاما في عام 1900 عند دراسة الإشعاع المنبعث من الراديوم. في وقت لاحق ، تم اكتشاف مصادر أخرى ، مثل التكنيتيوم 99m والكوبالت 60. بدأ الاستخدام الصناعي لإشعاع جاما في الخمسينيات من القرن الماضي باستخدام الكوبالت 60 كمصدر للإشعاع. لا يوجد الكوبالت 60 في الطبيعة ؛ يتم إنتاجه بشكل مصطنع في مفاعل. يبلغ عمر النصف للكوبالت -60 5.2714 سنة.

كيف يعمل:

توضع الأشياء المراد تعقيمها على ناقل ينقلها إلى محيط مصدر قوي لإشعاع جاما مثل الكوبالت 60. بعد التوقف في مجال الإشعاع حتى يتلقى الجسم الجرعة المطلوبة ، يتحرك الناقل ويكشف الجسم التالي. بدلاً من إجراء التوقف والانطلاق ، يمكن للناقل أن يتحرك باستمرار بسرعة تضمن الجرعة المناسبة (المعالجة المستمرة). يتسبب الإشعاع المؤين في حدوث إثارة وتأين وتشكيل الجذور الحرة عند وجود الماء. الجذور الحرة هي عوامل مؤكسدة قوية (OH ، HO2) ومختصرة (H) ، قادرة على إتلاف الجزيئات الأساسية في الخلايا الحية. وبالتالي ، تتسبب جميع العمليات الثلاث في تفكك مكونات الخلية الأساسية مثل الإنزيمات والحمض النووي. هذا يؤدي إلى موت الخلايا. تحدث أكثر أشكال إشعاع جاما ضررًا بيولوجيًا في نافذة أشعة جاما ، بين 3 ميغا إلكترون فولت و 10 ميغا إلكترون فولت. يصدر الكوبالت 60 إشعاع غاما عند 1.17 ميغا إلكترون فولت ومستوى 1.33 ميغا إلكترون فولت ، وهو أقل نوعاً ما من النطاق الأكثر فعالية.

تعقيم شعاع الإلكترون:

نظرًا لانبعاثها من الكاثود لأنبوب الإلكترون (المعروف أيضًا باسم الأنبوب المفرغ) ، كانت الحزم الإلكترونية تسمى في الأصل أشعة الكاثود. تم اختراع أنبوب أشعة الكاثود (CRT) ، الذي يولد وينحرف شعاع الإلكترون لمسح شاشة الفلورسنت ، في عام 1897. وأصبح عنصرًا منزليًا مع إدخال التلفزيون. في CRTs المستخدمة للتلفزيون ، يتم تسريع إلكترونات الحزمة بجهد أنود يبلغ 10 كيلو فولت (أسود وأبيض) أو 25 كيلو فولت (لون) وتعود في موصل معدني عندما تضرب الشاشة. يشبه مولد شعاع الإلكترون CRT. ومع ذلك ، يمكن أن يصل جهد التسارع إلى 1000 مرة أعلى ويتم استبدال الشاشة بنافذة مصنوعة من رقائق التيتانيوم التي تسمح للإلكترونات بترك الفراغ ، ولكنها تمنع جزيئات الغاز من الغلاف الجوي. بدأ استخدام الحزم الإلكترونية للتعقيم في عام 1956 عندما طورت صناعة الأجهزة الطبية أول تطبيق تجاري.

كيف يعمل:

توضع الأشياء المراد تعقيمها على ناقل ينقلها ببطء عبر النافذة حيث تغادر شعاع الإلكترون المولد. يتم اختيار سرعة الناقل لضمان الجرعة المناسبة (المعالجة المستمرة). يتطلب الوصول إلى الاختراق المطلوب للتعقيم مستويات طاقة تتراوح من 5 ميغا إلكترون فولت إلى 10 ميغا إلكترون فولت. يشكل إشعاع الحزمة الإلكترونية جذورًا حرة تتفاعل مع الجزيئات الكبيرة ، مما يؤدي إلى إتلاف الحمض النووي الخلوي الذي يؤدي إلى موت الخلايا. تقضي هذه الطريقة على جميع أنواع مسببات الأمراض بما في ذلك الفيروسات والفطريات والبكتيريا والطفيليات والجراثيم والعفن.

الخلاصة:

هناك طرق فيزيائية وكيميائية وإشعاعية لتعقيم الأشياء للتطبيقات الطبية. كل طريقة تعقيم لها خصائصها الخاصة ، والتي قد تكون أو لا تكون متوافقة مع أجهزة أشباه الموصلات. عند اختيار طريقة معينة ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار الآثار الجانبية المحتملة ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالإلكترونيات.

المصدر

اظهر المزيد

Mahmoud Ibrahim

مهندس طبي حيوي و مصمم مواقع مؤسس موقع المهندسين الطبيين السودانيين ، مهتم بالتعريف عن الهندسة الطبية و إثراء المحتوى العربي و مشاركة المنح الدراسية و فرص التدريب لكل التخصصات.

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى