CC BY
64
УДК 616-089.165.5-089.43:549.212-022.532
А.В. Костин П.В. Выходцев А.П. Алексеенко О.В. Попёнов 2, И.М. Скурихин 2,
А.В. Штейнле 2, Г.И. Дубов 3, А.В. Ратькин 4, В.В. Ростов ‘, П.И. Алексеенко 1
СТЕРИЛИЗАЦИЯ АДСОРБИРУЮЩЕЙ ПОВЯЗКИ НА ОСНОВЕ НАНОГРАФИТА
1 Институт сильноточной электроники СО РАН (Томск)
2 Томский военно-медицинский институт МО РФ (Томск)
3 Некоммерческое партнерство по научной и инновационной деятельности «Томский атомный центр»
(Томск)
4 Сибирский государственный медицинский университет (Томск)
Коллективом авторов исследована возможность и эффективность применения сильноточных импульсно-периодических электронных ускорителей прямого действия для. стерилизации нового перевязочного средства — адсорбирующей повязки на основе нанографита — пучком, ускоренных электронов, а также апробирование их в качестве метода стерилизации, перевязочного материала на основе нанографита.
Ключевые слова: адсорбирующая повязка, стерилизация перевязочного материала, электронный пучок, поглощенная доза
STERILIZATION OF NANOGRAPHITE-BASED ADSORBING BANDAGE
A.V. Kostin P.V. Vykhodtsev A.P. Alekseenko O.V. Popyonov 2, I.M. Skourikhin 2, A.V. Shteinle 2, G.I. Dubov 3, A.V. Ratkin 4, V.V. Rostov ‘, P.I. Alekseenko 1
11nstitute of High Current Electronics SB RAS, Tomsk
2 Tomsk Military Medical Institute MD RF, Tomsk
3 Tomsk Atomic Centre, Tomsk
4 Siberian State Medical University, Tomsk
The authors investigated, possibility and effectiveness of use of high-current pulse-periodic electronic accelerators of direct action for the sterilization of a new dressing — nanographite-based, adsorbent bandage — with the help of accelerated, electrodes beam. and. their approbation, as a method, of sterilization, for a nanographite-based dressings.
Key words: adsorbing dressing, dressing sterilization, electron bunch, absorbed dose
Разработанная коллективом авторов раневая адсорбирующая повязка на основе наноструктури-рованного графита может быть использована как перевязочное средство для лечения ран с обильным отделяемым. Благодаря оболочке из специального нетканого материала с минимальными адгезивными свойствами, повязка не прилипает к ране и, соответственно, не травмирует её, как это происходит с традиционными бинтами и ватой. Сорбционный слой прекрасно впитывает раневое отделяемое, но при этом обеспечивает доступ воздуха к ране [1, 11, 12, 13].
Важным критерием безопасности вновь разрабатываемого изделия медицинского назначения, в т.ч. перевязочных средств, является стерильность. Для стерилизации используют методы: термические — паровой и воздушный, химические — газовый и стерилизацию растворами, стерилизацию фильтрованием и радиационный метод стерилизации [3, 4, 5].
Радиационный метод рекомендован для финишной стерилизации готовых изделий из пластмасс, изделий одноразового использования в упаковке и постепенно вытесняет химическую стерилизацию. Для радиационной стерилизации применяется как электронное, так и тормозное излучение, и используются радиационно-технологические установки с ускорителями электронов промышленного
применения [6] или радионуклидные установки с источниками ионизирующего излучения закрытого типа [7]. Преимущества данного метода при стерилизации медицинских изделий: возможность производства перевязки в нестерильных условиях, эффективность, высокая экологическая безопасность технологичность (стерилизуется полностью готовое и упакованное изделие), низкая стоимость, а сам продукт после обработки, при условии соблюдения технологического регламента, является нетоксичным [8, 9, 10].
Разработанный коллективом авторов метод радиационной стерилизации основан на использовании сильноточных импульсно-периодических (с частотой повторения до 100 Гц) электронных ускорителей прямого действия (семейство ускорителей СИНУС [2, 14]) с энергией частиц порядка 200 — 250 кэВ и длительностью импульсов выведенного за фольгу электронного потока 10 нс. В этом случае при облучении легких веществ (не металлов) на глубине порядка 1 мм реализуется наиболее эффективный выход первичных и относительно долгоживущих вторичных радикалов. Экспериментальное подтверждение данной гипотезы было опубликовано в трудах Н.В. Васильева с соавт. [2] и С.П. Бугаева с соавт. [14] и заключалось в том, что на культурах клеток стафилококка в питательной суспензии требуемая для стерилизации доза на порядок ниже,
чем в случае малых мощностей доз. По отношению к медленно делящимся клеткам микроорганизмов эффект понижения критических доз можно, по-видимому, объяснить нелинейным (по сравнению с дозой) характером процессов, которые приводят к некоторому заданному уровню сложных (нере-парируемых) повреждений ДНК. Поэтому преимуществами электронно-лучевой стерилизации являются: импульсно-периодический режим облучения; значительная экономия электроэнергии (по сравнению с термическим методом), а также, поскольку стерилизуемый материал нагревается не более чем на 10 °С, доступность для стерилизации термолабильных порошков; исключение использования изотопов (по сравнению с рентгеновским и гамма-облучением); более высокая эффективность (по сравнению с рентгеновскими источниками); низкоэнергетичные (150 — 500 кэВ) импульсные электронные ускорители, что позволяет создать местную биологическую защиту аппарата из свинца и обеспечить безопасность обслуживающего персонала от ионизирующего излучения без капитальных вложений в радиационную защиту производственного помещения.
Целью исследования являлось определение возможности использования сильноточных импульсно-периодических электронных ускорителей прямого действия для стерилизации нового перевязочного средства — адсорбирующей повязки на основе нанографита — пучком ускоренных электронов, определение минимально допустимой дозы и режима стерилизующего излучения, а также определение возможных изменений физикохимических характеристик конструкционных материалов в процессе стерилизации.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для приготовления раневых повязок в нестерильных условиях порцию наноструктурирован-ного графита массой от 0,015 до 0,055 г помещали в оболочку в виде подушечки. Оболочка — проницаемый слой, контактирующий с раневой поверхностью, — была представлена двумя вариантами: обеззоленный фильтр и нетканый материал на основе полиэтилентерефталата, целлюлозы и вискозы или их комбинаций «Спанлейс». Оболочки формировалась методом термической сварки или с использованием клея БФ-6. Готовые подушечки повязок помещались в полиэтиленовый пакет, который герметизировался термосвариванием.
Стерилизация осуществлялась подбором режимов на электронном ускорителе. Раневые повязки равномерно укладывались на конвейер под выведенный за фольгу электронный пучок с энергией частиц 230 кэВ и длительностью импульсов 10 нс. Во время стерилизации обрабатываемый образец находился в неподвижном состоянии. Толщина пакетов с раневыми повязками при измерении микрометром составила 0,6 мм, частота импульсов варьировала в диапазоне 4 — 28 Гц. Зона облучения была закрыта местной биологической защитой. Параметры стерилизации: максимальная энергия
электронов Е — 230 кэВ; максимальный импульс-
1 max J
ный ток пучка J — 4,5 кА; эффективная длительность импульса т — 6 нс; сечение выводимого эл. пучка S — 0,015 м2; поток энергии на поверхность раневых повязок, которые находились на расстоянии 15 мм от выводного окна, за один импульс был равен 400 Дж/м2.
Мы предполагали, что средняя длина пробега электронов была близка к толщине раневой повязки. Поэтому полученная величина поглощенной дозы вполне соответствует уровням, требуемым для достаточно надежной стерильности облучаемых объектов [2, 14]. Кроме того, два фактора — высокая интенсивность дозы в каждом импульсе и кратковременность сеанса облучения — служили причиной указанного выигрыша.
После стерилизации проводились бактериологические исследования обработанных повязок, которые включали в себя обнаружение грампо-ложительной и грамотрицательной микрофлоры и грибов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Гарантированная стерилизация во всех случаях была подтверждена бактериологическими исследованиями. Она достигалась при обработке раневых повязок не менее чем 16 импульсами, следовательно, суммарные поглощенные дозы были равны: для раневых повязок из «Спанлейс» D « 17 кГр; для раневых повязок из обеззоленного фильтра D « 13 кГр. Однако вышеуказанные цифры не окончательные и могут изменяться при более детальном подборе режимов обработки (стерилизации) для различных типов повязок. Исследования сорбционных свойств адсорбирующих повязок на основе нанографита до стерилизации и через 10 суток после нее не выявили достоверных отличий.
Таким образом, стерилизация адсорбирующих раневых повязок на основе нанографита с помощью сильноточных импульсно-периодических электронных ускорителей прямого действия позволяет осуществлять производство повязок в нестерильных условиях, сохранить сорбционные свойства нанографита и является экологически безопасным при соблюдении технологического регламента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абаев Ю.К. Хирургическая повязка. — Мн. : Беларусь, 2005. — 150 с.
2. Васильев Н.В., Горн А.К., Месяц Г.А., Ка-чушкина Г.Г. и др. Использование сильноточных наносекундных электронных пучков для целей поверхностной стерилизации // Докл. АН СССР. — 1980. - Вып. 253, № 5. - С. 1120-1222.
3. Воробьёв В.М., Штейнле А.В., Ратькин А.В. и др. Перспективы адсорбирующей повязки на основе наноструктурированного графита на рынке перевязочных средств России // Бюлл. сиб. мед. -2010. - Т. 9, № 2. - С. 71-76.
4. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье // Государственная фармакопея СССР; XI издание. - Вып. 2.
5. ГОСТ Р ИСО 11137-2000 «Стерилизация медицинской продукции. Радиационная стерилизация. Требования к валидации и текущему контролю».
6. ГОСТ 26278-84 «Ускорители заряженных частиц промышленного применения. Типы и основные параметры».
7. ГОСТ 27212-87 «Радионуклидные установки с источниками ионизирующего излучения закрытого типа. Общие технические требования».
8. ГОСТ Р 15.013-94 «Медицинские изделия».
9. ГОСТ Р 50325-92 «Изделия медицинского назначения. Методика дозиметрии при проведении процесса радиационной стерилизации».
10. Руководство Р.6.4/3.5.4.1040-01 «Общие требования к технологическому регламенту радиационной стерилизации изделий медицинского назначения однократного применения».
11. Рязанцева Н.В., Хандорин Г.П., Хасанов О.Л. и др. Экспериментальное обоснование эф-
фективности раневой адсорбирующей повязки на основе наноструктурированного графита // Бюлл. сиб. мед. - 2009. - Т. 8, № 4. - С. 60-63.
12. Штейнле А.В., Хандорин Г.П., Гаврилин Е.В. и др. Чрескостный остеосинтез и нанотехнологии в лечении сочетанных огнестрельных костноартериальных повреждений // Сиб. мед. журн. -2009. - Т. 24, Вып. 1, № 2. - С. 45-54.
13. Штейнле А.В., Рязанцева Н.В., Гаври-лин Е.В. и др. Чрескостный остеосинтез и нанотехнологии в лечении сочетанных огнестрельных костно-венозных повреждений конечностей // Сиб. мед. журн. - 2009. - Т. 24, Вып. 1, № 3 -С. 92-102.
14. Bugaev S.P., Korovin S.D., Kutenkov O.P., Landl V.F. et al. Surface sterilization using low-energy nanosecond pulsed electron beams // Proc. of 10th Int. Conf. on High Power Particle Beams. - 1994. -P. 817-820.
Сведения об авторах
Костин Александр Витальевич - инженер отдела физической электроники Института сильноточной электроники (634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3; тел.: 8 (3822) 49-13-39).
Выходцев Павел Васильевич - инженер отдела физической электроники Института сильноточной электроники (634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3; тел.: 8 (3822) 49-13-39).
Алексеенко Антон Павлович - инженер отдела физической электроники Института сильноточной электроники (634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3; тел.: 8 (3822) 49-13-39).
Попёнов Олег Владимирович - интерн факультета послевузовского и дополнительного образования Томского военномедицинского института, лейтенант медицинской службы (634041, г. Томск. пр. Кирова, 49; тел.: 8 (913) 112-67-51; e-mail: [email protected]).
Скурихин Илья Максимович - интерн факультета послевузовского и дополнительного образования Томского военномедицинского института, лейтенант медицинской службы (634041, г. Томск. пр. Кирова, 49; тел.: 8 (913) 111-18-37; e-mail: [email protected]).
Штейнле Александр Владимирович - к.м.н., доцент, старший преподаватель кафедры военно-полевой хирургии Томского военно-медицинского института, полковник медицинской службы (634040, г. Томск, ул. Бела Куна, 8, кв. 70; тел.: 8 (3822) 64-48-17; e-mail: [email protected]).
Дубов Георгий Ильич - зам. директора по научной работе Некоммерческого партнерства по научной и инновационной деятельности «Томский атомный центр» (634041, г. Томск, ул. Вершинина 24в; тел.: 8 (3822) 43-52-19; e-mail: [email protected]).
Ратькин Александр Валентинович - к. фарм. н., доцент, доцент кафедры фармацевтической технологии Сибирского государственного медицинского университета (634050, г. Томск, ул. Московский тракт, 2/7; тел.: 8 (3822) 42-09-50; e-mail: [email protected])
Ростов Владислав Владимирович - д. ф.-м. н., зав. отделом физической электроники Института сильноточной электроники (634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3; тел.: 8 (3822) 49-16-41; e-mail: [email protected]).
Алексеенко Павел Иванович - ведущий конструктор отдела физической электроники Институт сильноточной электроники (634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3; тел.: 8 (3822) 49-14-76; e-mail: [email protected]).
