ポータブル化学殺菌（PCS）、D-FENSおよびD-FEND ALL：小説二酸化塩素除染技術の軍事用

要約

The Portable Chemical Sterilizer (PCS) is a revolutionary, energy-independent, almost waterless sterilization technology for Army medical units. The PCS generates chlorine dioxide from dry reagents mixed with water on-site, at-will, and at point-of-use (PoU) in a plastic suitcase. The Disinfectant-sprayer for Foods and ENvironmentally-friendly Sanitation (D-FENS) and the Disinfectant for ENvironmentally-friendly Decontamination, All-purpose (D-FEND ALL) produce aqueous chlorine dioxide in a collapsible spray bottle and other potential embodiments. These versatile decontamination technologies kill microbes in myriad diverse Dual-use applications for military and civilian consumers.

要約

明記軍は前方外科チームが使用できるように、フィールドのポータブル、非蒸気滅菌技術が必要とされている、歯科企業、獣医サービスサポート分遣隊、戦闘支援病院、地域医療研究所手術器具を滅菌すると、病理学的滅菌する手術室、緊急治療領域、および集中治療室で廃棄前に標本。小説の次のアンサンブル、「クリーンでグリーン」二酸化塩素技術は除染^6,15のための重要な軍事的必要性の数を満たすために適応する汎用性と柔軟性があります。具体的には、p ortable のC hemical 用S terilizer（PCS）は、緊急の戦場のニーズを満たすため、高強度のエネルギー独立性、軽量移植性、迅速な機動性、そして堅牢な耐久前進配備³のための重要な機能のギャップを埋めるために発明されました。外科sterilizatの革命的な技術革新などイオン技術、PCSは、オンサイトで依存している現代のフィールドオートクレーブで、ユースポイント、AT-意志の二酸化塩素の代わりに蒸気を発生。二つの（2）のPCS単位は（なぜなら、その面倒なサイズ、かさばる寸法、重量の展開での愛称「ベルタ」）1大型蒸気オートクレーブの同等のスループットで、1時間に4外科トレイを滅菌する。しかし、PCSが100％少ない電力（0対9キロワット）を使用して、98％少ない水で動作（10対640オンス）、大幅に95％重量を削減（20対450ポンド、4人のリフト）事実上96パーセントキューブ（2.1対60.2フィート^3）、その修理や、信頼性の高い動作を維持持ち上げ、輸送、スチームオートクレーブに必要な電力の前方展開で困難な課題を解消。

概要

商用デバイスは、以前に存在しなかった、新鮮な食材を^3,6,9-13,15に栄養病原体を殺すために、または細菌胞子を除染するために実証済みの能力を持っている消毒剤の二酸化塩素（のClO _2）を生成し、そこからのPCS技術が進む^{。6、 14,15,17} PCSは研究室では、 ゲオバチルス·ステアロサーモフィルス （GS）の胞子（関連文献^8を参照）、Gの胞子バイオ指標の生きた培養に対する殺菌を実現するために特別に検証されていますステアロサーモフィルス及びバチルスアトロフェウス ^{（BA）6,15,16。} PCSはまた、例えば、ホールトマトなどの生鮮食品にリステリア菌、大腸菌を 、病原体、新鮮なカット農産物の貯蔵寿命を延ばすために栄養を不活性化することによって、食品の安全性を確保するために、より低いストリンジェントな条件で動作するように適合されている、INACによるスライスされたりんご^6,15におけるポリフェノールの褐変酵素をtivating。二酸化塩素を生成するために、PCSは、従って、保管、取り扱い、および遠前方軍事酸性廃棄物を配置し、酸及び配送の固有の難しさの使用を排除し、ほぼ中性のpHでの酸化還元反応を介して進行する新規なエフェクター化学を使用して展開^1,2,4,17。軍事に加えて、PCSは、国土安全保障/防衛でも使用することができます。電力、飲料水、および廃棄物の除去へのアクセスを無力自然災害（Superstormサンディ、津波、ハリケーン·カトリーナ）の間;オンサイト緊急第一応答者による;そして停電（計画停電とブラウンアウト）の間に地域の病院や学校で。

開発 isinfectant -のF oodsとEN vironmentally優しいのS anitation（D-FENS）用の噴霧器もエフェクター化学（3化学成分）と2段階の混合プロセスを（使用しています I。予備濃縮IIが続く。反応後希釈）の水性二酸化塩素を生成するには、主に陸軍フィールドキッチンと衛生センターや海軍の軍物資の表面の汚染除去、食品取り扱い機器とフィールド給電機器用折りたたみ式スプレーボトル中ガレー船は、医療装置、シャワー、トイレ配備要員の任意の場所に多数の、近接^5,6に共存できます。検証テストは、D-FENSは多孔性の表面¹⁴に、病原体黄色ブドウ球菌 、一般的な食中毒病原体を排除することを示した。 「D-FEND ALL」（JA vironmentallyに優しい開発 econtamination用のD isinfectant、 万能 ）細菌を除染するために、水性二酸化塩素を製造するための比類のない汎用性（2化学成分）に簡単、より便利（1段階混合）代替手段を提供サニを促進するための表面消毒用テキスタイル上の胞子、テーション衛生及び清潔な飲料水のために生成するように設計された新規雑排水のリサイクル技術の用途のための出発物質の少量を用いて希薄二酸化塩素溶液の大量の迅速な産生を必要とするアプリケーションに特定の利点を有する水の品質と安全性を向上させる遠征ベースキャンプ^2。

様々なメカニズムは、国家の材料利益のために技術の開発と商業化を促進する方法として、非連邦エンティティへの連邦政府の技術の移転を促進するために、連邦技術移転法に基づいて存在しています。したがって、特許ライセンス契約および商業評価ライセンスを経由して多くの軍と民間の使用のための彼らの急成長の可能性と、PCS、D-FENSおよびD-FENDすべてのテクノロジは、特許を取得されており、実用化のために、業界に移す。 ＆＃いわゆるD FENS（のゆっくりとした、制御放出バージョン8220、D-FENSライト」）技術は、フレッシュベリーの貯蔵寿命を延長する包装材料への組み込みのための商業業界に移し、PCSは、技術は、他の技術との比較テストのために大学とその他の政府機関に転送された生鮮食品の商品と食品安全の研究のため、学部理科教育を強化するため。 PCSおよびその化学の技術移転は、従来のホルムアルデヒドの治療法に比べて、時間、コスト、および環境保護の改善とバイオフード滅菌のために承認された商用製品につながった。

プロトコル

1。ポータブル化学殺菌（PCS）

1. 装備。 PCSは、ポータブル、エネルギーに依存しない、使用場所の医療殺菌のための革新的なデバイスです。これらの目的のために、商業PELICAN硬質プラスチックスーツケースを殺菌します（ 図1）を収容するための特別な設計上の特徴で装飾した。
2. 機器設計。 A）広口反応容器を乾燥化学試薬と水を受け取る。 b）は壁に設置つのチェックバルブが1 psiで圧力を緩和する; C）フィルタ入口弁は空気が室内を洗浄するためのポンプで注入することができます。 D）循環チューブは、チャンバ滅菌後に空気を配布する。 E）使い捨て乾燥スクラバー（活性炭）出口逆止弁を介して移植されたデバイスは、残差を削除し、ユーザーと環境の健康と安全を確保すること。そしてf）ケースの基部に竹馬は、外科用器具トレイまたは他の多孔板に対応し、中にガス流量を最大紅潮。
3. 操作。レベルの表面上のPCを置き、ふたを開ける。きれいな、非滅菌の楽器を含む外科トレイを置き、ケース内支柱の上に青色のオートクレーブ紙に包ま。閉じてロック次いで、化学反応を開始するために広口反応容器中-乾燥化学薬品および水（他の組み合わせが可能であり、例えば 、93グラム亜塩素酸ナトリウム63グラム亜硫酸ナトリウム、25gの炭酸水素ナトリウム、アスコルビン酸および300mlの水）を混合する蓋。 2分の下では、反応は、多量の二酸化塩素の殺菌剤、熱、湿気を生成する。 25分の時点で、入口弁へのバッテリ駆動または手動駆動のエアポンプを接続し、約ためにチャンバ内に空気を流す。 5分（ 図2）。
4. サイクルの完了および再利用。ケースを開けて、滅菌器の外科トレイを取り外します。反応槽（水と良性化学塩）を処分。 PCSは、手術器具の別のトレイにすぐに再使用のために利用可能で、ドライ化学物質と水の新鮮なセットです。
5. バイオインディケータによる殺菌の検証。 G.いずれかの紙（〜10 ⁵胞子/ユニット）に含浸させた胞子を含む市販のB / T確かに生物学的指標を配置（湿熱に使用） ステアロサーモフィルスまたはB滅菌サイクルの場合の内部アトロフェウス （エチレンオキサイドガス滅菌のために使用される）。のClO ₂滅菌サイクルの完了時に、殺菌を検証するために24〜48時間の指標をインキュベートして、指標を削除し、アクティブにします。
6. 胞子懸濁液を用いて滅菌を検証。 Gの水性懸濁液を配置のClO ₂滅菌サイクルへの暴露のため、PCS内部ステアロサーモフィルスの胞子（〜10 ⁵ CFU / mL）を加えた。 G.を回復ステアロサーモフィルスの胞子を1％可溶性デンプン^8（回復なしには無菌性がないことを示す）と抗生物質アッセイ媒体に二酸化塩素処理に暴露した。 treateの屈折性を検討する位相差顕微鏡とD胞子（のClO ₂により不活性化胞子が相明るいキャラクター^14を保持）。
7. 硬い表面の滅菌を検証。 G。ステアロサーモフィルスの胞子の水性懸濁液^（5〜10）のガラス又は金属製の硬質の、非多孔性表面を接種する。のClO ₂滅菌サイクルを用いた治療のために、PCSに接種材料を配置します。市販のディフコHY-Aチェック綿棒で処理された表面をサンプリングしない成長を得ないことは、無菌性を確認する。

2。「D-FENS」

1. 装備。 「D-FENSは「手動スプレーのトリガー装置を備え、折り畳み携帯用ボトルです。柔軟性のあるプラスチックボトルは、スタンドアップをするための完全なマチ付き底部を有し、かつ化学的性プラスチックは、噴霧器ごとに複数の再利用する（ 図3）が得られる。
2. 水溶液のClO _2のS olutionを生成します。 D-FENS、ドライ再1-10グラム、合計量を使用しています薬剤50を800mlまで生成する- 500 ppmの二酸化塩素溶液（ 例えば 、4.7グラムの亜塩素酸ナトリウム1.6グラムの亜硫酸ナトリウム、および可能な順列を有する1.3グラムのアスコルビン酸ナトリウム）。水に塩素を生成するには、その最終的な作業容量に溶液を希釈-小さなボリューム内のすべての試薬 ​​を溶解し、かつII反応後の希釈 - 私は前濃縮：「動態管理」を含む新規2段階の混合プロセスを使用2-9分でスプレーボトルの中の二酸化ソリューションを提供しています。消毒液は、意図された表面を消毒や除染する微細な霧またはエアロゾルとして噴霧される。 D-FENSにおける二酸化塩素溶液は、最小で8時間シフトのための安定したままで残っている溶液がバイオフィルムをパージするシフトの終了時に、シンク、床排水溝を下に空にすることができる。
3. 微生物学的検証 - 多孔質表面に接種する。卵黄を含むベアード·パーカー寒天（BPA）のペトリ皿を準備します亜テルル（EYT）および酵母抽出物（YE）とエンテロトキシンA、 黄色ブドウ球菌を生成し、黄色ブドウ球菌の3 -ひずみカクテル（ 黄色ブドウ球菌 、A-100の〜10 ⁶ CFU / mlの懸濁液0.1mlを寒天表面に接種エンテロトキシンDを生産するエンテロトキシンBを生成し、ATCC 14458、および黄色ブドウ球菌^993）7。S.それがはっきりと明らかに黒色コロニーを生成するので、不活性化されていない場合は、 黄色ブドウ球菌は 、標的生物として選定した。
4. 微生物学的検証 - テスト多孔性の表面。 D-FENSを使用すると、多孔寒天表面上に消毒液を噴霧する、二酸化塩素溶液を含むスプレーボトル。スプレートリガパルスあたりの溶液約等容量を分配するために一貫性のある、安定した力を使用しています。寒天表面の均一な被覆を適用するためにプレートを連続するパルス間の90度回転します。また、ガラスホッケースティックでこのテクニックを使用し、塩素系の普及に軽い圧力を適用する機械的研磨用の寒天表面上のNE二酸化液（拭くか、スクラブと同等- 図4を参照）。
5. 微生物学的検証 - 硬い表面。細菌細胞の水性懸濁液の0.2ミリリットル容量（ 例えば 、 黄色ブドウ球菌、大腸菌、またはリステリア菌 ）で滅菌したカスタムステンレス鋼（総面積10.16センチメートル²と4 "×4"、）（タイプ304）クーポンを接種し、クーポン表面全体に均一に接種材料に広がる。層流フード内で室温で30分間空気乾燥クーポン。滅菌ピンセットを接種したクーポンをピックアップし、100ミリリットルストマッカー袋に二酸化塩素を含んだ20ミリリットル試験溶液に浸す。 0.5〜5分間の接触時間の後、固体の亜硫酸ナトリウムを少量添加することにより、殺菌剤溶液をクエンチし、次いで、ストマッカー中で2分間溶液を練り。袋を取り外し、層流フード内の上澄み液を撤回し、シリアルにsolutioを希釈N既製の寒天プレートには、生存者を列挙するため24時間インキュベートする。

新鮮な果物や野菜のための3。PCS

新鮮な農産物に有害な食品媒介病原（ 大腸菌及びL.モノサイトゲネス ） を死滅させる還元PCS処理の能力は、病原体の高レベルのトマト楔の外面上にスポットしたスポット接種法を用いて試験した。

1. 接種。 10 ⁵個/ g L·どちらかとトマトのくさびの25グラムのサンプルの外表面に接種リステリア OSY-8578または10 ⁶個/ g Eで大腸菌 ATCC 11229は、空気乾燥、滅菌バイオフード中15分間。
2. PCS処理。接種物が乾燥した後、二酸化塩素濃度と露光時間の様々な条件下でPCSおよび試験（滅菌手袋を着用）トマトウェッジを配置。いくつかの例では、G.の胞子生体指標を配置するステアロサーモフィルス AND B.トマトウェッジに同行し、滅菌処理します（ 図5）を検証するため、PCS内部アトロフェウス 。
3. 微生物の回復。 PCS処理後、ストマッカーブレンダーで2分間練り次いで、水性リン酸緩衝液（pH7）50mlでストマッカー袋にトマトウェッジを配置する。
4. 列挙。としてシリアルに寒天プレートに10倍希釈液を練りソリューションを分配トリプシン大豆寒天-酵母エキス（TSAYE）及びL.のための栄養寒天（NA） monocyotgenesおよびEそれぞれ大腸菌 、および、ガラスホッケースティックでカバーを広げ、24〜48時間のために、T = 35℃で培養する。微生物の不活性化を確認するために、コロニーカウンターを使用して生存者を列挙します。
5. ポリフェノールオキシダーゼ（「褐変」）酵素を不活性化する。 PCS内部の別々のペトリ皿に未接種リンゴのスライスを配置し、二酸化塩素（ 図5）に公開します。処理後、ペトリ皿を取り外して、目を公開周囲環境におけるEリンゴのスライス。目視観察は、最大1週間処置後には褐変を示さなかった。

4。「D-FEND ALL」

1. 水溶液のClO _2のS olutionを生成します。 ALLは、0.5〜3.0分で、二酸化塩素溶液を生成するために、水中に乾燥化学物質（亜塩素酸塩及びサミア）の少量を使用するD-FEND。例えば、二酸化塩素溶液を生成するために水溶液15-1,200 mlの試薬の0.8〜3.3グラムを混合する。
2. 微生物学的検証 - テキスタイル。 炭疽菌スターン又はバチルスが胞子アミロリケファシエンスの水性懸濁液を用いて織物サンプルの無菌ストリップに接種し、層流フードの繊維ストリップ空気乾燥してみましょう。滅菌ピンセットでストリップをピックアップし、ストマッカー袋100ミリリットル中の二酸化塩素溶液20ml中に浸す。 10分後、固体の亜硫酸ナトリウムを少量添加することで胞子に影響を与えずにプロセスをクエンチし、次いで織物片、溶液を素練りストマッカーでの2分間。袋を取り外し、層流フード内で連続的に、あらかじめ用意された寒天プレート上に溶液を希釈し、24時間インキュベートし、除染を検証するために列挙する。

結果

The easy-to-operate PCS was designed to achieve sterility by inactivating bacterial spore suspensions or bacterial spore bio-indicators in 30-minute treatments involving the controlled production of chlorine dioxide by unique effector chemistry. Specifically, microbiological validation studies verified that the PCS achieved sterility by inactivating bio-indicators containing spores (10⁵ spores/ml) of either G. stearothermophilus or B. atrophaeus, that are intended to indicate sterilization by...

ディスカッション

This foundational R&D has set new research and technical directions through collaborations with academia, other Government agencies, and industry that have led to the commercialization of novel, environmentally-friendly (“green”) technologies. Chlorine dioxide is the first method approved by the National Sanitation Foundation in 20 years for safer, faster, and more environmentally-friendly sterilization than conventional treatments. The PCS, D-FENS, and D-FEND ALL prototypes have been validated as bench-s...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sodium chlorite	Sigma-Aldrich	244155
Sodium sulfite	Sigma-Aldrich	239312
Sodium ascorbate	Sigma-Aldrich	A7631
Potassium phosphate	Sigma-Aldrich	P0662
Dextrose	Fisher Scientific	D-16
BT Sure biological indicator (steam)	Thermo Fisher Sci	AY759X3
EZ Test (EtO)	SGM Biotech Inc	EZG/6
Difco Hy-check	Becton-Dickinson/ Difco	290002
Tryptic Soy Agar	Difco	236950
Nutrient Agar	Difco	213000
Baird-Parker Agar	Difco	276840
Egg Yolk-Tellurite	Difco	277910
0.5% Yeast extract	Difco	212750
Bacto-Peptone	Difco	211677
Bacto-Tryptone	Difco	211705
Agar	Difco	214010
Soluble starch	Difco	0178-17
Lab Lemco Beef Extract	Oxoid	L29
Masticator - Classic	IUL Instruments	Cat. No. 400
Stomacher bags	Seward	Stomacher ‘400’ bags