إنتاج معقمات اليدين باستخدام خلاطات صناعية بالموجات فوق الصوتية
يتطلب إنتاج معقمات اليدين ومحاليل التطهير تقنية خلط قوية للحصول على مزيج متجانس. وتُعد الخلاطات وأجهزة التقليب بالموجات فوق الصوتية أكثر تقنيات الخلط موثوقية وكفاءة لمزج طورين أو أكثر واستحلابها، بهدف الحصول على تركيبة متجانسة ومستقرة لمعقم اليدين.
معقمات اليدين
معقم اليدين، المعروف أيضًا بمسميات بديلة مثل مطهر اليدين أو مستحضر فرك اليدين، هو مادة سائلة تُوضع على اليدين لإزالة مسببات الأمراض الشائعة أو تعطيلها، وهي مسببات قد تؤدي إلى الإصابة بالأمراض (مثل فيروس SARS-CoV-2 الذي يسبب مرض COVID-19). وتتوفر معقمات اليدين عادةً في صورة سائل أو رغوة أو هلام أو رذاذ.
يمكن إعداد معقمات اليدين باستخدام مكونات وتراكيب مختلفة. فعلى سبيل المثال، قد تكون معقمات اليدين قائمة على الكحول أو خالية منه. وتحتوي منتجات تعقيم اليدين القائمة على الكحول عادةً على نسبة كحول تتراوح بين 60 و95%. ومن أكثر أنواع الكحول استخدامًا الإيثانول (الكحول الإيثيلي) والأيزوبروبانول وn-بروبانول. ويؤدي الكحول عالي التركيز (أي بتركيز 60% أو أعلى) إلى تدمير البروتينات. ومن خلال تمسخ البروتينات، تُعطَّل أو تُقتل العديد من مسببات الأمراض (الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض). وتمثل معقمات اليدين الخالية من الكحول منتجًا بديلًا تُستخدم فيه مطهرات، مثل كلوريد البنزالكونيوم (BAC)، أو عوامل مضادة للميكروبات، مثل التريكلوسان، كمكونات فعالة لتعطيل الكائنات الحية الدقيقة أو قتلها. وفي كل من معقمات اليدين القائمة على الكحول والخالية منه، قد تتسبب المكونات الفعالة ضد مسببات الأمراض في جفاف الجلد من خلال تدمير حاجزه الطبيعي. لذلك، تحتوي معظم تركيبات معقمات اليدين على إضافات مغذية للجلد، مثل المواد المطرية (كالجلسرين والزيوت)، لإعادة ترطيبه. ويمكن إضافة مكونات أخرى، مثل عوامل زيادة اللزوجة والعطور والملونات وغيرها، لتعديل قوام منتجات تعقيم اليدين ورائحتها ومظهرها.
خلط معقمات اليدين ومزجها بالموجات فوق الصوتية
تُعد أجهزة التقليب بالموجات فوق الصوتية أكثر تقنيات الخلط فعالية لإنتاج معقمات اليدين (المعروفة أيضًا بمطهرات اليدين أو مستحضرات فرك اليدين) في صورة سوائل أو مواد هلامية أو بخاخات أو مستحضرات لوسيون.
نظرًا إلى أن الخلاطات بالموجات فوق الصوتية تولّد قوى قص عالية، فإنها توفر التقليب اللازم لمزج المكونات في مزيج متماسك. ويُعد هذا الخلط القوي والموثوق ضروريًا لإنتاج مواد تطهير فعالة وموثوقة، مثل معقمات اليدين ومواد تطهير الأسطح.
تتميز الخلاطات وأجهزة التقليب بالموجات فوق الصوتية بكفاءة عالية في مزج مكونات منتجات تعقيم اليدين.
كيف يعمل الخلط بالموجات فوق الصوتية؟
تولّد الخلاطات وأجهزة التقليب بالموجات فوق الصوتية تجويفًا صوتيًا ينتج عنه قوى قص شديدة للغاية. لذلك، تُستخدم أنظمة الخلط بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لاستحلاب سائلين أو أكثر لا يمتزجان في الظروف العادية، ولتشتيت الجسيمات الصلبة في السوائل والمعلقات. ويتحقق الخلط والمزج بالموجات فوق الصوتية من خلال اقتران موجات فوق صوتية عالية القدرة بسائل أو معلق. وتُنقل الموجات فوق الصوتية عبر مسبار بالموجات فوق الصوتية عالي الشدة إلى خزان لمعالجة الدفعات أو إلى مفاعل خلية التدفق المتصل بخط المعالجة. ولا تستطيع توليد قوى التجويف الشديدة اللازمة لإعداد مخاليط متجانسة ومستقرة على المدى الطويل إلا أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار. ويهتز المسبار بالموجات فوق الصوتية داخل السائل بتردد مرتفع جدًا (مثل 20kHz)، مولّدًا تجويفًا صوتيًا / فوق صوتي شديدًا في السائل.
في مجال التجويف المتولد بالموجات فوق الصوتية، يؤدي انهيار فقاعات التجويف إلى توليد قوى قص قوية تُفتّت القطرات والتكتلات وحتى الجسيمات الصلبة. كذلك، ينتج التجويف بالموجات فوق الصوتية تيارات سائلة عالية السرعة تصل إلى 1000km/h. وتصطدم النفاثات السائلة الناتجة عن التجويف بتكتلات الجسيمات، وتُفتّت القطرات، وتحسّن انتقال المادة داخل السوائل والمعلقات، وتشتت المواد الصلبة في جميع أنحاء الوسط. وفي مجال التجويف بالموجات فوق الصوتية، تتناوب الضغوط بسرعة وبشكل متكرر بين الفراغ وضغوط تصل إلى 1000bar. ولتحقيق التردد نفسه لدورات الضغط المتناوبة، يلزم تشغيل خلاط دوار مزود بـ4 شفرات خلط بسرعة هائلة تبلغ 300,000 RPM. ولا تولّد الخلاطات الدوارة التقليدية وخلاطات الدوار والعضو الثابت قدرًا كبيرًا من التجويف بسبب محدودية سرعتها.
تركيبات معقمات اليدين باستخدام المزج بالموجات فوق الصوتية
تحدد تركيبة منتج تعقيم اليدين فعالية المعقم ونطاق قدرته على قتل الجراثيم (أي فعاليته المضادة للبكتيريا والفطريات والفيروسات، وفعاليته ضد الفيروسات المغلفة وغير المغلفة والطفيليات المتكيسة وغيرها).
نظرًا إلى أن الاستخدام المتكرر للكحول والمعقمات المحتوية عليه على الجلد (مثل اليدين) يؤدي إلى جفاف الجلد، مما قد يسبب الالتهاب والتهيج، فإن معقمات اليدين المتطورة تحتوي على مكونات للعناية بالجلد، مثل الألوة فيرا والجلسرين وزيت الجوجوبا وزيت ثمار الورد وغيرها. ويعمل تأثير الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية على مزج الأطوار المختلفة من الكحول والإضافات والزيوت والماء لتكوين منتج معقم لليدين مستقر ومتجانس.
تحضير مستحلب بالموجات فوق الصوتية (ماء أحمر / زيت أصفر). تحول بضع ثوانٍ من المعالجة بالموجات فوق الصوتية أطوار الماء/الزيت المنفصلة إلى مستحلب دقيق.
المكونات الشائعة لمعقمات اليدين
-
كحول بنسبة v65% (أو بنسبة % أعلى) (ليكون فعالًا ضد مجموعة واسعة من الفيروسات والبكتيريا)
- مكونات للعناية بالجلد، مثل الزيوت والألوة فيرا والجلسرين وغيرها.
- ماء (مثل الماء المقطر أو المعقم)
- عامل استحلاب / مادة خافضة للتوتر السطحي
- اختياريًا، عامل لزيادة اللزوجة (مثل صمغ الزانثان)، وعوامل مولدة للرغوة، وعطر، ومواد مبيدة للأبواغ (مثل بيروكسيدات الهيدروجين للقضاء على الأبواغ البكتيرية)
SonoStation – منظومة متكاملة لخزان يعمل بالموجات فوق الصوتية، تتكون من أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار (هنا 2x UIP2000hdT)، وجهاز تقليب ومضخة
معقمات يدين فعالة ضد COVID-19
تُعد النظافة، ولا سيما نظافة اليدين، عاملًا مهمًا لمنع انتشار فيروس كورونا 2 المسبب للمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة (SARS-CoV-2)، وهو الفيروس الذي يسبب مرض COVID-19. وبينما يُوصى بغسل اليدين جيدًا بالماء والصابون كلما أمكن، تمثل معقمات اليدين بديلًا موثوقًا، خاصةً عندما لا يتاح غسل اليدين بالماء والصابون.
توصي منظمة الصحة العالمية (WHO) بتركيبتين من المعقمات القائمة على الكحول، أثبتت الاختبارات فعاليتهما ضد فيروس كورونا SARS-CoV-2. وقد اختبر علماء من ألمانيا وسويسرا فعالية تركيبتي المعقم ضد SARS-CoV-2 وأكدوها.
تركيبة المعقم رقم 1:
- إيثانول – 80% حجمًا (vol/vol)
- جلسرين (المعروف أيضًا باسم الجليسرول) – 1.45% vol/vol
- بيروكسيد الهيدروجين – 0.125% vol/vol
تركيبة المعقم رقم 2:
- أيزوبروبانول (المعروف أيضًا باسم 2-propanol أو الكحول الأيزوبروبيلي) – 75% vol/vol
- جلسرين – 1.45% vol/vol
- بيروكسيد الهيدروجين – 0.125% vol/vol
تُعطّل كلتا تركيبتي معقم اليدين المذكورتين أعلاه الفيروس بدرجة كافية بعد التعرض لمدة 30 ثانية، عند تطبيقهما جيدًا. ويمكن مزج التركيبتين المذكورتين أعلاه باستخدام نظام بالموجات فوق الصوتية لمعالجة الدفعات أو نظام متصل بخط المعالجة.
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء
تتمتع Hielscher Ultrasonics بخبرة طويلة في تصنيع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة للتطبيقات التي تشمل خلط مخاليط مختلفة من سائل/سائل أو سائل/صلب ومزجها وتقليبها.
تتطلب معالجة معقمات اليدين وفق معايير الصناعات الغذائية والدوائية على المستوى الصناعي معدات عالية الأداء تعمل بالموجات فوق الصوتية، لمعالجة أحجام كبيرة في منظومة بالموجات فوق الصوتية لمعالجة الدفعات أو في نظام تدفق مستمر. وتُعد Hielscher Ultrasonics موردًا موثوقًا ذا خبرة طويلة في معدات الخلط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء، التي تُدمج في منشآت التصنيع حول العالم في قطاعات الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل والعناية الشخصية.
يمكن التحكم بدقة في أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المتطورة من Hielscher Ultrasonics، وهي تمنح المشغل تحكمًا كاملًا في معلمات العملية المهمة، مثل السعة والضغط ودرجة الحرارة ومدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويتيح ذلك تحسين عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتحقيق أعلى كفاءة وجدوى اقتصادية.
وتتيح المجموعة الواسعة من الملحقات، مثل السونوترودات (المسابير) وأبواق تعزيز السعة ومفاعلات خلية التدفق والإضافات الأخرى، تهيئة نظام الخلط بالموجات فوق الصوتية خصيصًا للمكونات التي تجري معالجتها وللناتج المستهدف.
مراقبة عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية
تُجهّز جميع أجهزة المعالجة الرقمية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher – من الأحجام المخبرية إلى الصناعية – ببرنامج ذكي يسهّل التحكم الدقيق في عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية ومراقبتها ومراجعتها. ويمكن ضبط السعة والحد الأقصى للطاقة المدخلة ودورات النبض ومدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية مسبقًا عبر البرنامج السهل الاستخدام. وتتيح شاشة اللمس الملونة الوصول بسهولة إلى القائمة والتعامل معها بطريقة بديهية. ويتيح التحكم عن بُعد عبر المتصفح للمشغل تشغيل نظام الموجات فوق الصوتية ومراقبته عن بُعد.
تُخزّن جميع بيانات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية المهمة (مثل السعة ودرجة الحرارة والضغط والطاقة الصافية والطاقة الإجمالية والوقت والتاريخ) تلقائيًا على بطاقة SD مدمجة. ويحظى التسجيل التلقائي للبيانات بتقدير كبير في الصناعات الغذائية والدوائية، لأنه يتيح لمصنّع الأغذية مراجعة ظروف معالجة أي دفعة خضعت للمعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويتيح ذلك توحيد معايير العملية، والحصول باستمرار على ناتج عالي الجودة، وتطبيق ممارسات التصنيع الجيدة (GMP).
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية للاستخدام الصناعي
يمكن لمعالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات عالية جدًا. ويمكن تشغيلها بسهولة وباستمرار بسعات تصل إلى 200µm على مدار 24/7. وللحصول على سعات أعلى، تتوفر سونوترودات مخصصة بالموجات فوق الصوتية. وتتيح متانة معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher تشغيلها على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاقة والبيئات الصعبة.
يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
اتصلوا بنا! / اسألونا!
مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة من النطاق المخبري إلى النطاق التجريبي و الصناعي .
الأدبيات / المراجع
- Aparajita Chatterjee, Giulia Bandini, Edwin Motari, John Samuelson (2015): Ethanol and Isopropanol in Concentrations Present in Hand Sanitizers Sharply Reduce Excystation of Giardia and Entamoeba and Eliminate Oral Infectivity of Giardia Cysts in Gerbils. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 59(11), Nov. 2015. 6749–6754.
- Kiran A. Ramisetty; R. Shyamsunder (2011): Effect of Ultrasonication on Stability of Oil in Water Emulsions. International Journal of Drug Delivery 3, 2011. 133-142.
- Shabbar Abbas, Khizar Hayat, Eric Karangwa, Mohanad Bashari, Xiaoming Zhang (2013): An Overview of Ultrasound-Assisted Food-Grade Nanoemulsions. Food Engineering Reviews 2013.
- Ng Sook Han, Mahiran Basri, Mohd Basyaruddin Abd Rahman, Raja Noor Zaliha Raja Abd Rahman, Abu Bakar Salleh, Zahariah Ismail (2012): Preparation of emulsions by rotor–stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science 63, September/October 2012. 333–344.