Комплекс электронно-лучевой обработки на основе модернизированного ускорителя ИЛУ-6 и технологии облучения медицинской продукции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.20, кандидат технических наук Коробейников, Михаил Васильевич

• Коробейников, Михаил Васильевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Коробейников, Михаил Васильевич

Введение

Глава I. Промышленные ускорители электронов

1.1. Виды и типы промышленных ускорителей электронов

1.2. Ускорители типа Динамитрон

1.3. Ускорители типа ЭЛВ

1.4. Линейные ускорители (линаки)

1.5. Высокочастотные ускорители типа ИЛУ

1.6. Высокочастотные ускорители типа Родотрон (ЮюсЫгоп)

Глава 2. Модернизация ускорителя ИЛУ

2.1. Ускоритель ИЛУ-6 до модернизации

2.2. Модернизации ускорителя ИЛУ

2.3. Новая технология тренировки ускорителя ИЛУ

2.4. Результаты модернизации ускорителя ИЛУ

Глава 3. Комплекс электронно-лучевой обработки медицинской продукции на основе ускорителя ИЛУ

3.1. Технические требования к комплексу электронно-лучевой обработки

3.2. Планировка комплекса электронно-лучевой обработки

3.3. Транспортная система

3.4. Отработка процесса деконтаминации лекарственного сырья

3.5. Определение рабочей дозы процесса деконтаминации сырья

3.6. Производительность установки

Гпава 4. Радиационные технологии в фармакологии

4.1. Радиационный синтез в фармакологии

4.2. Радиационный синтез препарата «Имозимаза»

4.3. Процесс электронно-лучевого синтеза. Заключение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплекс электронно-лучевой обработки на основе модернизированного ускорителя ИЛУ-6 и технологии облучения медицинской продукции»

В последние десятилетия медицинские изделия одноразового использования всё шире входят в практику больниц и других лечебных учреждений. Вначале в практику вошли одноразовые шприцы, а в настоящее время существенно расширилась номенклатура медицинских изделий одноразового использования, увеличились объёмы их производства и потребления. Постепенно всё больше лечебных учреждений используют в своей практике одноразовое медицинское бельё, расширяется номенклатура одноразовых медицинских инструментов - теперь это не только шприцы, но и капельницы, системы переливания крови, скальпели, тубусы и другие инструменты.

Внедрение одноразовых медицинских инструментов и белья в медицинскую практику кардинально изменило облик операционных и структуру стерилизационных услуг. Раньше стерилизация многоразовых медицинских инструментов и операционного (медицинского) белья осуществлялась многократно в местах их использования (больницах, поликлиниках и других медицинских учреждениях) в основном методом термической стерилизации и в незначительной степени химической стерилизацией (растворами спирта, формалина и т.д.). Небольшие или большие установки для термической стерилизации (автоклавы) были практически во всех медицинских учреждениях.

Одноразовые медицинские изделия стерилизуются один- раз в процессе производства, поэтому стадия стерилизации перемещается из медицинских учреждений (мест использования изделий) на производство, и этот процесс формирует спрос на стерилизационные установки с высокой производительностью. В процессе перехода на одноразовые медицинские изделия происходит стабильный рост спроса на услуги стерилизации.

Во многих случаях стерилизация одноразовых изделий невозможна традиционными методами - термической стерилизацией и химическими реагентами. Современное одноразовое медицинское бельё, а также специальные комплекты для операций и приёмов у врачей, в состав которых могут входить одноразовые медицинские инструменты, изготавливаются из полимерных синтетических нетканых материалов. Бельё и комплекты выпускаются упакованными в герметичные пакеты для предотвращения контаминации. Эти изделия нельзя подвергать термической и химической стерилизации из-за необратимой термической деградации или химической модификации. В процессе газовой стерилизации используется обработка горячим паром, которая может вызвать деформацию изделий. Поэтому единственно возможной для стерилизации таких изделий является радиационная обработка. На практике в основном используется электроннолучевая обработка как наиболее производительная и безопасная, впрочем, некоторую часть медицинских изделий в нашей стране стерилизуют на кобальтовых изотопных источниках.

В последние годы также стабильно растёт выпуск лекарственных препаратов из натурального растительного сырья, и требования к безопасности этой продукции в отношении бактериального заражения должны быть соблюдены.

Для растительного лекарственного сырья единственный подходящий способ обеззараживания (деконтаминации) - электронно-лучевая обработка. Информация про обработку растительного сырья в промышленности при помощи изотопных источников отсутствует. Традиционно для радиационной стерилизации медицинских изделий и лекарственного сырья используются ускорители электронов.

Радиационно-технологические установки на основе ускорителей электронов способны эффективно обрабатывать лекарственное сырьё и стерилизовать разные одноразовые медицинские изделия. В последние 30 лет во всём мире наблюдается стабильный рост количества установок на основе ускорителей электронов, которые выполняют большую часть мирового объёма стерилизации одноразовых медицинских изделий. При применении электронно-лучевой стерилизации требования к материалу упаковки одноразового белья и медицинских комплектов резко снижаются - это должны быть полимерные плёнки, выдерживающие облучение стерилизующей дозой. Стоимость этих материалов и плёнок на порядок ниже, чем стоимость газопроницаемых материалов, необходимых для упаковки стерилизуемой окисью этилена продукции, а ассортимент плёнок чрезвычайно широк -полиэтилен всех плотностей, полиамиды, полиэфиры, полиэтиленакрилат и Т.д.

Области применения электронно-лучевой обработки постоянно расширяются и в последние десятилетия помимо широкого спектра стерилизуемой продукции появилось и начало развиваться новое направление - радиационных синтез лекарственных препаратов. Начало положил препарат «Имозимаза», зарегистрированный в России в качестве лекарственного препарата в 1994 году.

В ИЯФ им. Будкера СО РАН в течение ряда лет на установках с ускорителями относительно низкой энергии ИЛУ-6 (2,5 МэВ) и ИЛУ-10 (5 МэВ) велись работы по отработке процессов радиационной стерилизации комплектов одноразового медицинского белья в потребительских упаковках и деконтаминации растительного сырья для производства лекарственных средств. На базе ускорителя ИЛУ-6 была создана установка для стерилизации одноразовых медицинских шприцев объёмом 2,5 и 5 мл в потребительской упаковке, которая успешно работала в промышленности в г. Ижевске, её производительность - до 100 ООО шприцев в час.

В настоящее время всё ещё актуальна задача создания скромных по размерам не очень дорогих высокопроизводительных установок на основе промышленных ускорителей электронов сравнительно невысокой энергии.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Собран и запущен в работу модернизированный ускоритель ИЛУ-6 с цельным (не разделённым на изолированные половины) резонатором. Конструкция ускорителя упрощена, повышена надёжность его работы и увеличено максимальное напряжения на резонаторе с 2,7МВ до ЗМВ.

2. Впервые разработан, создан и запущен в работу промышленный комплекс электронно-лучевой обработки лекарственного сырья и медицинских изделий на основе модернизированного ускорителя ИЛУ-6 с энергией 2,5МэВ и мощностью пучка до 20кВт. Комплекс работает в г. Бийске с 2007г.

3. Разработан и впервые в нашей стране внедрён в промышленное производство процесс электронно-лучевой деконтаминации (обеззараживания) растительного лекарственного сырья. С 2007г. этот процесс используется в промышленности.

4. Впервые в мире разработан и внедрён в промышленное производство процесс электронно-лучевого синтеза лекарственных средств. Этот процесс совместим с нормами фармацевтического производства (вМР), с 2007г. он используется для промышленного производства лекарственного средства «Тромбовазим» на ускорителе ИЛУ-6.

Заключение диссертации по теме «Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника», Коробейников, Михаил Васильевич

Основные результаты работы:

1. Создан и запущен в работу модернизированный ускоритель ИЛУ-6 с цельным (не разделённым на изолированные половины) резонатором. Конструкция ускорителя упрощена, повышена надёжность его работы и увеличено максимальное напряжение на резонаторе с 2,7 МВ до 3 МВ.

Ускоритель был поставлен по контракту фирме «Эвалар», г. Бийск, и запущен в работу в 2007г.

Следующий (второй) модернизированный ускоритель ИЛУ-6 был запущен в работу в 2010г. в фирме «11ас1ро1», г. Члухов, Польша.

В 2008г. был модернизирован ускоритель ИЛУ-8, для него был изготовлен цельный резонатор. Модернизированный ускоритель ИЛУ-8 был успешно запущен в работу и затем поставлен на завод «Чувашкабель», г. Чебоксары, где он работает в составе установки для облучения проводов с начала 2010г.

2. Впервые создан и запущен в работу промышленный комплекс электронно-лучевой обработки медицинской продукции на основе модернизированного ускорителя электронов ИЛУ-6, рабочая энергия 2,5 МэВ, мощность пучка до 20 кВт. Комплекс работает на фирме «Эвалар», г. Бийск, с 2007г.

В 2007г. месячная загрузка комплекса составляла 20 тонн растительного сырья. В 2010г. загрузка комплекса составляла от 26 до 52 тонн лекарственного сырья и 3-6 тонн медицинского белья в месяц. У комплекса есть возможность дальнейшего увеличения выпуска продукции.

3. Разработан и впервые в нашей стране внедрён в промышленное производство процесс электронно-лучевой деконтаминации (обеззараживания) лекарственного сырья. С 2007г. этот процесс используется в фирме «Эвалар» для промышленного производства лекарственных средств.

4. Впервые в мире разработан и внедрён в промышленное производство процесс электронно-лучевого синтеза лекарственных средств. Этот процесс совместим с нормами фармацевтического производства (ОМР), с 2007г. он используется для промышленного производства лекарственного средства «Тромбовазим» на ускорителе ИЛУ-6. Процесс может быть использован для широкого круга препаратов.

Таким образом, решены задачи развития важных для здравоохранения направлений в радиационной обработке — создан и запущен в работу промышленный комплекс электронно-лучевой обработки медицинской продукции на основе модернизированного ускорителя ИЛУ-6, разработаны и внедрены в промышленное производство процессы деконтаминации лекарственного сырья и электронно-лучевого синтеза лекарственных средств.

В мире в целом и в России происходит постоянный рост количества работающих промышленных ускорителей электронов, расширяется ассортимент обрабатываемых ими изделий и растёт общий объём радиационной обработки. В Западной Европе и США происходит постепенное уменьшение доли газовой стерилизации медицинских изделий и увеличение объёмов стерилизации ускорителями электронов. В России наблюдается быстрый рост спроса на услуги радиационной стерилизации. Этот повышающийся спрос в Сибирском регионе в основном удовлетворяют ускоритель ИЛУ-6 в г. Бийске и ускоритель ИЛУ-10 в Институте ядерной физики. В Московском регионе растущий спрос будет удовлетворён новым ускорителем ИЛУ-14 с мощностью пучка до 100кВт.

Создание промышленных комплексов для стерилизации медицинских изделий и обеззараживания медицинского сырья является плодом многолетней работы коллективов Лаборатории 14 Института ядерной физики, Лаборатории 6 и Научно-конструкторского отдела.

В заключение автор выражает благодарность своему научному руководителю в аспирантуре Мешкову И.Н. и сотрудникам ИЯФ которые помогали в работе с ускорительной техникой в тот период — Савкину В .Я., Вейсу М.Э., Немытову П.И., Куксанову Н.К., Тиунову М.А., Лапику P.M., своему научному руководителю в период с 1989 по 2007г. Ауслендеру В.Л., под чьим руководством была сделана существенная часть описываемых в диссертации работ, а также Нехаеву В.Е. за детальное рассмотрение принципов работы ускорителя ИЛУ-6, Полякову В.А. и Маркевичу Е.П. за обучение работе на ускорителе ИЛУ-б и практике радиационных технологий, Чудаеву В.Я. за помощь в расчёте защиты бункеров в корпусе радиационной терапии Новосибирского Облонкодиспансера и бункеров для размещения ускорителя ИЛУ-10 для СЦФБ, Горнакову И.В., Васильеву Г.А., Глазкову И.И., Фёдорову А.П., Ширяеву В.К., Радченко В.М., Безуглову В.В. и Максимову С.А. за работу над модернизированным ускорителем ИЛУ-6 и комплексом электронно-лучевой обработки в Бийске, Макарову И.Г. за его опыт и большой вклад в работу над проектом МНТЦ, в результате которого был создан ускоритель ИЛУ-12, Таскаеву С.Ю. за помощь в ведении проектов, Душину В.А, Помыткину С.В, Осадчему И.И. и Пчельникову В.И. за помощь в решении возникавших проблем, Панфилову А.Д. и Ческидову В.Г. за работу над ускорителем ИЛУ-12, Лукину А.Н. за постоянный интерес к работе и замечания, Фёдоровой O.A., Максимовой Н.М. и Максимовой C.B. за безотказную помощь в работе, Корчагину А.И. за помощь в ведении госконтрактов и Брязгину A.A. за всемерную поддержку в работе и руководство на заключительном этапе работы и помощь в процессе оформления диссертации.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Коробейников, Михаил Васильевич, 2010 год

1. 1.dustrial Electron Beam Processing// IAEA working document, 12.02.09.

2. BEREJKA, A. J. Advances in self-shielded accelerators // IAEA-TECDOC-1386, Emerging applications of radiation processing (January 2004), pp.65-72.

3. CHMIELEWSKI, A.G. and BEREJKA, A.J. Radiation sterilization centres world-wide // Trends in radiation sterilization of health care products. International Atomic Energy Agency, Vienna (2008) 49-62.

4. Bradley Richard. Radiation Technology Handbook // Marcel Dekker Inc. New York, USA, 1984. p.37.

5. B.Jl. Ауслендер, P.А. Салимов, Г.А. Спиридонов. Промышленные ускорители электронов для радиационных технологий производства ИЯФ-ЗВИ // Вестник АДС "Радтех-СССР". 1991, № 1.

6. М.Ф. Ворогушин, Ю.Н. Гавриш. Линейные ускорители электронов для радиационных процессов // Доклад на конференции ICCAA05, г. Санкт-Петербург, 2005г.

7. Алёшин Н.А., Демский М.И., Кротов В.В., Трифонов Д.Е. и Штуковский О.А. Радиационно-технологический ускорительный комплекс на базе ФГУ ЦНИРРИ (г. Санкт-Петербург) // Доклад на конференции ICCAA05, г. Санкт-Петербург, 2005г.

8. Palmer, D„ Sik-Lam Wong, Robison, G., Miller, В., Shimer, D. 7.5 MeV High Average Power Linear Accelerator System for Food Irradiation Applications // Pulsed Power Conference, 2005 IEEE, 7 June 2005, pp.1274 1277.

9. Auslender V. L. ILU-type electron accelerator for industrial technologies // Nuclear Instruments and Methods in Physical Research. 1994. N В 89. P. 46^18.

10. Ауслендер В. JI., Безуглов В. В., Брязгин А. А. и др. Ускорители электронов серии ИЛУ и их использование в радиационно-технологических процессах // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Техническая физика и автоматизация. 2004. Вып. 58. С. 78-85.

11. В.Л. Ауслендер, A.A. Брязгин, Г.А.Васильев, Л.А. Воронин, В.А. Горбунов, М.В. Коробейников, С.А. Максимов, В.М. Радченко, A.B. Сидоров,

12. B.И. Сербии, В.О. Ткаченко. Комплексы для радиационной обработки на базе ускорителей ИЛУ // Научно-практическая конференция «Нанотехнологии и наноматериалы для биологии и медицины», 11-12 октября, Новосибирск-2007, с.159-165.

13. ГОСТ Р ИСО 11137 «Стерилизация медицинской продукции. Требования к валидации и текущему контролю. Радиационная стерилизация».

14. Санитарные нормы и правила на пищевые продукты СанПиН 2.3.2.1078-01 (Санитарные нормы и правила на пищевые продукты).

15. Paula М. Kosekia, Anna Lucia С.Н. Villavicencio, Monica S. Brito, Ligia

16. C. Nähme, Katia I. Sebastiaoa, Paulo R. Reía, Ligia В. Almeida-Muradian, Jorge

17. Mancini-Filho, Paulo C.D. Freitas. Effects of irradiation in medicinal and eatable herbs // Radiation Physics and Chemistry 63 (2002) 681-684.

18. А.К. Пикаев, Современная радиационная химия, том 1, Основные положения, Экспериментальная техника и методы, М.: Наука, 1985, стр. 66.

19. Шкурупий В.А., Курунов Ю.Н., Пупышев А.Б., Козяев М.А., и др. Средство для лечения туберкулеза с низким уровнем фибротических осложнений // Патент РФ № №2185166 от 20.07.2002

20. ИЗОДЕКС новое противотуберкулезное лекарство. В.A. Шкурупий, А.В. Троицкий, О.В. Гришин, Е.П. Гуляева, B.JI. Ауслендер, М.В. Коробейников// Вестник «РАДТЕХ-ЕРАЗИЯ», №1(11), 2002, с. 126-132.