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技術 液体及び気体の流動を使用して内視鏡のチャネルなどの通路を洗浄する装置及び方法

出願人 プリンストントレードアンドテクノロジーインコーポレイテッド
発明者 モハメド・エマム・ラビブチン-ユエ・ライヤコーブ・タバニズイェ・チエンスタニスラフ・エス・ダクヒンジョセフ・ジェイ・ムラウスキ
出願日 2009年9月29日 (11年11ヶ月経過) 出願番号 2011-529368
公開日 2012年2月23日 (9年6ヶ月経過) 公開番号 2012-504431
状態 特許登録済
技術分野 内視鏡 内視鏡
主要キーワード 粘性せん断力 示力図 流動モード 摩擦係数λ 供給源圧力 環状薄膜 流動要素 気体供給圧
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年2月23日)のものです。
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図面 (20)

課題・解決手段

液体及び気体流動によって内視鏡又はその他の内腔医療装置内の通路の内部を洗浄する装置及び方法を開示している。液体の流動は、通路の内部表面上を運動する細流、液滴、又はその他の液状体包含可能であり、且つ、液体と乾燥固体と気体の間に3相接触界面を包含可能である。

概要

背景

長くて狭い通路具備する内視鏡及びその他の内腔装置などの医療機器は、通常、使用後に洗浄しなければならない。長くて狭い通路の内部を洗浄する現在の洗浄方法は、単相液体流動と、これに後続する単相気体流動と、を含み、単相気体流動は、主に、乾燥させるべく使用されている。混合相流動の使用も、気体によって駆動された液体の液滴が汚染物質打撃し、それらを除去するような流動形態において、特許文献1、特許文献2、及び特許文献3などの特許に開示されており、これらの特許は、いずれもLabibに対するものである。しかしながら、曲がりやすい内視鏡のようないくつかの状況においては、気体によって駆動された液滴の形成を不可能にするか又はその可能性を低下させる圧力限度が存在しており、或いは、形成される場合にも、それらの濃度が非常に低く、且つ、液滴の衝撃によって汚染物質を除去するのに十分な勢いを実現するには、それらの速度が小さ過ぎる。Leenaarsに対する特許文献4には、異なる洗浄形態が開示されており、これは、固体と液体と気体の間の運動界面における表面張力を使用して平らプレートの外部に面する表面から汚染物質を除去している。Leenarrsの汚染物質は、無機物であって、生物学的に付着したものではなく、且つ、洗浄の実行に必要とされる運動は、相対的に低速であった。Moserに対する特許文献5は、内視鏡の洗浄における別個の液体及び気体流動の限られた使用法を開示している。2相の液体及び気体流動に関する産業界の文献も存在してはいるが、通常は、2相流動において湿潤状態に留まる壁を伴っている。これらの観点において、且つ、その他の観点において、洗浄の実行の結果及び容易性の両方に、改善の余地が残されている。

概要

液体及び気体の流動によって内視鏡又はその他の内腔医療装置内の通路の内部を洗浄する装置及び方法を開示している。液体の流動は、通路の内部表面上を運動する細流、液滴、又はその他の液状体包含可能であり、且つ、液体と乾燥固体と気体の間に3相接触界面を包含可能である。

目的

本発明の実施例は、通路の長さの少なくともいくつかの部分に蛇行細流流動又は断片細流流動又はこれらの両方を実現するのに好適な適切なパラメータ値において液体流動及び気体流動を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

通路洗浄する方法であって、前記通路に沿って長さ方向に気体流動を生成するステップと、前記通路に沿って長さ方向に液体の流動を生成するステップであって、前記液体は、界面活性剤を有する、ステップと、を有し、前記液体の前記流動は、約1〜約5ミリリットル/分/前記通路の周囲長のミリメートルという周囲長によって正規化された液体流量具備し、前記液体は、約50度を上回る、前記通路の内部表面上における前進接触角を具備し、且つ、0度を上回る後退接触角を具備し、前記気体流動は、前記通路に沿った少なくともどこかにおいて、約2m/s〜約80m/sの速度を具備し、且つ、前記界面活性剤は、0.1%の界面活性剤濃度において計測された50mmを下回るRossMiles泡高さを具備する、方法。

請求項2

前記気体の前記流動は、前記通路内のすべての場所において約2m/s〜約80m/sの速度を具備する請求項1記載の方法。

請求項3

前記液体は、約33dynes/cm〜約50dynes/cmの表面張力を具備する請求項1記載の方法。

請求項4

前記液体は、約35dynes/cm〜約45dynes/cmの表面張力を具備する請求項1記載の方法。

請求項5

前記液体は、約10度〜約30度の後退接触角を具備する請求項1記載の方法。

請求項6

前記界面活性剤は、約9.2を上回る平均親水性−親油性バランスを具備する請求項1記載の方法。

請求項7

前記界面活性剤は、非イオン系界面活性剤である請求項1記載の方法。

請求項8

前記界面活性剤は、BASF社によって販売されているPLURONIC(登録商標)L43及びPLURONIC(登録商標)L62LF及びreversePLURONIC(登録商標)17R2、17R4、25R2、25R4、31R1などのポリエチレン酸化物ポリプロピレン酸化物コポリマ、SURFYNOL(登録商標)465及び485などのアセチレン系界面活性剤と呼ばれるグリシジルエーテルキャップ化アセチレンジオールエトキシレート、TERGITOL(登録商標)MINFOAM1X(登録商標)及びMINFOAM2X(登録商標)などのアルコールエトキシレート、SurfonicT−15などのタロウアルコールエトキシレート、AO−455及びAO−405などのアルコキシル化エーテルアルコキシル化エーテルアミン酸化物、DOFAX(登録商標)などのアルキルジフェニル酸化物ジスルホン酸塩、エトキシル化アミド、エトキシル化カルボン酸、及びアルキル又は脂肪アルコールPEO−PPO界面活性剤からなる群から選択された物質を有する請求項1記載の方法。

請求項9

前記界面活性剤混合物は、約0.06%の合計界面活性剤濃度におけるアセチレン系界面活性剤とアルコキシル化エーテルアミン酸化物の水性混合物である請求項1記載の方法。

請求項10

前記液体洗浄媒体は、pH調節剤ビルダ金属イオン封鎖剤曇り点消泡剤分散剤溶剤ヒドロトロープ酸化剤、及び保存剤から構成された群から選択された1つ又は複数の成分を更に有する請求項1記載の方法。

請求項11

前記組成は、8.0を上回るpHを具備する請求項1記載の方法。

請求項12

前記組成は、約9.5〜約11.5のpHを具備する請求項1記載の方法。

請求項13

前記気体の前記流動は、前記通路に沿った少なくともどこかに約5m/s〜約15m/sの速度を具備する請求項1記載の方法。

請求項14

前記通路は、実質的に水平の向きを具備する請求項1記載の方法。

請求項15

前記通路は、実質的に垂直の向きを具備する請求項1記載の方法。

請求項16

通路を洗浄する方法であって、気体と液体を前記通路に同時に供給するステップを有し、前記液体及び前記気体は、前記通路の内部表面の少なくともいずれかの部分上に細流液滴流動を実現するように、前記通路内において流動する、方法。

請求項17

前記細流は、サブ細流への断片化を経験する請求項16記載の方法。

請求項18

前記液体は、約50度を上回る、前記通路の内部表面上における前進接触角を具備し、且つ、0度を上回る後退接触角を具備する請求項16記載の方法。

請求項19

前記液体を供給する前記ステップは、洗浄ステップを実現する請求項18記載の方法。

請求項20

前記液体を供給する前記ステップは、プレ洗浄ステップを実現する請求項18記載の方法。

請求項21

前記液体は、アルコールを有する請求項16記載の方法。

請求項22

前記液体は、実質的に純粋な水から構成される請求項16記載の方法。

請求項23

前記液体を供給する前記ステップは、すすぎを実現する請求項22記載の方法。

請求項24

前記液体は、非霧化方式において前記通路に導入される請求項16記載の方法。

請求項25

通路を洗浄する方法であって、気体及び液体を前記通路に同時に供給するステップを有し、前記気体及び前記液体は、前記通路の少なくともいずれかの内部表面上に運動する3相接触界面を実現する、方法。

請求項26

通路を洗浄する方法であって、気体及び液体を前記通路に同時に供給するステップを有し、前記気体及び前記液体は、前記通路の少なくともいずれかの内部表面上に蛇行細流を実現する、方法。

請求項27

通路を洗浄する方法であって、気体及び液体を前記通路に同時に供給するステップを有し、前記気体及び前記液体は、前記通路の少なくともいずれかの内部表面上に、サブ細流に断片化する細流を実現する、方法。

請求項28

通路を洗浄する方法であって、気体及び液体を前記通路に同時に供給するステップを有し、前記液体は、前記通路の入口において非霧化方式において供給され、且つ、前記通路の出口において、前記液体は、泡状ではなく、且つ、前記液体の10%を上回らないものが霧化される、方法。

請求項29

前記通路の内部表面は、交互に湿潤及び乾燥させられる請求項28記載の方法。

請求項30

前記液体は、前記通路の少なくともいくつかの内部表面上に細流液滴流動を形成する請求項28記載の方法。

請求項31

通路を洗浄する方法であって、前記通路をプレ洗浄するステップと、前記通路を洗浄するステップと、前記通路をすすぐステップと、を有し、前記プレ洗浄ステップは、前記通路を通じて液体と気体を同時に流動させるステップを有する、方法。

請求項32

前記液体及び前記気体を前記通路を通じて流動させる前記ステップは、細流液滴流動を有する請求項31記載の方法。

請求項33

通路を洗浄する方法であって、前記通路をプレ洗浄するステップと、前記通路を洗浄するステップと、前記通路をすすぐステップと、を有し、前記すすぎステップは、前記通路を通じて液体と気体を同時に流動させるステップを有する、方法。

請求項34

前記液体と前記気体を前記通路を通じて流動させる前記ステップは、細流液滴流動を有する請求項33記載の方法。

請求項35

通路を洗浄する方法であって、前記通路の少なくとも入口において液体のプラグを形成するように、前記通路内に液体を供給するステップと、前記液体の前記プラグを前記通路を通じて押し進めるように、前記通路内に気体を供給するステップと、を有し、前記気体流動は、前記通路内への前記液体の更なるものの導入の前に、前記通路の内部表面を実質的に乾燥又は脱湿させるべく十分な時間にわたって継続する、方法。

請求項36

前記液体を前記通路内に供給する前記ステップは、合計プラグ長が前記通路の長さの約10%未満になるように、前記通路の長手方向に沿った前記合計プラグ長を具備する1つのプラグ又は一連のプラグを生成するべく、実行される、請求項35記載の方法。

請求項37

前記気体流動は、時間との関係において安定している請求項35記載の方法。

請求項38

前記気体流動は、時間との関係において不安定である請求項35記載の方法。

請求項39

前記気体流動は、少なくとも約5秒にわたって継続する請求項35記載の方法。

請求項40

前記気体流動は、少なくとも約15秒にわたって継続する請求項35記載の方法。

請求項41

通路を洗浄する方法であって、前記通路に第1流動形態を供給するステップと、前記通路に第2流動形態を供給するステップと、を有し、前記流動形態の中の1つのものは、細流液滴流動を有し、且つ、前記流動形態の第2のものは、プラグ流動を有する、方法。

請求項42

少なくとも第1通路と、第2通路と、を具備する1つ又は複数の医療装置を洗浄する方法であって、前記第1通路に、前記第1通路に適切な気体流動及び液体流動の第1の時間的配列を供給するステップと、前記第2通路に、前記第2通路に適切な気体流動と液体流動の第2の時間的配列を供給するステップと、を有し、前記第2の時間的配列は、前記第1の時間的配列とは異なる、方法。

請求項43

少なくとも、第1通路と、第2通路と、を具備する1つ又は複数の医療装置を洗浄する方法であって、前記第1通路に、前記第1通路に適切な第1の流体流動状態を供給するステップと、前記第2通路に、前記第2通路に適切な第2の流体流動状態を供給するステップと、を有し、前記第2の流体流動状態は、前記第1の流体流動状態とは異なる、方法。

請求項44

前記第1流動状態及び前記第2流動状態は、液体流動に対する気体流動の比率において異なる、請求項43記載の方法。

請求項45

前記第1流動状態及び前記第2流動状態は、供給気体圧力において異なる請求項43記載の方法。

請求項46

前記第1流動状態は、第1流動形態を有し、且つ、第2流動状態は、第2流動形態を有する請求項43記載の方法。

請求項47

通路を洗浄する方法であって、前記通路に、前記通路の第1部分を洗浄するのに適切な第1流体流動状態を供給するステップと、前記通路に、前記通路の第2部分を洗浄するのに適切な第2流体流動状態を供給するステップと、を有し、前記第2流体流動状態は、前記第1流体流動状態と異なる、方法。

請求項48

前記第1流動状態及び前記第2流動状態は、液体流動に対する気体流動の比率において異なる請求項47記載の方法。

請求項49

前記第1流動状態及び前記第2流動状態は、供給気体圧力において異なる請求項47記載の方法。

請求項50

前記第1流動状態は、第1流動形態を有し、且つ、第2流動状態は、第2流動形態を有する請求項47記載の方法。

請求項51

前記通路の前記第1部分は、前記通路の前記第2部分の上流に位置し、且つ、前記第1流動状態は、前記第2流動状態よりも早期に供給される請求項47記載の方法。

請求項52

第1通路と、第2通路と、を洗浄する装置であって、前記第1通路及び前記第2通路に気体を供給する気体供給源と、前記第1通路及び前記第2通路に液体を供給する液体供給源と、前記気体供給源及び前記液体供給源の動作を制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記第1通路に適切な第1液体/気体比率において液体及び気体を前記第1通路に供給させ、且つ、前記第2通路にとって適切な第2液体/気体比率において液体及び気体を前記第2通路に供給させ、前記第2液体/気体比率は、前記第1液体/気体比率とは異なる、装置。

請求項53

前記装置は、前記第2通路への前記液体及び前記気体の供給と同時に、前記液体及び前記気体を前記第1通路に供給させる請求項52記載の装置。

請求項54

前記装置は、前記第2通路への前記液体及び前記気体の供給と順番に、前記液体及び前記気体を前記第1通路に供給させる請求項52記載の装置。

請求項55

前記装置は、前記第2通路への前記液体及び前記気体の供給と同時に、且つ、これと順番に、前記液体及び前記気体を前記第1通路に供給させる請求項52記載の装置。

請求項56

前記第1通路及び前記第2通路は、異なる内視鏡内に存在する請求項52記載の装置。

請求項57

前記第1通路及び前記第2通路は、共通の内視鏡内に存在する請求項52記載の装置。

請求項58

前記第1通路及び前記第2通路は、異なる内部直径を具備する請求項52記載の装置。

請求項59

前記装置は、前記第1通路に適切な第1周囲長によって正規化された液体流量と、前記第2通路に適切な第2周囲長によって正規化された液体流量と、を生成する請求項52記載の装置。

請求項60

前記装置は、前記第1通路に適切な第1気体質量流束と、前記第2通路に適切な第2気体質量流束と、を生成する請求項52記載の装置。

請求項61

前記第1通路内には、前記第1通路に適切な気体質量流束と周囲長によって正規化された液体流量の第1の組合せが供給され、且つ、前記第2通路内には、前記第2通路に適切な気体質量流束と周囲長によって正規化された液体流量の第2の組合せが供給される請求項52記載の装置。

請求項62

第1通路と、第2通路と、を洗浄する装置であって、気体を前記第1通路及び前記第2通路に供給する気体供給源と液体を前記第1通路及び前記第2通路に供給する液体供給源と、前記気体供給源及び前記液体供給源の動作を制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、液体及び気体を前記第1通路に適切な第1時間的配列において前記第1通路に供給させ、且つ、液体及び気体を前記第2通路に適切な第2時間的配列において前記第2通路に供給させ、前記第2時間的配列は、前記第1時間的配列とは異なる、装置。

請求項63

前記装置は、前記第2通路への前記液体及び前記気体の供給と同時に、前記液体及び前記気体を前記第1通路に供給させる請求項62記載の装置。

請求項64

前記装置は、前記第2通路への前記液体及び前記気体の供給と順番に、前記液体及び前記気体を前記第1通路に供給させる請求項62記載の装置。

請求項65

前記装置は、前記第2通路への前記液体及び前記気体の供給と同時に、且つ、これと順番に、前記液体及び前記気体を前記第1通路に供給させる請求項62記載の装置。

請求項66

前記第1通路及び前記第2通路は、異なる内視鏡内に存在する請求項62記載の装置。

請求項67

前記第1通路及び前記第2通路は、共通内視鏡内に存在する請求項62記載の装置。

請求項68

前記第1通路及び前記第2通路は、異なる内部直径を具備する請求項62記載の装置。

請求項69

前記第1通路及び前記第2通路は、異なる長さを具備する請求項62記載の装置。

請求項70

通路を洗浄する装置であって、気体を前記通路に供給する気体供給源と、液体を前記通路に供給する液体供給源と、を有し、前記気体供給源は、前記通路に沿った少なくともどこかにおいて約2m/s〜約80m/sの流速で前記気体を供給し、前記液体供給源は、約1〜約5ミリリットル/分/前記通路の周囲長のミリメートルという周囲長によって正規化された液体流量において前記液体を供給し、前記液体は、約50度を上回る、前記通路の内部表面上における前進接触角を具備し、且つ、0度を上回る後退接触角を具備し、前記界面活性剤は、0.1%の界面活性剤濃度において計測された50mmを下回るRossMiles泡高さを具備する、装置。

請求項71

前記装置は、前記液体の流動を実質的に安定状態方式によって供給するベくコントローラを有する請求項70記載の装置。

請求項72

前記装置は、前記気体の流動を実質的に安定状態方式によって供給するべくコントローラを有する請求項70記載の装置。

請求項73

前記装置は、約30psigを上回らない圧力において前記通路の入口に前記気体を供給する請求項70記載の装置。

請求項74

前記液体は、界面活性剤を有する請求項70記載の装置。

請求項75

前記装置は、前記通路の前記内部表面が前記液体によって覆われていない際に前記通路の少なくともいくつかの内部表面のドライアウトを生成する請求項70記載の装置。

請求項76

前記気体の流動は、前記通路内の少なくともどこかにおいて約5m/s〜約15m/sの速度を具備する請求項70記載の装置。

請求項77

前記気体の流動は、前記通路内の少なくともどこかにおいて約2m/s〜約80m/sの速度を具備する請求項70記載の装置。

請求項78

前記気体の流動は、前記通路内のすべての場所において約2m/s〜約80m/sの速度を具備する請求項70記載の装置。

請求項79

通路を洗浄する装置であって、前記通路に気体を供給する気体供給源と、前記通路に液体を供給する液体供給源と、を有し、前記装置は、前記通路の内部表面の少なくともいずれかの部分上に細流液滴流動を実現するように、前記液体及び前記気体を前記通路に供給する、装置。

請求項80

前記液体は、界面活性剤を有する水性溶液を有する請求項79記載の装置。

請求項81

前記液体は、アルコールを有する請求項79記載の装置。

請求項82

前記液体は、実質的に純粋な水から構成される請求項79記載の装置。

請求項83

前記装置は、前記通路の前記内部表面が前記液体と接触していない際に、前記通路の少なくともいくつかの内部表面のドライアウトを生成する請求項79記載の装置。

請求項84

通路を洗浄する装置であって、前記通路に気体を供給する気体供給源と、前記通路に液体を供給する液体供給源と、前記気体供給源及び前記液体供給源の動作を制御するコントローラと、を有し、いくつかの期間において、前記コントローラは、前記液体及び前記気体の両方を実質的に安定状態方式によって前記通路に供給させ、且つ、いくつかのその他の期間において、前記コントローラは、前記液体及び前記気体の中の少なくとも1つのものが非安定状態方式によって前記通路に供給されるように、前記液体及び前記気体を前記通路に供給させる、装置。

請求項85

前記非安定状態方式による動作においては、前記動作の少なくとも一部が周期的な方式によって不安定である請求項84記載の装置。

請求項86

前記周期的な方式は、少なくとも10回の反復周期を有する請求項85記載の装置。

請求項87

前記非安定状態方式による動作においては、前記動作の少なくとも一部分が非周期的な方式によって不安定である請求項84記載の装置。

請求項88

前記液体は、非安定状態方式によって供給される請求項84記載の装置。

請求項89

前記気体は、非安定状態方式によって供給される請求項84記載の装置。

請求項90

通路を洗浄する装置であって、前記通路に気体を供給する気体供給源と、前記通路に液体を供給する液体供給源と、前記気体供給源及び前記液体供給源の動作を制御するコントローラと、を有し、少なくともなんらかの期間にわたって、前記コントローラは、前記液体の一部が前記通路に供給されることを伴うことなしに、前記気体を前記通路に供給させ、且つ、なんらかのその他の後の期間において、前記コントローラは、前記液体を前記通路に供給させる、装置。

請求項91

前記気体は、前記通路の内部表面の少なくとも一部分のドライアウト又は脱湿を生成するべく十分な持続時間にわたって供給される請求項90記載の装置。

請求項92

前記気体は、少なくとも約5秒にわたって供給される請求項90記載の装置。

請求項93

前記気体は、少なくとも約15秒にわたって供給される請求項90記載の装置。

請求項94

前記装置は、前記気体を除湿する除湿機、又は前記気体を加熱する加熱機、又は除湿機及び加熱機の両方を有する請求項90記載の装置。

請求項95

前記液体は、前記通路への気体の供給と同時に前記通路に供給される請求項90記載の装置。

請求項96

前記液体が前記通路に供給される際には、気体は前記通路に供給されない請求項90記載の装置。

請求項97

前記液体は、界面活性剤を有する請求項90記載の装置。

請求項98

前記液体は、アルコールを有する請求項90記載の装置。

請求項99

前記液体は、実質的に純粋な水から構成される請求項90記載の装置。

請求項100

通路を洗浄する装置であって、前記通路に気体を供給する気体供給源と、前記通路に液体を供給する液体供給源と、前記気体供給源及び前記液体供給源の動作を制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、気体を実質的に一定の流量において前記通路に供給させ、且つ、液体を脈動方式によって前記通路に供給させる、装置。

請求項101

前記脈動方式は、大きな液体流量と小さな液体流量の交互に変化する周期を有する請求項100記載の装置。

請求項102

前記脈動方式は、有限の液体流量とゼロの液体流量の交互に変化する周期を有する請求項100記載の装置。

請求項103

前記ゼロの液体流量の周期は、前記通路の内部表面が、前記有限の液体流量の前記周期の次のものの前に、本質的に完全なドライアウト状態となるような持続時間を有する請求項102記載の装置。

請求項104

通路を洗浄する方法であって、前記通路の内部表面との3相接触界面を具備する運動する液状体を生成するステップを有し、前記通路の前記内部表面のそれぞれのパッチは、洗浄の際に少なくとも一回だけ前記3相接触界面の中のいずれかのものによって清掃される、方法。

請求項105

前記通路の前記内部表面のそれぞれのパッチは、前記洗浄の際に少なくとも5回にわたって前記3相接触界面の中のいずれかのものによって清掃される請求項104記載の方法。

請求項106

前記通路の前記内部表面のそれぞれのパッチは、前記洗浄の際に少なくとも25回にわたって前記3相接触界面の中のいずれかのものによって清掃される請求項104記載の方法。

請求項107

内視鏡の通路を洗浄する装置であって、前記通路に流体を供給する流体供給源と、前記内視鏡の第1アクセスポイントに接続して第1流動接続確立する第1コネクタであって、前記第1流動接続は、第1弁を具備する、第1コネクタと、前記内視鏡の第2アクセスポイントに接続して第2流動接続を確立する第2コネクタであって、前記第2流動接続は、第2弁を具備する第2コネクタと、前記第1弁を開放すると共に前記第2弁を閉鎖することにより、前記通路を通じて、第1方向において、或いは、前記第1弁を閉鎖すると共に前記第2弁を開放することにより、第2方向において、流動を誘導するコントローラと、を有する装置。

請求項108

1つ又は複数の内視鏡の第1通路及び第2通路を洗浄する装置であって、前記通路に気体を供給する気体供給源と、前記通路に液体を供給する液体供給システムと、前記第1通路に必要とされる最大気体流量が前記第1通路に供給されている際に、前記第2通路に供給されている気体流量は、前記第2通路に必要とされている最大気体流量を下回っており、且つ、前記第2通路に必要とされている前記最大気体流量が前記第2通路に供給されている際には、前記第1通路に供給されている気体流量は、前記第1通路に必要とされている前記最大気体流量を下回るように、前記気体供給源を制御するコントローラと、を有する装置。

請求項109

通路を洗浄する装置であって、前記通路に気体を供給する気体供給システムと、前記通路に液体を供給する液体供給システムと、前記気体供給システム又は前記液体供給システム又はこれらの両方の少なくとも一部に消毒剤を供給するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記気体供給システム又は前記液体供給システム又はこれらの両方の少なくとも一部分に、前記装置の少なくとも一部分を消毒するのに好適な細流液滴流動を生成するように、動作を制御する、装置。

請求項110

第1通路を洗浄する装置であって、気体を供給する気体供給源と、液体を供給する液体供給源と、前記第1通路への前記気体の第1流量を計測する第1流量計と、制御システムと、を有し、前記制御システムは、前記気体の前記計測された第1流量に応答して前記液体の前記第1流量を設定する、装置。

請求項111

前記流量計は、前記液体と前記気体の合流点の上流において前記気体の前記流量を計測する請求項110記載の装置。

請求項112

前記装置は、第2通路を洗浄する能力をも有しており、且つ、前記装置は、前記第2通路への第2気体流量を計測する第2流量計を有し、且つ、前記制御システムは、前記第2通路への第2液体流量をも設定する請求項110記載の装置。

請求項113

前記第1液体流量と前記第1気体流量の間には、第1の関係が存在し、且つ、前記第2液体流量と前記第2気体流量の間には、第2の関係が存在し、且つ、前記第1の関係と前記第2の関係は、同一である請求項112記載の装置。

請求項114

前記第1液体流量と前記第1気体流量の間には、第1の関係が存在し、且つ、前記第2液体流量と前記第2気体流量の間には、第2の関係が存在し、且つ、前記第1の関係と前記第2の関係は、互いに異なる請求項112記載の装置。

請求項115

前記第1通路は、第1内視鏡内に存在し、且つ、前記第2通路は、第2内視鏡内に存在する請求項112記載の装置。

請求項116

前記第1通路及び前記第2通路は、共通内視鏡内に存在する請求項112記載の装置。

請求項117

前記第1液体流量は、第1液体ポンプによって供給され、且つ、前記第2液体流量は、第2液体ポンプによって供給される請求項112記載の装置。

請求項118

第1通路及び第2通路を洗浄する装置であって、気体を供給する気体供給源と、液体を供給する液体供給源と、前記第1通路への前記気体の第1気体流量を計測する第1流量計と、前記第2通路への前記気体の第2気体流量を計測する第2流量計と、制御システムと、を有し、前記制御システムは、前記第1気体流量及び前記第2気体流量の合計に応答して合計液体流量を設定し、且つ、前記合計液体流量を第1液体流量と第2液体流量に分割するべく比例弁を更に有する装置。

請求項119

前記比例弁は、前記コントローラによって制御される請求項118記載の装置。

請求項120

洗浄流体を内視鏡に供給するコネクタであって、第1入力流路と、第1位置と第2位置の間において前記第1入力流路の位置を調節するアクチュエータと、を有し、前記第1位置において、前記第1入力流路は、第1チャネル整合し、且つ、前記第2位置において、前記入流路は、第2チャネルと整合する、コネクタ。

請求項121

第2入力流路を更に有し、前記アクチュエータは、第3位置と第4位置の間において前記第2入力流路の位置を調節し、前記第3位置において、前記第2入力流路は、第3チャネルと整合し、且つ、前記第4位置において、前記第2入力流路は、第4チャネルと整合する請求項120記載の装置。

請求項122

洗浄流体を内視鏡に供給するコネクタであって、入力流路と、第1位置、第2位置、第3位置、及び第4位置の間において前記入力流路の位置を調節するアクチュエータと、を有し、前記第1位置において、前記入力流路は、第1チャネルと整合し、且つ、前記第2位置において、前記入力流路は、第2チャネルと整合し、且つ、前記第3位置において、前記入力流路は、第3チャネルと整合し、且つ、前記第4位置において、前記入力流路は、第4チャネルと整合する、コネクタ。

請求項123

内視鏡の外部表面を洗浄する装置であって、少なくとも部分的に液体中に沈んだ状態において前記内視鏡を収容するベイスンと、前記内視鏡の前記外部表面の少なくともいくつかのものに向かって、前記ベイスン内に、液体を誘導する流動システムと、を有し、前記流動システムは、前記液体の流動を増幅するエダクタを有し、前記エダクタは、泡を含む液体を排出する、装置。

請求項124

前記エダクタは、前記取入口内において前記液体と共に多少の気体を流入させるように、前記ベイスン内の液体レベルに十分近接して配置される請求項123記載の装置。

請求項125

前記エダクタは、前記エダクタの吸引領域内への気体取入口を有する請求項123記載の装置。

請求項126

内視鏡の外部表面を洗浄する装置であって、液体中に少なくとも部分的に沈んだ状態において前記内視鏡を収容するベイスンと、複数のエダクタを通じて、前記内視鏡の前記外部表面の少なくともいくつかのものに向かって、前記ベイスン内に、液体を誘導する流動システムと、を有し、前記エダクタの中の少なくとも1つのものは、前記エダクタの中の少なくとも別の1つのものが第2流量を搬送する際に同時に第1流量を搬送し、前記第1流量は、前記第2流量とは異なる、装置。

請求項127

前記第2流量は、ゼロである請求項126記載の装置。

請求項128

前記エダクタが前記第1流量を搬送し、且つ、前記エダクタのその他のものが前記第2流量を搬送するパターンは、時間の関数として変化する請求項126記載の装置。

請求項129

噴霧を前記内視鏡に対して誘導するように配置された噴霧ノズルを更に有する請求項126記載の装置。

請求項130

前記噴霧ノズルは、前記内視鏡の上方に配置される請求項129記載の装置。

請求項131

通路を洗浄する方法であって、前記通路の内部表面の表面エネルギーを増大させるのに好適な界面活性剤を有する液体を調製するステップと、前記通路の前記内部表面の交互に変化する湿潤及び脱湿を実現するように、前記通路を通じて気体及び前記液体を流動させるステップと、を有する方法。

請求項132

前記流動させるステップは、前記通路の前記内部表面の少なくとも一部分上に細流液滴流動を生成するステップを有する請求項131記載の方法。

請求項133

前記流動させるステップは、前記通路の前記内部表面の少なくとも一部分上にプラグ流動を生成するステップを有する請求項131記載の方法。

技術分野

0001

本出願は、米国を除くすべての国の指定における出願人である米国企業のPrinceton Trade & Technology社と、米国のみの指定における出願人である米国国籍を有するMohamed Emam Labib、中華民国台湾国籍を有するChing−Yue Lai、全員が米国国籍を有するYacoob Tabani、Ziye S.Qian、Stanislav S.Dukhin、及びJoseph J.Murawskiの名義におけるPCT国際特許出願として2009年9月29日付けで出願されたものであり、2008年9月30日付けで出願された米国実用特許出願第12/286747号の優先権を主張する。

0002

[関連出願に対する相互参照
本出願は、2008年9月30日付で米国特許商標に出願された米国特許出願第12/286749号に関係しており、この出願の開示内容は、そのすべてが、本引用により、本明細書に包含される。

0003

本発明の実施例は、内視鏡などの医療機器の内部などの通路洗浄に関する。

背景技術

0004

長くて狭い通路具備する内視鏡及びその他の内腔装置などの医療機器は、通常、使用後に洗浄しなければならない。長くて狭い通路の内部を洗浄する現在の洗浄方法は、単相液体流動と、これに後続する単相気体流動と、を含み、単相気体流動は、主に、乾燥させるべく使用されている。混合相流動の使用も、気体によって駆動された液体の液滴が汚染物質打撃し、それらを除去するような流動形態において、特許文献1、特許文献2、及び特許文献3などの特許に開示されており、これらの特許は、いずれもLabibに対するものである。しかしながら、曲がりやすい内視鏡のようないくつかの状況においては、気体によって駆動された液滴の形成を不可能にするか又はその可能性を低下させる圧力限度が存在しており、或いは、形成される場合にも、それらの濃度が非常に低く、且つ、液滴の衝撃によって汚染物質を除去するのに十分な勢いを実現するには、それらの速度が小さ過ぎる。Leenaarsに対する特許文献4には、異なる洗浄形態が開示されており、これは、固体と液体と気体の間の運動界面における表面張力を使用して平らプレートの外部に面する表面から汚染物質を除去している。Leenarrsの汚染物質は、無機物であって、生物学的に付着したものではなく、且つ、洗浄の実行に必要とされる運動は、相対的に低速であった。Moserに対する特許文献5は、内視鏡の洗浄における別個の液体及び気体流動の限られた使用法を開示している。2相の液体及び気体流動に関する産業界の文献も存在してはいるが、通常は、2相流動において湿潤状態に留まる壁を伴っている。これらの観点において、且つ、その他の観点において、洗浄の実行の結果及び容易性の両方に、改善の余地が残されている。

先行技術

0005

米国特許第6027572号明細書
米国特許第6857436号明細書
米国特許第6454871号明細書
米国特許第4781764号明細書
米国特許第5279799号明細書

課題を解決するための手段

0006

本発明の一実施例においては、液体流量及び気体流量が相互に望ましい関係を具備するように、内部通路に対して液体及び気体の流動を供給する能力を有する装置が提供される。この関係は、通路の少なくとも一部分において内部表面上に細流液滴流動などの望ましい流動形態を生成するのに好適なものであってよい。この関係は、通路の特定の内部直径及び長さにとって固有のものであってよい。本発明の実施例は、通路の長さの少なくともいくつかの部分に蛇行細流流動又は断片細流流動又はこれらの両方を実現するのに好適な適切なパラメータ値において液体流動及び気体流動を提供する能力を有することができる。本発明の一実施例においては、通路周囲長の1ミリメートル当たりに1〜5ミリミットル/分という周囲長によって正規化された液体流量を供給するのに適切な装置を提供可能である。

0007

本発明の一実施例においては、本明細書に記述されているように、細流及び細流液滴流動の形成を許容するべく、50度以上の大きな前進接触角及び0度を上回る後退接触角を生成する洗浄液体を提供可能である。本発明の実施例においては、通路の表面を洗浄するべく液滴流動において3相接触ラインを形成して剥離力を生成することができるように、洗浄液体中に界面活性剤及びその他の成分を提供可能である。

0008

本発明の一実施例においては、通路の内部表面に沿って3相接触界面の運動を適切に生成し、表面を洗浄する能力を有する装置を提供可能である。本発明の実施例においては、通路の内部表面の個別の表面部分が、しばしば、運動する液状体によって湿潤され、且つ、それらの湿潤の間に、それらの同一表面が脱湿される、即ち、乾燥状態となるような装置を提供可能である。

0009

本発明の一実施例においては、液体流量が時間の関数として望ましい変動を具備するように、内部通路に対して液体及び気体の流動を供給する能力を有する装置を提供可能である。この時間の関数としての変動は、望ましい洗浄動作の生成に好適なものであってよい。

0010

本発明の一実施例においては、装置は、液体流量と気体流量の両方が実質的に一定となるように、洗浄対象の通路に対して液体流動及び気体流動を供給する能力を有することが可能であり、且つ、更には、装置は、液体流量と気体流量の中の少なくとも1つのものが時間の関数として望ましい変動を具備するように、液体流動及び気体流動を供給する能力を有することができる。

0011

本発明の実施例は、流量の大きさが特定の通路又はチャネル又は流動方向にとって固有のものとなるように、液体流量及び気体流量を特定の通路又はチャネルに対して供給する能力を有することができる。本発明の実施例は、流量の時間的順序が特定の通路又はチャネル又は流動方向にとって固有のものとなるように、液体流量及び気体流量を特定の通路又はチャネルに対して供給する能力を有することができる。

0012

本発明の実施例は、通路の長さの第1の特定の部分を洗浄するのに有用な特定の動作条件と、通路の長さの第2の特定の部分を洗浄するのに有用な第2の異なる動作条件と、を提供する能力を有することができる。

0013

本発明の実施例は、望ましいトリートメント数を実現するように、適切な持続時間にわたって適切なパラメータ値において液体流動及び気体流動を供給する能力を有することができる。

0014

本発明の実施例は、1つのチャネル内における気体流動が減少した期間が、別のチャネル内における相対的に流動が大きい期間中に発生するように、時変気体流動を供給する能力を有することができる。本発明の実施例においては、1つのチャネル内における気体流動が減少した期間が、別のチャネル内における相対的に流動が大きい期間中に発生するように、個別のチャネル内における気体流量の脈動を調整可能である。

0015

本発明の一実施例においては、装置は、細流液滴流動を使用してすすぎを実行する能力を有することができる。

0016

本発明の一実施例においては、供給された気体の流量を計測し、且つ、計測された気体流量に応答して液体流量を設定する装置を提供可能である。

0017

本発明の実施例においては、液体及び気体が、シリンダウェルに供給された割合に酷似した割合において、自身を複数のチャネル又はチャネル方向分配するように、液体及び気体流動をシリンダウェルに対して供給可能である。本発明の実施例においては、洗浄されている実際の内視鏡チャネルの上流において気体流動及び液体流動が既に1つに合流している導入領域を提供可能である。

0018

本発明の実施例においては、洗浄用の液体及び気体流動を、内視鏡の制御ハンドル内のシリンダウェルに対して供給可能である。本発明の実施例においては、液体及び気体流動を、内視鏡のアンビリカル端部に対して又は内視鏡の制御ハンドル内のシリンダウェルに対して供給可能であり、且つ、内視鏡のハンドルセクション内における流動は、様々なチャネルのいずれかの方向又は方向の任意の組合せにおけるものであってよい。本発明の実施例は、このような流動方向を実現するための適切な弁操作を包含可能である。本発明の一実施例においては、特定の期間にわたって供給接続からの両方のチャネル方向における液体及び気体の流動を許容すると共に、その他の期間においては供給接続からの1つのチャネル方向における液体及び気体の流動のみを許容する装置を提供可能である。

0019

本発明の一実施例は、液体及び空気を供給して通路を洗浄する能力を有することが可能であり、空気は、吸入された周辺空気との関係において、除湿されているか、加熱されているか、又はこれらの両方である。

0020

本発明の実施例は、様々なチャネル又はチャネル方向のいずれのものが流動を受け取るのかを制御するためのアクチュエータコネクタが含むように、シリンダウェルに対して接続するためのコネクタを包含可能である。本発明の実施例は、専用の流路が特定のチャネル又はチャネル方向に対して接続されるように、シリンダウェルに対して接続するためのコネクタを包含する。

0021

本発明の一実施例は、内視鏡の外部表面における泡を含む液体の流動を制御するように、空気吸入口を具備したエダクタを含む外部洗浄ステムを有する。

0022

本発明の実施例は、細流液滴流動などの同時の液体流動及び気体流動による洗浄の際に、特定の界面活性剤又は界面活性剤のタイプ又は界面活性剤の組合せを使用可能である。

0023

本発明の実施例は、記述されている装置のいずれかのものの使用を伴う方法を有する。

0024

本発明の実施例は、以下の図面に更に示されている。

図面の簡単な説明

0025

図1aは、通路全体を充填する粘性液体流動中における速度プロファイルの図である。図1bは、壁に付着した汚染物質粒子の近傍におけるこのような粘性流動局所的な速度を示している。図1cは、摺動液状体からの粘性力との関係において、摺動液状体と関連する速度成分を示している。図1dは、汚染物質粒子と遭遇する摺動液状体を示している。
気体によって取り囲まれ、且つ、その結果、3相接触界面を生成する、固体表面上における摺動液状体の図である。
図2aの断面であり、接触角の定義を示している。
表面張力との関連において、汚染物質粒子に接近する液状体を示している。
表面張力に関係した力との関係において、汚染物質粒子との遭遇を開始した液状体を示している。
液状体が汚染物質粒子に対して作用させる表面張力に関係した力の示力図である。
液状体が汚染物質粒子に対して作用させる表面張力に関係した力の示力図である。
細流の横方向の運動に起因した前進及び後退接触角の図を含む、平らなプレート上における蛇行細流の図である。
静止気体中の傾斜した平らなプレート上における液体の蛇行細流流動を示す雑誌記事からの写真の複製である。
円筒形通路の内部表面上における可能な細流の挙動の図である。
通路内の摺動液状体の様々な形態における可能な外観の概略図である。
液体流量値の関数として液状体を概略的に示している。
通路に沿った位置の関数として液状体を概略的に示している。
図6aは、通路の長さに沿った5つの位置における流体の状態を示す実際の写真のコレクションである。これらは、運動する3相接触を使用して洗浄を実現するのに最適な状態には及ばないと考えられる液体流量の場合である。図6bは、類似の5枚の写真のコレクションである。これらは、記述されているメカニズムによって洗浄を実現するのに適切であると考えられる液体流量の場合である。図6cは、類似の5枚の写真のコレクションである。これらは、記述されているメカニズムによって洗浄を実現するのに最適な状態を上回ると考えられる液体流量の場合である。
通路の長さに沿った位置の関数としての、且つ、液体流量の関数としての、流体流動状態マップである。これは、0.6mmの内部直径を具備する通路の場合である。
1.8mmの内部直径を具備する通路の場合の同様のマップである。
2.8mmの内部直径を具備する通路の場合の類似のマップである。
4.5mmの内部直径を具備する通路の場合の類似のマップである。
6.0mmの内部直径を具備する通路の場合の類似のマップである。
図7a図7eの情報を編集したものであり、様々な通路の内部直径における最適な液体流量を更に示している。
洗浄に適した状態が様々な動作条件下においてどこに発生するのか又は発生しないのかを示す図である。
洗浄に適した状態が様々な動作条件下においてどこに発生するのか又は発生しないのかを示す図である。
どこで安定状態入力を伴う洗浄が可能であり、且つ、どこで不安定入力を伴う洗浄が望ましいのかを流動マップの中の1つのものの上部に示している。
通路の断面全体が全体的に湿潤されるのか又はされないのかに関する様々な可能な状態の概略図であり、メニスカスによって自然に充填される相対的に小さな内部直径の通路を示している。
通路の断面全体が全体的に湿潤されるのか又はされないのかに関する様々な可能な状態の概略図であり、その断面にわたってメニスカスを支持しない多少大きな内部直径の通路を示している。
通路の断面全体が全体的に湿潤されるのか又はされないのかに関する様々な可能な状態の概略図であり、その断面を液体によって動的に充填可能な相対的に大きな内部直径の通路を示している。
通路の断面全体が全体的に湿潤されるのか又はされないのかに関する様々な可能な状態の概略図であり、プラグの通過の際の同一の通路を更に示しており、プラグのリーディング表面が不規則になっている。
正確には蛇行細流ではない一時的なメカニズムによる3相接触の通過の生成に関係した一連イベントを示すスケジュールである。
一般的な内視鏡の全体的構造の概略図である。
内視鏡再生装置の全体的な概略システム図である。
洗浄を実行するためのマニホルドの周囲の詳細を示している。
開通性試験に関係した詳細を示している。
内視鏡の外部表面の洗浄又は消毒用ベイスンと関係した詳細を示している。
内視鏡の通路の洗浄の際の様々なステップの実行を示すスケジュールである。
単一の内視鏡再生装置による2つの内視鏡の同時処理における様々なステップの実行を示すスケジュールである。
単一の内視鏡再生装置による2つの内視鏡の同時処理における様々なステップの実行を示すスケジュールである。
内視鏡内の特定のチャネルの注入口と排出口の弁操作の1つの構成を示している。
内視鏡内の特定のチャネルの注入口と排出口の弁操作の別の構成を示している。
、望ましい流動条件を維持するためのフィードバック制御システムの図である。
2つの液体計量ポンプを使用し、フィードバックを伴って、2つの内視鏡チャネルに対して供給するためのシステムを示すブロックダイアグラムである。
1つの液体計量ポンプと、比例弁と、を使用し、フィードバックを伴って、2つの内視鏡チャネルに対して供給するためのシステムを示すブロックダイアグラムである。
は、制御ハンドル内のシリンダウェルの周囲の詳細を示す内視鏡の断面である。
図19bは、内視鏡の制御ハンドル内のシリンダウェルに対する固定位置コネクタの断面図であり、この場合には、1つの到来流路がシリンダウェル内の1つのチャネルの2つの方向を接合している。図19cは、内視鏡の制御ハンドル内のシリンダウェルに対する固定位置コネクタの断面図であり、この場合には、2つの到来流路が、それぞれ、シリンダウェル内の2つのチャネルの2つの方向を接合している。
図20aは、コネクタが2つの専用の到来流路を具備し、それぞれが特定のチャネルの方向に供給するようにシリンダウェルを接合する固定位置コネクタの断面図である。図20bは、コネクタが4つの専用の到来流路を具備し、4つの到来流路が2つのチャネルの2つの方向に供給するようになっている固定位置コネクタ及びシリンダウェルの断面図である。
流動を供給するための特定の通路を選択するようにコネクタが作動するコネクタ及びシリンダウェルの断面図であり、アクチュエータによって駆動されるコンポーネントの異なる位置を示している。
流動を供給するための特定の通路を選択するようにコネクタが作動するコネクタ及びシリンダウェルの断面図であり、アクチュエータによって駆動されるコンポーネントの異なる位置を示している。
流動を供給するための特定の通路を選択するようにコネクタが作動するコネクタ及びシリンダウェルの断面図であり、アクチュエータによって駆動されるコンポーネントの異なる位置を示している。
流動を供給するための特定の通路を選択するようにコネクタが作動するコネクタ及びシリンダウェルの断面図であり、アクチュエータによって駆動されるコンポーネントの異なる位置を示している。
エダクタを有するベイスンと、内視鏡の外部表面において流動を制御する流動回路と、の平面図である。
ベイスンの液体レベルの近傍に配置されることにより、空気を吸入するエダクタを示している。
空気吸入チューブを具備するエダクタを示している。
内視鏡の外部表面を洗浄するためのベイスン及びエダクタの設計の図である。
内視鏡の外部表面を洗浄するためのベイスン及びエダクタの設計の図である。
写真撮影のための実験セットアップを示している。
異なる圧力において採取された別の流動マップである。
放射性核種を使用して採取されたデータを示している。
放射性核種を使用して採取されたデータを示している。
付加的な注記を有する流動マップである。
付加的な注記を有する流動マップである。

実施例

0026

[液体及び気体流動の流動形態]
本発明の実施例は、通路の内部から汚染物質を除去するために、内視鏡又はその他の医療用内腔機器の内部通路内に流動形態を生成するべく設計可能である。汚染物質を除去するための以前から使用されている1つの方法は、気体の流れの中の十分に大きな速度で運動する液滴の衝撃によるものである。しかしながら、いくつかの状況においては、液滴を生成するべく、又は汚染物質を除去するために十分な勢いを具備した液滴を生成するべく、十分な気体速度を提供することができない。この制限は、例えば、通路を含む装置が相対的に小さな圧力制限を有すると共に/又は、内視鏡の特定のチャネル内のように通路が相対的に長い状況において発生する可能性がある。例えば、特定の内視鏡の設計に応じて、且つ、内視鏡内の特定の通路に応じて、通路内に入力可能な最大圧力は、18psig、又は24psig、又は28psigに制限されることになろう(いくつかの内視鏡の1つの特定のチャネルは、70psigの圧力制限を具備可能である)。通路の流動長は、長いものでは数メートルにもなろう。これらのパラメータの組合せが、通路内において実現可能な気体速度を制限する。又、破片及び汚染物質の存在も、通路内において実現可能な気体速度を低減し得る。

0027

従って、本発明の一実施例は、その他の物理的メカニズムを使用して洗浄を実現可能とする。細流液滴流動において形成される細流及び表面流動体の摺動運動から生じる運動する3相接触ライン及びメニスカスによる汚染物質の剥離において機能可能な少なくとも2つの可能な物理的メカニズムが存在している。1つのメカニズムは、粘性せん断に関係しており、且つ、他方のメカニズムは、表面張力に関係している。3相接触ラインとは、固体(通路の表面)、液体、及び空気の間の、或いは、その他のケースにおいては、汚染物質粒子の表面、液体、及び空気の間の界面を意味している。メニスカスとは、通路の壁上において運動する摺動体の2次元界面として定義可能である。これら2つメカニズムに加えて、特に、洗浄液体の界面活性剤及びその他の成分が存在する状態においては、更にその他の物理化学的効果が洗浄の実現を同様に支援するべく機能可能であろうと更に考えられる。これらのメカニズムは、例えば、汚染物質又は汚染物質粒子の一部分の溶解と、界面活性剤の働きによる脱離と、を包含可能である。

0028

[汚染物質粒子に対する粘性力]
汚染物質粒子を除去するための粘性せん断と関連し、通路全体を充填する液体の従来のバルク流動によって生成可能な粘性せん断力と、3相接触ラインを具備した摺動液状体によって生成可能であると共に粒子と遭遇した際の大きな前進接触角及び非ゼロの後退接触角の基準を満足した粘性せん断力と、を比較することが有益である。この比較が図1a、図1b、図1c、及び図1dに示されている。

0029

通路を通じた液体流動の従来のバルク層流の場合には、速度プロファイルは、図1aに示されているように、放物線状となる。液体の速度は、毛細管の壁においてゼロであり、且つ、毛細管の中心において最大である。半径方向の位置の関数としての速度は、次式によって付与される。
V(z)=2Uo[I−(Rt−Z)2/Rt2] (1)
ここで、V(z)は、毛細管の壁から距離zを有する流動の速度である。Uoは、流動の中心における最大値の半分であり、且つ、Rtは、毛細管の半径である。この式中において、aは、壁から離れる方向において計測された距離を表す。z/Rt<<1である壁の直近においては、式1は、壁近傍の速度プロファイルを付与するべく、次式のように更に単純化される。
V(z)=(4z/Rt)Uo (2)

0030

壁に付着した汚染物質粒子が経験しうる水力学的な力を判定するには、aが汚染物質粒子の半径を表すと考えればよい。考慮すべき最も代表的な値は、その寸法が2aである汚染物質粒子の最も外側の地点における液体速度である。従って、汚染物質粒子の外側縁部における液体速度は、(8a/Rt)Uoである。従って、毛細管の半径と比べて小さい粒子の場合には、壁から最も遠い粒子の地点において観察される液体速度は、流動の最大中心速度のわずかに数分の1に過ぎない。これが図1bに示されている。

0031

通路の壁に付着すると共にそのリーディングエッジに3相接触ラインを具備した摺動液状体の流動の場合には、状況が異なってくる。この液状体は、Usiの摺動速度によって前進するものと見なすことができる。更には、この摺動液状体のリーディングエッジは、ウェッジとして表れ、且つ、このウェッジは、毛細管の壁においてゼロであると共にウェッジの最上部において1.5Usiに接近する速度プロファイルV(z)によって運動するものと見なすことができる。この状況は、Pierre−Gilles de Gennes、Francoise Brochard−Wyart、David Quereによる「Capillarity and Wetting Phenomena」(2003年季)に記述されている。図1c(de Gennesの文献の図6.6)は、摺動ウェッジ内の速度プロファイルを示している。この状況は、その地点が、ウェッジが非常に薄いウェッジの先端近傍であるのか、或いは、ウェッジが相対的に厚いウェッジの先端から更に後方であるのかとは無関係に、摺動ウェッジ上の任意の地点において発生する。これが図1cに示されている。

0032

汚染物質粒子を除去するべく、対象となる状況は、壁に付着した汚染物質粒子が、水−空気界面に接触する際に、接触ラインから距離xにおいて接近するウェッジ内に位置した際である。粒子が小さくなるほど、距離xも小さくなる。ウェッジの最上部における速度は、1.5Usiであり、且つ、毛細管の壁における速度は、ゼロであるため、粒子に影響を及ぼす液体の流れの平均速度は、約0.75Usiである。図1dは、任意の小さな粒子の場合に、両方の表面に接触する接触ラインまでの距離xが存在するため、付着した粒子に影響を及ぼす液体速度は、粒子がどれほど小さくても、少なくとも0.75Usiであることを示している。

0033

任意の所与の粒子の場合に、摺動液状体の場合の粒子の縁部における液体速度を従来のバルク流の場合の粒子の縁部における液体速度と比較することにより、摺動液状体の洗浄有効性バルク液体流の洗浄有効性と比較可能である。この比率は、次式のとおりである。
V縁部(摺動液状体)/V縁部(バルク流)=(1.5)(Usi/Uo)(Rt/a) (3)
「a」によって表される粒子サイズが小さくなるのに伴って、バルク液体流と比べて、摺動液状体の利点が増大することを観察可能である。例えば、0.05cm(Rt)の半径を具備するチューブ内において200cm/sec(Uo=100cm/sec)の最大速度を有するバルク液体流と比較した際に、Usi=1cm/secで運動する摺動液状体の3相接触ラインは、半径が1ミクロンのバルク液体流の剥離力と比べて、剥離力における2倍の増大、半径が0.1ミクロンの粒子の場合には、20倍の増大、半径が0.01ミクロンの粒子の場合には、200倍の増大を生成可能である。

0034

従って、バルク流の最大速度の実際の値及び液状体の摺動速度の実際の値がどのようなものであるにしろ、摺動液状体は、その速度を摺動液状体の前進するウェッジのリーディングエッジにおいて壁に非常に近接した状態に配置可能であり、バルク流は、その最大速度を壁の近傍に配置することができないと考えられる。従って、摺動液状体は、壁に付着した小さな汚染物質粒子に対して粘性力を作用させるという点に関する限り、バルク流と比べて利点を具備している。但し、この説明に限定されることを望むものではない。

0035

[汚染物質粒子に対する表面張力]
洗浄を実現するための第2の可能なメカニズムは、通路の内部表面上における運動する3相界面、即ち、固体表面における液体と気体の間の界面に伴うメカニズムを使用する。この洗浄メカニズムは、液状体によって湿潤されている表面の一部と、乾燥状態にある又は略乾燥状態にある表面の隣接部分と、を伴うであろう。この結果、このような界面は、移動するのに伴って、汚染物質を除去するべく機能可能な力を生成可能である。図2は、この状況を概略的に示している。

0036

湿潤−乾燥界面は、固体表面に沿って移動するのに伴って、表面に付着可能な汚染物質などの表面の要素に対して力を作用させることができると考えられる。この力は、例えば、それらの汚染物質を下に位置する固体表面から浮き上がらせて引き離すことにより、下に位置する固体表面との間にそれらの汚染物質が具備する付着状態破壊するのに寄与可能である。これは、「毛細管現象浮上」と呼称可能である。これは、3相接触界面及びメニスカスの移動を伴うであろう(本明細書においては、この「3相接触界面」という用語を「3相接触ライン」と表現する場合もある)。但し、この説明に、或いは、これが、発生する唯一の洗浄メカニズムであるという状況に、限定されることを望むものではない。この説明においては、「湿潤」及び「乾燥」という用語は、例えば、「湿潤」領域と「乾燥」領域の間の界面における3相接触界面の形成を許容するようなものであると解釈されたい。古典的な完全に乾燥した表面の状況を包含するのに加えて、この状況は、極めて薄い又は断続的な液体薄膜が存在可能ではあるが、全体的な挙動は、完全に乾燥した表面上を移動する液状体のものに類似した特性を示すという可能な状況をも含むものと解釈されたい。又、この説明における乾燥及び湿潤状態は、前進接触角、後退接触角、及び3相接触ラインの通過の後に残る残留液体薄膜の観点において表現することも可能である。乾燥又は略乾燥という用語は、残留液体薄膜の厚さが、表面上に存在している汚染物質の寸法よりも小さいであろうことを意味している。

0037

図2aは、固体表面上における摺動液状体を示している。図2bは、摺動液状体と関連した前進及び後退接触角の定義を示している。

0038

剥離のメカニズムは、メニスカスが粒子の周りに形成された際の液体/空気界面における毛細管現象張力によって生成可能である(図2c、2d、2e、及び2f)。図2cは、摺動液滴の接触ラインが接近している壁に付着した汚染物質粒子を示している。図2dは、液体/空気界面が粒子に接触する瞬間を示している。図2e及び図2fは、毛細管現象力が親水性(θp<90°)粒子と疎水性粒子(θp>90°)という2つのケースにおいて誘発された際のプロセスにおける粒子の近傍のみを表している。このメカニズムによれば、運動する液体による粒子表面への接触は、粒子が親水性であるのか又は疎水性であるのかに拘わらず、毛細管現象力の始まりを起動する。但し、このメカニズムによる剥離においては、粒子との間の洗浄液体の接触角が重要な役割を演ずる。このメカニズムによる汚染物質の剥離を増強するべく、洗浄組成物界面活性剤混合物の選択が調整される。

0039

親水性粒子の剥離:粒子が親水性である際には、水性液体は、粒子表面を湿潤し、これが液体/粒子表面における接触面積の拡大に結びつく。これは、粒子表面上における接触ラインを表す接触エリア周囲角Ψの拡大によって特徴付けられる。粒子表面に沿った周囲運動には、局所的なメニスカスの形成によって明示される粒子近傍における液体表面の変形が伴う(図2e)。この場合には、液体/空気界面の表面張力、即ち、界面に沿って方向付けられる力を考慮することで十分である。この力は、接触ラインの任意の地点に存在し、且つ、異なる方向を具備する。粒子の湿潤が軸対称であり、且つ、接触ラインに類似した形状をとると仮定すれば、軸方向座標z及び半径方向座標rを有する局所的な円筒形座標系を導入可能である。局所的な毛細管現象力の半径方向成分は、軸方向の対称性に起因して互いに打ち消しあう。軸方向成分は、接触ラインの任意の地点において同一であり、合計軸方向毛細管現象力をもたらす。軸方向の力が付着力よりも大きい場合には、毛細管現象力が粒子を剥離させることになる。この場合には、粒子の接触角θpは、90°未満である。

0040

疎水性粒子との相互作用:粒子が疎水性である際には(θp>90°)、その湿潤が抑制され、且つ、液体中へのその進入は、図2fに示されているように、大きな接触角の値に起因して小さい。この結果、毛細管現象力の方向は、図2eに示されているものと反対である。この場合には、生じる毛細管現象力の(壁に対して平行な)水平成分が、粒子を転動させ、且つ、結果的に壁から剥離させることになる。

0041

毛細管現象力の特性を説明すれば、浮遊状態において立ち上がる泡に対する球形粒子の付着における周知の式を使用可能である。液体/空気界面に対する粒子付着における毛細管現象力の式は、Cristina Gomez−Suarez他により、「Applied and Environmental Microbiology」(67、2531〜2537頁(2001))に、以下のように提供されている。
Fcα=2πασsinΨsin(θ−Ψ) (4)
ここで、αは、粒子の半径であり、且つ、σは、液体の表面張力である。毛細管現象力は、接触ラインの長さ2παsinΨと、表面張力と、に比例している。sin(θ−Ψ)は、図2e及び図2fに示されているように、ベクトルFσからその投影Fσαxへの遷移において立ち上がる。角度Ψは、相互作用の際に変化し、且つ、特に、次式によって示される毛細管現象力の最大値に対応した値をとる。
Fcamax=2πασsin2(θ/2) (π/2<θ<π) (5)
Fcamax=2πασsin2[(π−θ)/2] (0<θ<π/2) (6)

0042

3相接触ラインによって誘発される水力学的な剥離力と比べた毛細管現象剥離力:摺動3相接触ライン近傍の水力学的な剥離力Fhは、次式のように表現される。
Fh=4.5πηαUsl (7)
ここで、ηは、液体の粘度であり、αは、粒子の半径であり、且つ、Uslは、液滴又は表面流動体の摺動速度である。毛細管現象力に対する水力学的力の比率は、次式によって表現可能である。
Fh/Fcαmαx=(2.25/sin2θ/2)Cαsl (8)
ここで、Casl=ηUsl/σは、非常に小さなキャピラリー数である。例えば、摺動速度Uslが5cm/secであると仮定すれば、液体粘度ηは、1×10−2g/cm.secであり、且つ、液体の表面張力σは、50.g/s2(dynes/cm)であり、キャピラリー数は、約10−3である。接触角を考慮した場合の異なるθ及びUslにおける水力学的力と毛細管現象力の比率は、次の表のとおりである。

0043

0044

いくつかのケースにおいては、毛細管現象剥離力が明白に大きいが、水力学的剥離力が重要になる状況も存在する。液体/空気界面との粒子の接触を提供することができない場合には、毛細管現象剥離力が実現されない。その一方で、水力学的剥離力は、依然として存在することになる。表面流動体の摺動速度は、広い範囲の値にわたるため、両方のメカニズムは、チャネル直径及び動作条件に応じて、しばしば、共に機能可能であり、或いは、相手を上回ることになると考えられる。

0045

バルク液体流と比較した毛細管現象剥離力:バルク液体流によって生成される水力学的剥離力Flfは、次式によって表現される。
Flf=24πηU。(α2/Rt) (9)
ここで、Rtは、毛細管又は小さなチューブの半径であり、且つ、U。は、流動の中心において発生する液体流動の最大速度の半分である。バルク液体流と毛細管現象相互作用の両方によって粒子に対して生成される剥離力の比較は、次式のように単純化可能である。
Flf/Fcα〜12 Cαo(α/Rt) (10)
ここで、Cαoは、次式のとおりである。
Cαo=η(U0/σ) (11)
先程使用したものと同一のパラメータを適用すれば、粘度ηは、1×10−2cm/sであり、水の表面張力σは、50g/sec2(dynes/cm)であり、且つ、最大バルク液体速度が200cm/sec(Uo=100cm/sec)であると仮定すれば、Cαoは、約0.02である。液体流動の水力学的剥離力は、毛細管剥離力よりも一桁だけ弱い。

0046

この説明に拘束されることを望むものではなく、両方の剥離メカニズムは、汚染物質の特性と本発明に従って使用される洗浄液体の組成を含む動作条件に応じて、機能可能であると考えられる。

0047

この剥離のメカニズムにおいては、断片又は滴のリーディングエッジに形成されるメニスカスが、汚染物質と接触し、且つ、少なくともある程度チャネルの表面から離れる方向に方向付けされた(有効な接触面積に対して作用する表面張力の垂直成分に比例した)毛細管現象力を汚染物質に対して作用させる。この剥離力は、液体の表面張力、汚染物質のサイズ(接触周囲長)、及びその湿潤性接触角度)の関数になるものと予測可能である。この力は、汚染物質をチャネルの表面に保持する付着力の強度に応じて、表面から汚染物質を剥離させるのに十分なものであろう。毛細管現象浮遊は、前進接触角が90度以上に接近し、且つ、汚染物質粒子が約10μm未満、特に、5μm未満である際に、益々有効になるものと考えられる。更には、摺動液状体又は断片の後退接触角も、このような剥離力を生成することができよう。

0048

固体−液体−気体界面は、液状体の前進縁部において、即ち、表面の乾燥した局所的領域が湿潤状態になる際に、或いは、液状体の後退縁部において、即ち、表面の湿潤した局所的領域が乾燥状態になる際に、発生可能である。前進及び後退は、一般に、通路に沿った、又は、細流の流動に沿った、流動の全体的な方向と一致可能であるが、前進及び後退は、通路の長さに沿った流動の全体的な方向を横断する方向の運動の成分とも関連可能であることに更に留意されたい。横断方向の運動の代表的な形態は、本明細書の別のところに記述されているように、蛇行である。前進又は後退接触角を生成する液体の運動は、通路の全体的な流動方向に沿ったものであってもよく、或いは、通路の全体的な流動方向に対して垂直のものであってもよく、或いは、2つの方向のなんらかの組合せであってもよい。これらのすべてが図2a図2d図3aにも示されている。

0049

運動する液状体が、これらのメカニズムのいずれかのもの又はその任意の組合せ又はその他のメカニズムを通じて、壁から汚染物質を剥離させる十分な力を提供した際には、汚染物質を摺動液状体又は滴又は細流によって清掃可能である。剥離した汚染物質は、液状体のトレーリングエッジと共に移動可能であり、或いは、液状体の液体/気体界面において捕獲され、且つ、これと共に移動可能である。これらの搬送プロセスのいずれの場合にも、後退接触角が非ゼロであること、即ち、表面流動体のトレーリングエッジを引っ張り出してトレーリング液体薄膜を形成することができないことが有用であろう。非ゼロの後退接触角は、トレーリング表面上における薄膜形成を防止するために、搬送メカニズムよりも重要であると考えられる。通路の壁上における表面流動体の前進及び後退接触角を制御するには、洗浄液体中の界面活性剤の役割が不可欠である。通路表面の親水性も、接触角を決定すると共に細流液滴流動における湿潤−乾燥状態を決定するのに、界面活性剤組成と共に、役割を果たしている。

0050

[流動形態]
洗浄動作を提供可能な1つの特定の流動モードが、細流流動である。細流流動においては、液体の大きな部分が、通路の内部表面に付着した状態において存在可能であり、且つ、気体流動の全体的な方向において運動可能である。液体の少なくとも一部が、流動の方向に沿って略長手方向に延長する細流の形態において存在可能である。細流との実際の接触状態にない通路の内部表面の部分は、実質的に乾燥した状態となろう。

0051

細流流動は、静止気体の環境において、重量の作用下において滑らかな傾斜プレーンを流れ下る液体の場合について研究されている(例えば、P.Schmuki及びM.Lasoによる「On the stability of rivulet flow」(J Fluid.Mech.、(1990)、第215巻、125〜143頁)を参照されたい)。又、細流現象は、Nolwenn Le GRrand−Pitiera、Adrian Daerr、Laurent LIMATによる「Meandering rivulets on a plane: a simple balance between inertia and capillarity?」(2008年2月2日、arXiv:physics/0510089v2[physics.flu−dyn]7Nov2006)、及びTeamrat A.Ghezzeheiによる「Constraints on flow regimes in wide−aperture fractures」(Lawrence Berkeley National Laboratory Paper LBNL54681、2004)(http://repositories.cdlib.org/lbnl/LBNL−54681)、及びTakeo Nakagawa及びJohn C.Scottによる「Stream meanders on a smooth hydrophobic surface」(J Fluid Mech.、(1984)、第149巻、89〜99頁)及びT.Nakagawaによる「Rivulet meanders on a smooth hydrophobic surface」(Int.J.Multiphase Flow、第18巻、第3号、455〜463頁(1992))にも記述されている。これらの文献の大部分は、静止気体によって包囲された平らな傾斜プレーンを流れ下る細流流動を研究している。

0052

これらの文献のいくつかのものは、これらの状況にある流動を、いくつかの形態の中のいずれかのものを具備するものとして分類している。関係するいくつかの変数の中の3つのものが、プレートの傾斜角、液体流量、及び表面と液体の接触角である。一般に、これらの変数は、増大するエネルギー又は活動レベルのなんらかの標識として考えることが可能な多少関連した効果を具備している。小さな傾斜角及び小さな液体流量のなんらかの組合せの場合に発生可能な最低限に能動的な状況においては、液状体の流動は、実質的に直線状になる傾向を有する。これが安定的状況である。

0053

多少大きな液体流量又は傾斜角においては、液体流動の蛇行形状が現れ始め、これは、時間の関数としてその形状を変更可能である。Schmukiの文献から採取した蛇行細流が図3bに示されている。

0054

このような細流の経路は、多少不規則な形状において湾曲している。更には、滑らかな傾斜プレーンを流れ下る液体の細流は、時間の関数として、液体の流れの全般的な方向に対して垂直の方向に自発的に「曲がりくねる」又はジグザグに運動可能であることが観察された。換言すれば、細流の形状が変化している。この状況は、図3aに示されているように、細流が、恐らくは、多少ランダムに、又は不安定な方式により、表面上におけるその位置を動的に変化させるようなものであろう。いくつかの状況においては、細流は、多少ランダムにホースを周囲に鞭打たせる端部が固定されていない水排出ホース不安定性に類似すると考えられる不安定性に起因し、曲がりくねるのであろう。これはRayleigh又はその他のタイプの水力学的不安定性に関係するものと考えられる。このような水力学的不安定性は、複雑な方式により、例えば、液体流量、局所的接触角(前進接触角及び後退接触角の両方)、液体粘度、及び平らなプレートの傾斜角度に依存可能である。Grand−Pitieraの論文には、「第2臨界流量Qc2」が存在し、それを超えた場合に、蛇行の形状が不安定化し、且つ、従って、細流の形状が動的に変化すると記述されている。

0055

通路の内部を洗浄するには、蛇行細流流動が有用であると考えられる。特に、位置が時間の関数として変化する細流の蛇行が有用であると考えられる。特に、図3aに示されているように、細流に隣接する表面が乾燥しており、これにより、運動する3相接触界面を提供することができれば、有用であると考えられる。この場合には、前進及び後退接触角が、細流が形成されるかどうかと、通路の表面上における細流の形状と、に関して明確な役割を果たす。

0056

前述の文献のいくつかには、この流動状況の更に別の特徴について記述されている。エネルギー又は活動レベルが既に記述されたものを超えて更に増大するのに伴って、流動が再度安定化し、且つ、再度、基本的に、真っ直ぐな経路において又は略真っ直ぐな経路において運動する形態が存在している。従って、動的に蛇行する細流を実現するのは、特定のパラメータが閾値を上回らなければならないというだけの問題ではなく、むしろ、特定のパラメータが1つの閾値を上回り、且つ、同時に、別の閾値を下回らなければならないという更に多少複雑な基準の問題なのである。

0057

[平らなプレート上の細流とチャネル内の細流の相違点
参照された文献は、静止気体によって包囲された傾斜した平らなプレートを流れ下る液体の状況におけるものである。内視鏡チャネル又はその他の内腔医療装置を洗浄するための関連する状況は、この状況とは異なる。水平通路の内部を流れる細流の状況は、いくつかの点において、平らなプレートの例と異なっている。通路の内部表面上の細流が図4に示されている。1つの相違点は、洗浄されている通路が、全体的に、実質的に水平である可能性があり、これが、洗浄の際の内視鏡の通路の一般的な向きであるという点にある(これは、洗浄における内視鏡の通路の可能な唯一の向きではなく、その他の可能な向きも、本明細書の別のところにおいて議論されている)。水平の向きの使用は、液体の前方運動のための駆動力としての平らなプレートの状況において存在していた傾斜を除去することになろう。液体の前方運動のための代わりの駆動力として、通路の長さに沿って通路内に気体流動を供給可能である。このような状況においては、気体は、通路の内部壁に付着した液状体の速度よりも大きな速度において通路を流れることが可能であり、且つ、これにより、液状体に対して牽引力を作用させ、これにより、通路に沿って流れるように液状体を押しやることができる。細流は、一般に、気体流動の方向に沿って運動可能であるが、蛇行に起因し、細流は、その全体的な位置の多少の変化をも具備可能である。例えば、細流は、気体流動の方向を横断する方向において通路の内部表面に沿ったなんらかの運動を実現するように、蛇行可能である。

0058

別の相違点は、通路の内部が湾曲した状態において、通路の底部における(即ち、最も低い高さにおける)細流が通路の長手方向を横断する方向に蛇行するためには、細流は、横断方向に運動するべく、高さを得なければならなくなる、即ち、重力の力に抗することによって通路の壁を登らなければならないであろう。流体が高さを得るには、力が必要である。従って、細流が湾曲断面の通路内において横断方向に運動することは、細流が、横断運動に起因した高さの取得を伴うことなしに平らなプレート上において単純に横断方向に運動することよりも、困難であろう。更に別の相違点は、通路が気体流動のための十分な断面積を提供可能であるかどうか、即ち、液状体が特定の小さな直径の通路の断面積全体を占有する傾向を有するかどうかに関係した問題が存在しうるという点にある。

0059

少なくとも多少水平な通路内においては、通路の底部に集中する傾向を有する細流は、通路の壁を登ることができる断片細流を生成するためのある種の液体のリザーバ又は供給源を提供するものと更に考えられる。又、細流がその他の液状体を捕捉し、これにより、その液状体が細流とマージした際には、細流は、剥離した汚染物質をその他の液状体から通路の底部に位置したメイン細流に搬送するバルク搬送を提供可能であるとも考えられる。従って、メイン細流は、剥離した汚染物質を、通路の残りの部分を通じて、且つ、通路から外部に、迅速に搬送するべく機能可能である。

0060

[更なる液状体及び条件]
液状体及び流動形態の様々な形態が図5a図5b、及び図5cに更に示されている。これらは、前述の細流を含んでいるが、その他の液状体も同様に含んでいる。図5aに概略的に示されているもの以外の更にその他の液状体も可能である。

0061

単純な蛇行細流が、図5aの液状体8として、且つ、図5bの液状体Bとして、示されている。いくつかの細流は、単純な蛇行細流として留まることが可能であるが、細流は不安定性を伴うため、細流が断片化する、即ち、サブ細流に分割されるという可能性も存在する。これが、図5aの液状体6として示されており、且つ、図5bイラストCにも示されている。

0062

細流の曲がり又は細流の更なる細流へのサブ分割も、有用な洗浄メカニズムであると考えられる。一般に、複数の細流は、単一の細流よりも大きな面積を清掃可能である。細流の蛇行を生成する不安定性も、細流のサブ細流への分割の少なくとも部分的な原因となっているのであろう。

0063

細流の分割は、サブ細流で終了しなければならないわけでなく、細流又はサブ細流の細流断片への分割を更に実現することも可能である。細流又はサブ細流は、隔離した細い筋又は「細流断片」に更に分割可能である。これが、図5aの液状体4として示されており、且つ、図5bのイラストDにおいても観察可能である。これらの細流断片は、底部のメイン細流又は蛇行セグメントと連続してはいないが、それにも拘わらず、流れる気体の牽引力下において、チューブの内部表面に沿って運動可能である。

0064

細流、サブ細流、又は細流断片は、一連の滴に更に分割可能であり、これらも、表面に沿って摺動を継続可能であろう。これは、線形液滴アレイと呼称可能である。これが図5aの3つ液状体からなるグループ2として示されており、且つ、図5bのイラストDにおいても観察可能である。このような滴は、通路の内部表面上に存在可能であり、且つ、通路の内部表面に沿って移動可能であろう。但し、一般的に細流は、隔離した液滴よりも大きな速度において運動可能であり、且つ、隔離した液滴よりも大きな速度において清掃可能であり、且つ、従って、液滴よりも高速で洗浄を実現可能であると考えられる。例えば、細流は、全体的な流動方向を横断する方向において3相界面によって表面を清掃可能であり、且つ、サブ細流又は細流断片も、長手方向の運動方向において清掃可能であろう。液滴は、流動の全般的な方向においてのみ運動可能であり、且つ、その方向において清掃可能であるが、運動及び清掃の速度は、細流と比べた場合に、恐らくは、小さいであろう。

0065

これらの液状体のすべてと、形成可能である任意のその他のものは、長手方向又は横断方向又はこれらの任意の組合せに沿って通路の内部表面に沿って運動を継続可能であり、且つ、そのような運動の継続に伴って、通路の内部表面を清掃可能である。

0066

更には、蛇行細流は、隔離した液滴又は液滴のアレイを捕捉及び飲み込み可能であり、細流断片及び分岐細流を飲み込むことができよう。この結果、これらの液状体は、更に大きな細流に統合可能である。このようなプロセスも、洗浄されている通路から外部への剥離された汚染物質のバルク搬送を提供するべく有用であろう。

0067

これらの液状体のすべては摺動又は運動液状体と呼称可能である。

0068

このプロセスは、実際には、通路の表面の洗浄の際に何回にもわたって反復可能である。蛇行細流の別の可能な利点は、表面から液体薄膜を除去し、且つ、その他の運動液状体による3相接触界面に伴う洗浄のための必要な条件を提供するというものであろう。

0069

この説明に限定されることを望むものではないが、細流又はその他の液状体が位置を変更し、その結果、表面の予め乾燥していた部分が、細流が到達するのに伴って湿潤状態になった際に、或いは、細流が、自身が湿潤した表面を離れた際に、表面から汚染物質を除去する力が生成されると考えられる。

0070

更に詳細なレベルにおいては、通路内を長手方向に流れる気体は圧縮可能であることを理解されたい。一定断面の通路及び略一定の温度の場合には、相対的に上流の場所における気体は、一般に、相対的に大きな密度及び小さな速度を具備し、且つ、相対的に下流の場所における気体は、相対的に小さな密度及び大きな速度を具備する。従って、細流の運動を(長手方向又は横断方向において)駆動すると共に一般に液状体の形成に影響をし得る条件は、通路の長さに沿ったすべての場所において同一ではない。洗浄のための最適な細流流動及び断片化を生成した流動パラメータが、例えば、洗浄されている通路の内部直径及び長さ、通路の長さに沿った位置、及び洗浄液体の界面活性剤の組成に依存していることが、本研究において判明している(図5c)。これについては、本明細書の別のところにおいて更に記述する。

0071

様々な点を考慮し、本明細書の別のところには、蛇行細流、断片細流、滴、及び洗浄に好適な摺動液状体のその他の形態などの細流液滴流動の形成のために好適な条件が記述されている。装置は、例えば、通路に沿って少なくともいくつかの場所において所望の形態において動作するのに好適な液体流量及び気体流量を供給するものであってよい。

0072

本研究においては、30psigの気体圧力において、長さが2mで内部直径が1.8mmである通路の場合に、細流の長手方向の摺動速度は、1cm/sec〜10cm/secであってよく、平均は、恐らく、2〜3cm/secであることが(写真を通じて)実験から判明している。2.8mmの内部直径の通路の場合には、細流の長手方向の摺動速度は、5cm/sec〜20cm/secであり、平均は、恐らくは、12.5cm/secであってよい。3.8mmの内部直径の通路の場合には、細流の長手方向の摺動速度は、7cm/sec〜35cm/secであり、平均は、恐らくは、22cm/secであってよい。これらの速度は、100ミクロンのレベルの寸法を具備した液状体について計測されたものである。更に大きな液状体は、更に速い速度を具備可能であろう。

0073

これらに相応し、蛇行細流の場合には、横断方向の速度は、長手方向の速度の最大で25%〜50%になろう。

0074

蛇行細流以外の流動又は洗浄の更にその他のモードの場合には、表面流動体の更に大きな速度を実現可能である。又、プラグ流動などの流動モードの場合には、運動するメニスカス又は表面流動体の更に大きな速度も可能である。

0075

これらの表面流動体の摺動の全体的な効果は、複数の運動する3相接触界面及びメニスカスによるチャネル表面の清掃であろう。通路の内部表面は、いずれもチャネルの表面との接触状態にある蛇行細流、サブ細流、細流断片、線形液滴アレイ、及び様々なサイズの個別の液滴を含む様々な液体表面流動体によって清掃可能である。これらの液状体のそれぞれものは、関連する3相気体/液体/固体接触界面及びメニスカスを具備可能である。この説明に限定されるのは望ましくないが、3相境界及び空気/水界面(メニスカス)の存在は、表面から汚染物質を剥離させるべく機能可能な局所的な力を生成するものと考えられる。これは、3相境界が汚染物質との関係において運動している場合に、特に当て嵌まるであろう。この3相は、固体汚染物質と、液体の縁部と、気体と、であってよい。表面の少なくとも一部分は、洗浄プロセスにおける時間の一部分において、乾燥状態又は略乾燥状態にあってよい。チャネルの表面が少なくとも多少疎水性であれば、有用であろう。又、3相は、液体表面と、気体と、液状体によって湿潤されていない乾燥状態にあってよい固定表面と、であってもよい。

0076

様々な流動形態が所与の通路の様々な部分内に存在可能であり、且つ、流動は、1つの流動形態又はモードから別のものに遷移可能であろう。任意の所与の場所において、例えば、いくつかの滴といくつかの細流などの複数の流動形態が共存可能である。通路に沿った様々な場所に、様々な形態又は形態の組合せが存在可能である。

0077

複数相流動の特性は、その特性が複雑であると共に多少統計的であり、且つ、多少予測不能であり、且つ、更に詳しくは、チャネルの表面に付着した液状体の形状及び挙動の特性が多少統計的であり、且つ、多少予測不能であるという点にある。挙動の一部は、本質的に多少予測不能な(通路のコア内のバルク効果ではなく)通路の表面上における流体不安定性によるものであろう。複数相流動の分野においては経験的なデータが重要である。

0078

観察可能なものの例として、図5bは、5つの異なるタイプの流動の写真の例と線画の両方を示している。これらは、略、湿潤性の順番になっている。図5bのイラストAは、隔離した液滴を示しており、これらは、流れを維持するには不十分な液体を伴う多少乾燥した液体及び気体流動の場合であろう。図5bのイラストBは、蛇行細流を示している。まばらに離隔した液滴も示されている。図5bのイラストCは、こちらもサブ細流に断片化された蛇行細流を示している。図5bのイラストDは、線形液滴アレイと共存する細流を示している。このイラストの場合には、細流は、多少直線化されている。図5bのイラストEは、細流、液滴、又は任意のその他の液状体の定義に有用なように、チューブの壁がほとんど湿潤状態にあり、且つ、本質的に、乾燥した領域が存在しないほどに大量の液体を伴う流動を示している。

0079

相対的に大きな液体流量又は気体流量において存在するのが、図示されてはいない更に別の可能な流動形態、即ち、泡である。この状況においては、泡は、どこかに形成される場合には、通路の出口近傍に形成される傾向を有しており、且つ、入口に向かって後方に多少の距離にわたって延在可能である。泡が形成される場合には、泡が存在する通路表面は、液体薄膜によって覆われた状態になり、3相接触界面を形成する可能性がなくなろう。本研究によれば、泡は、一般に、本方法を採用する洗浄を抑圧することが判明した。これは、恐らくは、泡の存在が、その間に接触界面を具備する個別の湿潤領域及び乾燥領域の形成を阻むためである。又、泡の存在は、気体流動の全体的な流動抵抗をも増大させる可能性がある。泡の形成は、本明細書の別のところに記述されているように、使用する界面活性剤の特性の大きな影響を受けることになろう。

0080

図5cは、長さの順番に配列された同一のイラストを示している。通路に沿って下流に前進するのに伴って、しばしば、いくつかのこれらのものが空間的に広がった状態において観察される。流体は、まず、蛇行細流として、次いで、分割される細流として、そして、その後に、真っ直ぐな細流として、流れる。このイベントの順番は、少なくとも部分的に、通路に沿って下流に前進するのに伴って気体速度が増大するという傾向によるものであろう。下流に前進するのに伴って、最終的に、気体速度は、蛇行の上部閾値を超えて増大し、且つ、細流又は細流断片が、略真っ直ぐになる。但し、これは、代表的なものに過ぎず、且つ、イベントは、ここに記述したとおりに発生する必要はない。

0081

細流液滴流動(Rivulet Droplet Flow:RDF)は、細流又は液滴又はこれらの両方を任意の組合せにおいて有するのものと考えることができる。細流液滴流動は、蛇行細流、サブ細流、細流の断片、滴のアレイ、及び個別の滴の中の1つ又は複数のものを包含可能である。細流液滴流動は、本明細書の別のところに記述されているように、液体及び気体を通路に供給することによって形成可能であり、この場合に、液体及び気体は、いずれも、実質的に一定の流量において供給される。或いは、この代わりに、こちらも本明細書の別のところに記述されているように、細流液滴流動は、供給された液体及び供給された気体の少なくとも1つのものの流量が時間に伴って変化するように液体及び気体を通路に供給することにより、形成することも可能である。これは、プラグ細流液滴流動を包含可能である。

0082

本明細書において、表面の脱湿が望ましいと記述されている際には、その脱湿は、以下のメカニズムのいずれか又は両方を通じて実現可能である。その特性により、表面が、その上部を通過する液体との関係において十分に疎水性である場合には、表面は、液状体がその上部における通過を終了したら直ちに実質的に乾燥した状態となろう。その一方で、表面が、液体がその上部における通過を終了した後に、依然として多少湿潤状態にあるが、表面の蒸発に起因し、液状体が表面上における通過を終了した後に、時間の経過と共に実質的に乾燥した状態になるということも可能であろう。本明細書において、乾燥という用語を使用した際には、それは、これらの意味のいずれかを包含するものと解釈されたい。

0083

[写真及び流動マップ]
気体及び液体流動の形態については、チューブの入口からの様々な距離において、様々な液体及び気体流量下において、様々な直径の真っ直ぐで透明なテフロン登録商標)チューブを通じたシステマチックな顕微鏡による観察を実行することにより、経験的に研究されてきた。これは、スチール写真撮影及び高速運動写真撮影、並びに、多重露光写真撮影を伴うストロボ照明を含んでいる。写真は、透明な水平に方向付けされたチューブの壁を通じて垂直方向を下向きに見下ろした状態において撮影された。光学系の焦点面を変化させることにより、チューブの上部又は底部の半円筒形表面のいずれかに沿った流動を観察可能であった。ここに提示されているすべての写真は、上部表面から撮影されたものである。時間の関数としての連続した画像を分析し、これにより、流動及び流動体を時間と共に分析すると共に、それらの運動を追跡することができよう。

0084

実験における観察結果図6a、図6b、及び図6cに更に示されているが、これらは、大量の写真データの小さなサブセットに過ぎない。図示の写真の場合には、気体流動は、空気であった。流動は、大気圧において通路の下流端部から排出された。気体流動は、30psigの圧力において通路の入口に供給された。これらの写真及び流動形態マップの場合には、液体及び気体は、いずれも、室温(略20℃)において通路に供給された。通路の長さは、2mであった。これらの写真は、いずれも、特定の直径の通路について撮影され、その直径は、4.5mmであった。本明細書の別のところに記述されているように、流体メカニズムは、水に添加される界面活性剤の詳細の影響を受ける可能性がある。

0085

図6の写真の生成においては、試験溶液は、3リン酸ナトリウム(Fisher Scientific社)30g/L、珪酸ナトリウム(Fisher Scientific社)1.3g/L、Air Products社によって製造されたTomah AO−455 0.24g/L、及びTomah−Air Products社によって製造されたSurfynol 485W 0.36g/Lという添加物を含有する水であった。この組成物の室温における表面張力は、約38〜44dyne/cmであった。この組成物は、良好な断片化と、それほど多くない残存サブ細流と、かなりの細流断片と、を付与するものと考えられる。

0086

図6は、4.5mmの内部直径を具備する通路内の流動状態の写真を示している。2mの合計流動長に沿った5つの異なる場所における状態が示されている。

0087

図6aは、20ミリメートル/分の液体流量の場合の水力学的状態を示しており、この流量は、小さいことから望ましいものではなく、且つ、従って、洗浄にあまり効果的ではない(トリートメント数が小さい)と考えられる。このような状況においては、細流ではなく、かなり大きな割合の隔離した液滴が存在し、且つ、隔離した液滴は、細流よりも相対的に小さな速度において表面に沿って摺動し、これにより、相対的に低速の洗浄速度を生成し、この結果、処理時間が長くなるであろう。洗浄は、これらの液状体の摺動に起因し、3相接触界面が通過する場所において発生可能であるが、存在するこれらの液状体の数があまり多くないという事実と、液状体のほとんどが、多少低速で運動する液滴であるという事実が、妥当な時間(2〜10分)内における洗浄の実現を制限することになろう。

0088

図6bは、45mL/分の液体流量の場合の水力学的状態を示しており、この流量は、良好な洗浄を生成すると考えられた。

0089

図6cは、70mL/分の液体流量の場合の水力学的状態を示しており、この流量は、大きいことから望ましいものではなく、且つ、従って、洗浄にとってあまり効果的ではないと考えられる。このような状況においては、通路の内部表面は、時間の大きな割合にわたって湿潤状態となり、この結果、運動する3相接触界面を実現するように、乾燥した又は実質的に乾燥した状態にある表面が十分頻繁に発生しないであろう。これは、表面が図6cに示されているほどに湿潤状態にある場合には、洗浄の実現を制限するものと考えられる。但し、これらの説明に限定されることを望むものではない。

0090

運動する固体−液体−気体界面による洗浄を実現するのに有用な条件については、特定の入力流動及び寸法条件における流動形態を示すパラメータ図によって更に説明可能である。図6a、図6b、図6cに示されているものなどの写真情報は、いずれも、特定の通路の内部直径(4.5mm)について撮影されたものであるが、これらの情報が提供するデータ点は、そのようなパラメータ図を作成するべく必要とされる多数のデータ点の中のいくつかのものに過ぎない。

0091

参考として、図6aに示されている条件(20ミリミットル/分という小さな流量)は、細流ではなく隔離した(まばらな)液滴の特性を有することによって特徴付けられている。隔離した液滴は、細流よりも小さな摺動速度を具備し、且つ、存在するその数も少なく、従って、これらの理由から、運動する3相接触界面による洗浄を実現する機会が多少限られている。図6bに示されている条件(45ミリリットル/分という中程度の流量)は、良好な洗浄を提供するいくつかの細流断片及びいくつかの滴を有する細流液滴流動であることによって特徴付けられている。細流は、望ましい速度を有する3相接触界面によってエリアを清掃し、且つ、従って、洗浄を実現する。図6cに示されている条件(70ミリリットル/分という大きな流量)は、所与の時点において実際に乾燥状態にある通路の内部表面上の場所の数がそれほど多くなく、従って、この理由から、運動する3相接触界面による洗浄を実現する機会が多少限られてしまうような過剰に湿潤状態にある流動であることによって特徴付けられている。

0092

理解することができるように、このような多数の観察を使用し、図7に付与されているものなどの流動図を構築する。このような図は、特定の通路の内部直径又は内部直径の範囲にとって固有のものであってよい。5つの異なる通路の内部直径の流動形態マップが、図7a図7eに付与されている。

0093

前述のように、これらの写真は、30psiの入口空気圧力において撮影され、この空気圧力は、多数の内視鏡の多数のチャネルにおける、略、最大許容可能入力圧力である。流動を洗浄に有用なものにするべく、通路の大部分において、細流及び細流断片を、そして、細流流動が実現されない場所においては、液滴を提供する条件を選択することが目標とされよう。これを細流液滴流動と呼称可能である。マップから観察することができるように、特定の液体流量の選択は、同一の流動形態が通路の開始点(入口)から端部(出口)までのすべてに存在することを保証するものではない。又、5つのマップは、5つの異なる通路の内部直径について提示されており、且つ、これらのマップは、通路の内部直径の関数として、定性的にも、定量的にも、相互に相違していることを観察可能である。

0094

図7a図7eに提示されている情報の要約及び取り纏めを支援するべく、図7a図7eから液体流量のいくつかの代表的な有用範囲を選択し、且つ、図8プロットした。これらは、特定の通路長の大きな部分にわたって細流液滴流動を提供する流量であるが、この大きな部分とは、必ずしも通路の長さ全体ではない。これらの流量は、個別の通路の内部直径において細流液滴流動を実現するべく、それなりに最適なものではあるが、これは、これらが洗浄にとって有用な唯一の液滴流量であることを意味するものではない。又、これらのデータは、限定を伴うことなしに、界面活性剤の組成、流路の長さ、入口における気体圧力、及びその他のパラメータを含む更にその他の動作パラメータにとって多少固有のものであってよいという点にも留意されたい。

0095

図8は、通路の内部直径の特定の数値と関連した液体流量の特定の数値を提示しているが、「容積液体流量/通路の周囲長の単位」の観点において望ましい液体流量を規定することも可能である。これは、液体流動は、主に通路の周囲に付着するという事実の認識によるものである。

0096

例えば、6mmの内部直径を有する相対的に大きな通路の場合には、液体流量の代表的な有用範囲は、30〜65mL/分である。このような通路の場合には、内部周囲長は、18.84mmである。対応する液体流量/内部周囲長の単位は、30/18084又は1.59〜65/18.84又は3.45mL/分/周囲長のmmである。

0097

図6に示されているように、内部直径が4.5mmの通路の場合には、液体流量の代表的な有用範囲は、15〜40mL/分である。このような通路の場合には、内部周囲長は14.13mmである。対応する液体流量/内部周囲長の単位は、15/14.13又は1.06〜40/14.13又は2.83mL/分/周囲長のmmである。

0098

同様に、2.8mmの内部直径の通路の場合には、液体流量の代表的な有用範囲は、15〜25mL/分である。この通路は、8.79mmの内部周囲長を具備する。液体流量/内部周囲長の単位は、15/8.79又は1.71〜25/8.79又は2.84mL/分/周囲長のmmである。

0099

同様に、1.8mmの内部直径の通路の場合には、液体流量の代表的な有用範囲は、6〜10mL/分である。この通路は、5.65mmの内部周囲長を具備する。液体流量/内部周囲長の単位は、6/5.65又は1.06〜10/5.65又は1.77mL/分/周囲長のmmである。

0100

同様に、0.6mmの内部直径の通路の場合には、液体流量の代表的な有用範囲は、5〜10mL/分である。この通路は、1.88mmの内部周囲長を具備する。液体流量/内部周囲長の単位は、5/1.88又は2.66〜10/1.88又は5.32mL/分/周囲長のmmである。

0101

これらの観察を組み合わせることにより、この周囲長によって正規化された液体流量は、約1.5〜4ミリメートル/分/周囲長のmmの範囲内に群集しており、或いは、約1〜約5ミリメートル/分/周囲長のmmの範囲内において、わずかに更に広く定義されることがわかる。

0102

又、蛇行細流を実現するには、望ましい気体速度は、通路の長さに沿った少なくともどこかにおいて、約5m/s〜約15m/sの範囲であってよいことにも留意されたい。蛇行細流は、有用であるが、妥当な時間内において良好な洗浄を実現するべく絶対的に必要なものではない。洗浄に有用な別の気体速度の範囲は、通路の直径に応じて、約2m/s〜80m/sという通路の壁上における断片化及び摺動液状体又は表面流動体を実現するのに好適な更に広い範囲である。

0103

流動形態は、少なくとも、液体流量、気体流量、通路の長さに沿った位置、及び通路の内部直径に依存可能であることに留意されたい。少なくとも、全体長は、気体の一般的な最大供給圧力が付与された際に気体流量に対して影響を付与可能であるため、流動形態は、通路の全体長に依存可能である。界面活性剤の組成及び濃度も、流動形態に対して影響を付与可能である。図6、図7、及び図8に提示されているデータは、いずれも時間との関係において安定した入力液体流動及び気体流動において得られたものである。

0104

流動形態に関する更なるデータが図9に提示されている。図6、図7、及び図8は、いずれも、30psigの入口空気圧力において採取されたデータに関するものであることを思い出して頂きたい。これは、一般的な内視鏡の一般的なチャネルにおける最大許容可能空気圧力であった。但し、最大許容可能圧力未満の入口空気供給圧力において動作することも可能である。これは、蛇行は、その上方において蛇行が常に発生する単純な閾値が存在するのではなく、特定の動作範囲内において発生可能であるという文献からの示唆に鑑み、考えることできよう。これについては、本明細書の別のところに記述されている。図9に提示されているデータの場合には、入口空気圧力及び液体流量の両方を変化させた。この場合にも、図示されているように、いくつかの異なる通路の直径を使用した。通路長は、2メートルであった。液体の組成は、図6、図7、及び図8の場合に使用されたものと同一であった。

0105

特に、単一の液体流量により、通路の長さに沿ったすべての場所において蛇行細流流動を実現することは不可能であることを図9a及び図9bから理解することができる。又、蛇行は、中間程度の圧力などのいくつかの気体供給圧力の場合に発生するが、更に極端に高い又は低い気体供給圧力などのその他の圧力においては、発生しない。蛇行細流流動は、洗浄に有用であるが、唯一の有用な流動形態ではない。細流液滴流動も有用である。真っ直ぐな細流流動は、それほど多くの清掃が発生せず、且つ、細流の断片化も発生しないため、それほど洗浄に有用ではないと考えられる。泡/薄膜も、基本的に流動を妨げ、且つ、恐らくは、表面を湿潤状態に維持するため、洗浄にとって有用であるとは考えられない。但し、この説明に限定されることを望むものではない。図9においては、以下の表記が使用されている。Yは、洗浄に好適な蛇行細流の実現を意味している。Rは、洗浄に有用であると考えられるRDF(細流液滴流動)を意味しており、Sは、蛇行を伴わない真っ直ぐな細流を意味し、これは、それほど洗浄に有用ではないと考えられ、Fは、薄膜/泡を意味し、これは、それほど洗浄に有用ではないと考えられる。

0106

図9a及び図9bは、静止気体中における傾斜した平らなプレートにおける流体メカニズムの文献の観察結果と合致する観察結果を示していることを理解されたい。蛇行細流を実現することは、単に、不安定性の領域に進入するように特定の下部閾値を上回って動作するというような問題ではない。蛇行細流を得るには、下部閾値の存在に加えて、上部閾値未満に留まることも必要とされるように、上部閾値も存在可能である。

0107

上部閾値が属する可能性を有する1つのパラメータは、気体速度である。圧縮可能な気体が長い通路に沿って流れるのに伴って気体速度が増大するということを本明細書の別のところに記述した。従って、蛇行細流が通路の長さに沿った中間部分に存在している場合にも、長い通路の出口に接近するのに伴って、細流を再度安定化するほどに気体速度が大きくなる可能性があろう。更には、蛇行細流が通路の長さに沿った中間部分に存在している場合にも、入口直近の気体速度が蛇行細流を生成するには小さ過ぎるという可能性もあろう。これは、図9a及び図9bにおける通路の長さに沿ったいくつかの領域内において、通路に沿った特定の場所にのみ蛇行細流流動が存在している理由を説明するのに有用である。

0108

気体速度は、供給された入口気体圧力と多少関係している。従って、供給された入口気体圧力が、通路内のあらゆる場所において蛇行細流を生成するのに小さ過ぎる場合もあり、或いは、通路内のあらゆる場所において蛇行細流を生成するのに大き過ぎる場合もあろう。同様に、供給された液体流量が、通路内のあらゆる場所において蛇行細流を生成するのに小さ過ぎる場合もあり、或いは、通路内のあらゆる場所において蛇行細流を生成するのに大き過ぎる場合もあろう。これらの条件も、少なくとも洗浄されている通路の内部直径の関数である。又、これらの基準は、使用される洗浄液体の界面活性剤及び組成の関数でもある。

0109

一般的な動作条件においては、蛇行細流に有用な気体速度の範囲は、約5m/sec〜約15m/sである。本発明の一実施例においては、動作条件は、通路の長さの少なくとも一部において、この範囲内で動作するようなものであってよい。

0110

又、液体流量の最適値が存在することを図9から観察することも可能である。液体流量が小さ過ぎるか又は大き過ぎる場合には、蛇行細流は、実現不能であるか、或いは、通路の長さの限られた部分についてのみ、実現可能である。

0111

この観察結果に限定されることを望むものではないが、対象である範囲内の相対的に大きな内部直径の場合には、洗浄を実現するべく受け入れ可能な液体流量の範囲は、相対的に広く、且つ、対象である範囲内の相対的に小さな内部直径の場合には、洗浄を実現するべく受け入れ可能な液体流量の範囲は、相対的に狭いものと考えられる。

0112

図6、図7、図8、及び図9に提示されているものなどの観察結果に鑑み、本発明の実施例においては、装置は、液体及び気体の望ましい細流−液滴流動形態を提供するように、互いの間に適切な関係を有する気体流量と液体流量を提供するべく構成可能である。図9に提示されているものなどの観察結果に鑑み、本発明の実施例においては、装置は、通路の長さの少なくともいくつかの部分において、液体及び気体の蛇行細流流動の形態を提供するために、互いの間に適切な関係を有する気体流量と液体流量を提供するべく構成可能である。但し、蛇行は、良好な洗浄を実現するのに不可欠なものではない。

0113

流動形態は、洗浄されている通路の内部表面に沿って、又は少なくとも洗浄されている通路の内部表面の一部分上に、摺動する細流を提供するようなものであってよい。更には、細流は、サブ細流にサブ分割可能であろう。このようなサブ細流への分割は、細流の曲がり又は湾曲の地点において発生可能である。サブ細流は、サブ細流よりも更に小さな細流断片に更に分割可能であろう。そして、細流断片は、滴のアレイに分割可能であろう。これらの液状体は、いずれも、洗浄されている通路の内部表面に沿って運動可能であってよい。流動形態は、洗浄されている通路の内部表面上に、又は少なくとも洗浄されている通路の内部表面の一部分上に、時間に伴って不安定な蛇行細流を提供するようなものであってよいが、蛇行は、不可欠ではない。

0114

適切な流動形態を実現するための更なるガイダンスとして、通路内に進入する前の気体中に液滴として浮遊する液体洗浄媒体の流動は、液体洗浄媒体の流動全体の10%未満であってよく、且つ、液体洗浄媒体の流動の1%未満であってよいであろう。換言すれば、内部チャネルを通じて流れる液体の容積は、主には、細流と、それらの細流から断片化された表面流動体と、の形態であってよい。

0115

通路の出口においては、気体中に液滴として浮遊した液体洗浄媒体の流動は、液体洗浄媒体の流動全体の50%未満、又は液体洗浄媒体の流動の10%未満、又は5%未満、又は1%未満であってよいであろう。

0116

通路の出口においては、泡の形態を有する液体の量は、液体の流動全体の10%未満、又は液体の流動全体の1%未満であってよいであろう。

0117

多段洗浄]
前述のように、目標とするところは、本質的に、通路の長さに沿ったすべての場所において、3相接触界面を有する細流及び運動液体流動などの望ましい流動形態を実現するということになろう。望ましい流動形態が通路の長さの一部分のみにおいて実現された場合には、それは、依然として有用ではあろうが、通路の長さに沿ってすべての場所において望ましい流動形態を実現するほうが、より便利であろう。これは、例えば、液体流量を調節することによって調節可能である。

0118

但し、動作条件の単一の組を使用して通路の長さ全体にわたって望ましい洗浄条件を提供することは不可能であろう。この場合には、別の可能な方式は、通路の長さの第1の部分を洗浄するのに適したパラメータの第1の組を使用して通路の長さの第1の部分の洗浄を実行し、続いて、同一の通路の第2の長さを洗浄するのに適切なパラメータの第2の組を使用して通路の長さの第2の部分の洗浄を実行するというものであろう。異なる通路用の洗浄条件は、入口空気圧力、又は液体流量、又はこれらの両方、或いは、その他のパラメータにおいて異なることになろう。

0119

このような多段洗浄プロセスを使用する場合には、最初に洗浄される通路の部分は、後から洗浄される通路の部分の上流であってよいであろう。このようにすることにより、通路の後から洗浄される部分から除去される汚染物質及び破片が、先に洗浄された通路の部分を汚染するという可能性を伴うことなしに、通路の下流を洗って排出されると予測されることになる。

0120

図6、図7、図8、及び図9に提示されているすべてのデータは、一定の動作条件、即ち、液体の一定の入力流量及び気体の一定の入力流量におけるものであることを理解されたい。

0121

[内部表面の特定の部分のための更なる方式と不安定な流動入力]
水平に方向付けされた通路の場合には(これは、洗浄されている内視鏡のチャネルの可能な向きである)、細流が、実質的に水平な通路の高さの低い部分に到達するよりも、上部表面(天井)に到達するのが困難であろうことを以上の説明から理解することができよう。これは、特に、相対的に大きな直径の通路に当て嵌まることであろう。従って、不都合なことに、天井が乾燥した状態になる可能性がある。更には、通路の高さの低い部分(床)が、洗浄プロセスにおける時間の不都合にも大きな割合にわたって湿潤状態になる可能性が高く、且つ、従って、床は、湿潤と乾燥の交互の変化を伴う3相接触界面による清掃を受ける可能性が低下するという別の基本的な可能な問題も存在している。

0122

床と天井の間の比較以外の異なる更に別の考慮事項は、少なくとも特定の動作条件において、望ましい流動形態を通路の入口に即時に確立することができない入口又は助走区間流領域を通路が経験する可能性があるという点にある。この現象は、図9a及び図9bに示されており、且つ、流動形態が通路の長さに沿った位置の関数として変化可能であることを図6において多少観察可能である。

0123

従って、別の基本的方式は、装置が、時変入力流動条件を提供することにより、通路の内部表面の特定の部分について時変湿潤及び乾燥条件を提供するようなものであってよいというものである。一般に、装置は、妥当な洗浄時間内において、ある時点又は別の時点において少なくとも一回だけ通路の内部表面全体を清掃する3相接触界面を具備した液状体を提供することが望ましい。又、内部表面が処置の際に複数回にわたって清掃されるように設計することも可能である。このような操作を伴うことなしには、通路のいくつかのセクションは、その他のもののような十分なトリートメント数を享受することができない。

0124

図10aは、図7の流動マップの中の1つのものとの関係において、望ましい細流液滴流動を、通路の長さの相対的に下流の領域については実現可能であるが、通路の長さの相対的に上流の領域のいくつかについては実現不能であることを示している。これは、液体流動又は気体流動又はこれらの両方の非安定状態入力を伴う洗浄メカニズムを使用するための理由を提供可能である。

0125

表面張力に関係するいくつかの流体力学的な考慮事項が、図10b図10c図10d図10eに示されている。図10b図10c図10d図10eに示されている通路は、実質的に水平であるが、同一の議論をその他の向きの通路にも少なくともそれなりに適用可能である。

0126

静止条件において液体及び気体の両方を収容する小さな内部直径の通路の場合には、可能な状況は、メニスカスが通路の断面全体にわたって存在するという状況である。これが、図10bに示されている。図10bは、液体が図示の方向において運動している動的な状況を示しており、前進及び後退接触角が示されている(状況が静的である場合には、それぞれの側部におけるメニスカスは、本質的に互いに対称的なものとなろう)。

0127

図10bに示されているタイプのメニスカスを支持しない通路の内部寸法の更に大きな範囲も存在している。静的な条件下において液体及び気体の両方を収容するそのような相対的に大きな通路の場合には、通路は、通路全体にわたってメニスカスを支持不可能であり、当然のことながら、液体は、通路の底部に集まり、且つ、通路断面の残りの部分が実質的に気体によって占有されるという構成が存在することになる。これが図10cに示されている。図10bの状況と図10cの状況の間の区別は、臨界内部直径を参照して理解することが可能であり、臨海内部直径は、2つの状況の間のボーダーラインである。臨界内部直径は、液体の表面張力及びその他の特性の関数である。純粋な水の場合には、臨界内部直径は、約1.8mmである。

0128

この臨界内部直径を上回る内部直径を具備する通路の場合には、液体流動の少なくとも一部分にわたって通路の断面を実質的に完全に充填する液体が存在するように、液体をある期間にわたって流すことにより、動的状況において、液体によって完全に又はほとんど充填された断面を実現することが依然として可能であろう。これにより、そのメニスカスが通路の内部表面を清掃する運動液体プラグを、本質的に生成することが可能である。液体流動の期間は、液状体を相互に効果的に分離するべく、且つ、恐らくは、連続した液体プラグの通過の間に通路の内部表面のドライアウトを生成するべく、十分に長い持続時間を有する気体流動の期間によって分離可能である。これが図10dに示されている。このパターンは、必要な回数だけ反復可能である。この流体流動形態は、不連続プラグ流動(Discontinuous Plug Flow:DPF)と呼称される。この場合における運動するメニスカスの速度は、例えば、気体圧力、チューブの直径、及び液体プラグの長さに応じて、数メートル/秒であってよい。この場合に生成される大きな摺動速度は、本明細書に記述されているメカニズムに従って通路の効果的な洗浄を生成することが判明した。

0129

次に、図10eを参照すれば、プラグが、図10dに示されているように、相当に規則的に成形された状態において始まった場合にも、プラグが通路の更に下流の部分に前進するのに伴って、プラグのリーディング面が不規則になる可能性があることが示されている。このプラグのリーディング面の不規則性の増大は、重力やRayleigh不安定性などに起因する表面不安定性に起因したものであろう。図10eには、プラグが、重力に起因し、通路の底部に向かって優先的に広がる可能性があることも示されている。プラグのリーディングエッジにおける不規則性は、通路の内部表面を洗浄するのに有用な液状体を生成するのに有用でありうるものと考えられる。プラグの少なくとも一部が更に小さな液状体に分割された場合には、それも、通路の内部表面を洗浄するのに有用であると考えられる。この形態は、不連続プラグ液滴流動(Discontinuous Plug Droplet Flow:DPDF)と呼称可能である。

0130

更には、本明細書の別のところに記述されているように、液体及び気体の液体流動及び気体流動の交互に変化する期間又はその他の流動の変形を使用して、運動する3相界面を実現する更にその他の流動形態を使用することも可能であろう。更には、任意の望ましい順序又は組合せにおいて、恐らくは、細流液滴流動の期間又は順序をも伴うこれらの前述の流体流動形態の組合せ又はシーケンスを使用することも可能であろう。

0131

時変入力流動特性が図11に示されている。

0132

まず、図11には、参考として、図6〜図9を生成するべく使用されたものなどの安定状態流動入力が示されている。

0133

そして、安定状態又は準安定状態条件以外の条件下において細流液滴流動の有用な形態を生成可能な液体又は気体又はこれらの両方の非安定状態供給の様々な形態が示されている。

0134

図11のスケジュール中の1つのものは、気体流動と液体流動の交互に変化するスイッチングオン及びオフを示している。例えば、約1秒〜3秒の持続時間を具備する液体パルスを提供可能である。液体パルスに続いて、液体に対する再露出の前に通路の内部表面のドライアウトを実現するべく、通路の内部表面のドライアウト又は除湿を実現するのに適切な約5秒〜15秒の持続時間を具備した乾燥した又は温かい又は脱湿された空気を供給可能である。このスケジュールにおいては、任意の所与の例において、液体が供給されるか、又は気体が供給されるが、両方が供給されることは絶対にない。これは、プラグ流動又はプラグ細流液滴流動と表現可能である。

0135

供給源のいずれか1つのものがオン状態に留まる間に、もう1つの供給源を脈動させることが可能であることも示されている。例えば、液体供給は、気体がオン状態に留まっている間に脈動させることが可能であり、或いは、液体がオン状態に留まっている間に、気体を脈動させることも可能であろう。

0136

脈動する液体流動と、これに続く連続液体流動の実行、或いは、一般的には、任意の順序における不安定な液体流動と安定した液体の任意のシーケンスの実行が可能である。

0137

当然のことながら、これらの図は、特定の期間においてゼロに正確に移行する1つの流量を示しているが、ドライアウトを伴わない現象の場合には、変形は、更に一般化させることも可能であり、従って、正確にゼロに低減することを伴うことも必須ではない。

0138

更に別の可能性として、液状体の形成を促進するべくある時間において第1気体供給圧力を使用し、且つ、次いで、ある期間にわたって別の気体供給圧力に変更することにより、通路に沿ったこれらの液状体の運動を生成することも可能である。第2の圧力は、第1のものよりも小さいものであってもよいが、逆も又可能である。更には、ある時間において相対的に小さな気体供給圧力が1つのチャネルの洗浄に使用されている間に別のチャネルにおいて相対的に大きな気体供給圧力を必要とする流動を実行することも可能であろう。これは、再生サイクルの全体における任意の瞬間における気体に対する合計需要が、気体流動に対するピーク需要が互いに同時に発生した場合のものを下回るように、実行可能であろう。

0139

次の表1Aにも、様々な可能な順序が記述されている。

0140

0141

反復される液体流量の波形又はシーケンスは、流量の実質的に一定の「オン」値及びこれに続く「オフ」状況におけるゼロ流量と同様に単純である必要はない。更に一般的には、液体流量の波形は、三角形波形、台形波形正弦波波形、又はその他の波形であってよいであろう。液体流動を表す波形は、単調に増大する部分と、任意選択によってこれに後続する一定の部分と、これに後続する単調に減少する部分と、を具備可能であろう。液体流動の波形の間に、乾燥状態のインターバルが存在可能であるが、更に一般的には、そのような乾燥状態のインターバルの存在は、必須ではない。液体流量の波形は、同一の方式によって反復することも可能であり、或いは、この代わりに、それらは、同一である必要はない。気体流量は、安定状態(一定の流量)にあるものとして示されているが、これは必須ではない。この図においては、洗浄されている通路の長さの少なくとも一部分において蛇行細流流動を実現するべく、「オン」液体流量が適切であると考えられる。通路内への気体及び液体の受け入れにおけるこれらの交互の変化は、洗浄又はすすぎサイクルにおいて、相対的に大きな蛇行と相対的に大きな断片化を許容するものと考えられよう。

0142

内視鏡は、内視鏡又は少なくとも内視鏡の大きな部分が水平な向きに配置された状態において、頻繁に洗浄される。任意の通路において、特に、水平の通路においては、このような蛇行細流のランダムな配置は、通路の内部表面全体の洗浄を実現するべく有利であろう。但し、特に、相対的に大きな直径の通路のいくつかの通路の場合には、重力に起因し、細流が、通路の断面の底部において又はその近傍において、平均よりも多くの時間を消費する傾向を有する可能性もあろう。細流が十分頻繁に上方に配置された表面に到達することができず、従って、それらの表面が、時間の大きな割合にわたって乾燥状態となることから十分頻繁に湿潤及び乾燥の交互の変化を経験することができないため、この結果、上方に配置された表面から洗浄の機会が奪われる可能性がある。更には、底部に配置された表面は、時間のかなり大きな部分にわたって湿潤状態になる可能性があり、且つ、これらの表面は、時間の大きな割合にわたって湿潤状態にあることから十分頻繁に湿潤と乾燥の交互の変化を経験することができないため、底部細流の存在は、底部に配置された表面から洗浄の機会を奪う可能性がある。

0143

従って、通路を通じて液体流動と気体流動の交互に変化する期間を実現することにより、運動する3相接触ライン条件への露出の交互の変化を通路の内部表面が経験するように、内視鏡再生装置を動作させることが可能である。気体流動の期間は十分に長くてよく、且つ、導入される気体は、チャネルの内部表面が液体の次の導入の前に実質的にドライアウト状態になるように(残っている液体薄膜の厚さが汚染物質粒子の寸法をそれなりに下回るように)、十分に乾燥した状態にあってよい。

0144

この前述の方式における流体流動の期間は、既に剥離されているが通路の出口にまだ移動していない破片を洗い流すのにも有用であろう。

0145

更なる可能性は、特定の期間にわたって、実質的に安定状態の流量の液体及び気体の供給を使用して細流液滴流動が存在し、且つ、別の期間にわたっては、(気体又は液体の)脈動型の流体供給などの非安定状態の流体供給を伴う前述の形態の中のいずれかのものを含む流動形態が存在するというものである。これらの期間は、任意の順序又は組合せにおいて組み合わせることができよう。

0146

[DPFモードにおける液体プラグ長の低減による水力学的剥離の改善]
液体プラグが通路長よりも短い際には、液体プラグは、液体ポンプから分離された後に、空気圧力Pαによって駆動される。流動に対する抵抗は、i)液体プラグに沿った抵抗と、ii)通路内の空気部分に沿った抵抗と、という2つの項から構成されることになる。空気の粘度及び密度は、液体のものよりも格段に小さいため、チューブの空気部分に沿った小さな圧力降下は、無視することが可能であろう。この単純化は、水プラグの長さLplが極端に通路の長さと比べて小さい際には、不適切なものとなる。この単純化は、チューブの出口における圧力がゼロである際には、プラグの前面における圧力Pf、プラグの後部における圧力Pre、及び通路の入口における圧力Pαという表記の導入によって表現可能である。この結果は、次式のとおりである。
Pα=Pf+(Pre−Pf)+Pα−Pre (16)
Pf−0とPα−Preは、空気中における圧力降下であり、且つ、これらは、小さな空気の粘度(又は、慣性)に比例することから、無視可能である。従って、右辺において、Pre−Pf、即ち、プラグにおける圧力降下が得られる。
Pf−0<<Pα、Pα−Pre<<Pα (17)
従って、次式のとおりである。
Pre−Pf=Pα (18)
液体プラグに印加される圧力と、プラグと隣接するチャネル壁の間のせん断応力τと、の間のバランスが存在し、面積は2πRtLplであって、ここで、Lplは、プラグの長さである。プラグに印加される合計せん断応力は、2πRtLplτplであり、これは、印加された圧力Pre−Pfr=Pαに起因して克服され、即ち、次式のとおりである。
2πRtLplτpl=Pα(πRt2) (19a)
又は、
τpl=Pα(Rt/2)(1/Lpl) (19b)
この式は、特に、プラグがチューブの全体を充填する際、即ち、Lpl=Ltである際に、有効である。
τt=Pα(Rt/2)(1/Lt) (20a)
しかしながら、この初期の時点においては、プラグは、まだ、液体ポンプから切断されておらず、即ち、この瞬間においては、プラグは、ポンプ圧力Ppuによって駆動されている。
τt=Ppu(Rt/2)(1/Lt) (20b)
簡単にするべく、次のように仮定する。
Pα=Ppu (21)
この結果、2つの式(19a)及び式(19b)が1つになる。式(18)及び式(19a)を同時に検討すれば、これらは、大括弧内に同一の乗数を具備している。これらの式の左辺の比率は、右辺の比率に等しく、前述の乗数は取り消される。
τpl/τt=Lt/Lpl (22a)
又は
τpl=τt(Lt/Lpt) (22b)
洗浄は、せん断応力によって生成されるため、層流又は乱流の形態における項目τは、過剰である。式(22b)は、両方の形態において、並びに、層流−乱流遷移モードにおいて有効である。この式は、プラグ長が約50分の1に減少するのに伴って、τplが、50倍に増大することを示している。式(17)によって表現された要件が満足されないため、更なる減少Lplは、τplの更に低速の増大に結び付くことになる。しかしながら、この要件は、省略可能であり、且つ、更に一般的な式を導出可能である。式(22b)中のτplは、プラグ流動の状態における液体流動のせん断応力であることに留意されたい。

0147

30psiにおいては、Reynolds数Reは、連続した液体流動の場合にも、かなり大きいため、3相接触ライン近傍の水力学的剥離による洗浄に対するプラグ長の影響の効果を明らかにするべく、乱流及び遷移流動における、特に、吸引チャネルの場合におけるプラグ長に対する前面メニスカスの速度の依存性を検討する必要がある。Pentax内視鏡FG−36UX型吸引チャネルの場合には、液体速度Uo=146cm/secを使用することにより、35psiにおいて、Reo=(0.38×146)/0.01=5548が得られる。水チャネルの場合には、Reo=(0.18×108)/0.01=1950である。プラグ長の減少に伴って、その速度は、増大し、この結果、水チャネルの場合にも、Reの増大と乱流流動への遷移が発生する。従って、チューブ内の乱流流動用の主要な式、即ち、チューブの場合の抵抗係数の式を適用する必要がある(L.D.Landau、E.M.Lifshitsによる「Mechanics of Continuous Media−Hydrodynamics」、Adison− Wesley Publishing Company、1958年)。
λ=Pα(2Rt/Lpl)/(1/2)ρUpl2 (23)
ここで、pは、液体の密度である。圧力、速度、及び長さは、短いプラグの場合について規定される。λは、Reの高度な関数である。その長さに対するプラグ速度の依存性に興味があることから、式(23)は、次のように書き換えられる。
Upl=(4PαRt/ρλpl)0.5(1/Lpl)0.5 (24)
この式は、プラグ長がチューブ長に等しいという極端な場合に有効である。
Uo=(4PαRt/ρλt)0.51/(1/Lt)0.5 (25)
右辺の比率は、左辺の比率に等しく、この結果、次式が得られる。
Upl/Uo=(Lt/Lpl)0.5(λt/λpl)0.5〜(Lt/Lpl)0.5 (26a)
(1. L.D.Landau、E.M.Lifshitsによる「Mechanics of Continuous Media− Hydrodynamics」、Adison− Wesley Publishing Company、1958年)の式22は、5000〜30000というReynoldsの範囲において、摩擦係数λ(Re)は、2倍未満に減少することを示している。式(11b)は、プラグの速度が、その長さが減少するのに伴って増大することを示している。
Upl=Uo(Lt/Lpl)0.5 (26b)

0148

表1Bは、一般的な内視鏡の吸引チューブ内の液体プラグ長と、12及び25psigという2つの空気圧力におけるDPFモードにおいて実現可能なプラグ摺動速度と、の間の関係を示している。この分析の結果は、本発明による不連続モードを使用して洗浄を改善することの固有の利点を支持している。これは、例19に関する結果によっても、更に支持されている。

0149

0150

[ドライアウト及び脱湿の実現]
本節においては、細流又は液状体に隣接する表面が実質的に乾燥した状態にあることが有用であり、且つ、液体及び気体の交互に変化する流動を使用する場合には、液体流動が再度導入される前に、内部表面が実質的にドライアウト状態になるように、気体流動が十分に長い持続時間を有することが有用であることについて説明する。乾燥又は脱湿は、2つのメカニズムのいずれか又は両方によって実現可能である。1つのメカニズムは、通路の内部表面が十分に疎水性である場合には、細流又は液状体が表面の特定の部分から離れるように運動した際に、当然の結果として、表面が細流又は液状体の不存在に起因して脱湿されるというものである。別のメカニズムは、表面のいずれかの部分が湿潤状態に又は液体の薄膜によって覆われた状態に留まる場合に、液体が蒸発するというものである。このためには、除湿された又は室温よりも温かい又はこれらの両方の状態の空気を通路に供給することが有用であろう。そのような状況においては、凡その気体流動の期間の持続時間は、以下に挙げるとおりである。これらは、約2mの長さの通路の場合であり、空気は、約40℃の温度において約28psigの入口圧力において供給される。約2.8mm〜4mmの内部直径を具備する通路の場合に、5秒〜7秒の期間で十分であろう。1mm〜1.8mmの内部直径を具備する通路の場合には、約15秒の期間で十分であろう。表面が絶対的な乾燥状態にあることを必要としない場合には、或いは、テフロン(登録商標)(ポリテトラフルオロエチレン)などのように表面が極端な疎水性を有する場合には、更に短い期間が可能である。細流又は液状体を補充することなしに、流れる気体によって細流又は液状体を通路の下流端部に単純に押し出すことにより、脱湿を支援することも可能であろう。脱湿及び乾燥の目的は、本発明に記述されているメカニズムによって最適な剥離力を実現することができるように表面を準備するということにある。3相接触ラインの通過の後に残る残留液体薄膜の厚さを汚染物質粒子の寸法未満にすることができるものと考えられる。ドライアウト及び脱湿は、統計的な分布によって表現可能であり、且つ、3相接触ラインの通過の後に毎回実現することは不可能であろう。但し、これは、本発明による高度な洗浄を実現するべく必要である。

0151

更には、内視鏡が水平以外の位置にある際に内視鏡を洗浄することも可能であろう。例えば、位置は、下向きの方向における流動を伴う垂直など、垂直であってもよいであろう。更にその他の向きも可能である。

0152

[界面活性剤を含む洗浄液体の組成]
これまで、本発明者らは、本洗浄方法の性能に影響を及ぼす物理的なパラメータ(気体及び液体流量、気体圧力、チャネル表面の疎水性など)と、これらのものを任意のチャンセル幅及び長さについて最適化する方法について説明した。しかしながら、液体洗浄媒体の実際の組成も、本洗浄プロセスの有効性に関して重要な役割を具備している。

0153

[界面活性剤]
1つ又は複数の界面活性剤を洗浄媒体中に含むことが望ましいであろう。界面活性剤の混合物が特に有用であることが判明した。但し、有用であるのは、界面活性剤の限られた種類のみである。図7a図7eにおけるように流動マッピングによって内視鏡チャネル内において試験した際に、多数の実験に基づいて、界面活性剤を3つの種類に分割することができた。

0154

種類Iの界面活性剤は、重量において0.05%の界面活性剤濃度においてさえも、細流液滴流動(RDF)、不連続なプラグ流動(DPF)、又は不連続なプラグ液滴流動(DPDF)という流動形態が十分に生成されることを妨げる湿潤液体薄膜を発泡を伴わないで生成することが観察された。これらの界面活性剤は、一般に、低HLB親水性−親油性バランス)を具備すると共に、水に対して不溶性である。アルキル基が線形又は分岐型のいくつかの非イオンアルキルエトキシレートであるPLURONIC(登録商標)、REVERSE PLURONIC(登録商標)、TETRONIC(登録商標)、及びREVERSE TETRONIC(登録商標)シリーズの中のいくつかのものが、この種類に属している。但し、驚いたことに、製造者のみが主張しているHLBは、例えば、テフロン(登録商標)などの疎水性チャネル上における湿潤薄膜の形成を予測するのに十分なものではなかった。但し、水に対する溶解性も非常に低い際には、通常、湿潤薄膜が生成された。HLBと水に対する溶解性の両方が、2相流動において湿潤薄膜を形成する界面活性剤の潜在性を決定するものと思われる。9.2未満のHLBと水に対する不溶性は、通常、30psiの空気圧力及び小さな液体流量において、液体組成の重量で約0.05%を上回る界面活性剤の濃度において、内視鏡の疎水性チャネルの表面全体を覆う湿潤薄膜の形成に結び付く。これらの界面活性剤は、流動の際にチャネルの壁上において3相接触ラインを具備する表面流動体を生成しないため、それ自体、本発明による洗浄に望ましいものではない。

0155

種類IIの界面活性剤は、重量で0.05%の低界面活性剤濃度においてさえも、RDF(及びDPDF)を妨げるチャネルの全体を通じた泡を形成する。これらの界面活性剤は、0.1%の濃度において、50mmを上回る初期Ross−Miles泡高さが計測される発泡潜在性を具備しており、且つ、チューブ全体(断面及び長さ)を充填する泡を生成することが判明した。Ross Miles泡試験は、界面活性剤の発泡潜在性に関する周知の尺度であり、且つ、J.Ross及びG.D.Milesによる「Am Soc for Testing Materials,Method」(D1173−53、Philadelphia PA、1953年)に記述されている。通常、発泡しないが、50〜55dynes/cmを大きく下回って表面張力を低下させることもないヒドロトロープを除いて、大部分の陰イオン系の界面活性剤が、この種類に属する傾向を有する。大部分の陽イオン性及び四級アンモニウム界面活性剤も、気体流動の存在下において狭いチャネル内に導入された際には、種類IIに属することが判明した。アルキルアルコールエトキシレートひまし油エトキシレート、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS/SLS)、アルキルフェニルスルホン酸塩、高Ross−Miles泡指数、9超過のHLB、及び25〜35dynes/cmという低表面張力を有するオクチル及びノニルフェノールエトキシレートは、この種類の例である。

0156

種類IIIの界面活性剤は、使用された際に、RDF及びDPDFの流動形態を個別に生成するものであり、且つ、本方法による洗浄及び剥離のための望ましい界面活性剤である。これらの界面活性剤は、通常、重量で0.05%以上の濃度において、液体断片を付与する。種類IIIの界面活性剤は、通常、50mm未満の、好ましくは、20mm未満の、且つ、更に好ましくは、5mm未満又はゼロに近い非常に小さなRoss−Miles指数泡高さを具備する。多くの界面活性剤は、最適なものの場合にも、多少の泡又は湿潤薄膜の形成に起因し、0.1%超の濃度において、RDF流動を生成するその能力を失う傾向を有する。

0157

界面活性剤及びRDF/DPDF流動形態との関係において、本発明者らの実験を通じた観察結果から、いくつかの一般的な結論を導出可能である。

0158

DRF/DPFのための適切な界面活性剤は、大部分が非イオン性の様々なアルコキシル化された界面活性剤である傾向を有するが、いくつかの低発泡陰イオン性界面活性剤も好適である。

0159

50dynes/cm超の表面張力を生成する界面活性剤は、チャネル壁上に乏しい液体断片を生成する傾向を有する。断片化のレベルは、水によるものよりも良好ではあるが、そのような界面活性剤は、小さなトリートメント数しか実現しない。それらは、通常、汚染した内視鏡において遭遇する有機質汚物可溶化すると共に取り除くための洗浄力を欠いている。こようなタイプの低表面活性を有する界面活性剤は、キシレンスルホン酸塩、ヘキシルスルホン酸塩、オクチルスルホン酸塩、及びエチルヘキシルスルホン酸塩、又はショートアルキルエトキシレート及びその他の類似の非イオン性又は陽イオン性剤などのヒドロトロープを含む。液体断片は、通常、楕円形状であり、且つ、そのトレーリング端部に線形液滴アレイを生成しない。前進及び後退接触角は、大きい(例えば、90度以上である)。

0160

30dyne/cm未満の表面張力を具備する界面活性剤、特に、低HLBを具備すると共に水に対して不溶性である界面活性剤は、疎水性チャネルの表面全体を覆う湿潤薄膜を生成する傾向を有し、30psigにおいて、約0.05〜約0.1%の濃度範囲の界面活性剤濃度において、並びに、RDF/DPDF流動に必要とされる一般的な液体流量において、ゼロ度の後退接触角が計測される(例を参照されたい)。全般的な湿潤状態が不可避であり、且つ、生成される流動マップは、大部分の液体流量において、全体的に「薄膜モード」にあると表現可能である。湿潤薄膜は、通常、チャネルの表面全体を覆っている。これらは、界面活性剤のその他の特性に応じて、泡と関連する場合もあり、或いは、そうでない場合もある。

0161

約50mm未満、好ましくは、0〜約5mmの小さなRoss−Miles泡高さを具備し、且つ、33〜50dynes/cmの平衡表面張力を具備する界面活性剤は、例2〜例7の流動形態マップに示されているように、RDF流動モードを実現可能である。但し、この種類のいくつかの界面活性剤は、特に、高濃度において使用された際、並びに、大きな気体又は液体流量において使用された際に、チャネル内に多少の泡を生成する傾向を有する。33〜47dynes/cm、特に、35〜45dynes/cmの表面張力を有する界面活性剤は、適切なRDFの形態を付与し、且つ、相対的に良好な洗浄性能を提供する。10〜17のHLBを有する単分散界面活性剤は、この界面活性剤の群を含む傾向を有する。表面張力が約30〜34dynes/cmである際に、チャネルの出口近傍に泡を形成可能である。

0162

本発明者らの実験の結果に関する以上の説明に基づいて、本発明の洗浄方法のための最適な流動形態を提供する液体洗浄媒体は、好ましくは、約33〜50dynes/cmの、好ましくは、約35〜約45dynes/cmの平衡表面張力を提供する濃度を有する1つ又は複数の界面活性剤を含む。これらの1つ又は複数の界面活性剤は、0.1%の界面活性剤濃度において、計測された際に50mmを下回る、好ましくは、20mmを下回る、更に好ましくは、5mmを下回る、そして、最も好ましくは、例えば、1mm未満などのゼロに近いRoss Miles泡高さを具備することにより、泡を生成する低い潜在性を具備することを要する。洗浄媒体は、計測された際に後退接触角がゼロ度を上回る湿潤薄膜をチャネル表面(チャネルの内部壁)上に形成するべきではない。好ましくは、界面活性剤は、水に対する溶解性を有し、且つ、約9.2を上回る、好ましくは、約10〜約14のHLBを具備している。

0163

本発明による洗浄媒体において使用される好適な界面活性剤は、BASF社から販売されているPLURONIC(登録商標)L43及びPLURONIC(登録商標)L62LF、及びreverse PLURONIC(登録商標)17R2、17R4、25R2、25R4、31R1などのポリエチレンオキシドポリプロピレンオキシドコポリマ、Air Products社から販売されている米国特許第6717019号に記述されているSURFYNOL(登録商標)465及び485などの「アセチレン系界面活性剤」と表記されるグリシジルエーテルキャップ型アセチレン系ジオールエトキシレート、Dow Chemical Company社から販売されているTERGITOL(登録商標)、MINFOAM 1X(登録商標)、及びMINFOAM 2X(登録商標)などのアルコールエトキシレート及びSurfonic T−15などのタロウアルコールエトキシレート、Air Products社から入手可能な米国特許第5972875号に記述されているAO−455及びAO−405などのアルコキシル化エーテルアルコキシル化エーテルアミンオキシド、及びDow Chemicals社からのDOFAX(登録商標)8390などのアルキルジフルオキシジスルホン酸塩を含む。更にその他の潜在的に好適な非イオン系界面活性剤は、それらが、表面張力、低発泡、及び非湿潤要件を満足することを条件として、エトキシル化アミド、エトキシル化カルボン酸、アルキル又は脂肪アルコールPEO−PPO界面活性剤、及びこれらに類似したものを含む。

0164

又、界面活性剤混合物も、洗浄媒体中において好適であり、且つ、いくつかのケースにおいて、RDF及びDPDF形態の提供において、個別の界面活性剤よりも良好に機能することが判明した。種類IIIに属する界面活性剤が好適であるが、種類I及び種類IIの界面活性剤も、特に、小さな割合で使用される際には、界面活性剤混合物中の成分の1つとして好適であろう。例えば、混合物は、混合物が溶解可能であると共に好適な範囲の平均HLBを具備するように、選択可能である。但し、混合物は、非湿潤薄膜基準特性及び非発泡基準を満足しなければならず、且つ、必要とされる範囲の表面張力を提供しなければならない。

0165

特に好適な界面活性剤混合物は、約0.06%の合計界面活性剤濃度を有するアセチレン系界面活性剤SURFYNOL(登録商標)485とアルコキシル化エーテルアミンオキシドAO−455の混合物である。この混合物は、予想外に、同一の濃度において使用された際に、混合物の個別のメンバと比べて、内視鏡チャネル内において非常に有効なRDFの形態を提供する。

0166

一般に、界面活性剤及びその他の任意選択の成分の濃度が、液体洗浄媒体の表面活性と湿潤及び発泡特性に対して影響を付与するという点に留意することが重要である。従って、例えば、1つの濃度において好適な界面活性剤は、その表面張力の低下が不十分である更に低い濃度においては、或いは、発泡又は湿潤(環状薄膜形成)特性が適切ではない更に高い濃度においては、好適ではないであろう。当業者であれば、本明細書に開示されている基本原理を理解することにより、洗浄のための最適な流動形態を実現するための界面活性剤濃度の最適化について十分に検討することができよう。

0167

[任意選択の洗浄成分
様々な任意選択の成分を本発明の液体洗浄媒体中に包含可能である。好適な任意選択の成分は、以下のものを含む。

0168

pH調節剤:洗浄媒体のpHは、一般に、8.0超過、好ましくは、約9.5〜11.5であり、且つ、更に好ましくは、10.0〜11.0であることを要する。好適なpH調節剤は、NaOH、KOH及びメタ珪酸ナトリウム炭酸ナトリウム、及びこれらに類似したものなどの水酸化アルカリを含む。

0169

ビルダ又は金属イオン封鎖剤:これらの材料は、水又は汚物中のカルシウム及びその他の二価又は多価の金属イオン複合体化する。好適なビルダ/金属イオン封鎖剤の例は、ナトリウムトリポリホスホスフェート(STP)又はテトラナトリウムピロホスフェート(TTPP)、又はこれらの混合物、EDTA又はその他の有機キレート化剤クエン酸塩を含むポリカルボン酸塩、及び低分子量のポリアクリレート及びアクリレートマレエートコポリマなどの複合リン酸塩を含む。いくつかの有機キレート化剤は、RDFモードの実現を妨げる可能性があり、従って、それぞれの候補は、例1に開示されている方法によって評価することを要することが判明した。

0170

曇り点消泡剤洗浄溶液は、組成中において使用される主要な界面活性剤の発泡を低減可能な更なる界面活性剤を包含可能である。例えば、PLURONIC(登録商標)L61又はL81などの低曇り点界面活性剤をわずかな濃度(例えば、0.01〜0.025%)だけ添加して発泡を低減可能である。後者の濃度は、RFDモードが維持され、且つ、表面流動体間の空間内に液体薄膜形成が生じないように、選択することを要する。

0171

分散剤:これらの材料は、静電気反発を促進し、且つ、剥離した汚染物質又はバクテリアのチャネル表面への堆積又は再付着を防止する。好適な分散剤は、例えば、Rohm and Haas社のACCUSOL(登録商標) 455N、460N、及び505N、BASF社のSOKALAN CP5又はCP7、及びメタクリル酸又は無水マレイン酸及びポリ硫酸塩又はスルホン酸塩の関係するコポリマなどのポリカルボン酸を含む。

0172

溶剤及びヒドロトロープ:これらの材料は、それらが、例1の方法によって評価された際に、本洗浄方法のための最適な流動形態の効率的な生成を妨げない限り、界面活性剤システムを相溶化するか又は汚物成分軟化又は可溶化を支援するべく使用可能である。好適なヒドロトロープは、例えば、キシレンスルフォネート及び低級アルキル硫酸を含む。好適な溶剤は、例えば、グリコールエーエルを含む。

0173

酸化剤:前述のように、好適な酸化剤は、過酢酸などの過酸、次亜塩素酸ナトリウム又はそのソース、及び過炭酸塩又は過硼酸塩などの過酸化水素又はそのソースを含む。

0174

洗浄液体への約300〜1000ppmの次亜塩素酸ナトリウムの添加は、例えば、テフロン(登録商標)などの疎水性の内視鏡チャネルからのフィブリノゲンの除去に有効であることが判明した。次亜塩素酸ナトリウムは、任意選択により、内視鏡の血液汚染から発生する合併症を回避するべく、洗浄組成中に添加可能である。

0175

防腐剤当技術分野において既知の防腐剤を利用し、洗浄組成の保存の際の有機物成長を防止可能である。

0176

方法の実際的な適用においては、使用の前に水で希釈される濃縮物(2倍〜20倍)として液体洗浄媒体を製造するのが便利である。濃縮物中の様々な成分を相溶化するべく、溶剤又はヒドロトロープが必要であろう。

0177

[トリートメント数]
摺動液状体又は細流との3相接触界面によって通路の内部表面にどれだけの「清掃」が発生するのかに関するなんらかの基準を生成するのが有用である。例えば、蛇行細流の横断方向速度に関する情報は限られている。この主題に関する理論的な情報が存在していないことから、高速写真撮影を利用した。

0178

例えば、時間的に近接して撮影された複数の写真画像から、複数の写真内の細流などの同一の摺動流動体を識別し、且つ、既知の時間インターバイルによって時間的に離隔した連続写真フレームにおいてその位置を相関させることができよう。この情報の組合せは、細流の横断方向速度などの蛇行の速度に関する情報や、その他のタイプの摺動流動体に関する類似の情報を提供可能である。そして、この知識を使用し、表面エリアが3相接触において湿潤−乾燥界面によって清掃されるレートを算出可能である。断片細流及び液滴アレイの場合などの蛇行細流以外の摺動液状体の場合にも、類似の情報を算出可能である。

0179

真の効果は、いずれも、チャネルの表面との接触状態にある蛇行細流、サブ細流、細流断片、線形液滴アレイ、及び様々なサイズの個別の液滴を含む様々な摺動液状体によるチャネルの内部表面の清掃である。これらの液状体のそれぞれのものは、関連する3相気体/液体/固体接触界面及びメニスカスを具備する。これらの表面流動体の摺動の全体的な効果は、複数の運動する3相接触界面及びメニスカスによるチャネル表面の清掃である。

0180

ある程度の重要性の基準は、摺動液状体の運動によって清掃される面積の量が通路の内側表面に等しいという状況であろう。この状況において、特定の地点の清掃に重複が存在していない場合には、通路の内部表面上のそれぞれの地点が、一回だけ清掃されることになり、且つ、従って、少なくとも1回の洗浄動作を経験することになろう。当然のことながら、本明細書に記述されているプロセスのランダムで統計的な特性を考慮した際には、いくつかの地点がまったく清掃されない状態において、いくつかのその他の地点が複数回にわたって摺動液状体の運動によって清掃される可能性もあろう。従って、トリートメント数が1を上回るように、洗浄が実行されることが望ましいであろう。まず、1を多少上回るトリートメント数を具備すれば、いくつかの地点が複数回にわたって清掃された場合にも、すべての個々の地点が少なくとも一回だけ清掃される可能性が高まることになろう。更には1を十分に上回るトリートメント数を具備すれば、大部分の地点又はすべての地点が複数回にわたって清掃される可能性を高くすることができよう。この結果、洗浄の品質が更に改善されることになろう。当然のことながら、摺動液状体による1回の清掃が汚染物質を除去するのに不十分である汚染物質も存在可能であろうが、複数回のこのような清掃は除去を実現することができよう。

0181

従って、例えば、洗浄は、洗浄が少なくとも5の、又は少なくとも10の、又は少なくとも25のトリートメント数を実現するように、実行可能であろう。

0182

長く且つ狭い内部通路からの蛋白質を含む有機物質及び有機質汚物の約5〜6の対数減少値を実現するように、十分な長さの時間にわたって、記述されている方法による洗浄が実行可能であろう。

0183

トリートメント数は、内視鏡チャネルの長さに沿って異なる場所において異なるものであってよい。又、トリートメント数は、内視鏡チャネルの特定の断面の周囲における異なる場所などの内視鏡チャネルの所与の断面においても局所的に異なることになろう。例えば、トリートメント数の最小値がすべての場所において実現され、且つ、更に大きな値がいくつか場所において実現されるように、洗浄条件を選択可能である。

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