การทำให้ปราศจากเชื้อแบบร้อนแห้งโดย Hot Air Oven

เรียบเรียง เอกดนัย กอกิมพงษ์

      การทำให้ปราศจากเชื้อด้วยความร้อน (Heat sterilization) เป็นวิธีการกำจัดเชื้อจุลินทรีย์โดยการใช้ความร้อน ซึ่งมี 2 แบบ คือ High-pressure sterilization และ Dry-heat sterilization โดยวิธีแรกใช้เครื่อง autoclave เป็นเครื่องมือในกระบวนการ ซึ่ง LAB.TODAY ได้เคยกล่าวถึงไปแล้ว (เล่ม 23, 24) ส่วน Dry-heat sterilization เป็นวิธีการทำให้ปราศจากเชื้อโดยใช้อากาศร้อน ซึ่งมีตู้อบลมร้อน (Hot Air Oven) เป็นเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการ การทำให้ปราศจากเชื้อโดยวิธีนี้จะใช้ความร้อนที่สูงกว่าวิธีแรก และใช้เวลานานกว่า มักใช้วิธีนี้ในการอบฆ่าเชื้อวัสดุหรืออุปกรณ์ที่มีความไวต่อความชื้น และวัสดุที่เป็นผง

บทนำ
        ตู้อบลมร้อนเป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับอบให้ความร้อนในกระบวนการทำให้ปราศจากเชื้อแบบแห้ง (Dry-heat sterilization) ตู้อบลมร้อนเป็นเครื่องมือที่มีลักษณะพิเศษไม่มากนัก โดยทั่วไปจะมีส่วนสำคัญเพียง ส่วนให้ความร้อน ตัวเป่าอากาศ ส่วนควบคุมอุณหภูมิ และหน้าปัดควบคุม โดยสามารถแบ่งตู้อบลมร้อนได้เป็น 2 ประเภทตามลักษณะการหมุนเวียนอากาศ โดยอากาศที่หมุนเวียนภายในห้องอบจะเป็นตัวนำความร้อนในกระบวนการ
ทำให้ปราศจากเชื้อ ซึ่งความร้อนนี้จะถูกดูดซับที่ผิวนอกของวัสดุทั่วทั้งชิ้น อุณหภูมิที่ใช้จะอยู่ในช่วง 121-170 องศาเซลเซียส และใช้เวลาอบประมาณ 60-180 นาที (บางครั้งอาจใช้เวลานานถึงข้ามคืน) และเนื่องจากความร้อนที่ใช้นี้ค่อนข้างสูง วัสดุที่
นำมาอบฆ่าเชื้อจึงควรทนความร้อนสูงได้

การทำให้ปราศจากเชื้อโดยใช้ความร้อนแห้ง
        การใช้ความร้อนแห้งเป็นวิธีการที่ใช้เพื่อกำจัดเชื้อจุลินทรีย์บนอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ชนิดต่างๆ โดยอุปกรณ์เหล่านี้จะต้องสามารถทนต่อความร้อนสูงเป็นระยะเวลานานๆได้ วิธีนี้ต่างจากการทำให้ปราศจากเชื้อโดยการใช้ไอน้ำ คือ วิธีใช้ไอน้ำจะใช้ไอน้ำเป็นตัวนำความร้อนร่วมกับการใช้แรงดันสูงในการทำให้ปราศจากเชื้อ(อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียส ความดัน 15 ปอนด์/ตารางนิ้ว) ในขณะที่วิธีนี้จะใช้เพียงอากาศร้อนที่มีอุณหภูมิสูงมากๆเป็นตัวนำความร้อนเพียงอย่างเดียว ทำให้ใช้เวลาในการทำให้ปราศจากเชื้อนานกว่าการทำให้ปราศจากเชื้อโดยใช้ความร้อนแห้ง เริ่มโดยเมื่อตัวให้กำเนิดความร้อน (อาจอยู่ใต้พื้น หรือหลังหนังห้องอบ) มีอุณหภูมิสูงขึ้น จะทำให้อากาศที่อยู่รอบๆมีอุณหภูมิสูงขึ้นและจะทำให้สภาวะภายในห้องอบร้อนขึ้นตามไปด้วยผิวภายนอกของวัสดุที่นำมาอบจะดูดซับความร้อนที่เกิดขึ้นนี้ จนกระทั่งมีอุณหภูมิเท่ากันทั่วทั้งชิ้นเมื่ออุณหภูมิภายในห้องอบมีค่าถึงที่กำหนดโปรตีนภายในเซลล์ของจุลินทรีย์จะถูกทำลายซึ่งจะทำให้จุลินทรีย์ไม่สามารถมีชีวิตอยู่ต่อไปได้ และจะทำให้สภาวะภายในห้องอบกลายเป็นสภาวะปลอดเชื้อในที่สุด สภาวะมาตรฐานสำหรับการฆ่าเชื้อแบบร้อนแห้งอุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในกระบวนการทำให้ปราศจากเชื้อแบบร้อนแห้งตามมาตรฐาน APIC 2002 มีดังนี้

       ข้อควรจำ-เวลาที่ใช้ในแต่ละกระบวนการ จะเริ่มนับเมื่ออุณหภูมิถึงสภาวะที่กำหนดไปจนกระทั่งครบกำหนดเวลา โดยที่ไม่รวมเวลาที่ใช้ในการเตรียมห้องอบ และเวลาที่ใช้ในการลดอุณหภูมิ

Hot Air Oven
        ตู้อบลมร้อน (Hot Air Oven) เป็นเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการทำให้ปราศจากเชื้อแบบร้อนแห้ง มีลักษณะคล้ายกับตู้บ่มทั้งรูปร่างภายนอกและภายใน ต่างกันตรงที่ตู้อบลมร้อนจะมีวิธีการให้กำเนิดความร้อนแบบเดียว คือให้ความร้อนจากด้านใต้หรือผนังห้องบ่ม (เปรียบได้กับตู้บ่มชนิด Dry wall) ตู้อบลมร้อนสามารถแบ่งประเภทได้ตามลักษณะการหมุนเวียนของอากาศภายในห้องบ่มได้เป็น 2 ชนิด คือ

Gravity convection oven
        วิธีให้ความร้อนแบบ gravity convection เป็นวิธีให้ความร้อนแบบพื้นฐานที่นิยมใช้ในตู้อบทั่วไป หลักการของวิธีนี้คือ เมื่ออากาศมีอุณหภูมิสูงขึ้น (ร้อนขึ้น) จะทำให้อากาศลอยตัวขึ้นสู่ด้านบน และเมื่ออากาศเย็นลงก็จะลดตัวลงกลับมาด้านล่าง แล้วจะหมุนเวียนกลับขึ้นไปใหม่เมื่อได้รับความร้อนอีกครั้ง ตูอ้ บลมรอ้ นชนิดนี้เหมาะกับการให้ความร้อนกับวัสดุทั่วไปสารที่มีลักษณะเป็นผงและวัสดุที่ไม่ต้องการการรบกวนจากการไหลเวียนของอากาศตู้อบลมร้อนประเภทนี้อาจไม่สามารถทำให้อุณหภูมิภายในห้องอบเป็นหนึ่งเดียวกันได้ทั้งหมดและมีความแม่นยำของอุณหภูมิต่ำกว่าตู้อบลมร้อนอีกแบบหนึ่ง แต่จะมีราคาถูกกว่า และดูแลรักษาง่ายกว่า

Force circulation oven
        ตู้อบชนิดนี้นอกจากจะมีตัวให้กำเนิดความร้อนแล้ว ยังมีพัดลมหรือตัวเป่าอากาศ (blower) เพื่อใช้สำหรับช่วยในการหมุนเวียนของอากาศภายในห้องอบ โดยการหมุนเวียนของอากาศนั้นจะมีทั้งแบบอากาศไหลในแนวราบ (horizontal air flow) และแบบอากาศไหลเวียนในแนวดิ่ง (vertical air flow) ทำให้ตู้อบชนิดนี้สามารถทำให้สภาวะภายในห้องอบเป็นหนึ่งเดียวกันได้ดีกว่า จึงมีความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิของห้องอบมากกว่าตู้อบ ประเภท gravity convection
(แต่อาจเกิดแรงดันขึ้นเล็กน้อยบริเวณช่องทางผ่านของอากาศบริเวณผนังตู้อบ) ตู้อบชนิดนี้สามารถอบให้ความร้อนกับวัสดุได้หลายชนิด ยกเว้นวัสดุประเภทผง และวัสดุที่มีความไวต่ออากาศ

เทคโนโลยีของตู้อบลมร้อนในปัจจุบัน
Dual blower system
        ระบบนี้ใช้เพื่อป้องกันความร้อนให้กับมอเตอร์และช่วยลดเวลาที่ใช้ในการลดอุณหภูมิ โดยระบบนี้จะมีตัวเป่าอากาศ (blower) 2 ตัว โดยที่ตัวที่ 1 ใช้เพื่อลดความร้อนให้กับจากมอเตอร์และbearing ขณะที่อีกตัวหนึ่งใช้ในการหมุนเวียนของอากาศร้อน
ภายในห้องอบ ซึ่ง blower ทั้ง 2 ตัวนี้ จะช่วยให้มอเตอร์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและใช้งานได้เป็นระยะเวลานานขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์ได้ด้วย

2 Layers insulation
       เทคโนโลยีนี้เป็นการใช้ฉนวนกันความร้อน 2 ชั้น ซึ่งมีความหนารวมถึง 3-1/2 นิ้ว ภายในผนังของตู้อบทั้ง 5 ด้าน (บน ล่าง ซ้าย ขวา และด้านหลัง) เพื่อให้ความร้อนภายในตู้อบไม่สูญเสียออกสู่ภายนอก และยังช่วยให้เวลาที่ใช้ในการเตรียมตู้อบให้ถึงอุณหภูมิ
ที่กำหนดลดลง รวมทั้งประตูที่ถูกออกแบบมาให้สามารถปิดตู้ได้อย่างแน่นหนา จึงช่วยให้มั่นใจได้ว่าสภาวะภายในห้องอบจะอยู่ในสภาวะเดียวกันตลอดช่วงเวลาทำงาน

Powder Coat Paint Finish
        เทคโนโลยีนี้เป็นการใช้ผงเคลือบในการเคลือบผิวภายในของตู้อบ โดยในขั้นตอนการผลิตนั้นจะทำการเคลือบผิวของผนังด้านในตู้อบด้วยสารเคลือบแล้วจึงนำไปอบที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานเพื่อให้ผิวเคลือบนั้นแข็งและไม่มีรอยแตก ทำให้ผนังตู้อบที่เคลือบ
ด้วยวิธีนี้ สามารถทำงานในสภาวะที่ใช้อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานๆได้ โดยที่ไม่เกิดความเสียหาย เช่น การแตกหรือการโก่งงอ นอกจากนี้ สารเคลือบยังช่วยป้องกันการเกิดสนิมและการกัดกร่อน ทำให้ดูแลรักษาทำความสะอาดได้ง่ายอีกด้วย
การดูแลรักษาตู้อบลมร้อนตู้อบลมร้อนเป็นเครื่องมือที่ดูแลรักษาค่อนข้างง่าย และไม่จำเป็นต้องทำบ่อยนัก โดยการทำความสะอาดสามารถทำได้โดยใช้ผ้าชุบน้ำบิดหมาดๆเช็ดบริเวณผิวด้านนอก ส่วนผิวด้านในสามารถใช้น้ำปิดหมาดๆเพื่อทำความสะอาดได้เช่นกันแต่ผ้าที่เช็ดภายในควรแห้งกว่าผ้าที่เช็ดภายนอกหรืออาจใช้ผ้าแห้งเช็ดทำความสะอาดก็เพียงพอแล้ว ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความชื้นขึ้นภายในห้องอบ และไม่ควรใช้สารละลายอินทรีย์ในการทำความสะอาด

Garvity convection oven

Force circulation oven

การใช้ประโยชน์ตู้อบลมร้อน
        ประโยชน์หลักของตู้อบลมร้อนคือ การใช้เป็นเครื่องมือสำหรับการอบฆ่าเชื้อวัสดุและอุปกรณ์ชนิดต่างๆ ที่ไม่สามารถกำจัดเชื้อด้วยวิธีการใช้ไอน้ำร้อนแรงดันสูงได้ โดยใช้การอบที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานเพื่อทำให้ปราศจากเชื้อ นอกจากนี้ตู้อบลมร้อน ยังสามารถใช้เป็นตู้อบแห้ง โดยใช้ความร้อนไม่มากก็ได้ เช่น การอบหาน้ำหนักแห้ง หรืออบแห้งวัสดุที่มีความชื้น (แต่ไม่ควรให้วัสดุที่นำมาอบมีความชื้นมากเกินไป)

สรุป
        การทำให้ปราศจากเชื้อโดยวิธีใช้ความร้อนแห้ง เป็นวิธีที่เหมาะกับวัสดุประเภทโลหะ วัสดุที่เป็นผง และวัสดุที่ไวต่อความชื้น โดยมีตู้อบลมร้อนเป็นเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการ ซึ่งการใช้งานตู้อบก็ควรใช้อย่างระมัดระวัง เพราะตู้อบเป็นเครื่องมือที่ให้ความร้อนสูง หากใช้งานไม่ระวังก็อาจเกิดอันตรายได้ และควรใช้ความร้อนให้เหมาะสมกับชนิดของวัสดุที่นำมาอบแห้งเพื่อป้องกันความเสียหายและควรบำรุงรักษาตู้อบอยู่อย่างสม่ำเสมอ เพื่อยืดอายุการใช้งานและเพื่อให้ตู้อบสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เอกสารอ้างอิง
1. Shellab oven brochure, Sheldon Manufacturing Inc
2. Installation, Operation & Maintenance Instructions, General Purpose Ovens (GP models), Carbolite?
3. Guide for selecting the right temperature control product for your needs, Yamato Scientific America
4. http://www.reproline.jhu.edu/english/4morerh/4ip/IP_manual/11_Sterilization.pdf
5. http://www.answers.com/topic/sterilization-microbiology

LAB.TODAY
บทความบางส่วนติดตามได้ในเล่ม
เว็บไซต์ที่เกี่ยวข้อง www.vertichrom.com, www.ligandsci.com