Integração de sistema embarcado para controle e monitoramento em câmara de esterilização híbrida

Abstract

A esterilização de instrumentos é fundamental para garantir a segurança e eficácia dos procedimentos médicos, sendo um marco na medicina moderna, pois possibilitou o avanço da prática cirúrgica e o controle de infecções. O processo mais utilizado para essa finalidade é a autoclavagem, que utiliza vapor, temperatura e pressão para eliminar microorganismos. No entanto, embora amplamente empregada, a autoclavagem apresenta limitações, como tipo de insumos específicos para limpeza entre ciclos, requisitos de tempo e variações de temperatura, o que pode ser um empecilho para certos materiais e situações específicas. Essas restrições tornam o processo de esterilização mais complexo e demorado. Apesar dos avanços nas tecnologias de esterilização, ainda existe uma carência no desenvolvimento de soluções que otimizem o processo, permitindo maior flexibilidade e eficiência, sem comprometer a eficácia da esterilização. Este trabalho apresenta a concepção e desenvolvimento de um equipamento inovador, a Sunbox, projetado para otimizar o processo de esterilização e superar algumas limitações das autoclaves. A solução proposta utiliza uma combinação de radiação UV-C, temperaturas controladas e nanopartículas de prata, buscando maior eficiência e flexibilidade no processo. Esta solução proposta para o mercado médico é fruto do trabalho de pesquisa da empresa Alben para o desenvolvimento do produto Sunbox. As atividades descritas neste trabalho permeiam todo este desenvolvimento, mesmo com foco na parte de sistemas embarcados para controle e monitoramento, as etapas de desenvolvimento são relevantes para descrever a completude das atividades realizadas neste projeto no qual tem como finalidade o desenvolvimento, descrição e aprimoramento do equipamento. A Sunbox foi projetada para esterilizar instrumentos sem a necessidade de troca de insumos entre os ciclos de funcionamento, outra característica é a permissão da configuração do tempo (entre 2 a 30 minutos) sem aquecimento ou com variação de temperatura (variando de 50ºC a 70ºC). A eficácia do equipamento foi comprovada, com resultados positivos em testes, realizados pela EMBRAPA Recursos Genéticos e Biotecnologia, no Laboratório de Nanobiotecnologia (LNANO). Testes de temperatura foram realizados para a calibração dos sensores e ajustes do controle de temperatura realizado pelo microcontrolador, além de verificar o fluxo de calor na câmara interna do equipamento, assegurando assim que a variação de temperatura está dentro dos padrões estipulados pelos fabricantes dos dispositivos eletrônicos empregados no projeto. O desenvolvimento da Sunbox representa um avanço significativo na área de esterilização de instrumentos médicos, alinhando-se ao contexto moderno da medicina, que exige soluções mais rápidas, eficientes e flexíveis. Ao superar algumas limitações das autoclaves tradicionais, a Sunbox oferece uma solução inovadora que alia eficiência, flexibilidade e segurança, capaz de atender a uma ampla gama de materiais e requisitos de esterilização. Este trabalho contribui para a evolução dos processos de esterilização em espaços clínicos e hospitalares, contribuindo para a melhoria dos cuidados de saúde.

Abstract: Instrument sterilization is essential to ensure the safety and effectiveness of medical procedures. It is a milestone in modern medicine; it helps advance surgical practice and control infections. The most utilized process for this purpose is autoclaving, which presents limitations, such as the usage of specific external inputs and time and temperature variation requirements, that can be an obstacle for certain types of materials and specific situations. These restrictions make the process of sterilization more complex and time-consuming. Even with the advance of sterilization technologies, there is still a gap in developing new solutions that can optimize the process, allowing more flexibility and efficiency without compromising the sterilization effectiveness. This work shows the design and development of innovative Sunbox equipment. It is designed to improve the sterilization process and overcome some autoclave limitations. The proposed solution combines UV-C radiation, controlled temperatures, and silver nanoparticles to seek greater efficiency and flexibility. This proposed solution to the medical market is the result of research work done by the company Alben for the development of the product Sunbox. The activities described in this work permeate the entire development, even with a focus on embedded systems for control and monitoring, the development stages are relevant to describe the completeness of the activities carried out in this project which has the goal the development, description and enhancement of the equipment. The Sunbox was designed to sterilize devices and instruments without needing consumables between cycles of operation, another characteristic is the possibility to configure time of operation (between 2 to 30 minutes) all well as the temperature without heating or with temperature variation (ranging from 50ºC to 70ºC. The effectiveness of the equipment was proven by tests with positive results performed by EMPRAPA Genetic Resources and Biotechnology in the Nanobiotechnology Laboratory (LNANO). Temperature tests were performed for sensor calibration, and adjustments for the temperature controller were made in the microcontroller; also, the heat flow was verified in the internal chamber of the equipment to ensure that the temperature variation was within the stipulated standards by the electronic devices manufacturers used in this project. The development of the Sunbox represents a significant advance in the field of medical instrument sterilization, aligning with the modern context of medicine, which demands faster, more efficient, and flexible solutions. By overcoming the limitations of traditional autoclaves, the Sunbox offers an innovative solution that combines efficiency, flexibility, and safety, capable of meeting a wide range of materials and sterilization requirements. This work contributes to the evolution of sterilization processes in clinical and hospital settings, contributing to the improvement of healthcare.