BR112013023166B1

BR112013023166B1 - sistema e método de esterilizar um objeto

Info

Publication number: BR112013023166B1
Application number: BR112013023166A
Authority: BR
Inventors: L Jensen Jeanette; M Keener Kevin
Original assignee: Purdue Research Foundation
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2019-10-22
Also published as: EP2683416A2; US20150273094A1; US8961894B2; WO2012125435A3; EP2683416B1; CN103547293B; WO2012125435A2; CN105711965B; AU2012229363B2; AU2012229363A1; BR112013023166A2; CN103547293A; MX2013010445A; CN105711965A; US9750833B2; EP2683416A4; CA2829704A1; CA2829704C; US20140044595A1; US20160339129A1

Abstract

sistema e método de esterilizar um objeto a presente invenção refere-se a um aparelho e método de produzir um plasma de não equilíbrio atmosférico (anep), que é descrito em um recipiente (100) selado tendo um gás de processamento selecionado e um objeto a ser tratado (200). uma variedade de misturas de gás de processamento incluindo ar, o2, n2, co2, he e ar, em combinação com uma faixa de gradientes de ionização, tensões e comprimento de coluna de aneps foi investigada para estabelecer faixas eficazes das variáveis usando a esterilização de uma amostra como uma medida de eficácia. certas combinações de gás de processamento, gradiente de tensão, tensão e comprimento de colunade anep foram constatadas ter maior eficácia. a abordagem pode ser usada para produtos de alimentação, equipamento médico, ou outros objetos (200) onde tratamento com atmosferas de gás reativo é eficaz.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA E MÉTODO DE ESTERILIZAR UM OBJETO”.

[001] O presente pedido reivindica prioridade a pedido provisório US No. 61/451.975, depositado em 11 de Março de 2011, que está incorporado aqui por referência, e é uma continuação em parte de pedido US 12/861.106, depositado em 23 de Agosto de 2010, que está incorporado aqui por referência e que é uma continuação em parte de pedido US No.: 12/726.097, (não abandonado), depositado em 17 de Março de 2010 que reivindica prioridade a pedido provisório US No.: 61/306.774, depositado em 22 de fevereiro de 2010, e pedido provisório US No.; 61/162.785, depositado em 24 de Março de 2009, cada dos quais está incorporado aqui por referência.

CAMPO TÉCNICO [002] O presente pedido refere-se a um aparelho e método para tratar produtos empacotados para reduzir contaminação indesejável de vírus, bactérias, levedura e mofo, incluindo esporos e toxinas, ou para outro tratamento usando uma atmosfera de gás reativo.

ANTECEDENTE [003] Descontaminação biológica e esterilização de superfície são cruciais ao longo da sociedade: em aplicações militares tal como a descontaminação de equipamento e instalações expostas a agentes mortalmente biológicos, ou em uma ampla disposição de aplicações civis incluindo aplicações médicas, produção de alimento e bens de consumo. Química, calor, feixes de elétron de alta energia, sistemas de irradiação de raios X ou raios gama são presentemente usados em tratamentos comerciais; entretanto, utilização destes sistemas pode não ser prática devido ao custo, eficiência, imobilidade, exigências de energia elétrica, resíduo tóxico, risco pessoal e o tempo requerido para descontaminar itens.

[004] Durante a última década, pesquisa considerável foi

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2/34 conduzida usando plasmas atmosféricos como um método de descontaminação de superfícies. Plasmas atmosféricos têm a capacidade de gerar perfis radiolíticos sem igual. A pesquisa mostrou que contaminantes biológicos expostos a plasmas atmosféricos podem ser esterilizados em segundos a minutos. Plasmas atmosféricos são bastante fáceis de produzir; e, o equipamento necessário é relativamente barato. Não há desperdício perigoso e os subprodutos gasosos podem ser localmente controlados. Até agora, utilização de plasmas atmosféricos foi através de câmaras seladas e jatos.

[005] Plasma atmosférico, sem equilíbrio (ANEP) é um exemplo de um método de processamento não térmico. Há uma ampla variância na terminologia para o processo para produzir um tal plasma. Na literatura, uma variedade de terminologia é usada para descrever o fenômeno incluindo descarga de brilho atmosférico, descarga de barreira de superfície (SBD), descarga de barreira dielétrica (DBD), Descarga de Barreira Dielétrica Simples (SDBD) e Processo de Química de Plasma de Superfície (SPCP). Para conveniência aqui, a termo descarga de barreira dielétrica (DBD) é usado, sem pretender excluir qualquer dos mecanismos de geração de plasma de ANEP implícito escolhendo-se uma terminologia específica para descrição da técnica aqui.

[006] FIG. 1 mostra exemplos simplificados de configurações de DBD que podem ser usados para produzir um ANEP em um ambiente de ar ambiente. Um gerador de alta tensão 10 aplica um potencial de corrente alternada em um par de placas metálicas 20, 30, espaçados um do outro para formar uma região 50 em que um objetivo pode ser colocado. Pelo menos uma camada dielétrica 40 está disposta entre uma primeira placa 20 e a segunda placa 30. Desta maneira, o efeito da camada dielétrica é limitar a corrente de qualquer descarga filamentar que é formada entre a placa 20, 30 para prevenir a formação de um arco de alta corrente. A descarga na região 50 é desse modo limitada em

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3/34 energia e resulta em um ANEP onde variedade de espécies reativas pode ser formadas a partir do gás (He, O2, N2, CO2 e vapor de água) e/ou interação com o produto empacotado. FIG. 1A mostra uma configuração com uma camada dielétrica 40 posta contra um eletrodo 20. FIG. 1B mostra um exemplo onde uma placa dielétrica 40 é posta contra um eletrodo 20 e outra placa dielétrica 60 é posta contra um segundo eletrodo 30. O acúmulo de carga nas placas pode ser usado juntamente com a forma de onda de tensão para calcular o consumo de energia pode ser medido determinando-se a tensão desenvolvida através de um capacitor convencional 75. FIG. 1C ilustra uma situação onde uma camada dielétrica simples 50 está disposta entre os eletrodos 20, 30, de forma que há duas regiões 50 em que um ANEP pode ser produzido.

[007] Como a possibilidade de um arco formar diretamente entre as placas 20,30 existem, vias aéreas em torno do dielétrico, pelo menos um eletrodo é frequentemente completamente incluído em um material isolante; e, o eletrodo exposto pode ser fundamentado. O material isolante pode ser o mesmo material como usado para o dielétrico 40, 60; entretanto, os dois materiais podem ter propriedades diferente. Por exemplo, a placa dielétrica pode ser quartzo e o material isolante pode ser um material moldável.

SUMÁRIO [008] Um sistema para tratar um objeto é descrito, incluindo um aparelho configurado para criar um plasma sem equilíbrio atmosférico (ANEP) usando um gás de processamento em um tamanho de volume de armazenamento fechado e dimensionado para conter um objeto a ser tratado. O gradiente de tensão aplicada ao gás de processamento talvez maior do que cerca de 1,4 vezes um gradiente de tensão de ionização do gás de processamento.

[009] Em um aspecto o comprimento de coluna de ANEP é maior

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4/34 do que cerca de 2,0 cm. Em outro aspecto, a tensão aplicada a eletrodos do aparelho pode ser maior do que cerca de 50 kV RMS.

[0010] O gás de processamento pode ser selecionado a partir de ar, 02, N2, CO2, He, Ar, ou uma combinação destes gases, dependendo do objeto específico a ser tratado. O objeto pode estar disposto dentro ou fora da coluna de ANEP.

[0011] Esta tecnologia gera espécies de gás reativas em um pacote selado. Se o pacote é designado de uma película de baixa permeabilidade em seguida minutos a horas de tempo de contato entre o gás reativo gerado e o objeto pode ser realizado, resultando em reduções muito grandes em espécies microbianas patológicas. A técnica pode da mesma forma ser usada para tratar objetivos onde o efeito desejado é uma reação das espécies ionizadas com contaminantes de superfície ou com a superfície.

[0012] Muitos materiais de empacotamento comuns, usados como o pacote, trabalham bem com esta tecnologia incluindo: LDPE, HDPE, PP, PET, papelão, Papel pardo, TYVEK (fibras de polietileno de alta densidade) e vidro.

[0013] Um método de tratar um objeto é descrito incluindo as etapas de: fornecer um dispositivo de descarga de barreira dielétrica (DBD); fornecendo um pacote adequado para substancialmente completamente incluir o objeto; inserindo o objeto no pacote; carregando o pacote de um gás de processamento em pressão substancialmente atmosférica; dispondo uma porção do pacote com respeito ao dispositivo de DBD tal que espécies reativas são produzidas no pacote pelo aparelho de DBD; e, ativando o dispositivo de DBD durante um primeiro período de tempo aplicando-se um gradiente de tensão.

[0014] O gradiente de tensão aplicado ao dispositivo de DBD é maior do que aproximadamente 1,4 vezes um gradiente de tensão de

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5/34 ionização do gás de processamento. Em um primeiro aspecto, período de tempo pode ser menor do que cerca de 15 segundos. Em outro aspecto, o primeiro período de tempo pode ser menor do que cerca de 60 segundos. O objeto pode ser retido no volume de tratamento durante um segundo período de tempo para permitir para as espécies reativas geradas interagir com o objeto a ser tratado.

[0015] Em um aspecto o recipiente pode ser manipulado para fornecer ainda mais aplicação das espécies reativas ao objeto a ser tratado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0016] FIG. 1 (técnica anterior) mostra (A) um aparelho de DBD tendo uma barreira dielétrica simples; (B) um aparelho de DBD tendo duas barreiras dielétricas e um capacitor auxiliar para medir a carga de DBD; e, (C) um aparelho de DBD com o dielétrico disposto entre duas placas de condução;

[0017] FIG. 2 mostra (A) uma porção de um aparelho de DBD onde um recipiente tendo um objeto a ser tratado disposto entre as placas do aparelho; (B), uma porção de um aparelho de DBD onde um recipiente tendo um objeto a ser tratado está disposto entre as placas do aparelho, tal que o objeto a ser tratado não está disposto entre as placas do aparelho; e, (C) uma vista de cima de uma porção do aparelho da FIG. 2A;

[0018] FIG. 3 mostra dados para concentrações de gás geradas usando o Sistema de Ionização PK-1 DBD (13.5 kV RMS);

[0019] FIG. 4 mostra dados para concentrações de gás geradas usando Sistema de Ionização PK-2 DBD (80 kV RMS);

[0020] FIG. 5 mostra dados para reduções de esporo resultando no tratamento pelo uso de Sistema de Ionização PK-1 DBD (13.5 kV RMS); e [0021] FIG. 6 mostra dados para reduções de esporo gerados

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6/34 usando Sistema de lonização PK-2 DBD (80 kV RMS).

DESCRIÇÃO [0022] Modalidades exemplares podem ser melhor entendidas com referência aos desenhos. Como elementos numerados nos mesmos ou diferentes desenhos realizam funções equivalentes.

[0023] No interesse de claridade, nem todas as características rotineiras dos exemplos aqui são descritas. Será claro apreciado que que no desenvolvimento de qualquer tal implementação atual, numerosas decisões específicas de implementação devem ser tomadas para obter metas específicas de um fomentador, tal como consideração de constrangimentos relacionados a sistema, reguladores e empresariais. Estas metas variarão de uma implementação para outra. [0024] Plasmas frios de pressão atmosférica se mostraram eficazes reduzindo-se ou eliminando-se contaminação bacteriana de superfície de amostras de alimento. O termo plasma frio é significado descrever uma descarga de plasma, que pode ser um plasma semequilíbrio, ocorrendo em uma pressão de cerca de uma-atmosfera e próxima a temperatura ambiente (ANEP). Isto é para distinguir o plasma de ANEP de uma descarga de plasma térmica operando em uma temperatura de gás de volume de centenas ou milhares de graus acima da temperatura ambiente. Em um plasma frio em pressão atmosférica os elétrons podem ter uma temperatura significativamente mais alta que o íon e espécies neutras; entretanto, a temperatura de volume do gás de processamento não é significativamente aumentada com respeito à temperatura ambiente Neste contexto, o termo resfriado não deveria ser interpretado para exigir refrigeração ou outro resfriamento para realizar a descontaminação ou funções de tratamento descritas aqui; entretanto, isto não exclui o tratamento ou o subsequente armazenamento do objeto tratado em uma temperatura apropriada que pode incluir refrigeração ou resfriamento. Mantendo o gás em uma

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7/34 temperatura próxima da ambiente pode contribuir para evitar dano por calor ao objeto sendo tratado.

[0025] Uma técnica de criar um plasma sem equilíbrio atmosférico é aplicar uma alta tensão ao volume a ser ionizado, enquanto inibindo a transição de uma descarga de brilho para uma descarga de arco limitando-se a corrente atual. Isto pode ser feito, por exemplo, revestindo-se pelo menos um dos eletrodos do aparelho com uma camada dielétrica; camadas resistivas foram da mesma forma usadas. A corrente de descarga é autolimitada por construção de carga na superfície dielétrica. Tipicamente, a frequência de tensão de excitação está na faixa de kHz, porém pode variar de frequências de linha de energia em frequências de rádio. Os dados experimentais apresentados aqui usaram uma frequência de 60Hz devido à disponibilidade de transformadores de alta tensão, cuja tensão de saída podería ser facilmente ajustada controlando-se a tensão de entrada do mesmo com um transformador de alta tensão.

[0026] Descargas de barreira dielétrica (DBD) são um tipo de descargas gasosas de alta tensão de corrente alternada que podem ser formadas em um ambiente de pressão nominalmente atmosférico. A presença de uma camada dielétrica entre os eletrodos previne a carga gerada no gás pela descarga de alcançar pelo menos uma das superfícies de eletrodo de condução. Frequentemente a camada dielétrica é aplicada a ambos os eletrodos. Dentro de cada meio-ciclo da onda de tensão de condução, quando o gradiente de tensão aplicado através do gás excede aquele requerido para interrupção, a formação de filamentos de descarga ionizados estreitos inicia a condução de elétrons para o eletrodo mais positivo, e íons para o eletrodo mais negativo, embora a mobilidade dos elétrons é maior do que aquela dos íons. Uma carga elétrica acumula na(s) camada(s) dielétrica(s) na(s) extremidade(s) de cada filamento ionizado; e, a gota de tensão através

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8/34 do filamento ionizado reduz até que a tensão caia abaixo do nível de sustentação de descarga, de forma que a descarga é extinguida. A duração da descarga filamentosa é acreditada ser bastante curta: da ordem de 100 nanosegundos ou menos. Entretanto, as espécies reativas resultantes podem ter uma vida significativamente mais longa. A mobilidade de baixa carga ao longo da superfície do dielétrico da mesma forma limita a região lateral sobre a qual a tensão de abertura é diminuída, de forma que uma pluralidade de filamentos pode formar em proximidade íntima um ao outro.

[0027] Produção de ozônio e outras espécies reativas em um DBD ocorre entre os dois eletrodos quando operados em uma tensão particular, frequência, e geometria. Em ar, misturas de 02 e N2, ou 02 apenas, espécies de oxigênio reativas são geradas que reagem entre si bem como moléculas de oxigênio resultando na formação de ozônio. Outras espécies reativas são criadas quando N2, ou outros gases tal como CO2, H2O ou Cl estão presentes. As espécies mais oxidativas em ar e gás oxigênio incluem ozônio (O3), oxigênio singleto (O ou O ), superóxido (02 ), peróxido (O2 ² ou H2O2), e radicais de hidroxila (OH). A maioria destas espécies tem meia-vida muito curta (na faixa de milissegundos); entretanto, ozônio tem uma meia-vida mais longa variando de minutos a dias dependendo das condições. Os efeitos de ozônio gasoso em alimentos foram previamente estudados com resultados promissores e ozônio foi mostrado para ser mais eficiente em concentrações mais baixas e tempos de tratamento do que sanitizantes mais padrões, incluindo cloro. Presentemente, o uso de ozônio foi limitado ao tratamento de produtos não empacotados.

[0028] A eficácia do sistema e método descritos aqui é devido a uma extensão na capacidade de gerar espécies de gás reativas em um pacote selado. Se o pacote é fabricado de uma película de baixa permeabilidade, em seguida minutos a horas de tempo de contato entre

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9/34 as espécies de gás reativas e as bactérias podem ser percebidas, resultando em reduções muito grandes em populações microbianas. Sobre a duração do tempo de armazenamento, o ozônio e óxidos de nitrogênio no pacote converterá outra vez a oxigênio simples e moléculas de nitrogênio; e ao alcançar um destino final (por exemplo, supermercado ou loja de suprimentos médicos), as espécies de gás reativas no pacote terão sido convertidas outra vez em composição de gás original (ar ou atmosfera modificada).

[0029] Em particular, o objeto a ser tratado pode ser incluído em um recipiente selado ou substancialmente selado. A necessidade de recipiente não será hermética a menos que o nível de desconta mi nação desejado seja tal que contaminação subsequente de outra fonte será evitada. Recipientes de baixa permeabilidade podem reter espécies reativas duradouras, que podem estender o tempo de tratamento eficaz e melhorar os resultados de descontaminação resultantes. Recipientes não herméticos podem ser usados em aplicações onde recontaminação subsequente da amostra é prevenida pelas características do empacotamento. Recipientes não herméticos podem ser até certo ponto permeáveis a ar, e aos outros gases constituintes ou os radicais ou espécies reativas produzidas pelo ANEP. Isto é, o empacotamento pode ser poroso a gases, porém impede resíduo ou material patogênico de entrar no pacote. A composição do recipiente pode ser um plástico tal como TYGON, polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de alta densidade (HDP), polipropileno (PP), teraftalato de polietileno (PET), TYVEK, ou poliestireno; entretanto, vários outros materiais substancialmente dielétricos podem ser usados, incluindo, vidro, cera, papelão, papel, folha, cascas de ovo, materiais dielétricos constantes baixos, ou similar. A folha pode ser um plástico tendo um revestimento metálico fino. Isto pode permitir o tratamento de objetos armazenados em um pacote de folha, ou tendo um forro da

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10/34 folha.

[0030] Um aparelho para tratar uma amostra é mostrado na FIG. 2. Um objeto a ser tratado 200 é colocado em um recipiente dielétrico substancialmente fechado ou pacote 100. O recipiente pode ser rígido ou flexível e pode ser selado por um fechamento de ZIPLOC, por calor, por um tampão de ajuste íntimo, ou qualquer outro mecanismo que tem um efeito similar. O recipiente deveria ter uma capacidade de substancialmente reter as espécies reativas que são o resíduo do plasma de ANEP gerado durante um período de tempo que é suficiente para um processo de tratamento particular. O gás de processamento, que pode ser ar ou uma mistura de empacotamento de atmosfera modificada (MA), pode ser introduzido no recipiente 100 antes do tratamento. O recipiente 100 pode ser purgado antes de carregar com o gás de processamento para controlar a mistura de gás resultante. O recipiente pode ser selado permanentemente ou temporariamente antes do tratamento.

[0031] Uma região dentro do recipiente é selecionada onde um ANEP pode ser gerado. Esta pode ser uma região formada específica de um recipiente semirrígido ou rígido, ou pode ser formado por manipulação de um recipiente flexível onde a pressão de gás concede ao recipiente uma forma deformável. Em recipientes rígidos, a pressão de gás pode ser menor do que uma atmosfera, enquanto a pressão de gás em um recipiente flexível é uma atmosfera ou maior. Isto não exclui situações, por exemplo, onde empacotamento a vácuo é usado, e um gás de processamento pode ser introduzido com a finalidade de tratamento.

[0032] FIG. 2A ilustra uma situação onde o objeto sendo tratado está disposto entre as placas do aparelho, enquanto FIG. 2B ilustra a situação onde o objeto sendo tratado está disposto de forma que uma espessura pequena da bolsa de armazenamento tendo uma abertura

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11/34 entre as superfícies opostas está disposto entre as placas do aparelho. Para a situação da FIG. 2B, o ANEP é criado dentro de uma porção do recipiente de armazenamento; entretanto, o objeto a ser tratado pode não ser diretamente exposto ao ANEP ativo (configuração fora do campo). Pelo contrário, as espécies reativas residuais podem ser difundidas ou circuladas dentro do volume de recipiente tendo o objeto a ser tratado. Esta configuração pode reduzir a tensão necessária para estabelecer o ANEP como a distância entre os eletrodos pode ser reduzida comparada com as espessuras do objeto. Além disso, onde a terminação dos filamentos de plasma no próprio objeto pode ser indesejável, que situação é prevenida.

[0033] Em contraste, a disposição da FIG. 2A dispõem o objeto a ser tratado entre os eletrodos; e o próprio objeto pode se comportar como um dielétrico, similar aquele usado em um ou mais dos eletrodos. Nesta circunstância, os filamentos criando o ANEP podem estender a partir do eletrodo, ou a barreira dielétrica em um eletrodo, ou um eletrodo sem uma barreira dielétrica, em uma superfície do objeto a ser tratada; e um ANEP ativo pode da mesma forma cercar o objeto (configuração em-campo). Os elétrons e os íons criados no ANEP podem diretamente encontrar na superfície do objeto. Similarmente à disposição da FIG. 2B, o objeto pode continuar a ser exposto aos subprodutos de ANEP depois que a fase ativa de geração de ANEP fosse completada. Cada um dos processos pode ser repetido, se necessário, onde o objeto ou o bolsa de armazenamento ou recipiente é manipulado para melhor distribuir os subprodutos ativos ou expor outras porções do objeto ao plasma ou os produtos de ANEP. Objetos condutores podem da mesma forma ser tratados.

[0034] Como mostrado na FIG. 2A, o recipiente 100 tendo um gás de processamento 300 e um objeto a ser tratado 200 pode estar disposto entre as placas de um aparelho de DBD 2. As placas 20, 30

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12/34 são espaçados separadamente para admitir pelo menos porção do recipiente 100 contendo o objeto a ser tratado 200. A distância entre as placas pode ser controlada por meios mecânicos, se desejado, de forma que o recipiente 100 pode convenientemente ser colocado entre as placas 20, 30, e o espaçamento entre as placas subsequentemente ajustadas para parcialmente comprimir o recipiente 100, para alcançar um espaçamento de abertura apropriado para a criação do ANEP dentro do recipiente 100. Nesta configuração, descargas filamentosas podem ocorrer entre a superfície dielétrica 40 da placa de topo 20 e a superfície oposta do objeto 200 sendo tratado, e pode da mesma forma ocorrer entre a placa de base 30 e o objeto sendo tratado 200. O ANEP pode da mesma forma ser criado por correntes elétricas fluindo diretamente da uma placa a outra, como mediado pela camada dielétrica na placa. Outras disposições mecânicas podem da mesma forma ser usadas.

[0035] Onde o objeto a ser tratado tem as características gerais de um material dielétrico, os filamentos exibirão um comportamento similar aquele que ocorrería em um aparelho de DBD sem um objeto introduzido, exceto que os filamentos podem terminar uma extremidade do mesmo no objeto. Desse modo, o objeto será diretamente exposto às descargas filamentosas criando o ANEP, bem como espécies reativas menos duradouras e mais duradouras que são geradas durante a fase de tratamento ativa. Quando a densidade de superfície de filamentos é governada pela distribuição de campo elétrico, e a forma e propriedades elétricas do objeto a ser tratado, a superfície inteira do objeto pode não estar sujeita à mesma intensidade de tratamento direto. Tratamento mais uniforme deveria ser desejado, o objeto a ser tratado 200 pode ser manipulado para expor outras partes do objeto para tratamento dirigido.

[0036] A alta tensão é frequentemente senoidal e pode ser produzida por um transformador de alta tensão conectado à grade de

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13/34 energia, um gerador de sinal conectado a um amplificador, ou similar. Outras formas de onda de tensão podem ser usadas, incluindo dente de serra, trapezoidais, pulsadas, simétricas, assimétricas, ou deslocadas da DC. A amplitude da tensão pode ser controlada durante operação do aparelho por, por exemplo, um transformador de VARIAC, ou controlando-se a amplitude de gerador de sinal produzida, ou o ganho de amplificador. A frequência de operação pode ser fixada ou variável. Nas experiências descritas aqui, a frequência de linha de energia local (60Hz) foi usada para conveniência em configurando o aparelho experimental e considerações de custo. Plasmas de ANEP podem da mesma forma ser criados usando DC como onde uma camada resistiva é usada como um um limitador atual ou lastro.

[0037] O gradiente de tensão em que uma descarga de brilho é formada é uma função dos gases constitutivos presentes entre os eletrodos, várias considerações geométricas, e a pressão de gás. Os gases constituintes podem ser modificados para alcançar uma concentração desejada e espécies de partículas ionizadas. Além de ar, O2, N2, CO2, H2O, Cl, e outras misturas, ou gases puros, incluindo gases inertes e nobres, são utilizáveis, dependendo da aplicação.

[0038] Como mostrado na FIG. 2B quando um recipiente flexível 100, que pode ser uma bolsa de armazenamento plástica é usado, o nível de abastecimento de gás pode ser selecionado assim um que uma porção do recipiente pode ser comprimida entre as placas 20, 30 para formar uma abertura menor para facilitar criação do ANEP a uma tensão mais baixa. Aqui, o recipiente é mostrado em um estado onde uma porção 110 do recipiente 100 é posicionada entre os eletrodos do aparelho DBD 3, de forma que uma porção do recipiente 100 pode ser temporariamente formada em uma região onde o ANEP pode ser criado. Os filamentos criando o ANEP são formados entre a superfície do dielétrico 40 e a outra placa de eletrodo 30, tal que o objeto 200 a ser

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14/34 tratado não está disposto entre eles. Porções da superfície de recipiente dispostas para formar a região em que o ANEP será formada podem ser sustentadas contra o dielétrico 40 e a placa 30 pela pressão de gás interna. O efeito da camada dielétrica da superfície de recipiente pode ser pequeno, como as distribuições de carga serão provavelmente dominadas por aqueles dos eletrodos e o dielétrico 40.

[0039] FIG. 2C mostra uma visão de topo do aparelho DBD 3 da FIG. 2B. O material dielétrico estende para inibir descargas perdidas, e, os eletrodos podem estar dispostos oposto apenas uma porção do volume de armazenamento.

[0040] Os eletrodos podem ser planares, como mostrado; entretanto, outras geometrias podem ser usadas para conformar em um recipiente tal como uma caixa, garrafa de pílula, jarro, ou outra forma. Eletrodos moldados podem ser usados para encorajar a formação de um jato de plasma, ou melhor distribuir os produtos de reação usando convecção induzida. Por exemplo, recipientes de papelão grandes podem ser processados usando-se um par de eletrodos orientado em um ângulo de 90°C e colocado ao longo de uma ou mais extremidades. Configuração similar pode ser usada para pacotes grandes de outros materiais e formas.

[0041] O termo pacote foi usado para representar o documento anexo, bolsa, recipiente, volume de tratamento ou volume de armazenamento em que o objeto é tratado e subsequentemente armazenado. Pelo menos partes do pacote são fabricadas a partir de um material dielétrico compatível com o processo de tratamento, e podería ser, por exemplo, uma garrafa, um frasconete, que uma bandeja de alimento de plástico opaca selada com uma película transparente fina, ou similar. Os objetos a ser processados não necessitam ser dielétricos, quando objetos metálicos poderíam ser expostos também. O aparelho e técnica descritos aqui podem ser usados para esterilizar

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15/34 ou de outra maneira descontaminar objetos tal como suprimentos médicos, incluindo instrumentos cirúrgicos, seringas, produtos de consumidor, ou outros objetos e materiais tratáveis. Eles não necessitam ser removidos do empacotamento depois de tratamento e até imediatamente antes do uso. Alguém pode repetir o processo de esterilização no hospital ou consultório médico ou em um ponto de venda ou distribuição antes de abrir a embalagem para outra supressão de contaminantes ou patógenos. Deveria ser notado que as características dielétricas da formação de material o recipiente pode ser usado como a barreira dielétrica do DBD, fornecendo aquelas características elétricas do mesmo previnem ruptura dielétrica.

[0042] Os inventores descobriram resultados inesperados onde processo ou parâmetros de aparelho tal como umidade relativa, gradiente de tensão, geometria de eletrodo, e tensão, além da composição de gás e tipo de pacote, podem ter um efeito significante em desempenho em uma esterilização ou aplicação de descontaminação.

[0043] Os dados apresentados aqui ilustram o uso de um aparelho e método de matar esporos de Bacillus subtilis, como representante de contaminantes biológicos, sob uma variedade de tensões de geração de plasma (~13 kV, 50kV, 80 kV RMS), gradientes de campo elétrico (12,5 - 20 kV/cm), distâncias de abertura (1,0, 2,5 e 4,5cm) e composições de gás (ar, MA) onde o objeto a ser tratado está disposto dentro de um pacote selado e ou dentro e fora do campo de plasma. Melhorias inesperadas em desempenho obtêm quando certos parâmetros de processo são ajustados.

[0044] Um aparelho (PK-1), está com base em um processo de descarga de barreira dielétrica (DBD), com eletrodos de placa compreendidos de condutores separados conectados a uma unidade de energia com especificações de 18 kV RMS (max) @ 30 MA @ 60Hz. O

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16/34 pacote de amostra está disposto tal que lados opostos do mesmo estão em contato com os eletrodos de alta tensão separados, fornecendo uma barreira dielétrica entre os eletrodos, desse modo limitando fluxo de corrente através do pacote de amostra e controlando as exigências de energia para tratamento. Apenas 40-50 W de energia foi necessário ionizar uma atmosfera de ar dentro de uma bolsa plástica re-selável de 4 L (nominal) (LDPE). Outros meios de separar os eletrodos, que podem ser uma placa plana, rolo de ferida plano, ou similar, incluem uma folha dielétrica disposta entre um eletrodo e o pacote, ou uma camada dielétrica formada em torno do eletrodo.

[0045] A alta tensão aplicada aos eletrodos pode ionizar um gás, que pode ser uma mistura de gases, dentro do campo elétrico dentro do pacote contendo a amostra. A amostra pode ser, por exemplo, um alimento ou um dispositivo médico, ou outro objeto a ser esterilizado, descontaminado ou de outra maneira tratado com plasma. Ionização produzida pelo processo de DBD pode resultar na produção de concentrações significantes de moléculas reativas, incluindo concentrações de ozônio acima de 1% em alguns minutos, sem um aumento notável na temperatura de superfície de amostra. Tempos de tratamento específicos para esporo alvejado ou reduções bacterianas são dependentes em contaminação de amostra, material de empacotamento, composição de gás, e configuração de pacote/eletrodo. O processo de ionização em pacote foi demonstrado em um número comum empacotando materiais incluindo, papelão, vidro, vários plásticos tal como LDPE, HDPE, PET, poliestireno, TYGON, borracha e outros.

[0046] Um segundo aparelho similar (PK-2) foi da mesma forma construído e tem especificações de 130 kV RMS (max) em 20 MA @ 60Hz, para permitir exploração de parâmetros diferentes. O sistema de PK-2 pode ionizar um pacote selado de ar com uma abertura de eletrodo

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17/34 de até cerca de 10 cm.

[0047] Os sistemas de PK-1 e PK-2 foram comparativamente avaliados para redução em organismos patológicos estudando-se a redução de esporos de Bacillus subtilis em pacotes contendo ar ou uma variedade de gases de MA (atmosfera modificada), onde a amostra estava disposta dentro ou fora de um campo de plasma.

[0048] Uma desígnio de série experimental 2x3x1 x1x2x3 foi selecionada que utilizou duas condições de tensão: abertura de 13,5kV RMS/44W/1.0 cm (sistema de ionização PK-1) e abertura de 80kV RMS/150W / 4.5 cm (sistema de ionização PK-2); 3 condições de tratamento: ionização de campo interno, ionização fora de campo, e nenhuma ionização; um tempo de tratamento de 300 s (PK-1) e 120 s (PK-2), respectivamente; temperatura ambiente; dois tipos de gás de pacote: ar (78% N₂; 22% O₂) e atmosfera modificada, MA (65% O₂,30%) CO₂, 5%) N₂); e reproduziu em triplicata.

[0049] Ar (78% N₂, 22%O₂) e gás de atmosfera modificada (MA) (65% O₂, 30%) CO₂, 5%) N₂) foram comprados de um fornecedor de gás local em concentrações especificadas com um certificado de análise. Estas composições de gás foram em seguida medidas em pacote selado em uma taxa de 2,1 L/min. usando um metro de fluxo protegido com esfera de aço inoxidável (Gilmont Instruments, Inc., Barrington, IL, USA) rendendo volume de carga final de 1,5 L com tempo de carga médio de 45 s.

[0050] Clear, 3,78 L Ziploc™ (SC Johnson e Son, Inc., Racine, Wl, USA) sacos de congelamento resistentes foram obtidos a partir de um supermercado local. As bolsas foram feitas de polietileno de baixa densidade (LDPE) e teve uma parede grossa de 1,6 mm.

[0051 ] Tiras de esporo Bacillus subtilis var. de niger (B. atrophaeus) (NAMSA, Northwood, OH, USA) com tamanho de 3,2 cm x 0,6 cm, cada qual contendo populações de Bacillus de 1,5-2,5 x 10⁶/tira ou 6,18-6,40

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18/34 log-ιο foram carregados carregados em uma placa petri estéril aberta dentro do pacote de tratamento e em seguida usada nas experiências. Para ionização em campo com sistema de PK-1, uma extremidade de cada tira de esporo foi protegida com fita transparente para dentro da bolsa de armazenamento dentro de espaço de abertura de eletrodo antes do tratamento.

[0052] O sistema de PK-1 foi operado 13,5 kV RMS a 44W e 60 Hz gerando um gradiente de 13,5kV RMS/cm entre os eletrodos (abertura de 1,0 cm). Os eletrodos consistiram em rolos de arame enrolado ao redor de um objeto dielétrico com uma área de tratamento de 51 cm²(8,5 cm x 6 cm). O sistema de PK-2 foi operado em 80 kV RMS a 150 W e 60 Hz através de eletrodos de aço inoxidável circulares (15 cm dia, 4,5 cm de abertura, 17,8 kV RMS/cm de gradiente de tensão). O transformador de alta tensão do PK-2 foi obtido a partir de Phenix Thecnologies, Accident, MD.

[0053] As bolsas de armazenamento contendo amostras de esporo foram carregadas com o gás de processamento (ar ou MA) e purgadas três vezes para garantir pureza do gás na bolsa. Uma quantidade pequena, uniforme de gás foi expelida da bolsa para permitir orientação de eletrodos de plasma se necessário para alcançar distância de abertura desejada. Os eletrodos opostos um ao outro, com a bolsa disposta entre eles e tendo uma distância de abertura aproximada de 1,0 cm (PK-1) e 4,5 cm (PK-2). Cada sistema foi ativado durante tempos de tratamento de 300s (PK-1) ou 120s (PK-2). O volume de gás na bolsa foi agitado manualmente (prensando-se ligeiramente frente e trás na bolsa) uma vez que tratamento foi completo para permitir uma distribuição mais uniforme de gás dentro da bolsa antes de duplamente ensacar durante armazenamento de 24 horas em temperatura ambiente (22°C).

[0054] A temperatura dos eletrodos e bolsas de armazenamento

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19/34 tratadas foi medida antes e imediatamente depois do tratamento usando um termômetro infravermelho (Omega Engineering, Inc., Stamford, CT, USA). Todas as temperaturas de bolsa de armazenamento de amostras tratadas registradas em temperatura ambiente depois de tratamento para ambos os sistemas. Concentrações de ozônio e óxido nítrico foram medidas imediatamente seguindo os tratamentos de 300s ou 120s bem como depois de 24h de armazenamento usando tubos Detectores de curto prazo DRAEGER (Draeger Safety AG & Co., Luebeck, Germany). Concentrações de monóxido de carbono foram da mesma forma medidas depois do 24h do período de armazenamento. Os tubos foram escolhidos para facilidade de uso com a determinada organização experimental e quanto suas capacidades de medida rápidas. Os tubos contêm um reagente que muda cor ao entrar em contato com o gás especificado e são calibrados para volumes de amostragem específicos. Tubos foram conectados a uma bomba de mão de foles, Accuro Gas Detector Pump (Draeger Safety AG & Co., Luebeck, Germany), e calibrados tal que ação de bomba iguala 100 mL de gás. Os tubos de ozônio (parte no. CH21001) tiveram uma faixa indicada de 20-300 ppm. Tubos de óxidos nitrosos (parte no. 24001) tiveram uma faixa indicada entre 20-500 ppm. Uma sensibilidade cruzada de 50 ppm NOx por 1.000 ppm de ozônio foi identificada. Tubos de monóxido de carbono (parte no. 33051) tiveram uma faixa indicada entre 25-300 ppm. [0055] Foi notado que tubos de monóxido de carbono tiveram uma interferência com ozônio. Desse modo, nenhuma medida de monóxido de carbono poderia ser empregada com ozônio presente. Para determinar valores de ozônio ao medir concentrações muito altas, volumes de amostra de gás menores foram coletados em seringas de 5 mL ou 20 mL. A seringa foi conectada ao tubo de detecção por meios de tubulação flexível. Um volume de seringa foi expelido no tubo de detecção e em seguida removido permitindo volume de fluxo total de

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100 ml ocorrer. A concentração de gás observada foi em seguida multiplicada pela relação de volume do volume de tubo de detecção sobre o volume de seringa. O sistema de detecção de gás portátil DRAEGER teve uma precisão de ± 15% (Draeger Safety AG & Co., Luebeck, Germany).

[0056] Recuperações de esporo e métodos assépticos estavam de acordo com instruções do fabricante (NAMSA, Northwood, OH, USA) para verificação de população de tiras de esporo Bacillus subtilis. Depois do tratamento de ionização e 24h de armazenamento, cada tira foi assepticamente removida da bolsa e transferida em tubos de teste de 20 x 150 mm estéreis contendo 10 mL de 0,1% de peptona estéril. Sete a dez contas de vidro de 6mm estéreis foram em seguida adicionadas a cada tubo de teste. Cada tubo de teste foi vortexado (modelo vortexer 59, Denville Scientific, Inc., Metuchen, NJ, USA) em alta velocidade durante 120s ou ainda a tira de esporo foi completamente macerada em fibras soltas. Tubos de teste foram em seguida chocados por calor colocando-se em um béquer de 500 mL com 300 mL de água aquecido a 90°C e mantidos a 80-85°C durante 10 minutos. Tubos de teste foram transferidos em um banho de água de torneira fria momentaneamente (2 minutos), e em seguida para banho de água gelada para rapidamente resfriar tubos de teste para 0-4°C. Tubos de teste foram em seguida removidos de banho de gelo e outras diluições seriais foram realizadas incluindo 10^-2,10^-3,10^-4, e/ou 10'⁵ com base em tratamentos ou recuperações de controles positivos (+) (populações de Bacillus de 1,5-2,5 x 10⁶/tira, 6,18-6,40 log-ιο). Os volumes de alíquota requeridos de diluições seriais correspondentes foram em seguida semeados em placas petri respectivos (100 x 15 mm) contendo Ágar de Soja Tríptica estéril (TSA) preparadas por especificações manuais de Difco para enumeração de colônia de esporo [5]. Placas de TSA foram incubadas a 30-31 °C e crescimento de colônia

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21/34 e recuperações foram monitoradas em 24h, 48h, e 72h.

[0057] Umidade relativa e temperaturas dentro das bolsas de armazenamento foram medidos usando um sensor de umidade relativa Springfield® Precise Temp™ (Taylor Precision Products, Oak Brook, IL, USA) registrado a 0 h e 24 h de armazenamento.

[0058] FIG. 3 e FIG. 4 documentam a geração de espécies de oxigênio reativas durante ionização em-pacote nos tempos especificados para igualmente 13,5 kV e 80 kV. Pode ser visto a partir destes dados que altos níveis de espécies de oxigênio reativas podem ser gerados igualmente para ar e gás de MA. Em 13,5 kV, uma taxa de geração de ozônio de 1.200 e 1.500 ppm por minuto foi observada para ar e gás de MA, respectivamente. Em 80kV, uma taxa de geração de ozônio de 3,750 ppm e 6,250 ppm por minuto foi observada para ar e gás de MA, respectivamente. Estes resultados sugerem que tensão de ionização aumentada aumenta a taxa de geração de espécies de oxigênio reativas. Em ar, as concentrações de gás nitrosas não significativamente mudaram com tensão de ionização. Ambas as tensões (13,5 kV e 80 kV) alcançaram concentração de gás nitrosa máxima de aproximadamente 1.000 ppm com uma atmosfera de ar. Entretanto, o concentrações de gás nitrosas de gás de MA alcançaram um nível significativamente mais alto com tensão de ionização aumentada. Concentrações de gás nitrosas a 80 kV alcançaram mais de 4.000 ppm em 120 segundos de tempo de tratamento.

[0059] Pelo menos algum aumento na taxa de geração de ozônio, e as concentrações resultantes nas tensões mais altas podem ser atribuídos ao caminho de ionização mais longo que é o resultado do espaçamento de eletrodo de 4,5cm ao usar 80kV em algumas das experiências. Entretanto, algum aumento pode da mesma forma ser devido aos gradientes de tensão mais altos que podem da mesma forma gerar outras espécies reativas que não foi medido. Cada um dos gases

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22/34 constituintes tem um potencial de ionização diferente em pressão atmosférica. Estes fatores interagem, e desse modo um grupo diferente de experiências seria realizado para aperfeiçoar estes parâmetros.

[0060] Igualmente ozônio e níveis de óxidos nitrosos deterioraram para zero dentro de 24 horas de tratamento. Entretanto, houve uma concentração de monóxido de carbono mensurável em gás de MA em 24-horas pós-tratamento com níveis 200 ppm e 400 ppm para o 13.5 kV e 80 kV em tempos de tratamento de 300 s e 120 s, respectivamente. O método de medida de monóxido de carbono atual não permitiu medida na presença de ozônio (por exemplo, tempo zero).

[0061] FIG. 5 e FIG. 6 ilustram as reduções de esporo obtidas com tratamento de ANEP. Ionização em pacote igualmente dentro e fora do campo de ionização a 13,5 kV e 80 kV pode eliminar esporos de Bacillus subtilis. Em 13,5 kV, tempos de tratamento para eliminação de esporo de gás de MA foram 180 s e 300 s para posicionamento de campo fora e dentro, respectivamente. Em 13,5 kV, tempos de tratamento para atmosfera de ar, eliminação de esporo ocorreu em 300 s dentro do campo de ionização com reduções de esporo insignificantes (<1,2 log) fora do campo de ionização.

[0062] Entretanto, em 80 kV, eliminação completa de esporos foi obtida em 15 s ou menos sem diferença mensurável em taxas de redução de esporo entre ar e gás de MA. Quando as amostras estavam dispostas dentro do campo, tempos de tratamento de alta tensão mostraram recuperações de populações de esporo aumentadas (>2 log) a 48 h comparado a 24 h; entretanto, nenhum organismo de adição foi recuperado em 72 h. Estes resultados demonstram que usando um processo de ionização em pacote 80 kV, ar ou gás de MA pode fornecer eliminação completa de esporos de Bacillus subtilis em 15s ou menos. Para estes estudos, ar seco foi usado e todas as amostras foram mantidas entre 20% e 30% de umidade relativa em temperatura de

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23/34 ambiente. Umidade elevada para fornecer uma taxa de redução de esporo ainda maior.

[0063] Plasma atmosférico ou de MA pode ser vantajoso para rapidamente remover micro-organismos a partir de superfícies. Estes resultados experimentais claramente demonstram a capacidade de esterilização de ionização em pacote para esporos de Bacillus subtilis, e seria indicativo de resultados que deveríam ser obtidos com outros micro-organismos. Usando processos de ionização em pacote com tensões de ionização mais altas, gradientes de tensão e gás de MA resultando em tempos de esterilização mais curtos. Uma eliminação completa de esporos foi observada em menos do que 15 s ou menos para ar e gás de MA em 80 kV. Além disso, eliminação de esporo de em 13,5 kV pode ser obtida com MA e ar em 300 s ou menos.

[0064] Em ainda outro aspecto, para outro entendimento os resultados do gradiente de tensão e as atmosferas de empacotamento de MA diferentes na eficácia de esterilização com base em plasma em pacote, uma outra série bifásica de experiências foi realizada. Na fase I, ionização em pacote foi realizada em pacotes vazios, selados para dezesseis misturas de gás e as concentrações de espécies de gás reativas medidas. A composição destas misturas de gás foi selecionada para abranger uma ampla faixa de gases comuns (oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono, hélio, e argônio) e mostrado na Tabela 1.

[0065] Estes dados foram usados para identificar três misturas de gás que renderam altas concentrações de espécies de gás reativas medidas (por exemplo, ozônio, óxidos nítricos, monóxido de carbono) e, juntamente com ar, foram em seguida usados para tratamento esporicida na fase II. A seleção das misturas de gás particulares foi apropriada para uma experiência de pesquisa onde uma ampla faixa de dados válidos estava sendo coletada, em vez de em uma experiência explorando uma ou mais das misturas em detalhes. Como tal, a seleção

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24/34 das misturas de gás, e as tensões e gradientes de tensão que foram usadas deveríam ser entendidas como fornecendo para dados de tratamento esporicida comparáveis entre os parâmetros diferentes, em vez de limitar o escopo das misturas de MA e parâmetros de processamento que podem ser desejáveis em uma situação particular. [0066] Fase I desta série de experiência compreendeu uma experiência de 16x7x2: 16 misturas de gás O2, N2, CO2, He, e Ar foram configurados (Tabela 1) e colocada dentro de pacotes selados em um pacote de barreira alto Cryovac B2630. Os pacotes selados (22 cm x 30 cm) foram carregados com 1,76 L da mistura de gás selecionada usando um metro de fluxo calibrado e armazenados em temperatura ambiente (22°C). Todos pacotes foram tratados em duplicata com o sistema de ionização PK-2 em 50 kV RMS (65-75 W @ 0,5-0,8 MA) com uma profundidade de 2,5 cm. Eletrodos de ionização consistiram em embrulhos retangulares de bobinas de arame aproximadamente 7,5 cm x 11,5 cm colocado diretamente acima e abaixo do centro do pacote. Debaixo do pacote estava uma camada de TYVEK (0,1905 mm) e uma camada de polipropileno vermelho (1,94 mm) intercalada entre o pacote e o eletrodo de base. A camada de TYVEK foi pretendida simular uma bolsa que teve camadas de dois materiais diferentes, como enquanto TYVEK for um material preferido para uso empacotamento de instrumento médico, o material não é gás apertado, desse modo seria provavelmente combinado com um polipropileno apertado por gás ou outra tal bolsa como usado nestas experiências.

[0067] Tempos de tratamento usados foram: Os, 15 s, 30 s, 60 s, 150 s, 300 s, e 600 s. Medidas de ozônio e gás de óxido de nitrogênio foram empregadas usando o sistema de análise de gás DRAEGER imediatamente depois do tratamento e a 24 h de armazenamento de temperatura ambiente. Medidas de monóxido de carbono usando o sistema de DRAEGER não poderíam ser empregadas na presença de

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25/34 concentrações de ozônio altas devido a interferência e foram apenas empregadas em 24 h. Umidade relativa e temperatura foram da mesma forma registradas.

[0068] Em resumo, os resultados da fase I foram que todas as misturas de gás selecionadas poderíam ser ionizadas para gerar moléculas bactericidas (por exemplo, ozônio, óxidos nítricos, e monóxido de carbono). Em geral, uma maior concentração de ozônio foi observada para misturas de gás com teor de oxigênio mais alto, exceto quando um gás nobre (nestas experiências, argônio ou hélio) foi adicionada às misturas de gás. Quando um gás nobre foi adicionado à mistura de gás, a tensão mínima necessária para ionização foi reduzida; entretanto, o benefício de adicionar gás nobre para gerar espécies de gás reativas aumentadas foi misturado. Algumas misturas de gás mostraram concentrações de ozônio aumentadas enquanto outras mostraram concentrações de ozônio reduzidas. Concentrações de ozônio máximas foram obtidas em mistura de gás #12 - 16,000 ppm a 150 s e 18.750 ppm a 600 s. Concentrações de óxido nítrico máximas de 4.500 ppm foram da mesma forma geradas em mistura de gás #12 com várias outras misturas de gás (#10, #11, e #16) tendo concentrações de óxido nítrico máximas entre 1.500 e 2.000 ppm. Medida de monóxido de carbono está apenas disponível depois de 24 h devido a interferência de medida a partir de concentrações altas de óxido nítrico e ozônio. Depois de 24 h de armazenamento, níveis de monóxido de carbono máximos de 375 ppm foram obtidos a partir de mistura de gás #9 em tratamento de 600 s.

[0069] Na fase II desta série de experiência uma experiência 4x5 x 2 x 2 foi realizada. Quatro misturas de gás identificadas na fase I com concentrações significantes de espécies de gás reativas foram selecionadas (mostradas em negrito na Tabela 1). Tempos de tratamento de plasma ativos usados foram: Os, 15 s, 30 s, 60 s, e 120

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s. Tiras de esporo simples (1,5 - 2,5 χ 10⁶ cfu) de Bacillus subtilis. var. niger foram colocadas em placas petri abertas no centro (exposição direta ao campo de ionização) dentro da bolsa selada na extremidade direita (exposição indireta) dentro da bolsa. Os pacotes (22 cm x 30 cm) foram em seguida selados e carregados com dois litros do gás selecionado (#7, #9, #12, #16) usando um metro de fluxo calibrado e armazenado em temperatura ambiente (22°C). Todos os pacotes foram tratados em duplicata com o sistema de ionização PK-2 em 50 kV RMS (65-75 W @ 0,5-0,8 MA) com uma profundidade de 2,5 cm. Todos os pacotes tratados foram armazenados durante 24 h e em seguida recuperações de esporo bacterianas foram conduzidas usando métodos microbiológicos padrões como previamente descrito. Além disso, uma recuperação de 72 horas foi da mesma forma realizada para garantir nenhum re-crescimento.

[0070] Em resumo, para fase II, os resultados documentaram eliminação completa de esporos bacterianos com todos os tratamentos para igualmente exposição direta e indireta depois de 24 h de armazenamento. O tempo requerido para eliminação completa (maior do que redução de 6 log) variado com a mistura de gás. Os tempos mais curtos para eliminação de esporo foram 60 s para ambos os tratamentos diretos e indiretos em mistura de gás #9 e #16. Os tempos mais longos foram 120 s para mistura de gás #7 (ar) e #12. Reduções adicionais em tempos de tratamento podem provavelmente ser obtidas por outro ajuste de parâmetros de processamento tal como aumentar tensões de campo elétrico, reduzindo abertura de eletrodo, e geometria de eletrodo. Os resultados demonstram que ionização em pacote pode eliminar esporos bacterianos, se sob exposição direta ou indireta, de pacotes médicos interiores e potencialmente fornece um método de esterilização não térmico alternativo para estes produtos.

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Tabela 1. Misturas de gás selecionadas usadas na Fase I das experiências. Misturas de gás usadas na Fase II são mostradas em negrito.

Mistura de gás	O₂	n₂	CO2	Ar	He
1	5%	80%	10%	—	5%
2	5%	80%	10%	5%	—
3	10%	25%	45%	—	20%
4	10%	25%	45%	20%	—
5	20%	10%	60%	10%	—
(Ar)7	22%	78%	--	--	--
8	22%	30%	40%	—	8%
9	22%	30%	40%	8%	--
10	50%	10%	20%	—	20%
11	50%	10%	20%	20%
12	65%	5%	30%	--	--
13	65%	5%	20%	—	10%
14	65%	5%	20%	10%	—
15	80%	5%	10%	—	5%
16	80%	5%	10%	5%	--

[0071] O protocolo para esta segunda série de experiências foi similar aquele do primeiro grupo de experiências e apenas diferenças salientes no protocolo são apresentados.

[0072] Tanques de gás com 16 composições diferentes foram compradas a partir de um fornecedor de gás local em concentrações especificadas, cada qual com um certificado de análise. Esta(s) composição(ões) foram em seguida medidas em pacote selado em uma taxa de 2,112 L/min usando um metro de fluxo (Modelo 2260, Gilmont Instruments, Inc., Barrington, IL, USA) rendendo volume de abastecimento final de 1,76 L com tempo de carregamento médio de 50

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s. As composições de gás foram verificadas usando um analisador de oxigênio para verificar concentrações de oxigênio.

[0073] Tratamentos foram realizados utilizando sistema de PK-2. Os eletrodos foram feitos a partir de rolos de arame ao redor de uma forma dielétrica planar com uma área de tratamento de 86,25 cm² (7,5 cm x 11,5 cm), e espaçados separadamente pela distância de tratamento: neste caso 2,5cm ou 4,5 cm. As bolsas de armazenamento contendo amostras de esporo foram carregadas com o gás de processamento e purgadas três vezes para garantir pureza do gás na bolsa.

[0074] A temperatura dos eletrodos foi medida antes e imediatamente depois do tratamento usando um termômetro infravermelho (Omega Engineering, Inc., Stamford, CT, USA). Os eletrodos foram permitidos resfriar para alcançar temperatura ambiente (23-25°C) entre tratamentos para condições de temperatura de tratamento uniformes. Umidade relativa e temperaturas dentro das bolsas de armazenamento foram medidas usando um sensor de humidade relativa Springfield® Precise Temp™ (Taylor Precision Products, Oak Brook, IL, USA) registrado em 0 h e 24 h de armazenamento.

Umidade relativa variou diariamente e variou de 20-50% para todas as amostras testadas. Concentrações de ozônio e óxido nítrico foram medidas imediatamente seguindo o tratamento e depois de 24 h de armazenamento usando as técnicas previamente descritas.

[0075] Tiras de esporo Bacillus subtilis var. niger (B. atrophaeus) (NAMSA, Northwood, OH, USA) com tamanho de 3,2 cm x 0,6 cm, cada qual contendo populações de Bacillus de 1,5-2,5 χ 10⁶ de unidades de formação de colônia por tira foram carregadas em placas petri estéreis abertas dentro de pacote de tratamento e em seguida usadas em tratamentos de ionização. Recuperações de esporo e métodos

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29/34 assépticos foram seguidos pelo fabricante (NAMSA, Northwood, OH, USA) para verificação de população de tiras de esporo de Bacillus subtilis como previamente descrito.

[0076] Concentrações de gás e populações de Bacillus subtilis foram analisadas em SAS Versão 9.2 (Statistical Analysis Software, Cary, NC). Comparações médias foram realizadas usando o Procedimento de GLM e a Comparação de Tukey Mean Multiple com um p<0,05.

[0077] Todas as 16 misturas de gás poderíam ser ionizadas gerar níveis mensuráveis de ozônio, óxidos nítricos, e monóxido de carbono sob as condições especificadas, com os resultados mostrados na Tabela 2. Em geral, maiores concentrações de ozônio foram observadas para misturas de gás com teor de oxigênio mais alto exceto quando gás Ar ou He foi adicionado em misturas de gás. Estes gases nobres têm baixas exigências de energia de ionização, e, quando misturados com outros gases reduzem o gradiente de tensão de ionização mínimo requerido. Quando um gás nobre foi misturado em 22% de misturas de gás oxigênio a concentração de ozônio máxima aumentou. Isto é mostrado nos resultados onde misturas de gás #8 e #9 (8% de gás nobre) alcançou 1125 ppm de ozônio em 15 s de ionização visto que gás #7 (ar - uma composição de oxigênio similar (22%) sem gás nobre) levou aproximadamente 30 s. Além disso, gás #7 alcançou uma concentração de ozônio máxima de 2.750 ppm visto que misturas de gás #8 e #9 alcançaram no máximo 8.000 ppm.

Tabela 2. Concentração de ozônio imediatamente depois do tratamento para misturas de gás especificadas. Resultados são codificados por cor para adições de gás nobres (adição de He em negrito e adição de Ar em itálico).

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Tempo de tratamento

Gás	Os	15 s	30 s	60 s	150 s	300 s	600 s
#1	0	406.25	562.5	625	625	1125	312.5
#2	0	468.75	1375	1875	2000	2000	750
#3	0	275	625	1000	1500	2000	1500
#4	0	375	1125	1500	2875	2750	1500
#5	0	875	1625	2000	4250	6250	3750
#6	0	5Ü0	1500	2125	4000	6125	4000
#7 (Ar)	0	350	1500	2000	2750	2750	2750
#5	0	1125	1500	3000	5000	10000	8125
#9	0	1125	1875	3000	4750	11250	7875
#10	0	2500	2000	5000	6250	7500	10000
#11	0	2500	3000	4000	6125	9375	12500
#12	0	2625	3250	4375	15000	16875	18750
#13	0	625	1500	2000	2750	3000	4000
#14	0	375	625	3000	2750	3000	5500
#15	0	1125	2375	3375	5000	10625	13125
#16	0	1375	2750	3750	4625	10000	14375

[0078] Interessantemente, para todas as misturas de gás avaliadas a concentração de ozônio máxima foi obtida para mistura de gás #12 (65% 02-5% N2 -30% CO2) que não conteve gás nobre. Alcançou concentrações de ozônio de 15.000 ppm a 150 s e no máximo 18,750 ppm a 600 s. Esta concentração de 15,000 ppm a 150 s é 2,5 vezes maior do que qualquer outra mistura de gás. Quando gás nobre foi misturado em 65% de gás O2 (#13 e #14) concentrações de ozônio reduzidas foram obtidas. É suspeito que os íons de hélio são preferivelmente ionizados criando elétrons de energia mais baixa que sucessivamente criam menos ozônio e óxidos nítricos. Além disso, em gases #15 e #16 quando o teor de oxigênio é aumentado (80% O2) e gás nobre é adicionado a concentração de ozônio aumenta em níveis muito altos (> 10,000 ppm). Os detalhes das dinâmicas de plasma não são ainda completamente entendidos. Entretanto, está claro que uma faixa de gás e parâmetros de tensão foi identificada onde resultados eficazes são obtidos.

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31/34 [0079] Concentrações de óxido nítrico imediatamente depois do tratamento são mostradas na Tabela 3. A concentração de óxido mítrico máxima de 4.250 ppm foi gerada em mistura de gás #12 a 600 s com várias outras misturas de gás (#9, #11, e #16) tendo concentrações de óxido nítrico máximas entre 1,500 e 2,000 ppm. Não houve concentrações mensuráveis de ozônio ou óxido nítrico depois de 24 h. Medidas de monóxido de carbono estavam apenas disponíveis 24 h devido a interferência de medida de concentrações altas de NO_X e O3. Depois de 24h de armazenamento, medidas de monóxido de carbono máximas de 375 ppm de CO foram obtidas a partir de tratamento de mistura de gás #9 a 600 s (Tabela 4).

Tabela 3. Concentração de óxidos nítricos imediatamente depois do tratamento para misturas de gás especificadas. Resultados são codificados para adições de gás nobres (adição de He em negrito e adição de Ar em itálico).

Tempo de tratamento

	0s	15 s	30 s	60 s	150 s	300 s	600 s
#7	0	3.5	6.25	11.25	18.75	25	12.5
#2	0	12.5	56.25	81.25	100	131.25	21.25
#3	0	12.5	18.75	225	200	200	100
#4	0	7.5	22.5	87.5	112.5	100	50
#5	0	22.5	37.5	75	250	550	425
#6	0	16.25	25	225	300	550	400
#7 (Ar)	0	31.5	31.5	75	450	900	700
#8	0	87.5	112.5	325	450	1000	625
#9	0	50	93.75	350	550	1500	875
#10	0	37.5	137.5	500	1000	800	2000
#11	0	100	75	200	225	1550	1750
#12	0	160	270	300	2500	4250	4250
#13	0	31.25	31.25	50	350	350	550
#14	0	7.5	37.5	50	175	250	450
#15	0	37.5	100	325	400	450	1000
#16	0	43.75	250	375	650	1000	1560

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Tabela 4. Concentração de monóxido de carbono 24 horas depois de tratamento para misturas de gás selecionadas.

Tempo de tratamento

Gás	0 s	15 s	30 s	60 s	150 s	300 s	600 s
#7 (Ar)	0	0	0	0	0	0	15
#9	0	31.25	50	112.5	150	325	375
#12	0	20	50	67.5	150	205	250
#16	0	3	12.5	18.75	40	100	137.5

[0080] Resultados na fase II mostraram eliminação completa de esporos bacterianos com todos os parâmetros de tratamento para igualmente exposição direta e indireta da amostra e são apresentados na Tabela 5. O tempo requerido para eliminação completa dos esporos (maior do que redução de 6 log) variou com a mistura de gás. Os tempos mais curtos para eliminação de esporo foram 60 s para ambos tratamento direto e indireto em mistura de gás #9 e #16. Os tempos mais longos foram 120 s para mistura de gás #7 (ar) e #12.

Tabela 5. Reduções de esporo para Bacillus subtilis var. niger depois de tratamento e 24 h de armazenamento em pacotes selados de misturas de gás selecionadas. 'D' indica exposição de campo direta e T indica exposição de campo indireta, (log-io)

Tempo de tratamento

Gás	D/I	Os	15s	30 s	60 s	120 s
#7 (Ar)	D	Ü	0.398	0.408	2.39	6.17*
#7 (Ar)	I	0	0.419	0.300	2.63	6.17*
#9	D	0	0.365	3.11	6.40*	6.40*
#9	I	0	0.450	3.81	6.40*	6.40*
#12	D	0	0.345	0.645	2.80	6.26*
#12	I	0	0.310	0.653	6.26*	6.26*
#16	D	0	0.513	2.81	6.39*	6.39*
#16	I	0	0.592	2.90	6.39*	6.39*

* indica nenhum organismo recuperável constatado depois de 72 hrs de recuperação.

[0081] Reduções adicionais em tempos de tratamento podem provavelmente ser obtidas por outro ajuste de parâmetros de

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33/34 processamento tal como tensões de campo elétrico, abertura de eletrodo, e geometria de eletrodo. Os resultados dos estudos demonstram que com tratamento de ionização em-pacote, se sob exposição direta ou indireta, esporos bacterianos podem ser eliminados de pacotes interiores, potencialmente fornecendo esterilização não térmica para produtos médicos.

[0082] Visto que o gradiente de tensão de cerca de 12,5 kV/cm representa o cerca de valor mais baixo de potencial de ionização para diferente dos gases nobres, este valor representa cerca de uma ligação mais baixa no gradiente de tensão que podería ser eficaz. Entretanto, a relativamente baixa taxa de produção de espécies reativas na baixa tensão é refletida no tempo de geração de ANEP mais longo para obter um efeito esporicida. Como muitos processos de produção dão uma ênfase em processamento, a redução em tempos de processando que pode ser obtida com tensões mais altas e gradientes de tensão pode ser benéfica. O tipo de MA a ser selecionado pode depender do objeto particular a ser processado; e, a sensibilidade do objeto para oxidação pode colocar limites na composição de porcentagem de O2 que é desejável. Gases de empacotamento de MA de dióxido de carbono pode preferencialmente produzir CO e este reagente pode ser eficaz no processamento de certos produtos de alimentação.

[0083] As tensões mais altas e o comprimento de coluna de ANEP mais longo entre os eletrodos contribuem a ambas as taxas mais altas de geração e possivelmente para a geração de outros reagentes, cujo efeito pode ser visto na redução em tempos de processamento. Elevando a tensão de processamento de forma que o gradiente de tensão seja cerca de 1,4 vezes o potencial de ionização de oxigênio foi mostrado ser eficaz em uma ampla faixa de composições de gás de MA. A combinação de aumentar o gradiente de tensão e o comprimento da coluna de plasma de ANEP com respeito ao volume do recipiente foi

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34/34 mostrada para ser eficaz.

Tabela 6. Breve resumo de Resultados Experimentais

Tensão (kV)	Gradien te de Tensão (kV/cm)	Comprim ento de trilha (cm)	Volum e de ionizaç ão (cm^A3)	Volume de empaco tamento total (cm^A3)	Relaçã o de volume de ionizaç ão (%)	Tempo de tratamento ativo para esterilização completa em MA (sec)
12,5	12,5	1,0	86	500- 3780	2,3- 16,1	180
50	20	2,5	215	1760	12,2	~60
80	17,7	4,5	788	1500	52,5	15

[0084] Enquanto os métodos descritos aqui foram descritos e mostrados com referência a etapas particulares realizadas em uma ordem particular, será entendido que estas etapas podem ser combinadas, subdivididas, ou reordenadas para formar um método equivalente sem partir dos ensinos da presente invenção. Desta maneira, a menos que especificamente indicado aqui, a ordem e agrupamento de etapas não é uma limitação da presente invenção.

[0085] Embora apenas alguns exemplos desta invenção foram descritos em detalhes acima, aquele versado na técnica facilmente apreciará que muitas modificações são possíveis sem materialmente partir dos novos ensinos e vantagens da invenção. Desta maneira, todas as tais modificações são pretendidas estar incluídas dentro do escopo desta invenção como definido nas seguintes reivindicações.

Claims

1. Sistema para esterilizar um objeto (200), compreendendo: um aparelho compreendendo um par de eletrodos (20, 30) espaçados, o dito aparelho sendo configurado para criar um plasma de não equilíbrio atmosférico (ANEP) em um gás de processamento em um pacote vedado medido e dimensionado para conter o objeto (200) a ser esterilizado e um gás de processamento e pelo menos uma parte do volume de armazenamento é disposto entre os dois eletrodos (20, 30) caracterizado pelo fato de que uma fonte de energia elétrica configurada para fornecer uma tensão superior a cerca de 50 kV RMS que é conectada ao par de eletrodos.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento de coluna de ANEP é maior do que 2,0 cm.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pacote vedado compreende qualquer um dentre TYGON, polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de alta densidade (HDP), polipropileno (PP), teraftalato de polietileno (PET), TYVEK, poliestireno, vidro, cera, papelão, papel.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o objeto a ser tratado é disposto de modo a estar entre os dois eletrodos.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o objeto a ser tratado é disposto de modo a estar fora dos dois eletrodos.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pacote vedado é um dielétrico (40) compreendendo uma pluralidade de camadas dielétricas incluindo uma camada de gás apertada e uma camada formada de fibras de polietileno de alta densidade.

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7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de processamento é compreendido de pelo menos dois gases selecionados a partir de ar, N2, O2, CO2, He, ou Ar.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de processamento ainda compreende uma quantidade selecionável de vapor de água.

9. Método de esterilizar um objeto (200), compreendendo:

empacotar o objeto a ser tratado (200) em um recipiente (100) fechado dielétrico, o volume do recipiente (100) que não contém o objeto (200) sendo preenchido com um gás de processamento em pressão substancialmente atmosférica;

colocar o objeto (200) empacotado em um aparelho para gerar um plasma de não equilíbrio atmosférico (ANEP);

ativar o aparelho para gerar o ANEP dentro de pelo menos uma porção do recipiente (100) durante um período de tempo; e remover o recipiente (100) do aparelho, em que o aparelho compreende um par de eletrodos (20, 30) espaçados e caracterizado pelo fato de que os eletrodos possuem uma tensão de corrente alternada superior a 50 kV RMS aplicada entre os mesmos.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a tensão de corrente alternada é menor do que 80 kV RMS.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os dois eletrodos estão espaçados mais do que 2,0 cm.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o gás de processamento é compreendido de pelo menos dois gases selecionados a partir de ar, N2, O2, CO2, He, ou Ar.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado

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3/3 pelo fato de que o gás de processamento não contém um gás nobre em uma concentração maior do que 20% do gás de processamento.

14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o gás de processamento ainda compreende uma quantidade selecionável de vapor de água.

15. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o objeto (200) é esterilizado com a tensão aplicada menos do que 15 segundos, seguida por um período de armazenamento no pacote vedado de pelo menos 24 horas antes do uso.