CN102427832A - 用于在存储期间利用脉冲电能防止对材料的生物污染的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种容器，具有用于盛放物质的主存储空间，具有进/出开口并配备有PEF系统。所述PEF系统包括：设置在所述容器内并接触所述物质的两个或多个电极；和连接到所述两个或多个电极并适于使脉冲电能经过所述物质的电脉冲源。所述PEF系统被激活以将处理程序施加所述物质。

Description

用于在存储期间利用脉冲电能防止对材料的生物污染的设备、系统和方法
技术领域
本申请涉及一种设备、系统和方法，其用于利用脉冲电能防止与生命有机体(living organism)形成接触的材料在存储期间被生物制剂(biologicalagent)污染，所述生物制剂在存储和使用期间可有害于有机体。
背景技术
文献列表：
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易于发生不希望的有机污染的材料在存储之前被杀菌。自19世纪以来脉冲电场已用于杀菌(1)。对损毁用于杀菌的微生物的脉冲电场的参数的非常透彻的研究描述在由Sale和Hamilton在19世纪60年代发表的一系列的三篇基础论文中(2，3，4)。在近五十年中已完成了大量研究，以对在将电脉冲施加到生命有机体期间的细胞损坏的机制形成更好地基础理解(5)。而且，损毁细胞的电场和电参数的范围在近年来已被扩充(6，7)。
对于用于使用脉冲电场来杀菌和消灭微生物的装置和方法的专利已知超过五十年。关于使用脉冲电场对肉杀菌的第一个专利US 3,265,605由Doevenspeck，H.在德国作出(8)。用于对固体和流体物质杀菌的脉冲电场的使用已变成食品工业中的完善的方法(9)。
用于IRE的方法和装置的一些示例是已知的。US 5,462,644公开一种杀死微生物的方法，该微生物在包括药粒表面的表面上或在生命体中的组织或植入表面上形成生物膜。杀死生物膜微生物通过将电场施加到含有生物膜的电导介质上实现。所述电导介质包括抗微生物剂，或在施加电场时能够即时产生抗微生物剂。
WO9949561公开了一种高压脉冲发生系统，特别适用于食品的脉冲电场(PEF)处理。该系统例如包括电源、与电源电路连通且用于存储来自电源的能量的能量存储部件、用于周期性地打开和关闭以使能量存储部件放电的多个开关、以及包括供生物细胞受到PEF处理的至少一个PEF处理腔的负载。
CN101147613涉及用于液体食物的高压脉冲电场杀菌处理设备。其特征在于，其脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端与脉冲发生电路的控制信号输入端连接，所述脉冲发生电路的两个脉冲信号输出端与其放电电路的两个脉冲控制信号输入端连接，所述放电电路的电压信号输入端与其增压电路的电压信号输出端连接，其杀菌冷凝器的两个电极板分别与放电电路和电源的放电信号输出端连接，并且其处理腔为密封的矩形空间，杀菌冷凝器的两个电极板分别固定在所述处理腔内部的两个大面积相对内壁上，并且在所述处理腔的侧壁上材料入口打开。其可使用在液化食物杀菌的领域中。
US5690978公开一种用于对可泵送食品杀菌和保存的脉冲电场处理装置。
US5514391公开用于保存流体食品的方法和设备。更具体而言，其致力于用于延长包含高水平的微生物的易腐坏流体食品(例如奶制品、水果汁和液态蛋产品)的货架期的方法和设备。
US4695472公开用于通过使流体食品(例如奶制品、水果汁和液态蛋产品)经受受控的脉冲高压电场处理来保存流体食品的方法和设备。
JP2007229319公开一种装置，用于在短时间内执行杀菌，同时抑制待杀菌的物体(例如食物材料)的温度升高。
CN1615769公开用于食物和饮料的高压脉冲电场加工装置，包括连接到高压脉冲电源的两个极的两个电极。这两个电极为具有不同直径和相同横截面形状的两个同轴中空管，并在两端利用绝缘环分开且利用绝缘盘密封。两个中空管形电极之间的环间隔为用于待处理材料的空腔，并且在外层电极中存在材料进口和材料出口。高压脉冲电场加工装置适于在常温下对食物和饮料杀菌和人工老化红酒，且不会导致处理材料在味道、状态和营养成分上的改变。如同红酒人工老化装置，本发明具有快速的老化速度、方便有效的处理过程。
US 6,787,105公开一种用于使用高压脉冲电能减少导电介质中的微生物的方法和设备。
各种药品在杀菌之后离开制造厂。液体药品例如保持在容器中，在该容器中液体药品在生产之后存放一段时间。在许多情况下这些液体药品会发生污染，对使用者的健康造成严重不良影响。存在许多可能的其中产品可能变得不再无菌的情况。第一种可能与在制造期间的残余污染和可能的微生物生长有关，即使当容器被密封且不与环境接触时亦会发生。另一种由微生物引起感染的这种示例为由于病人的使用、与环境的交互而受污染，并培育许多天/星期且特别是慢性地使用许多星期的眼科药物，如青光眼病人。
用于避免存储期间的微生物生长的方法之一为冷冻和添加化学添加剂。冷冻不总是有效的，特别是在长期存储期间。例如通过引发有机分子的凝固，冷冻也会损害保存的化合物的成分。而且，其需要能支持冷冻的基础设施。另外，冷冻取决于使用者的行为模式。对在存储期间与环境可能接触的药品使用化学添加剂也非常普遍。典型地，微生物在例如药物、疫苗或化妆品物质的介质中的生长通过其中包含的防腐剂减少，例如使用在眼科药物中的氯化苯甲烃铵(BAK)。然而，在防腐剂存在时仍然确定高达40％的污染率(11，12)。而且，大多数防腐剂可导致相当大的副作用，特别是在长期慢性施加时(13，14，15)。
尽管无防腐剂药物的施加对使用者似乎形成较少的并发症，但可以理解这种药物在打开时具有非常短的寿命。使用无防腐剂、非冷冻药品的一种可能方案是将药品集成到杀菌的一次性单元中，这些一次性单元在打开之后立即使用。然而，这些更为昂贵且需要长期供应这种一次性单元定量药物(16)。
尽管前述示例涉及眼科药物，但应该理解，相同的并发症应用于其他类型的药物、化妆品物质、乳酪、疫苗等。
涉及存储期间的物质污染的另一情况是在流体填充腔中存储固体物体。例如，隐形眼镜或假体(例如，牙、眼睛等)或医疗植入物与盐或其他流体存储在一腔中。在该腔中的流体经常变得被污染从而导致感染(17)。类似地，医疗仪器和装置在特别是为了再使用而存储时可变得被污染。
涉及存储期间的物质污染的另一情况涉及固体或液体形式的各种食物。例如，诸如奶、水或酒的流体食物在杀菌之后保持在封闭容器中。其他类型的诸如肉的固体也在杀菌之后保持在封闭容器中。经常希望防止在食物向环境打开之后在食物中发生不希望的微生物污染或残余污染。为此目的的装置包括在冷冻的低温下保持食物，以减少微生物新陈代谢，或利用作为加热杀菌法或添加防腐剂(例如硫化物)的这种装置处理食物。然而，这些方法中的每一个都具有缺点，例如对冷冻设施的需求或者通过加热杀菌法或添加防腐剂引起化学成分的变化。
在此公开的本发明提供一种用于存储可能在存储期间变得污染的物质的方案，而不使用冷冻或化学添加剂。
发明内容
本发明致力于一种装置、系统和方法，其适于在存储在容器内的物质的存储期间和在使用存储在容器内的物质之前使用，以在物质在存储期间可能变得污染时减少或基本消除所存储物质的不希望的有机污染，而不影响物质的预期性质。
针对在此论述的装置、系统和方法，在引起不希望的微生物污染的可能性的条件下，材料可存储和杀菌一段时间。在存储期间发生不希望的微生物污染的可能性可通过各种方式发生，例如材料与生物不可控环境之间的交互，或者由于在杀菌之后不小心保留的残余微生物。
本发明致力于适于使用电脉冲减少存储在其内的物质中的微生物的装置、系统和方法。脉冲可作为若干系列施加，其中每个系列与另一系列分隔开一部分，以允许通过用于耗散的电脉冲产生热和pH变化，并且其中脉冲被设计为仅对包含在物质内的微生物造成不可逆的损坏而不影响物质本身。
本发明还致力于一种系统，其包括存储的物质和能够在存储期间对物质杀菌的存储容器。
本发明的术语和一般原理
本文所用的术语“减少”指施加在物质上的处理导致一些或所有目标有机体的死亡。换言之，在根据本发明处理之后，与控制相比，被处理的物质包含数量极大减小的存活的微生物。微生物可包括任意形式的细菌、真菌、原生动物、藻类、孢子等。
术语“物质”包括介质，例如，液态流体(例如，乳状液、液体药物、疫苗、液体食物，等)、各种粘性的物质(例如，奶油、凝胶、医用或化妆品物质)、流体溶液中的固体(例如，保存介质中的隐形眼镜)、诸如肉等固体(其可能变得微生物污染并能够对消耗这种介质或与这种介质形成接触的物体造成伤害)。
“微生物减少”通过向包含在物质中的目标微生物施加具有限定电压、频率和脉冲波形特性的脉冲电能实现。控制设定被设计为处理全部范围的可能的不希望的微生物，为此目的处理的不同参数可在施加处理程序期间变化。
对于术语“脉冲电场”或“脉冲电能”或“脉冲能量”(PEF)，其指施加到有机污染物的电场、频率和脉冲波形的组合使得基本上不形成自由基、不产生电离辐射、不会检测到显著的温度升高、不会检测到pH变化等，从而通过施加电脉冲，不会检测到对物质的损害效应，即脉冲电场将仅影响目标污染物，而不会影响物质。
根据本发明，重要的是，不影响在存储的物质中的组分的分子结构，因此处理以如下方式被施加，即待监控和控制的参数为物质在限定处理空间内的电导率、物质的pH、物质的温度、脉冲器阴极与阳极之间的电压降、由电极向物质中引起的电流、脉冲电能等。
根据本发明的术语“存储的体积”或“存储体积”可为适于物质的存储且包含至少一部分物质的任意形状和尺寸的体积。
根据本发明的术语“处理空间”或“处理体积”可为适于盛放至少一部分物质并使其经受脉冲能量的任意形状和尺寸的体积。处理空间通过一封装体的壁限定，该封装体包括用于在该封装体内产生脉冲能量的至少一对电极。处理空间可至少部分地与处理体积或至少与处理体积的进口和/或出口重叠。
术语“处理程序”指施加在处理空间内的物质上的程序，包括具有各种电压和幅度的一连串电脉冲，其成果为希望地减少物质的污染。本发明的一方面在于，在物质的存储期间，处理程序施加处理空间至少一次，并可根据存储期间的需求而施加，以处理在存储期间的再污染或残余污染。在施加处理程序期间，PEF系统的不同参数可在施加程序期间改变。
根据本发明的术语“活性剂”指药物活性剂(例如药品或疫苗)、用于成像的药剂、化妆品用活性剂、或与卫生相关的活性剂(例如用于清洁牙齿、隐形眼镜、或放置在身体上或身体中的任意装置(包括医用装置)的活性剂)。
在这种情况下，“物质”实际上为活性剂的载体且实际上为可接受药物的载体(适于任意类型的给药，包括：口服、静脉内、肌肉内、眼药、通过吸入、入耳朵、局部、皮下、经皮肤等)；可接受化妆品的载体(液体、润肤露、面霜、涂油膏、油膏的形式)或用于口腔卫生、隐形眼镜卫生或医用装置卫生目的的载体。
不同活性剂在其被损坏之前可“容许”不同的温度升高或pH变化。基本上，活性剂越敏感，脉冲强度必须越低，和或脉冲或系列脉冲之间的持续越长，以避免介质温度升高或pH变化或物质分子构造的变化。
本发明的设计原理：
a)用于杀菌的脉冲电场(PEF)的使用；
b)该使用用于存储的物质；
c)物质保持在存储体积中；
d)在一个实施方式中，物质经历若干次使用循环，每次循环包括提取材料的打开、关闭容器的关闭和在一次关闭与下一次打开之间的存储周期的阶段。在每次打开中，材料暴露于环境并具有被污染的危险。PEF在每个使用循环中施加至少一次；
e)在另一实施方式中，存储体积中的物质经历至少一次处理循环，在此期间物质移动到处理空间且PEF被施加，然后物质返回到存储体积；
f)物质在施加脉冲电场的处理体积中被处理；
g)处理体积至少部分地与存储体积或至少与存储体积的进口和/或出口重叠；
h)电场通过配合在处理体积附近的至少两个电极施加；
i)由于处理和存储体积的重叠体积，电极设置在存储体积中、或其部分中或至少在存储体积的进口/出口处；
j)处理程序可施加一次或多次，并可彼此不同；
k)通过PEF的杀菌基于在整个介质或其部分中形成电场，其能够使电场对介质的目标部分中的微生物引发损坏。该电场可通过与溶液接触的电极反应、通过盐桥、通过溶液中的在介质扩散阻挡层上的放电或通过感应电磁场而形成。形成的电池可根据时间和空间的函数并根据从系统外部设定的电磁边界条件以及溶液的电性质而改变。
根据上述特定原理，评估容器的几何形状，并且确定电极的定位。然后，计算电场，并且评定场对所希望体积进行杀菌的能力。计算温度，并且估算对介质的热损坏。评定pH变化，并且将脉冲设计为最小化物质中的重要分子的改变。评估可引发物质中的重要分子改变的电场，并且将脉冲进一步设计为最小化物质中的重要分子的改变。
本发明的一个方面在于提供一种装置和系统，其适于使用影响目标微生物的PEF处理程序减少存储在其内的物质中的微生物，而不会造成对存储物质的损害效应。
根据该方面的一个实施例，本发明的装置和系统包括适于长期存储物质的空间。该装置设有引入/分配物质所通过的开口。该存储体积配备有PEF系统，该PEF系统包括：
a.两个或多个电极，设置在所述空间内并直接或通过导电流体或凝胶接触物质；和
b.电脉冲源，连接到所述两个或多个电极并适于使电流经过构成整个或一部分存储体积的处理体积。
根据该方面的另一实施例，本发明的装置包括适于盛放和长期存储物质的主空间，以及适于盛放和分配定量体积的分配空间。分配空间与主空间流动连通并设有分配出口；并且其中主空间或/和至少分配空间配备有PEF系统。
根据该方面的又一实施例，本发明的装置包括适于盛放和长期存储物质的主空间和处理空间。物质在主空间与处理空间之间循环，并且PEF在物质流动通过处理空间期间施加到处理空间中的物质。
本发明的另一方面提供一种装置，具有：包含待处理物质的存储体积、用于存储体积内的物质中的微生物减少的PEF系统，该PEF系统影响目标微生物，而不对存储的物质造成损害效应。
本发明还涉及一种如在此所述的包含盛放至少一种活性剂的流体的装置。
本发明的另一方面在于提供一种用于施加PEF的系统，包括：
-适于容纳物质的容器，该容器包括适于盛放物质并具有进/出开口的空间；
-物质；
-两个或多个电极，设置在所述容器内并接触物质的至少一部分；
-电脉冲源，连接到两个或多个电极并适于使电流经过物质。
根据该方面的一实施例，容器还包括用于体积分配的分配空间，所述分配空间与该空间流动连通并形成有分配出口。
本发明的又一方面涉及用于减少微生物的方法并包括如下步骤：
-提供适于盛放包括活性剂的介质的容器，该容器配备有PEF系统，该PEF系统包括：设置在所述容器内以接触介质的两个或多个电极；电脉冲源，连接到两个或多个电极并适于使脉冲电能经过介质；和控制单元，连接到电脉冲源、适于允许使用者控制系统的脉冲电能输出；
-设定系统的电能；以及
-施加杀菌/处理程序，该施加可包括施加电脉冲，该电脉冲的波长、脉冲幅度范围可变化、形状可改变、施加至少一次、且其效果使得其减少存储物质中的存活的微生物的数量，而不引起物质介质的任何变化，而这种变化可能损害包含在其内的活性剂。
-整个杀菌程序施加存储介质或其部分一次或多次以促进与环境交互的长期存储。PEF系统的参数可具体问题具体分析地确定。典型地，这可简单地通过向模型系统引入包含感兴趣的活性剂(例如药品或疫苗)的流体以及可感染容器的已知量的微生物而实现。然后施加在强度、持续时间和频率上变化的一系列脉冲，并且监控可对活性成分造成损害的介质的参数(例如，温度，pH，离子含量等)。
选定的参数一方面不会对物质或活性剂造成大量损害，另一方面显著地减少目标微生物。
以下特征/参数和设计中的任意一个或多个可施加到本发明的主体的任意一个方面：
-杀菌/处理程序在存储期间施加到存储体积或其部分多于一次，由此促进至少分配部分以及可选的整个物质的杀菌，还促进长期存储；
-杀菌/处理程序在使用物质之前施加到存储体积或其部分至少一次；
-存在若干使用循环，并且杀菌/处理程序在使用物质之后施加到存储体积或其部分至少一次；
-存在若干使用循环，每个使用阶段包括提取材料的打开、关闭容器的关闭和在一次关闭与下一次打开之间的存储周期，并且杀菌/处理程序施加到存储体积或其部分至少每一循环；
-杀菌/处理程序在存储期间施加到存储体积或其部分至少一次，并在使用物质之前至少一次；
-本发明的装置和系统可设有控制单元，用于监控和控制系统的以下参数中的至少一个或多个：
(1)确认pH值——以确保介质没有改变其任意特性；
(2)温度——以确保施加的能量在限制内保持且没有使介质的温度升高；
(3)脉冲电能——随电脉冲源的电压监控而受监控，以确保用于一致处理效果的一致能量供给条件；
(4)分子的化学结构。
-该装置和系统可设有用于在预定时间或间歇地自动激活PEF系统的计时器，以例如对容器内的介质杀菌。
-PEF系统进一步包括适于施加杀菌/处理程序多于一次的电源。该电源包括三个部件：
i.适于产生和施加脉冲电场的部件；
ii.用于控制和/或监控PEF的参数且可选地适于以预定间隔激活处理程序的控制系统。
iii.用于对系统提供动力的电源，例如电力网、电池，交流电源，例如机械发电机、太阳能电池、压电电源、等。
-动力可通过固定的电源(例如，电池、联接到电力网的电线)、可拆卸附接的电源(例如电池组)或通过感应(其中容器由支承构件(cradling member)容纳，且在其间具有适当的感应设置结构)而施加到系统。
-PEF系统可手动或自动操作。
-控制系统可设定为在每次使用装置之后施加处理程序。
-控制系统可设定为在每次使用装置之前施加处理程序。
-至少两个电极可具有相同的表面积、平行于彼此和/或彼此等间距。
-至少两个电极放置为例如影响希望的处理体积。
-杀菌/处理程序可包括施加电脉冲，该电脉冲的波长可从纳秒变化到秒、更优选地从纳秒变化到毫秒、更优选地从10纳秒变化到1毫秒，脉冲幅度从50V/Cm变化到100kV/cm、更优选地从300V/Cm变化到60V/Cm，形状可从正方形脉冲变化为，指数式衰减脉冲的数量可从施加一个脉冲到施加500脉冲，更优选地以从纳秒到秒、更优选地从10微秒到1毫秒的间隔从10到100脉冲，并且其效果使得其减少存活的微生物的数量，而不会引起介质的变化，而该变化可能损害包含在其内的活性剂。
-系统的电能可设定为范围在5.4kV/cm与10kV/cm之间的值；
-脉冲波可具有100μ秒的波长，并可以1Hz的频率施加。
-脉冲可为正方形波的脉冲。
-脉冲可作为1、2、3、4、5......100脉冲的序列施加，并可连续或离散地施加。在脉冲以离散形式施加的情况下，脉冲以其间的时间间隔施加。时间间隔的范围可从纳秒到分、更优选地从10微秒到1毫秒。
-可以四组、每组五次脉冲、各组之间间隔开一分钟地给出二十次脉冲。
-至少10次脉冲可连续施加。
-本发明的装置和/或系统可在制造其间等在家中、医院/诊所中使用。
附图说明
为了理解本发明并知晓其可如何在实践中执行，现在将参照附图仅仅通过非限制示例来描述各实施例，附图中：
图1为根据本发明的一实施例的定量容器的示意性剖视图；
图2为根据本发明的一实施例的容器的示意性剖视图；其中提供在盖中的激活机构未示出；
图3为根据本发明的另一实施例的容器的示意性剖视图；
图4a-4c为根据本发明的又一实施例的容器的示意性剖视图；
图5a-5c为根据本发明的实施例的容器的出口/进口部分的示意性剖视图；
图6a-6d为根据本发明的实施例的系统的示意性剖视图；
图7为根据本发明的又一实施例的系统的示意性剖视图；
图8a和8b显示微生物残存量根据用于10V/cm的电场的电脉冲的数量和序列的结果的柱形统计图；以及
图9a和9b分别显示场强对微生物残存量和溶液温度的效应的柱形统计图。
具体实施方式
本发明公开一种用于使用对物质杀菌的PEF减少物质中的微生物的装置、系统和方法。本发明的各实施例可根据若干组限定，如下：
I.适于包含和存储物质的容器，包括PEF系统，该PEF系统具有装配在容器的主体内的电极，并且其中PEF杀菌/处理程序将施加在存储在该容器内的物质的体积上至少一次，以对物质杀菌并保持物质无菌；
II.适于包含和存储物质的容器，包括PEF系统，该PEF系统具有装配在存储物质的容器的进/出口部分的电极，以防止存储的物质通过进出口而变得污染；
III.适于包含和存储物质的容器，包括PEF系统，该PEF系统具有装配在存储物质的容器的进/出口部分的电极，以防止污染的存储物质利用该存储的物质污染有机体。
IV.适于包含和存储物质的容器，具有存储空间和处理空间，包括至少一个PEF系统，其中电极装配在至少处理空间处，从而当物质被强迫通过处理空间时，PEF系统被激活并且物质得到处理/杀菌。
V.包含物质并适于存储物质的容器，包括用于在容器内对存储的物质杀菌的至少一个PEF系统。
在附图中，相似的附图标记始终表示相同的元件。
首先关注附图的图1至图4，其例示出根据本发明的一个方面的大体上由附图标记10表示的“实时”杀菌容器。根据一个示例，容器包括具有空间16的主体12、具有分配空间18的副体14以及大体上由附图标记20表示的PEF系统，所述副体具有底部13和顶部，所述底部连接到主体12以例如与空间16流体流动连通并适于在其中盛放至少一定量的介质，所述顶部设有用于分配通过其中的介质的分配孔道17，所述PEF系统配合在副体14与主体12之间，以例如允许对其附近的至少介质杀菌。
如图1-3所示的容器进一步设有装配有单向阀32(例如蘑菇型阀)的隔膜30，从而当容器10例如翻转或倾斜到一侧时允许介质通过隔膜中的开口33朝向分配空间18流动到分配空间18中。
将意识到，容器也可配备有任意类型的延伸通过隔膜的定量机构，以将计量定量的介质从介质在主体12中的贮存器泵送到副体14的分配空间18中，由此消除翻转或倾斜容器的需求。
PEF系统20包括设置在副体14内的两个电极22a和22b，以当介质被包含在分配空间18内时与介质形成接触，PEF系统20还包括与电极22a和22b接触电脉冲发生源24。电脉冲发生源24包括电源(例如，电池、可再充电电池、可传导充电的电容器等)、适于产生脉冲电能的脉冲控制器、以及适于激活电脉冲发生源24以关闭电极与电脉冲发生源24之间的电路并释放脉冲电能的激活机构26。
根据本发明的示例，PEF系统还设有控制单元37，其连接到电脉冲源、适于允许使用者控制系统的脉冲电能输出的值。
根据图1所示的示例，容器10的主体12和副体14整体式形成。根据图2和图3所示的示例，容器的主体包括基部15、侧壁19和附接部分11。根据这些示例，副体14为附加构件，并可通过主体的附接部分11安装在容器10的主体12上。根据这些示例，主体的附接部分11配备有电极和配备有单向阀的隔膜，同时电脉冲发生源24和激活机构配备在副体14上，从而当副体14安装在主体12上时，电脉冲发生源24和电极接触以允许激活电极。
现在关注附图的例示出不同概念的图4a至4c，其中PEF系统提供在容器的进口/出口。
首先参照图4a，其例示出具有PEF系统120的(局部例示出的)液体盛放容器102的颈部100，所述PEF系统120包括分别配备有分配部133a和133b的第一电极122a和第二电极122b，所述分配部共同构成在容器内的存储空间112与容器的出口/进口137之间的流动路径。电极122a和122b中的每一个通过导电段150a和150b联接到电脉冲发生源(未示出)。
在该示例中，处理空间154延伸在两个电极122a和122b之间，其中通过出口137分配的液体介质流动通过所述空间154，因此液体介质在其分配之前被杀菌/处理。
图4b所示的示例与图4a的示例的不同之处在于，(局部例示出的)容器202的颈部200配备有不同的PEF系统220。PEF系统220由第一电极222a和第二电极222b构成，所述第一电极和第二电极均具有大致圆柱形横截面并大致同轴地设置在颈部200内，所述第一电极和第二电极中的每一个通过导电段250a和250b联接到电脉冲发生源(未示出)(在图4a至4c的示例中，导电段采用嵌入在容器体内或沿着容器体嵌入地导电电线)。
在图4b中，采用多孔过滤器形式的隔膜构件255提供在两个电极222a与222b之间，由此构成屏障以防止介质从存储空间自由流动到进口/出口237，从而确保分配的介质经历杀菌/处理程序。
图4c的示例公开(局部例示出的)容器302的颈部300配备有修改的PEF系统320。PEF系统320通过一对电极322a和322b构成，所述一对电极分别通过导电段350a和350b联接到电脉冲发生源(未示出)。电极大致彼此相对地设置，从而限定处理空间354，且流动路径延伸在存储空间312之间、通过处理空间354并通过出口337离开。
进一步关注图5a至图5c例示的示例，其显示配备有PEF系统的物质盛放容器的三个示例，所述PEF系统容纳在容器内。在图5a的示例中，其例示出容器400具有采用同轴电极对422a和422b的形式的PEF系统，所述同轴电极对分别联接到电脉冲发生源(未示出)。在该示例中，同轴电极为具有空间423的圆柱形，所述空间延伸在电极422b内，该电极由密封件425密封以防止物质进入所述空间而不被处理。图5b例示的示例描述容器500，在其内部配备有PEF系统，该PEF系统包括一对大致相对的电极522a和522b，用于处理存储在容器内的液体物质。
图5c为容器600的示意性俯视剖视图，在其内部配备有PEF系统，该PEF系统包括中心第一电极622a并由多个大致平行延伸的第二电极622b环绕，以处理存储在容器内的液体物质。
根据本文提供的任意示例的容器由非导电材料(例如塑料、陶瓷、玻璃等)或这些材料的组合适当地制成。该容器可具有任意几何形状和体积。
根据本发明的电极可模制或以其他方式集成在容器或处理空间内。
根据本发明，在此参照图1-3所述的容器可在被使用者购买之前预填充(例如图1)，或可由使用者填充单独需要的介质(例如图2)。在激活容器上的PEF系统之前，系统的参数值根据所需通过连接到电脉冲源的控制单元设定/调节，例如以允许使用者控制系统的脉冲电能输出。根据本发明的示例，系统的参数值被预设定(例如，在制造过程中)。通过定量机构或简单地通过倾斜或翻转容器，希望量的介质被导致流进分配空间中。然后电脉冲连续或离散地通过激活系统而施加，并且介质被大量杀菌。
图6a-6d例示出大体上由附图标记700表示的容器，其包括适于容纳介质的主空间744。图6a为配备有PEF系统720的隐形眼镜存储容器的示意图，所述PEF系统包括一对电极722a和722b，其平行地延伸在容器内，从而在其间限定处理空间754。尽管不能看到，但容器包括电脉冲发生源和电源。
根据本文所述的示例，激活机构和控制单元可无线地连接到PEF系统的其余部分，以允许使用者从远处激活系统。
图6b的示例与图6a的示例的不同之处在于设置流体进口755和流体出口757，其具有延伸在进口和出口与处理空间754之间的流动路径。该设置结构促进流体通过腔室的循环。
图6c和6d中所示的容器40进一步设有托盘36，其位于主空间44内并浸没在介质内。托盘36具有盛放部分38和提升部分49a和49b，盛放部分38设有至少一个开口39以允许流体从中经过，提升部分49a和49b在提升位置支撑托盘。图6d为图6c中示例的容器40的修改方案，其具有顶盖42，该顶盖具有安装在容器40的基部的一个电极以及安装在盖42的内部的另一电极。
这种容器可用于对浸没在诸如隐形眼镜47的流体介质中的半固体或固体材料杀菌。
图7例示出花托形器皿800，其配备有集成的循环泵803，用于使流体循环通过内部空间805。PEF系统807设置在花托800内，盖PEF系统包括一对电极809a和809b，其在其间限定一空间，该空间构成处理空间811并连接到电脉冲发生源，以将杀菌程序至少施加到循环通过处理空间811的介质。电极可采用穿孔盘的形式以促进介质流动循环通过花托800。可以意识到，图7示例的系统可包括沿器皿设置的一个或多个PEF系统，进一步，泵803可为任意类型，例如蠕动泵，由此介质连续地流动通过花托并连续地经历杀菌。
该流动示例代表由实现本发明的各方面的发明人采用的技术。应该意识到，尽管这些技术为用于实践本发明的示例性实施例，但鉴于本公开内容，本领域技术任意将意识到在不背离本发明的精神和致力范围加以必要的变更的情况下可以进行许多修改。
示例：
1、药物
保存的自由滴落溶液(来自德国萨尔布吕肯的URSAPHARM，Arzneimittel GmbH&Co.KG indutraiestrasse，D-66129的HYLO-
Figure BPA00001463404300171
透明质酸钠0.1％)用作保存的自由液体溶液的模型。
2、微生物
使用大肠杆菌四环素稳定的细菌培养。微生物的培养通过将有机体从培养基(LB)琼脂板传递到500ml的LB-米勒汤而制备，其在37℃的温度控制的保温箱中搅动，直到获得108CFU/ml。
3、电穿孔
5μl的培养增加到1ml的保存的自由滴落溶液。执行若干次稀释，直到微生物在滴液中的最终浓度为106CFU/ml。使用本发明的系统执行电穿孔。在每毫升一百万细胞的浓度下80μl体积的细胞被放置在容器中并经受1秒的脉冲间隔100μ秒宽度的单极性矩形电脉冲。
紧接着该电穿孔，用具有被聚酰亚胺覆盖的0.7mm探针的反射信号调节器(加拿大魁北克的Neoptix有限公司)测量小池中的温度。
紧接着电穿孔，用
Figure BPA00001463404300172
pH 5.0-10.0(MERCK，KGaA，德国)、pH-Indikatorpapier Spezialindikator pH 8.2-10.0(MERCK，KGaA，德国)、
Figure BPA00001463404300173
pH-Indikatorpapier pH 0.5-5(MERCK，KGaA，德国)测量溶液的pH。
4、微生物生存力测试
使用倒电镀计数方法。在处理之后，溶液在杜尔贝科(Dulbecco)的磷酸盐缓冲盐中溶解10倍(以色列的生物工业Kibutz Beit Haemek)，以消除如在针对抗菌保存效率的欧洲药典测试中所述的眼药水含量对细胞生长的影响。100μl的每个溶液被双重电镀在LB-米勒四环素琼脂上。电镀在37℃下保温18小时。利用MRC菌落计数器模型570(以色列的MRC)完成计数。
5、实验程序
进行研究以确定PEF参数的组合，其中流体药品可被杀菌，而温度不会显著增加且不会产生pH变化。该研究的重要方面在于确定药品是否利用PEF脉冲以无菌形式存储。而且，在食品工业中，使用的电场可非常高，该研究的目的在于确定比使用在食品工业中的电池低的电场是否可以允许系统在实验室或工业设定之外使用。
用于细菌杀菌的电穿孔参数通过比较5.4kV/cm、7.2kV/cm或10kV/cm的电场的效果来验证，作为1Hz频率的100μ秒波长的正方形脉冲以如下序列施加：(a)四组每组五个脉冲各组间隔一分钟地给出二十个脉冲；(b)二十个脉冲；(c)十个脉冲。倒电镀计数方法用于确定在处理后的细菌存活百分比。监控处理参数对温度和pH的影响。每次实验的端点用于测量存活率、温度和pH。所有实验重复5次。
6、结果
图8a和8b显示PEF脉冲的数量、PEF脉冲施加的序列分别对微生物存活率和溶液温度的影响。结果是针对10kV/cm的电场和情况a(20个脉冲——离散的4组每组5个脉冲)、b(20个脉冲)和c(10个脉冲)的脉冲序列。
附图显示将脉冲的数量从10双倍到20导致微生物的存活率的百分比从4.33％到0.37％的超过十倍的减少。将脉冲数量变为双倍仅仅导致样品温度增加3℃。将施加脉冲的序列从连续的情况(b)改变到离散的四组每组五个的情况(a)，导致微生物的存活数量从0.37％到0.14％的另外3倍的进一步的降低。然而，温度比连续施加10个脉冲时增加得小。
在所有实验中，样品在处理之后的pH保持与控制样品相同，7.5。
图9a和9b显示场强分别对微生物存活和溶液温度的影响。这里报道的实验针对以1Hz频率施加的5.4kV/cm、7.2kV/cm和10kV/cm的20个脉冲的序列。将场强从5.4kV/cm增大到10kV/cm导致微生物的存活率从53.49％到0.37％的超过100倍的减少。最高场与最低场之间的温度差为约6℃。最高温度不超过36℃。在所有实验中，样品在处理之后的pH与控制样品相同，7.5。
本发明涉及领域的技术人员将易于意识到，在不背离本发明范围加以必要的变更的情况下可作出多种改变、变化和修改。

Claims (31)

1.一种容器，具有用于盛放物质的主存储空间，具有进/出开口并配备有PEF系统，所述PEF系统包括：
(a)设置在所述容器内并接触所述物质的两个或多个电极；和
(b)连接到所述两个或多个电极并适于使脉冲电能经过所述物质的电脉冲源；
其中，所述PEF系统被激活以将处理程序施加所述物质。
2.如权利要求1所述的容器，其中所述杀菌/处理程序包括施加电脉冲至少一次，以减少在存储的物质中的存活的微生物的数量，而不在所述物质中引起可能损坏包含在其中的活性剂的任何变化。
3.如权利要求1所述的容器，其中所述处理程序在所述物质的存储期间施加至少一次。
4.如权利要求1所述的容器，其中所述处理程序在其经过所述进/出开口之前或期间施加。
5.如权利要求1所述的容器，其中所述处理程序在其经过所述进/出开口之后施加。
6.一种容器，包括盛放物质的主空间和定量体积的分配空间，所述分配空间与所述主存储空间流动连通并形成有分配出口；
其中至少所述分配空间配备有PEF系统，所述PEF系统包括：
(c)设置在所述容器内并接触所述物质的两个或多个电极；和
(d)连接到所述两个或多个电极并适于传送经过所述物质的脉冲电能的电脉冲源；
其中，所述PEF系统适于在其经过所述分配出口之前或期间对所述物质杀菌。
7.一种容器，包括适于盛放和长期存储物质的主空间、处理空间和PEF系统，其中所述物质在所述主空间与所述处理空间之间循环，并且所述PEF系统被激活以在所述处理空间中在所述物质循环通过所述处理空间期间对所述物质施加PEF。
8.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述物质为液体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述物质为液体药物。
10.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述物质为固体。
11.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述物质为凝胶。
12.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述物质为液体和固体的组合物。
13.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述物质为悬浮液。
14.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述电脉冲源包括电源、脉冲控制器、激活机构，该激活机构适于激活所述电脉冲源以关闭所述电极与所述电脉冲源之间的电循环并释放脉冲电能。
15.根据权利要求14所述的容器，其中所述电源可与所述容器集成或可从所述容器上拆卸。
16.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述PEF系统进一步设有用于设定和/或调节所述系统的参数的控制单元。
17.一种PEF系统，包括：
-容器，适于容纳导电物质，包括适于盛放物质的主空间；
-导电物质；
-托盘，适于定位在所述主空间内并至少部分地浸没在所述物质内；
-两个或多个电极，设置在所述容器内并接触所述物质；
-电脉冲源，连接到所述两个或多个电极并适于使脉冲电能经过所述物质。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述物质包括至少一种基本为固体的物质和一种基本为液体的物质，并且其中所述至少一种基本为固体的物质放置在所述托盘上。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述至少一种基本为固体的物质为隐形眼镜，并且所述基本为液体的物质为隐形眼镜保存介质。
20.一种用于减少微生物的方法，包括：
a、提供容器，其适于盛放存储的物质、配备有包括设置在所述容器内以接触所述物质的两个或多个电极的电穿孔系统；电脉冲源，其连接到所述两个或多个电极并适于使脉冲电能经过所述物质；和控制单元，其连接到所述电脉冲源、适于允许使用者控制所述系统的脉冲电能输出；
b、设定所述系统的电能；
c、施加杀菌/处理程序，包括施加电脉冲至少一次，以减少存储物质中的存活的微生物的数量，而不引起所述物质中的任何变化；以及
d、所述杀菌程序施加存储的物质或该物质的一部分一次或多次，以促进与环境交互的长期存储。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述容器经历多个使用循环，每个使用循环包括取出物质的打开、关闭和在一次关闭与下一次打开之间的存储周期，其中所述电脉冲在每次使用循环中施加至少一次。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述电脉冲施加一周期，该周期选自如下构成的组.
a、在打开之前或期间
b、在关闭之后或期间
c、在存储期间
d、(a)-(c)的两个或多个周期。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述脉冲连续施加。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述脉冲离散施加。
25.如权利要求20所述的方法，其中在以四组每组五个脉冲的方式施加二十个脉冲。
26.一种装置，包括适于长期存储物质的存储体积，具有引入/分配所述物质通过的开口，所述存储体积配备有PEF系统，该PEF系统包括：
a、两个或多个电极，设置在所述空间内并直接或者通过导电流体或凝胶接触所述物质；和
b、电脉冲源，连接到所述两个或多个电极并适于使电流经过构成整个或部分所述存储体积的处理体积。
27.一种装置，包括适于盛放和长期存储物质的主空间以及适于盛放和分配定量体积的分配空间，所述分配空间与所述主空间流动连通并设有分配出口；并且其中所述主空间或/和至少所述分配空间配备有PEF系统。
28.一种装置，包括适于盛放和长期存储物质的主空间以及配备有PEF系统的处理空间，所述PEF系统包括：
两个或多个电极，设置在所述空间内并直接或者通过导电流体或凝胶接触所述物质；和
电脉冲源，连接到所述两个或多个电极并适于使电流经过构成整个或部分所述存储体积的处理体积；
其中，所述物质在所述主空间与所述处理空间之间循环，并且所述PEF在所述处理空间中在所述物质流动通过所述处理空间期间施加于所述物质。
29.一种装置，具有包含待处理物质的存储空间、PEF系统，该PEF系统包括：
两个或多个电极，设置在所述空间内并直接或者通过导电流体或凝胶接触所述物质；和
电脉冲源，连接到所述两个或多个电极并适于使电流经过构成整个或部分所述存储体积的处理体积；
其中所述PEF系统适于减少所述存储体积内的物质中的微生物，其影响目标微生物而不会对存储的物质造成损害效应。
30.根据前述权利要求任一项所述的装置，进一步包括含有至少一种活性剂的流体。
31.一种施加PEF的系统，包括：
适于容纳物质的容器，包括适于盛放所述物质并具有进/出开口的空间；
物质；
两个或多个电极，设置在所述容器内并接触所述物质的至少一部分；
电脉冲源，连接到所述两个或多个电极并适于使电流经过所述物质。
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