DE60007320T2

DE60007320T2 - Methode die Sterilisation mit Ethylenoxid zu kontrollieren

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Publication number: DE60007320T2
Application number: DE60007320T
Authority: DE
Inventors: Gordhanbhai N. Patel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: AU5316400A; EP1200135B1; WO2001010471A1; PT1200135E; MXPA02001006A; DK1200135T3; DE60007320D1; CA2378555A1; ES2209901T3; EP1200135A1; ATE256477T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von einer farbverändernden chemischen Indikatorvorrichtung zum Überwachen der Sterilisierung von medizinischen Materialien mit Ethylenoxid. Die Vorrichtung unterläuft wenigstens eine Farbveränderung mit der Zeit, der Temperatur und der Konzentration des Ethylenoxids.
2. KURZE BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Produkte, so wie medizinische Materialien werden sterilisiert, um lebende Organismen bis auf ein akzeptables Niveau abzutöten. Das direkte Testen für die Sterilität ist zerstörend und teuer, und daher werden indirekte Testverfahren verwendet. Biologische Indikatoren, die aus Kulturen, so wie Bacillus Subtilis-Sporen, Bacillus Pumilus-Sporen und Clostridium Sporogenes-Sporen hergestellt werden, werden zum Überwachen der Sterilisierung eingesetzt. Jedoch werden chemische Indikatoren weit verbreitet verwendet, da sie einfach und preiswert sind.
Eine breite Vielzahl von medizinischen Materialien werden mit Materialien und durch Technik sterilisiert, so wie Dampf, Plasma, Hochenergiebestrahlung und Ethylenoxid. Ethylenoxid wird hierin abgekürzt als ETO.
Es ist wichtig sicherzustellen, daß das medizinische Material sterilisiert ist. Eine Anzahl von Indikatoren, Dosimetern und Überwachungseinrichtungen werden in der Literatur vorgeschlagen. Sie beinhalten biologische und chemische Indikatoren. Die farbverändernden chemischen Indikatoren sind preiswert und werden daher weit verbreitet verwendet.
Eine Anzahl von Patenten wurde für Ethylenoxidindikatoren erteilt.
U.S. Patent Nr. 3 852 034 beschreibt einen Indikator für Ethylenoxid, welcher eine aminosubstituierte Indikatorverbindung, z. B. Säuresalze von aminosubstituierten Triphenylmethanen, Diphenylmethanen, Acinen oder Xanthenen, welche eine Farbveränderung unterläuft, basierend auf dem Ersatz von labilem Wasserstoff in den Aminogruppen mit Hydroxyehtyl und ein Puffermittel beinhaltet, ausgewählt, um ein ionisches Dissoziierungsgleichgewicht zur Verfügung zu stellen, so daß die Farbveränderung nur auftritt, wenn die Sterilisierung wirksam war.
Eine Indikatorzusammensetzung für Ethylenoxidgas umfassend 4-(4-Nitorbenzyl)Pyridin, Nitrocellulose, eine basische Substanz und optional ein blaues Farbmittel ist offenbart in U.S. Patent Nr. 4 094 642. Die Indikatorzusammensetzung verändert seine Farbe, um eine stabile Farbanzeige zu entwickeln, typischerweise von grüner Farbe, wenn sie gegenüber Ethylenoxidgas ausgesetzt wird. Die Zusammensetzung kann jede Form und Konsistenz annehmen und wird typischerweise auf ein Substrat, so wie ein Papier, um darauf eine Schicht zu bilden, angewendet. Vorrichtungen unter Verwendung von 4-(4-Nitorbenzyl)Pyridin sind in U.S. Patent Nr. 4 678 640, U.S. Patent Nr. 4 826 772 und U.S. Patent Nr. 4 436 819 beschrieben. Beispielsweise beschreibt das U.S. Patent Nr. 4 436 819 eine Vorrichtung zum kolorimetrischen Quantifizieren der Aussetzung gegenüber Ethylenoxid, welches ein Polymersubstrat umfaßt, welches einen Transport für Ethylenoxid durch den Körper aufzeigt, auf dem eine Konzentration einer farbbildenden Verbindung dispergiert ist, welche eine Farbveränderung nach der Reaktion mit Ethylenoxid unterläuft, wobei die Konzentration so ausgewählt ist, daß sie einen variablen Grad der Farbveränderung in der Vorrichtung zur Verfügung stellt, welche bei einer gleichförmigen Temperatur eine vorbestimmte Funktion der Menge der Aussetzung der Vorrichtung gegenüber Ethylenoxid ist. Die farbbildende Verbindung umfaßt ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ehtylenoxidreaktiven Farbbildnern, bestehend aus 4-(p-4-Nitrobenzyl)Pyridin, N-Phenylbenzylpyridin und Phenazin und der basische Katalysator ist ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Triethanolamin, Triethylendiamin, Triethylentetramin, N,N-bis(Aminopropyl)-1,3-Propandiamin und N,N,N',N'-Tetrakis(Methyl)-Ethylendiamin.
Eine Indikator-Zusammensetzung, welche eine Farbveränderung unterläuft, die progressiv mit den Umständen und mit den Perioden der Sterilisierung verläuft, so daß eine finale und vollständige Farbveränderung den Abschluß der wirksamen Ethylenoxidsterilisierung anzeigt, ist offenbart in U.S. Patent Nr. 4 407 960. Die Indikator-Zusammenfassung umfaßt einen Leukovorläufer einer Arylmethanfarbe, ausgewählt aus den Gruppen von Farben, so wie Michlers Hydrol, Kristallviolettlakton, Malachitgrün, Leuko und Kristallviolettleuko; und einem acidischen Bestandteil, so wie Diphenolsäure (4,4-bis[4-Hydoxyphenyl]Pentansäure).
Eine Vorrichtung zum Geben eines visuellen Anzeichens bezüglich der Menge des rückständigen Ethylenoxids, das in den aus Feststoff bestehenden Krankenhausartikeln und anderen Gesundheitsvorrichtungen vorhanden ist, die mit Ethylenoxid behandelt worden sind, ist offenbart in U.S. Patent Nr. 4 495 291. Die Menge des rückständigen Ethylenoxids wird angezeigt durch den Farbunterschied, der durch unterschiedlich sensitive Flächen der Vorrichtung in der Form eines opaque dunkelgefärbten Unterstützungsgliedes aufgezeigt sind, an dessen Oberfläche ein dünner Film einer cholesterischen Flüssigkristallzusammensetzung in einem feststoffilmbildenden Bindemittel gebunden ist.
Eine Tintenzusammensetzung zum Anzeigen des Fortschritts der Sterilisierung mit Ethylenoxid wird durch U.S. Patent Nr. 5 258 065 zur Verfügung gestellt, welche umfaßt; (1) wenigstens einen dispergierten Farbstoff der allgemeinen Formel A–N=N–B, wobei A ein Rest einer heterocytischen Verbindung enthaltend ein Stickstoffatom ist, welches nicht mit Alkylgruppen substituiert ist und welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pyridin, Quinolin, Isoquinolin, Triazol, Tetrazol, Indazol, Thiazol, Benzothiazol und Thiadiazolringen, wobei der Rest optional ein oder mehrere undissoziierte Substituenten haben kann und B ist ein Kopplungsbestandteil, (2) wenigstens einen Bindemittelbestandteil, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure und Acrylsäure-Methacrylsäurecopolymeren, (3) wenigstens ein ultrafeiner Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ultrafeinen Partikeln aus Silika, Aluminiumoxid und Titanoxid und (4) wenigstens ein polares Lösungsmittel.
Eine Tintenzusammensetzung wurde hergestellt als ein Anzeiger für die Ethylenoxidsterilisierung, welcher die Tatsache verwendet, daß Magnesiumchlorid mit Ethylenoxid reagiert, um eine Base zu produzieren, Magnesiumhydroxid, welche durch einen pH-sensiblen Farbstoff detektiert wird; siehe U.S. Pat. Nr. 3 098 751. Eine weitere Entwicklung auf diesem Gebiet der Ethylenoxidüberwachung ist offenbart in U.S. Pat Nr. 4 138 216. Die offenbarte Vorrichtung umfaßt einen Docht, der mit Magnesiumchlorid imprägniert ist, und ein pH-sensibler Farbstoff ist in einem gasundurchlässigem Hüllgefäß mit einem offenen Ende eingeschlossen. Ein zusätzlicher Bestandteil ist ein acidisches Material, z. B. Weinsäure, welche als Quantifizierer agiert, um die Antwortzeit der Vorrichtung anzupassen. Diese letzte Vorrichtung ist insbesondere nützlich bei dem Überwachen der Ethylenoxidsterilisierung, da es auf Feuchtigkeits-Spiegel ebenso wie auf Temperatur und Gaskonzentration antwortet. U.S. Pat. Nr. 5 451 372 offenbart eine Vorrichtung zum Überwachen eines Ethylenoxidsterilisierungsverfahrens, in welchem 100 Ethylenoxid als Sterilisierungsmittel verwendet wird, umfassend einen Docht, imprägniert mit einer ethylenoxidempfindlichen chemischen Verbindung, einem Quantifizierer und einem pH-sensiblen Farbstoff; einen ethylenoxidundurchlässigen Rückstreifen, auf welchem der Docht angebracht ist; und einen Deckstreifen mit einem etyhlenoxidundurchlässigen Film. Der Rückstreifen und der Deckstreifen sind aneinander angehaftet und befinden sich im direkten Kontakt miteinander und schließen dicht mit dem Docht ab. Die ethylenoxidempfindliche chemische Verbindung ist ein Chlorid von divalenten Metallen, so wie Magnesium, Eisen und Zink und der pH-sensible Farbstoff ist Bromphenolblau, Thymolblau oder Xylenolblau.
Auch wenn die Herstellung einer Base nach der Aussetzung gegenüber Ethylenoxid in den U.S. Patenten Nr. 3 098 751, 4 138 216 und 5451372 berichtet wird, ist sie immer limitiert auf Chloride von divalenten Metallen, so wie Magnesium, Eisen und Zink. Es gibt keinen Bericht über die Verwendung von Halogeniden von (1) monovalenten Metallen, so wie Natrium und Kalium, (2) anderen Halogeniden, so wie Bromiden oder Iodiden von di- oder höhervalenten Metallen, (3) organischen Halogeniden, so wie Tetrabutylammoniumbromide, zum Überwachen von Ethylenoxid und (4) anderen Salzen, sowohl organisch als auch anorganisch, so wie Natriumthiocyanat. Wir haben zufällig entdeckt, daß eine Beschichtung, bestehend aus monovalentem organischen oder anorganischen Salz, so wie Natriumbromid, Natriumthiocyanat und Tetraethylammoniumbromid, einem pH-sensiblen Farbstoff, so wie Bromophenolblau und einem polymeren Bindemittel, so wie Polyacrylat, eine Farbveränderung unterläuft, wenn es Ethylenoxid ausgesetzt ist.
WO 98/58 683 offenbart eine Sterilisierungsüberwachungseinrichtung einschließlich eines Substrats und einer Überwachungszusammensetzung. Die Überwachungszusammensetzung enthält einen farbbildenden Stoff und eine Halogenquelle und unterläuft eine bestimmte Farbveränderung, wenn sie einem Peracid ausgesetzt ist. Der Sterilisierungsüberwacher kann verwendet werden, um ein Sterilisierungsverfahren zu überwachen, das ein Peracid beinhaltet.
WO 00/61 200 offenbart Indikatoren zum Überwachen der Sterilisierung mit Oxidationsmitteln oder mit Plasma.
Die Sterilisierung mit ETO hängt von verschiedenen Faktoren ab, so wie Zeit, Temperatur, Feuchtigkeit und der Konzentration des ETO. Um die Sterilisierung mit ETO sicherzustellen, muß der Indikator den integralen Wert dieser Faktoren bestimmen. Es ist auch wünschenswert, daß der Indikator in der Abwesenheit von Ethylenoxid im wesentlichen durch andere Parameter unbeeinflußt bleibt, so wie trockener Hitze, Dampf, Bestrahlung oder Umgebungsbedingungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung zum Überwachen der Sterilisierung von Materialien zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung umfaßt:
wenigstens eine Schicht eines Polymers, worin einbezogen sind:

a) ein Indikator, der in der Lage ist, wenigstens eine Farbveränderung zu unterlaufen, wenn er einem pH-Anstieg ausgesetzt wird,
b) einen Aktivator für diesen Indikator, wobei der Aktivator eine Verbindung aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, Metallchelaten und Metallkomplexen mit einem monovalenten Kation ist, die umsetzbar ist mit Ethylenoxid, um einen pH-Anstieg zu verursachen, wobei dieser pH-Anstieg verursacht, daß der Indikator die Farbveränderung unterläuft, umfassend die Schritte:
c) Anbringen der Vorrichtung an die Materialien oder Behälter, die dieselben enthalten
d) Ausführen des Sterilisationsverfahrens einschließlich des Schrittes des Einführens von Ethylenoxid und
e) Beobachten der Gegenwart einer Farbveränderung dieser Vorrichtung.

So eine Vorrichtung wird hergestellt durch Beschichten mit einer Mischung aus (a) einem Polymer als Bindemittel, (b) einem ETO-reaktiven Salz mit einem monovalenten Kation und (c) einem pH-sensiblen Farbstoff, der, wenn er mit ETO in Kontakt gebracht wird, wenigstens eine Farbveränderung unterläuft. Solch eine Vorrichtung kann zum Überwachen der Sterilisierung von medizinischen Gerätschaften verwendet werden.
Die Formulierungen und Vorrichtungen, die hierin offenbart sind, bieten verschiedene Vorteile gegenüber denjenigen an, die auf Magnesiumchlorid basieren, und über die in U.S. Pat. Nr. 3 098 751, 4 128 216 und 5451372 berichtet wurde. Die Hydroxide von Metallen mit einer höheren Valenzzahl, so wie Magnesiumhydroxid, sind signifikant schwächer als diejenigen der Alkalimetalle, so wie Kaliumhydroxid und Natriumhydroxid, hergestellt nach der Aussetzung gegenüber Ethylenoxid. Als ein Ergebnis ist die Vorrichtung, die aus Alkalimetall und organischen Halogeniden gemacht ist, signifikant sensitiver als diejenigen, die aus Magnesiumchlorid gemacht sind; eine niedrigere Konzentration von Ethylenoxid kann mit den Vorrichtungen detektiert werden, die hierin offenbar sind. Beispielsweise, ein Papier imprägniert mit Natriumjodid oder Tetrabutylammoniumbromid und Bromethylblau verändert sich von gelb nach blau fast sofort, wenn es gegenüber von 100 Ethylenoxid ausgesetzt wird, oder in Minuten bei etwa 20ppm Ethylenoxid. Daher kann man unter Verwendung der Formulierungen, die hierin vorgeschlagen sind, sensitivere Vorrichtungen machen, die denen ähneln, die in U.S. Pat. Nr. 3 098 751, 4 138 216 und 5451372 vorgeschlagen sind. Da monovalente Halogenide, so wie Natriumjodid und Kaliumbromid im allgemeinen weniger sensitiv gegenüber der Feuchtigkeit sind, als diejenigen von Metallen mit höheren Valenzzahlen, ist die Vorrichtung, die hierin offenbar ist, stabiler gegenüber der Feuchtigkeit der Umwelt und einigermaßen sensitiv gegenüber einer Mischung aus Feuchtigkeit und Ethylenoxid, verglichen mit denjenigen, die aus Magnesiumchlorid und Calciumchlorid gemacht sind. Der pH-Wechsel nach der Aussetzung gegenüber ETO ist höher im Falle von monovalenten Halogeniden, und daher ist die Farbveränderung dramatischer und eine größere Anzahl von pH-sensitiven Farbstoffen kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Farbveränderungen nach der Aussetzung gegenüber Ethylenoxid zu erhalten. Wir haben ebenso gefunden, daß die di-Metallhalogenide und die Metallhalogenide höherer Valenz die Präzipitierung von wäßrigen Tintenvehikeln/Bindemitteln verursachen, welche wasserlöslich oder dispergierbar durch Miteinbeziehen von acidischen Funktionalitäten gemacht worden sind. Daher ist es sehr schwierig, divalente Metallsalze, so wie Magnesiumchlorid mit einzubeziehen, ohne die Präzipitation der meisten der wäßrigen Vehikel zu verursachen. Die monovalenten Salze haben normalerweise eine geringere Toxizität und geringere Preise, verglichen mit denjenigen der divalenten Metallsalze.
Die Indikatoren, die geeignet sind für die Verwendung bei dieser Vorrichtung, beinhalten Pigmente, Farbstoffe, Vorläufer von diesen Farbstoffen und Mischungen aus jeglichen von diesen. Eine wünschenswerte Qualität des Indikators ist die Fähigkeit, eine Farbveränderung mit dem Reaktionsprodukt des Ethylenoxids und dem Aktivator zu unterlaufen. Wünschenswerterweise unterläuft der Indikator eine gelb nach blau-, gelb nach grün-, rot nach gelb-, rot nach grün- oder rot nach blau-Farbveränderung.
Das Polymer, das bei dieser Vorrichtung verwendet wird, ist geeigneterweise wasserlöslich oder dispergierbar in einem wäßrigen Lösungsmittelmedium. Eine breite Klasse von Polymeren kann verwendet werden. Sie können Homopolymere, Copolymere oder Mischungen daraus sein.
Geeigneterweise ist das Reaktionsprodukt des Aktivators und des Ethylenoxids eine Base. Geeignete Aktivatoren sind Salze von monovalenten Kationen, so wie Halogenide und Isocyanate, vorzugsweise Bromide. Der Aktivator kann ebenso ein Salz eines Amins und eine organische oder anorganische Säure sein.
Die Vorrichtung kann zusätzlich ein Additiv umfassen, so wie eine Säure oder Base, um die Geschwindigkeit der Umsetzung und die Farbveränderung zu kontrollieren.
Die Vorrichtung kann zwei Schichten haben, das heißt, zusätzlich eine polymere Oberschicht umfassen.
Dies kann eine keilförmige polymere Oberbeschichtung sein.
Der Prozeß des Herstellens solch einer Vorrichtung umfaßt das Lösen der Bestanteile davon in einem Lösungsmittel davon, das Anwenden der so gebildeten Lösung auf ein Substrat und das Verdampfen des Lösungsmittels zu erlauben.
Das Substrat kann ein Behälter für einen Gegenstand sein, der sterilisiert werden soll. Es kann ebenso ein Plastikfilm, Papier oder Metall sein, einschließlich aber nicht limitiert Polyesterfilm, Papier oder spungebondete Polyolefine.
In einer wünschenswerten Ausführungsform der Erfindung ist die Lösung eine Tintenformulierung, geeigneterweise eine wäßrige Tintenformulierung, am geeignetsten eine, welche ein Acrylatpolymer umfaßt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen umfassen:
Ein Verfahren zum Verwenden einer Vorrichtung zur Überwachung von Ethylenoxid, wobei die Vorrichtung umfaßt:
wenigstens eine Schicht eines Polymers, die beinhaltet:

a) einen Indikator, der in der Lage ist, wenigstens eine Farbveränderung zu unterlaufen, wenn er einem pH-Anstieg ausgesetzt ist,
b) einen Aktivator für diesen Indikator, wobei der Aktivator eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Grupppe bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, Metallchelaten und Metallkomplexen mit einem monovalenten Kation, umsetzbar mit Ethylenoxid, um einen Anstieg im pH zu verursachen, wobei der pH-Anstieg es verursacht, daß der Indikator eine Farbveränderung unterläuft, umfassend die Schritte:
c) Aussetzen der Vorrichtung gegenüber Ethylenoxid
d) Beobachten der Gegenwart einer Farbveränderung in der Vorrichtung.

Ein Verfahren zum Überwachen der Sterilisation mit Ethylenoxid umfassend:
Aussetzen einer Überwachungszusammensetzung, die wenigstens eine Schicht eines Polymers umfaßt, die beinhaltet:

a) einen Indikator, der in der Lage ist, wenigstens eine Farbveränderung zu unterlaufen, wenn er einem pH-Anstieg ausgesetzt ist
b) einen Aktivator für diesen Indikator, wobei der Aktivator eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, Metallchelaten und Metallkomplexen, mit einem monovalenten Kation, das umsetzbar ist mit Ethylenoxid, um einen pH-Anstieg zu verursachen, wobei der pH-Anstieg verursacht, daß der Indikator die Farbveränderung unterläuft, wenn er dem Ethylenoxid ausgesetzt ist, und Bemerken der Farbveränderung des Indikators.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1: Ein schematischer Seitenquerschnitt von einer Ausführungsform des ETO-Sterilisierungsindikators, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei eine Indikatorschicht, die aus einem polymeren Bindemittel, einem ETO-Aktivator und einem ETO-Indikator besteht, auf ein Substrat angewendet wird.
2 ein schematischer Seitenquerschnitt des ETO-Sterilisierungsindikators, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit einer Adhäsivschicht und einer Ablösbare Schicht.
3 ein seitlicher Querschnitt einer vielschichtigen Vorrichtung, wobei eine Oberbeschichtung eine Beschichtung oder eine Laminierung als Barriere darstellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Vorrichtung kann am besten beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Figuren. Wie gezeigt in 1 besteht die Vorrichtung in einer ihrer einfachsten Formen aus einer Indikatorschicht 20, aufgebracht auf ein Substrat 10. Das Substrat kann ebenso ein Behälter sein, so wie eine Tasche für Produkte, die sterilisiert werden sollen. Die Indikatorschicht 20 besteht aus einem polymeren Bindemittel 21, enthaltend wenigsten einen ETO-Indikator, so wie einen pH-sensitiven Farbstoff 22, der in der Lage ist, eine Farbveränderung mit einem Reaktionsprodukt, so wie einer Base, zu unterlaufen, hergestellt durch die Umsetzung von ETO mit dem ETO- Aktivator 23, wenn er in Kontakt mit ETO gebracht wird. Die Beschichtung 20 kann andere Additive enthalten, z. B. Additiv 24, um die Geschwindigkeit der Farbveränderung zu steuern, und Additiv 25, um die Farben und die Haltbarkeit im Regal beizubehalten.
Wie in 2 gezeigt, kann das Substrat 10 der Vorrichtung mit einer Adhäsivschicht 30 beschichtet sein. Die Adhäsivschicht erlaubt der Vorrichtung, an einen Container eines Produktes, das sterilisiert werden soll, angebracht zu werden. Auf den Boden der Adhäsivschicht 30 kann eine ablösbare Schicht 40 zur Vereinfachung der Verpackung und zu dessen Entfernung direkt vor der Verwendung angebracht werden. Die Entfernung der ablösbaren Schicht 40 wird es der gesamten Vorrichtung ermöglichen, an den Container des Produktes angebracht zu werden, das sterilisiert werden soll.
Die Vorrichtung kann aus mehr als einer Schicht zusammengesetzt sein. In seiner einfachsten Form könnte die Vorrichtung zwei Schichten haben. Wie gezeigt in 3, in der einfachsten Form der Zweischichtvorrichtung, könnte die zweite Oberbeschichtung 50 eine Barriere für ETO sein, z. B. eine polymere Beschichtung oder ein laminierter Film auf der Schicht 20. Die Barrierenschicht 50 kann die Diffusion von ETO reduzieren, und dadurch die Zeit erhöhen, die für die Farbveränderung erforderlich ist.
Eine sich Vorrichtung mit beweglichem Übergangsbereich kann hergestellt werden, wenn die Barrierenschicht 50 in der Form eines Keils über der Indikatorschicht 20 vorliegt. Die Barrierenschicht wirddem Ethylenoxid widerstehen aber wird durchlässig für Ethylenoxid sein.
Andere Variationen der ETO-Indikatorvorrichtung sind ebenso möglich, beispielsweise kann eine Gradientenvorrichtung hergestellt werden durch Beschichten einer Serie von Formulierungen, wobei die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, entweder ansteigt oder absinkt. Solch ein Gradient kann erhalten werden durch Beschichtung solcher Formulierungen in der Form von Linien oder Balken nebeneinander.
Die Vorrichtung kann ebenso hergestellt werden durch Drucken der anzeigenden Formulierung in der Form einer Zahl, eines Bildes, eines Barcodes oder einer Nachricht, z. B. "Wenn dieser Druck grün ist, ist das innere Produkt sterilisiert".
Die Erfindung wurde in die Praxis umgesetzt unter Verwendung von Acrylatdrucktintenextender 001270, zur Verfügung gestellt durch Environmental Inks and Coating, Co, Lithicum, MD als ein Bindemittel und Tetraethylammoniumbromid als ein ETO-Aktivator und Bromcresollila als Indikator. Der Acrylattintenextender 001270 wird hierin als EC001270 bezeichnet und Tetraethylammoniumbromid wird als TEAB bezeichnet.
Farbklassen: Eine breite Vielfalt von Farben, welche ihre Farbe mit einer pH-Veränderung ändern, können als Indikatoren verwendet werden, so wie Nitroso, Nitro, Azo (Mono-, Di-, Tri- und Polyazo), Azoisch, Stilben, Carotenoid, Diphenylmethan, Triphenylmethan, Xanthen, Acridin, Quinolin, Methan und Polymethin, Thiazol, Indamin und Indophenol, Azin, Oxazin, Schwefel, Lacton, Aminoketon, Hydroxyketon, Anthraquinon, Indigoid, Phthalocyanin und natürliche Farben.
Eine Farbe mit einer Aminofunktionalität und neutralisiert mit Säuren, so wie HI und HBr kann eine Farbveränderung mit ETO ohne Aktivator unterlaufen oder würde eine niedrigere Konzentration des Aktivators erfordern.
Die Konzentration des erforderlichen Aktivators für eine bemerkbare Farbveränderung hängt von verschiedenen Faktoren ab, so wie der Dicke der Beschichtung und dem Absorptionskoeffizienten der Farbstoffe. Eine bevorzugte Konzentration ist 0,1 bis 20% des gesamten Feststoffgehaltes der Beschichtung. Der am meisten bevorzugte Bereich der Indikatorkonzentration ist 0,5 bis 5%
Eine große Anzahl von Farben, wie aufgeführt in Tabelle 1, wurden in eine Mischung von EC001270 (1) TEAB (2) Natriumthiocyanat und (3) Tetrabutylphosphoniumbromid hinzugefügt und auf Papier und Polyesterfilm beschichtet. Stücke der Beschichtungen wurden gegenüber ETO ausgesetzt.
Tabelle 1. Liste der Farben, die mit TEAB, Natriumthiocyanat und Tetrabutylphosphoniumbromid als ETA-Aktivator in EC001270 getestet wurden.
Säurealizarinviolett N, Säureschwarz 24, Säureschwarz 48, Säureblau 113, Säureblau 120, Säureblau 129, Säureblau 161, Säureblau 25, Säureblau 29. Säureblau 40, Säureblau 41. Säureblau 4b, Säureblau 80, Säureblau 93, Säurefuschin, Säuregrün 25, Säuregrün 27, Säuregrün 41, Säureorange 74, Säurerot 1, Säurerot 114, Säurerot 151, Säurerot 88, Säureviolett 17, Säureviolett 7, Säuregelb 99, Acridinorange, Acridinorange-Base, Acridinorange G, Acridingelb G, Acriflavinhydrochlorid, Alcianblau 8GX, Alciangelb, Alizarin, Alizarinblauschwarz SN, Alizarincomplexon, Alizarincomplexondihydrate, Alizarinrot, Alizarinviolett 3R, Alizaringelb GG, Alizaringelb R, Alkaliblau 6B, Alkali-Schnellgrün 10GA, Alphazurine A, Aluminon, Aminoacridinhydrochlorid, Aminoanthraquinone, Aminophthalhydrazide, Anilinblau, Astrablau 6GLL, Auramine O, Azocarmine, Azocarmine B, Azur A, Azur B, Azur B thiocyanat, Azure C, Basisch blau 3, Basisch blau 41, Basisch blau 66, Basisch Fuchsin, Basisch rot 29, Basisch gelb. 11, Benzopurpurin 4B, Biebrich Scarlet NA-Salz, Bismarck-Braun B, Bismarck-Braun Y, Tetrazoliumblau, Bordeaux R, Brilliantblau B, Brilliantblau G, Brilliantcresylblau ALD, Brilliantcrocein MOO, Brilliantgrün, Brilliantsulphaflavin, Brilliantgelb, BromChlorphenolblau, Bromcresolgrün, Bromcresollila, Bromphenolblau, Brompyrogallolrot, Bromthymolblau, Bromxylenolblau, Calmagit, Carbolfuchsin, Carminsäure, Caroten, Celestinblau, Chicago-Himmelsblau, Chlorphenol rot, Chromazurol S, Chromotrop 2B, Chromotrope 2R, Chromoxane cyanine B, Chrysoidin, Chrysophenine, Cibacronbrilliant rot 3BA, Congorot, Kupfer(II) phthalocyanine, Cresollila, Cresolrot, Cresol, Cresolphthalein, Cresolphthaleincomplexon, Crystalviolett, Curcumin, Darrowrot, Diaminoacridinhemisulfat, Diazorot RC, Dibromfluorescein, Dichlorfluorescein, Dichloroindophenol, Dicinnamalaclon, Diethylaminomethylcoumarin, Diethyloxacarbocyaniniodid, Diethylthiatricarbocyaniniodid, Dihydroxybenzolsulfonsäure, Dilithiumphthalocyanin, Dimethylmethylenblau, Dimethylglyoxim, Dimethylindoanilin, Dinitrodiphenylamine, Diphenyllhiocarbazone, Direktblau 71, Direktgrün 6, Direktrot 23, Direktrot 75, Direktrot 81, Direktviolett 51, Direktgelb 62, Dinatriumphthalocyanine, Dispersblau 14, Dispersblau 3, Dispersorange, Dispersorange 11, Dispersorange 25, Dispersgelb 7, Emodin, Eosin B, Eosin Y, Eriochrom schwarz T, Eriochrom-Blauschwarz B, Erioglaucine, Erylhrosin B, Ethyleosin, Ethylorange, Ethylrot, Ethylviolett, Evans-Blau, Schnellschwarz, Schnellblau B-Salz, Schnellblau BB, Schnellblau RR, Schnellblau RR-Salz, Schnellcorinth V-Salz, Schnellgarnet GBC-Base, Schnellgrün FCF, Schnellrot-Aluminumsalz, Schnellrotviolett LB-Salz, Schnellviolett B-Salz, Schnellbraun RR, Schnellgrün GDC-Salz, Flavazin I, Fluorescein, Fluorexon, Gallocyanine, Guineagrün B, Hematoxylin, Hydroxynaphtholblau, 1,4-Hydroxynaphthoquinon, Indigo, Indigocarmin, Indolinblau, Eisen(II)phthalocyanin, Janusgrün B, Lacmoid, Leishmanfarbe, Leuko-crystallviolett, Leukomalachitgrün, Leukoquinizarin, Hellgrün SF gelblich, Lissamingrün B, Litmus, Luxol-Schnellblau, Malachitgrün-Base, Malachitgrünhydrochlorid, Malachitgrünoxalat, Metanillgelb, Methyleosin, Methylgrün, Methylorange, Methylrot, Methylviolett 2B, Methylviolett B-Base, Methylgelb, Methylenblau, Methylengrün, Methylenviolett 3RAX, Methylesculetin, Methylthymolblau, Mordantblau 9, Mordantbraun 24, Mordantbraun 4, Mordantorange, Mordantorange 1, Mordantorange 6, Mordantrot 19, Mordantgelb 10, Morinhydrate, Murexid, Naphtho-Chromgrün, Naphthol AS, Naphthol-Blauschwarz, Naphtholgrün B, Naphtholgelb, Naphtholbenzein, Naphtholbenzol, Naphtholphthalein, Neutralrot, Neu-Coccin, Neu-Fuchsia, Neu-Methylenblau N, Nigrosin, Nilblau A, Nilblauchlorid, Nitrazingelb, Nitrorot, Nitro-phenanthrolin, Nitrophenol-2, Nitrophenol-3, Nitrophenol-4, Nitrophenylazoresorcinol, Nuklear-Schnellrot, Ölblau N, Ölrot EGN, Ölrot O, Orange G, Orange 11, Palatinchromschwarz 66N, Palatinschnellgelb BLN, Pararosanilinacetat, Pararosanilin-Base, Pararosanilinchloride, Patentblau VF, Pentamethoxytriphenylmethanol, Phenanthroline, Phenazine, Phenolrot, Phenolphthalein, Phenolphthaleindiphosphate, Phenothiazine, Phenylazoanilin, Phenylazodiphenylamin, Phenylazoameisensäure, Phenylazophenol, Phloxine B, Phthalocyanin, Pinacyanolchlorid, Plasmocorinth, Ponceau S, Primulin, Procionrot MX-58, Prociongelb H-E3G, Preussisch-Blau, Purpurin, Pyridlazonaphthol, Pyridylazoresorcinol-Natriumsalz, Pyrocatecholviolett, Pyrogallolrot, Pyronin B, Quinaldinrot, Quinizarin, Quinolinegelb, Reaktivschwarz 5, Reaktivblau 15, Reaktivblau 2, Reaktivblau 4, Reaktivorange 16, Resazurin, Resorcin-Crystallviolett, Rhodamin B, Rhodamin B-Base, Rhodamine GG, Rhodamine S, Rhodamine, Rosalinsäure, Rose-bengal, Rose-bengaliacton, Safraqine O, Lösungsmittelblau 35, Lösungsmittelblau 59, Lösungsmittelgrün 3, Styryl 7, Sudanschwarz B, Sudanorange G. Sudanrot 78, Sulfobromphthalein-Natriumsalz, Sulforhodamin B, Tartrazin, tetra-Bromphenolblau, tetra-Bromphenolphthalein, tetra-Bromphenolphthalein, tetra-Jodphenolphthalein, Tetraphenylbutadien, Tetrazoliumviolett, Thiazolgelb G, Thioflavin S, Thioflavin T, Thionin, Thymolblau, Thymolphthalein, Thymolphthaleinmonophosphat, Thymolphthaleinmonophosphat, Toluidinblau O, Triphenylmethylbromid, Tropaelin O, Trypan blau, Turmeric, Vanillinazin, Variaminblau RT-Salz, Variaminblau RT-Salz, Victoriablau B, Victoriablau B, Victoria- Reinblau BO, Wrightfarbe, Xilidinponceau 2R, Xylenolblau und Xylenolorange.
Einige dieser Farben sind Fluoreszenzfarben und es gab eine Veränderung bei der Fluoreszenz. Die reduzierten und oxidierten Formen der obigen Farben können ebenso verwendet werden.
Indikatoren: Jegliches Material, welches eine Farbveränderung mit dem Reaktionsprodukt von Ethylenoxid und ETO-Aktivator unterläuft, kann als ETO-Indikator verwendet werden. Die am meisten bevorzugten Klassen von ETO-Indikatoren sind Farben, Pigmente und deren Vorläufer. Die Verwendung von einem pH-sensitiven Farbstoff wird abhängen von dem pH-Wert des Mediums. Einige Farben ändern nicht ihre Farbe in EC001270, während sie ihre Farbe in Polyvinylalkohol unter identischen Bedingungen ändern. Der pH der trockenen Beschichtung von EC001270 ist etwa 5, während der von Polyvinylalkohol etwa 7 ist.
Aktivatoren: Jede Verbindung der Gruppen bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, Metallchelaten und Metallkomplexen mit einem monovalenten Kation, umsetzbar mit Ethylenoxid, so daß sie einen pH-Wertanstieg verursachen, wobei der pH-Wertanstieg verursacht, daß der Indikator die Farbveränderung durchläuft, kann als ETO-Aktivator verwendet werden.
Alkalimetallsaze, so wie Natriumthiocyanat und quartäre Ammoniumsalze, so wie TEAB, waren effektive Aktivatoren. ETO-Aktivatoren, so wie NaSCN, Tetrabutylphosphoniumbromid, Tetrabutylphosphoniumbromid und TEAB, werden hierin ebenso als Aktivatoren bezeichnet. Die Produktion von indikatorreaktiven Spezies, so wie einer Base, kann eine Farbveränderung in einem pH-sensitiven Farbstoff verursachen. Eine Vielzahl von Klassen von organischen und anorganischen Verbindungen wurden als Aktivatoren untersucht, um ETO zu überwachen. Sie beinhalten organische, anorganische Salze, so wie Bisulfite, Bisulfate, Carbonate, Carbamate, Carboxylate, Cyanate, Halogenide, Nitrite, Nitrate, Phenolate, Phosphate, Sulfate, Sulfide, Sulfite und Thiocyanate. Organische und anorganische Salze, insbesondere Halogenide und Thicyanate von (1) Alkalimetallen und (2) organischen Ammonium, Sulfonium und Phosphonium waren effektivere Aktivatoren. Salze von Säuren mit Aminen, so wie Tetramethylhexandiaminhydrobromid und Tetramethylhexandiaminazetat waren ebenso effektive ETO-Aktivatoren. Metallchelate und Komplexe, so wie Acetylacetonate waren ebenso effektive ETO-Aktivatoren.
Die spezifischen Beispiele der Verbindungen, die als ETO-Aktivatoren untersucht wurden, mit einigen ausgewählten Farben (z. B. Bromophenolblau und Bromcresollila) beinhalten Aluminiumacetylacetonat, Aluminiumammoniumsulfat, Aluminiumchlorid, Aluminiumsulfat, Ammoniumacetat, Ammoniumbisulfit, Ammoniumbromid, Ammoniumcarbamat, Ammoniumnitrat, Ammoniumsultamat, Ammoniumsulfit, Ammoniumthiocyanat, Ammoniumthiosulfat, Calciumferrocyanid, Kupferthiocyanat, Eisenacetylacetonat, Eisenkomplexe, so wie Kaliumferrocyanid, Eisensulfat, Natriumacetylacetonat, Natriumbisulfit, Natriumcyanat, Natriumdiethyldithiocarbamat, Natriumdiethyldithiocarbamat, Natriumdithionit, Natriumhydrosulfid, Natriumnitrit, Natriumpersulfat, Natriumsulfit, Natriumsulfit, Natriumsulfit, Natriumsulfit, Natriumsulfit, Natriumthiocyanat, Natriumthiocyanat, Natriumthiosulfat, Sulfosalicylsäure und Tetrabutylphosphoniumbromid. Die Aktivatoren beinhalten ebenso eine Vielzahl von primären, sekundären und tertiären Aliphaten und aromatischen Aminen, neutralisiert mit organischen und anorganischen Säuren.
Wirkungen der Halogenide: Viele organische und anorganische Halogenide sind hochsensitive Indikatoraktivatoren. Diese Halogenide beinhalten Acetylcholinchlorid, Ammoniumbromid, Cholinchlorid, Cholinjodid, Dodecyltrimethylammoniumbromid, Glycidyltrimethylammoniumchlorid, Kaliumbromid, Kaliumjodid, Natriumjodid, Tetrabutylammoniumjodid, Tetraethylammoniumbromid, Tetrahexylammoniumbromid, Tetramethylammoniumchlorid und Tetrabutylphosphoniumbromid. Im allgemeinen waren Jodide wirksamer als Bromide und Bromide waren wirksamer als Chloride.
Säurebasesalze, z. B. diejenigen, die produziert werden durch Neutralisieren von primären, sekundären und tertiären Aminen (z. B. Hexylamin, Diethanolamin, Tetramethylhexandiamin) mit Säuren, so wie Essigsäure, Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure und Jodwasserstoffsäure sind ebenso effektive Aktivatoren.
Die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, kann kontrolliert werden durch Verwenden einer geeigneten Mischung aus den Aktivatoren. Um die Wirkung des Ethylenoxids zu minimieren, ist eine niedrigere Halogenidkonzentration für gewissen Farben bevorzugt.
Aktivatoren könnten polymerisch sein, so wie Polyacrylsäure-co-Polyallylammoniumchlorid und Polybren.
Die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, kann variiert werden durch Auswählen einer geeigneten Mischung von Halogeniden, Thiocynaten, Acetaten, Citraten usw.
Wirkung der Konzentration des Aktivators: Mit gewissen Farben waren so wenig wie 0,5% TEAB und Natriumjodid effektiv darin, eine bemerkbare Farbveränderung mit ETO zu induzieren. Die Geschwindigkeit der Farbveränderung steigt mit ansteigender Konzentration des Aktivators an. Man kann von 0,5 bis 50 w/w% Konzentrationen eines Aktivators verwenden. Der bevorzugte Konzentrationsbereich liegt zwischen 2–20 w/w% des Gesamtfeststoffes.
Polymere, die als Bindemittel verwendet werden: Eine Matrix oder ein Medium, in welchem die Aktivatoren, Indikatoren und Additive gelöst oder dispergiert werden, werden hierin als ETO-Bindemittel bezeichnet. ETO-Bindemittel werden hierin ebenso als Bindemittel, Polymere oder polymere Bindemittel bezeichnet. Eine breite Vielfalt von polymeren Materialien kann als Bindemittel für die Indikator verwendet werden, so lange wie die Aktivatoren und Indikatoren darin gelöst oder dispergiert werden können. Sowohl wäßrige als auch nicht wäßrige Bindemittel können verwendet werden. Auch wenn man wasserlösliche, wasserdispergierbare und wasserunlösliche Polymere als Bindemittel für den Indikator verwenden kann, ist es bevorzugt, wasserlösliche und wasserdispergierbare Polymere als Bindemittel zu verwenden. Die Bindemittel können in der Form von Tintenformulierungen formuliert sein, so wie Flexo- und Gravurtinten. Andere Tinten, so wie diejenigen für die Buchstabenpresse, Offset und Screendruck können ebenso verwendet werden. Die Auswahl des Polymers hängt von der verwendeten Druck-/Beschichtungsausrüstung ab, die verwendet werden soll.
Normalerweise werden acrylische Polymere, Emulsionen von acrylischen Polymeren, gelegentlich natürliche Polymere, so wie Stärken, Lignine und Ligninderivate als Bindemittel für Tinten verwendet. Harze sind wasserlöslich und emulgierbar durch die Neutralisierung mit basischen Verbindungen, so wie Ammonium und Aminen. Tinten enthalten eine Vielzahl von Additiven, um das Schäumen zu eliminieren, Dispersion von Pigmenten, rheologische Modifikatoren und Gleitmittel.
Polymere Bindemittel für Tinten beinhalten Homopolymere, Copolymere und Blockcopolymere einschließlich denjenigen aus Ethylenacrylsäure, Ethylenmethacrylsäure, Ethylen-n-Butylacrylat und Ethylenmethylacrylat. Bindemittel für Tinten könnten ebenso eine Mischung aus Homo- oder Copolymeren sein, z. B. denjenigen aus Methylmethacrylat, Acrylsäure, Styrol, Methylacrylat, anderen Estern und Quervernetzungsmitteln, so wie Polyvinylazaridin. Ebenso eingeschlossen sind Polymere aus Acrylaten, Acrylsäure, Acrylamid, Vinylacetat, Vinylalkohol, Vinylchlorid, Polyurethanen, Cellulosenitrat, Carboxymethylcellulosen oder eine Mischung daraus. Wünschenswert ist, daß das Polymer ein Acrylatpolymer, Cellulosenitrat oder Carboxymethylcellulose ist.
Kommerzielle Quellen für geeignete Polymere für Tintenformulierungen beinhalten Air-Produkte (Allentown, PA), Rohm and Haas (Philadelphia, PA), Sc. Johnsons and Sons (Racine, WI), Wilco (Houston, PA) und ESI (Valley Stream, NY). Auch wenn eine große Anzahl von Polymeren geeignet als Tintenextender sind, wurde EC001270, hergestellt durch Environmental Inks and Coating Co., Lithicam, MD, welches aus etwa 40% Styrol-/Acrylpolymer, ein paar Prozent Ammoniumhydroxid, Additiven, so wie Wachs und Alkohol und Wasser zur Balance zusammengesetzt ist, als sehr geeignet empfunden.
Die Natur der Bindemittel, z. B. pH und Durchlässigkeit gegenüber Gasen, spielt eine wichtige Rolle. Farbveränderung des Bromophenolblau und TEAB-Systems mit ETO ist langsamer in EC001270 (ein Acrylat) als es bei Polyurethan (Witcobond 213, Witco Corporation, Houston, TX) und Polyvinylalkohol ist. Die Durchlässigkeit der reaktiven Gase kann ebenso durch die Hinzufügung eines Quervernetzungsmittels und von anderen Additiven, so wie Weichmachern, welche die Durchlässigkeit für ETO verändern, gesteuert werden.
Auch wenn wäßrige Tinten oder Beschichtungszusammensetzungen bevorzugt sind, kann man auch lösungsmittelbasierende Beschichtungszusammensetzungen verwenden. Polymere, die bei solchen Formulierungen verwendet werden, sind Cellulosenitrate, Carboxymethylcellulose, Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Polysilicon und Polyepoxy.
Bindemittel, hergestellt durch UV-Härten: Als eine Alternative zu den vorher erwähnten Bindemitteln kann man Tinten und Beschichtungsformulierungen verwenden, die mit UV-Licht härtbar sind. UV-härtbare Tinten und Beschichtungsformulierungen beinhalten UV-polymerisierbare/härtbare Verbindungen, so wie Epoxyacrylat, Polyesteracrylate und Harze, typischerweise die Acrylate mit Diphenylolpropan-di-Glycidylethern als ihrem Hauptbestandteil. Um die Viscosität abzusenken und um eine Brücke zwischen großen Polymermolekülen zur Verfügung zu stellen, werden Acrylmonomere verwendet, typischerweise die Acrylatester von polyfunktionalen Alkoholen oder Glykolen. Die Verwendung von Monomeren als Quervernetzungsmittel ist entscheidend für die schnelle Bildung von gehärteten Filmen und hat einen Haupteinfluß auf die Eigenschaften von sowohl der Tinte als auch der Beschichtung und dem gehärteten Produkt. Drucktinten mit Epoxyacrylatharzen als ihrem Hauptbestandteil sind normalerweise schnell härtend. Um die Vorrichtung herzustellen, kann man den Indikator, den Aktivator und Additive in dem UV-härtbaren Extender lösen oder dispergieren, gefolgt durch Beschichten auf ein Substrat und Härten mit UV-Licht.
UV-Absorber: Wenn eine Indikatorformulierung gegenüber UV-Licht sensitiv ist, können UV-absorbierende Materialien hinzugefügt werden, um den Effekt zu minimieren. Eine große Anzahl von UV-Absorbern sind kommerziell erhältlich, z. B. diejenigen, die in Sonnenschutzlotionen verwendet werden, z. B. Tinuvine von Ciba-Geigy Corporation. UV-Absorber beinhalten Verbindungen, so wie Maleinsäure, Natriumsalicylat, Benzophenon oder Benzophenontetracarboxylat und eine große Anzahl von polyaromatischen Verbindungen. Diese UV-Absorber können nicht verwendet werden, wenn das Polymer für das Binden hergestellt wird durch UV-Härten.
Wirkung der Deckbeschichtung: Die Sterilisierung eines Artikels wird ebenso abhängen von der Diffusion des ETO durch das Bindemittel. Daher kann die Zeit, die für die Farbveränderung der Vorrichtung erforderlich ist, erhöht werden durch Anwenden einer Barrierenbeschichtung auf die Vorrichtung. Eine Barrierenbeschichtung kann vorzugsweise ein polymeres Material sein. Die bevorzugte Barrierenbeschichtung ist ein Lack oder eine Tinte ohne Pigment. Die Barrierenbeschichtung kann ein Polymer sein, das hierin aufgeführt ist. Die allgemeinen Klassen von Polymeren, die für eine Barrierenbeschichtung geeignet sind, beinhalten Harze, so wie Epoxyd, Phenolformaldehyd, Aminoformaldehyd, Polyamide, Vinyle, Acryl, Polyurethane, Polyester, wasserlösliche Harze, Alkyde, Elastomere und Rosine. Bevorzugtes Material für die Deckbeschichtung ist ein Halopolymer, durch welches ETO langsam diffundieren kann.
Zweischichtvorrichtung: Die Vorrichtung kann mehr als eine Indikatorschicht haben, von denen jede Indikator, Aktivator und Bindemittel enthält. Um mehr als eine Farbveränderung zu erzielen, sollte wenigstens der Indikator unterschiedlich in den unterschiedlichen Indikatorschichten sein und sollte unterschiedliche Farbveränderungen unterlaufen. Beide Schichten müssen nicht Farbveränderungen mit ETO unterlaufen. Sogar wenn eine Schicht eine Farbveränderung unterläuft, kann eine Farbveränderung beobachtet werden, insbesondere wenn die Deckbeschichtung farblos ist.
Mischungen: Gewünschte Farben und Farbveränderungen können erhalten werden durch Mischen der entsprechenden Farben in entsprechenden Mengen. Auf ähnliche Art und Weise kann die Zeit, die die Farbveränderung erfordert, variiert werden unter Verwendung einer geeigneten Mischung der Aktivatoren und Additive in entsprechenden Mengen. Die gewünschten Farben und die erforderliche Zeit für diese Farbveränderungen können erhalten werden durch Auswählen einer geeigneten Mischung von kompatiblen Bindemitteln, Additiven und Aktivatoren.
Substrat: Auch wenn die Vorrichtung ein selbstunterstützender Polymerfilm sein könnte, der Aktivator und Indikator enthält, ist es wünschenswert, die Vorrichtung auf einem Substrat herzustellen. Die Vorrichtung kann ebenso hergestellt werden durch Beschichten der indizierenden Formulierung auf einem Substrat. Das Substrat könnte jede feste Oberfläche sein, beispielsweise die, hergestellt aus Papier, Plastik, Keramik und Metall. Das Substrat könnte ein Behälter sein, z. B. eine Tasche oder ein Beutel für Gegenstände, die sterilisiert werden müssen. Der Sterilisierungsindikator kann ebenso in der Form von Aufklebern hergestellt werden. Auch wenn jegliches Feststoffsubstrat mit einer weichen Oberfläche verwendet werden kann, ist ein bevorzugtes Substrat ein flexibler und transparenter Plastikfilm und natürliche (Cellulose) und synthetische (z. B. spingebundene Polyolefine, z. B. Tyvek^R) Papiere. Plastikfilme, so wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat, Polyurethane, Nylons, Polyester, Polycarbonate, Polyvinylacetat, Cellophan und Ester der Zellulose können als das transparente Substrat verwendet werden. Metallfolien, so wie Aluminium, können verwendet werden. Die am meisten bevorzugten Substrate sind 5 – 300 Mikron dicke Filme aus Polyethylenterephthalat, Cellulosepapier und Tyvek^R.
pH-Bereiche: Der pH-Wert des Systems hängt vom Indikator, dem Aktivator, dem Bindemittel und dem Additiv ab. Wenn das Bindemittel acidisch ist, z. B. Polyacrylsäure oder eine Säure als ein Additiv verwendet wird, z. B. Zitronensäure, wird der pH-Wert des Systems niedrig sein, z. B. ein pH-Wert von 2 bis 3. Jedoch andererseits, wenn das basische System verwendet wird, z. B. Polyethylenimin als Bindemittel oder eine Base, so wie Natriumhydoxid, oder ein Amin, so wie Diethanolamin, als ein Additiv hinzugefügt wird, könnte der pH-Wert des Systems hoch werden, z. B. ein pH-Wert von 10 bis 12. Der Indikator, z. B. ein pH-sensitiver Farbstoff, der ausgewählt werden sollte, würde abhängen von dem pH-Wert der Beschichtung. Die Produktion einer Base nach der Aussetzung gegenüber ETO würde den pH-Wert des Systems auf die basische Seite verschieben. Der Indikator sollte wenigstens eine Farbveränderung über dem pH-Wert des Bindemittelsystems enthaltend den Indikator, den Aktivator und das Additiv unter unterlaufen. Der pH-Bereich des Systems könnte 3 bis 11 sein. Der bevorzugte pH-Bereich des Systems ist 5 – 9. Der besonders bevorzugte pH-Bereich des Systems ist 6 – 8. Die Veränderung des pH-Wertes des Systems nach der Aussetzung gegenüber ETO könnte bis zu 5 betragen, z. B. von 4 – 9. Die bevorzugte pH-Veränderung ist etwa 2, z. B. von 6 bis 8 oder von 5 bis 7.
Temperatur: Der Indikator kann eine Farbveränderung bei einer sehr niedrigen Temperatur (z. B. –30°C) bis zu einer sehr hohen Temperatur von hundert Grad Celsius unterlaufen. Die bevorzugte Temperatur liegt unterhalb von etwa 70°C, die bevorzugte Temperatur ist 20 – 60°C.
Zeit: Die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, kann variiert werden durch Variation von einem oder von mehreren Parametern, so wie der Dicke des Bindemittels und der Indikatorschicht, der Konzentration des Aktivators, der Konzentration des Indikators, der Konzentration von anderen Additiven, der Natur des Bindemittels, der Natur der Barriere, der Dicke der Barriere, der Natur des Aktivators, der Natur des Indikators, der Natur der Additive und der Konzentration von ETO. Beispielsweise könnte die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, erhöht werden durch (1) Absenken der Konzentration des Aktivators (2) Auswählen eines langsamen Aktivators (3) Additive, welche die Reaktionsprodukte neutralisieren, so wie eine Säure oder Phenole und (4) Auswählen eines Indikators mit einem höheren pH-Bereich für die Farbveränderung. Auf ähnliche Art und Weise kann die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, abgesenkt werden durch (1) Erhöhen der Konzentration des Aktivators (2) Auswählen eines schnelleren Aktivators, (3) Additive, so wie ein Amin und (4) Auswählen eines Indikators mit einem niedrigeren pH-Bereich für die Farbveränderung.
Für einen gegebenen Sterilisierungszyklus kann die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, variiert werden durch die Variation von ein oder mehreren der folgenden Parameter (w/w = Gewicht zu Gewicht Prozent):

1. Dicke der Polymerindikatorschicht. Die Dicke der Indikator- und der Barriereschichten kann variieren von einem Mikron bis zu ein paar hundert Mikrons. Die bevorzugten Dicke ist 1 – 50 Mikrons und der am meisten bevorzugte Bereich ist 2 – 20 Mikrons.
2. Konzentration des Aktivators. Die Konzentration des Aktivators kann variieren von 0,1 bis zu 50 w/w%. Die bevorzugte Konzentration ist 1 bis 20 w/w% und die am meisten bevorzugte Konzentration ist 2 – 2 w/w%.
3. Konzentration des Indikators. Die Konzentration des Indikators kann variieren von 0,1 bis zu 20 w/w%. die bevorzugte Konzentration ist 1 bis zu 10 w/w% und die am meisten bevorzugte Konzentration ist 2 – 5 w/w%.
4. Konzentration von anderen Additiven. Die Konzentration von Additiven kann variieren von 0,1 bis zu 20 w/w%. Die bevorzugte Konzentration ist 0,5 bis zu 10 w/w% und die am meisten bevorzugte Konzentration ist 1 – 5 w/w%.
5. Natur des Polymers.
6. Natur der Barriere. Dies ist dieselbe Gruppe wie das Polymer, aber kann von ihm verschieden sein.
7. Dicke der Barriere. Die Barriere kann zwischen 2 und 200 Mikrons dick sein, vorzugsweise zwischen 2 – 20 Mikrons.
8. Natur des Aktivators.
9. Natur des Indikators.
10. Natur der Additive.
11. Konzentration des ETO:

Die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, wird abhängen von der Konzentration des ETO-Gases. ETO-Gas kann mit Gasen, so wie Luft, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, Fluorkohlenstoff und Wasserdampf (Feuchtigkeit) verdünnt sein. Die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, wird kürzer sein bei einer höheren Konzentration von ETO und umgekehrt. Eine höhere Humidität wird die Zeit absenken, die für die Farbveränderung erforderlich ist.
Der bevorzugte Zeitbereich für die Sterilisierung beträgt von 10 Minuten bis zu 10 Stunden. Die am meisten bevorzugte Zeit ist von etwa 30 Minuten bis zu fünf Stunden.
Überwachen von ETO: Um Arbeiter zu schützen, die ETO verwenden, während sie ihre Arbeit ausführen, hat die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) ein Limit von 1 ppm in der Arbeitsplatzluft für einen 8-stündigen Werktag und ein Limit von 5 ppm für eine 15-minütige Zeitperiode etabliert. Ein Filterpapier beschichtet mit einer Mischung aus Bronthymolblau und Kaliumjodid verändert sich vom schwachen gelb bis zu grünblau innerhalb von Minuten bei etwa 100 Teilen pro Million.
Die Vorrichtung kann verwendet werden, um eine niedrige Konzentration von ETO zu überwachen. Auch wenn wir das Konzept mit ETO demonstriert haben, kann die Vorrichtung auch mit anderen Epoxiden verwendet werden.
Vorteile: Die Vorrichtung bietet einige der Hauptvorteile an.

– Die Formulierungen sind preiswert.
– Die Inhaltsstoffe werden als nichttoxisch angesehen.
– Es ist leicht, Tintenformulierungen herzustellen, lediglich durch Mischen der entsprechenden Inhaltsstoffe in einem Tintenextender.
– Die Vorrichtung ist selektiv für ETO. Sie wird nicht durch Dampf, Hitze oder Strahlung beeinflußt.
– Sie ist durch einen Versiegelungsheißbalken nicht beeinflußt.
– Sie hat ein erforderliches Topfleben.
– Es gibt kein Ausbluten/keine Diffusion von Farbstoffen.
– Die Inhaltsstoffe (Indikatoren/Farben und Aktivatoren/Additive) sind wasserlöslich. Kein Mahlen der Inhaltsstoffe ist erforderlich.
– Die Tinte ist druckbar durch Gravur und Flexopressen auf Polyester, Papier und Tyvek^R.
– Die Druckrollen sind leicht zu reinigen.
– Die Zeit, die für die Farbveränderung erforderlich ist, kann durch einfache Mittel variiert werden.
– Es stellt die gewünschten Farbveränderungen zur Verfügung (von einer ausgangs hellen Farbe, so wie weiß/farblos, gelb, orange, pink oder rot, zu einer finalen dunklen Farbe, so wie blau, grün, schwarz, lila oder violett).
– Es stellt eine Zwischenfarbe zum Überwachen eines Partialzyklus zur Verfügung.

BEISPIELE
Beispiel 1. Allgemeines Verfahren für die Herstellung von Testvorrichtungen.
In ein 10ml-Teströhrchen wurden etwa 3 ml E0001270 (ein Acrylattintenextender zur Verfügung gestellt durch Environmental Inks and Coating, Co, Lithicum, MD), etwa 0,5 ml einer Aktivatorlösung (z. B. 50 w/w% TEAB in Wasser) und etwa 0,5 ml einer Indikatorlösung (z. B. 4 w/w% Lösungen eines Farbstoffes, z. B. Bromcresollila in Ethanol) hinzugefügt. Die Inhalte wurden gemischt und beschichtet mit entweder #5 oder #10 drahtgewundenen Stäben auf einem 100 Mikron Polyesterfilm und Papier. Die Beschichtungen wurden in einem Ofen bei etwa 50°C für ungefähr ein paar Minuten getrocknet.
Beispiel 2. Aussetzung gegenüber ETO.
Proben des Beispiels 1 wurden in einer Zelle angeordnet (z . B. 30 × 30 × 1 cm³) und mit 100% ETO-Gas für ein paar Minuten gespült. Die Farbveränderungen der Proben wurden bemerkt.
Einige ausgewählte Proben wurden ebenso gegenüber 10% ETO (90% eines Chlorfluorgases) bei 140°F, 100% Humidität ausgesetzt.
Beispiel 3: Wirkung des Aktivators auf Farben.
Unter Verwendung des allgemeinen Verfahrens, beschrieben in Beispiel 1, wurden Beschichtungen hergestellt aus E0001270 als Bindemittel, TEAB als Aktivator und den meisten der Farbstoffen, die in Tabelle 1 als Indikatoren aufgeführt sind. Die Beschichtungen wurden gegenüber ETO für ein paar Stunden ausgesetzt. Einige repräsentative Farbveränderungen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2. Repräsentative Farbveränderungen von einigen der Farben mit EC001270 und TEAB
Die Farbveränderung tritt normalerweise selektiv mit ETO auf. Es gibt wenig Einwirkung von Dampf oder Strahlung.
Ähnliche Farbveränderungen wurden mit vielen anderen Aktivatoren erhalten, so wie Natriumthiocyanat und Tetrabutylphosphoniumbromid und Bindemitteln, z. B. Polyurethan (Witcobond 213, Witco Corporation, Houston, TX) und Zellulosenitrat.
Beispiel 4. Wirkung anderer Halogenide.
Unter Verwendung des Verfahrens, das in Beispiel 1 beschrieben ist, wurden Beschichtungen hergestellt mit einigen organischen und anorganischen Halogeniden als Aktivatoren und Bromphenolblau und Bromcresollila als Indikatoren. Die Beschichtungen wurden gegenüber ETO ausgesetzt. Alle Beschichtungen veränderten sich von gelb nach blau. Jodide und Bromide waren effektiver als andere Halogenide darin, die Farbveränderung zu induzieren.
Die Halogenide, die getestet wurden, beinhalteten Acetylcholinchlorid, Ammoniumbromid, Bariumbromid, Calciumbromid, Cholinchlorid, Cholinjodid, Dimethyldioctadecylammoniumbromid, Diphenyliodiniumbromid, Dodecyltrimethylammoniumbromid, Glycidyltrimethylammoniumchlorid, Eisen-(III)bromid, Phenacylpyridiniumbromid, Kaliumbromid, Kaliumbromid, Kaliumjodid, Natriumjodid, Tetrabutylammoniumjodid, Tetrabutylphosphoniumbromid, Tetrabutylammoniumbromid, Tetraethylammoniumbromid, Tetrahexylammoniumbromid, Tetramethylammoniumchlorid, Tetramethylhexaenediaminhydrobromid, Tetramethylhexandiaminhydrojodid und Zinkbromid.
Beispiel 5. Vorrichtung ohne Bindemittel.
Fünfzig (w/w) prozentige Lösungen aus Tetrabutylphosphoniumbromid (PB), Natiumthiocyanat (NaSCN) und Tetraethylammoniumbromid (TEAB) wurden in Wasser hergestellt. Stücke aus Filterpapier wurden in die Lösungen eingetaucht. Tropfen eines Universal-pH-Indikators (Fisher Scientific) wurden auf den beschichteten Filterstücken angeordnet. Die Filterpapiere wurden in einem Ofen bei 50°C für 1 Stunde getrocknet. Die Filterpapiere wurden dann gegenüber von ETO-Gas ausgesetzt. Die Farbveränderung trat innerhalb von Sekunden auf, wenn sie gegenüber ETO ausgesetzt waren. Die Farbveränderung war am schnellsten mit Natriumthiocyanat und am langsamsten mit Tetraethylammoniumbromid. Die Farbveränderungen sind hierunter angegeben:
Tabelle 3. Die Farbveränderung eines Universal-pH-Indikators mit unterschiedlichen Aktivatoren.
Beispiel 6. Detektion von rückständigem, absorbierten ETO.
Ein Stück eines 100 Mikron-Polyesterfilms mit einer Beschichtung von EC001270 wurde gegenüber von ETO zehn Minuten lang ausgesetzt. Der beschichtete Film wurde entfernt und zehn Minuten in die Luft gehängt. Eine Beschichtung von EC001270, Bromphenolblau und TEAB auf Polyester wurde auf dem ETO-exponierten Film angeordnet. Die gelbe Beschichtung färbte sich grün innerhalb von 5 Minuten.
Beispiel 7. Mischung von zwei Indikatoren.
Unter Verwendung des Verfahrens, das in Beispiel 1 beschrieben ist, wurde eine Beschichtung hergestellt unter Verwendung von Ethylrot, Bromphenolblau und deren 1:1 Mischung als Indikatoren und TEAB als Aktivator. Die Ethylrotbeschichtung änderte sich von rot nach gelb, die von Bromphenolblau änderte sich von gelb nach grün nach blau und die deren Mischung änderte sich von orange --> gelb --> gelbgrün --> grün.
Beispiel 8.
Unter Verwendung der Prozedur, beschrieben in Beispiel 1 wurde eine Beschichtung hergestellt unter Verwendung von Bromphenolblau als Indikator und einer 1:1 Mischung aus TEAB und NaSCN als Aktivatoren. Die Beschichtung war gelb. Die Beschichtung änderte sich von gelb nach grün nach blau nach der Aussetzung gegenüber von ETO.
Beispiel 9. Pilotbeschichtung.
In 13 kg EC001270 Extender wurde das folgende hinzugefügt unter Rühren: 200 g 28%iges Ammoniumhydroxid, 3 kg Wasser, 2 kg Tetraethylammoniumbromid, 2 kg Natriumthiocynat, 100 g Bromcresollila und 135 g Bromthymolblau. Die Formulierung wurde auf Papier bei Rexam Medical Packaging, Mundelein, IL, beschichtet.
Die Proben wurden gegenüber 100 ETO ausgesetzt, der Indikator änderte sich von gelb nach grün nach blau. Der Indikator hat sehr wenig Einfluß auf (1) trockene Hitze bei 60°C für fünf Tage, (2) 100 relative Feuchtigkeit bei 60°C für fünf Tage, (3) normale Dampfsterilisierungsbehandlung (121°C, 30 Minuten). Die finale blaue Farbe blieb im wesentlichen unbeeinflußt nach 5 Tagen bei 50°C bei 100%RH.
Klarerweise sollte es nur recht offensichtlich für Fachleute sein, daß, während diese Erfindung im Kontext von einer bevorzugten Ausführungsform und mit verschiedenen Modifikationen daran gezeigt und beschrieben wurde, eine Vielzahl von anderen Modifikationen daran gemacht werden kann, ohne vom Umfang der Lehre der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ein Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung zum Überwachen der Sterilisierung von Materialien, wobei die Vorichtung umfaßt: wenigstens eine Schicht eines Polymers, die beinhaltet: a) einen Indikator, der in der Lage ist, wenigstens eine Farbveränderung aufzuzeigen, wenn er einem pH-Wert-Anstieg ausgesetzt ist, b) ein Aktivatoren für diesen Indikator, wobei der Aktivator eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, Metallchelaten und Metallkomplexen, mit einem monovalenten Kation, die mit Ethylenoxid reagiert, um einen pH-Anstieg zu verursachen, wobei dieser pH-Anstieg verursacht, daß der Indikator die Farbveränderung vornimmt, umfassend die Schritte c) Anbringen der Vorrichtung auf diesen Materialien oder Behältern, die diese enthalten, d) Ausführen des Verfahrens der Sterilisierung, einschließlich des Schrittes des Einführens von Ethylenoxid und e) Beobachten der Gegenwart einer Farbveränderung der Vorrichtung.
Ein Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung zum Überwachen von Ethylenoxid, wobei die Vorrichtung umfaßt: wenigstens eine Polymerschicht, die beinhaltet a) einen Indikator, der in der Lage ist, wenigstens eine Farbveränderung vorzunehmen, wenn er einem pH-Anstieg ausgesetzt wird, b) einen Aktivator für diesen Indikator, wobei der Aktivator eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, Metallchelaten und Metallkomplexen mit einem monovalenten Kation ist, die mit Ethylenoxid reagiert, um einen pH-Anstieg zu verursachen, wobei der pH-Anstieg verursacht, daß der Indikator die Farbveränderung vornimmt, umfassend die Schritte: c) Aussetzen der Vorrichtung gegenüber Ethylenoxid d) Beobachten der Gegenwart von Farbveränderungen in der Vorrichtung.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kation ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, quartärem Stickstoff, quartärem Phosphor und organischem quartären Schwefel.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Anion des Salzes ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bisulfit, Bisulfat, Carbonat, Carbamat, Carboxylat, Cyanat, Halogenid, Nitrid, Nitrat, Phenolat, Phosphat, Sulfat, Sulfid, Sulfit und Thiocyanat.
Ein Verfahren zum Überwachen der Sterilisation mit Ethylenoxid: Aussetzen einer Überwachungszusammensetzung gegenüber dem Ethylenoxid, die wenigstens eine Schicht eines Polymers umfaßt, die beinhaltet: a) einen Indikator, der in der Lage ist, wenigstens eine Farbveränderung vorzunehmen, wenn er einem pH-Anstieg ausgesetzt wird b) einen Aktivator für diesen Indikator, wobei der Aktivator eine Verbindung aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, Metallchelaten und Metallkomplexen mit einem monovalenten Kation ist, die mit Ethylenoxid reagiert, um einen pH-Anstieg zu verursachen, wobei der pH-Anstieg verursacht, daß der Indikator die Farbveränderung vornimmt, wenn er gegenüber Ethylenoxid ausgesetzt ist, und Beobachten der Farbveränderung des Indikators.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Kation ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, quartärem Stickstoff und quartärem Phosphor.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Anion ausgwählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bisulfit, Bisulfat, Carbonat, Carbamat, Carboxylat, Cyanat, Halogenid, Nitrid, Nitrat, Phenolat, Phosphat, Sulfat, Sulfid, Sulfit und Thiocyanat.