DE69635826T2

DE69635826T2 - Dampfsterilisation unter verwendung von anorganischen wasserstoffperoxidkomplexen

Info

Publication number: DE69635826T2
Application number: DE69635826T
Authority: DE
Inventors: T. Paul Trabuco Canyon JACOBS; Szu-Min Laguna Hills Lin; Xiaolan Irvine CHEN
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: ATE381354T1; KR100457486B1; CA2235941A1; EP0862466A1; TW343922B; ATE317705T1; WO1997015333A1; EP1473044B1; ES2297336T3; AU704089B2; DE69637377T2; NO981827D0; KR970020122A; DE69637377D1; TW368418B; EP0862466B1; US5785934A; KR100483219B1; ES2257754T3; EP1473044A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Verwendung von Wasserstoffperoxid-Dampf, um Gegenstände, wie z.B. medizinische Instrumente, zu sterilisieren, und weiter insbesondere auf die Verwendung eines anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplexes für solch ein Verfahren.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Medizinische Instrumente wurden traditionell entweder unter der Verwendung von Hitze, wie sie z.B. durch Dampf zur Verfügung gestellt wird, oder einer Chemikalie, wie z.B. Formaldehyd oder Ethylenoxid im Gas- oder Dampf-Zustand sterilisiert. Jede dieser Methoden hat Nachteile. Viele medizinische Vorrichtungen, wie z.B. Faseroptik-Vorrichtungen, Endoskope, elektrische Werkzeuge etc. sind gegenüber Hitze, Feuchtigkeit oder gegenüber beiden empfindlich. Formaldehyd und Ethylenoxid sind beides toxische Gase, welche ein potentielles Risiko für Mitarbeiter des Gesundheitssystems darstellen. Probleme mit Ethylenoxid sind insbesondere schwerwiegend, weil seine Verwendung lange Belüftungszeiten benötigt, um das Gas aus den Gegenständen, die sterilisiert wurden, zu entfernen. Dies macht die Zeit für den Sterilisationszyklus unerwünscht lang. Zusätzlich benötigen sowohl Formaldehyd als auch Ethylenoxid die Anwesenheit einer substantiellen Menge von Feuchtigkeit in dem System. Daher müssen Vorrichtungen, die sterilisiert werden sollen, befeuchtet werden, bevor die Chemikalie eingesetzt wird oder die Chemikalie und die Feuchtigkeit müssen simultan eingesetzt werden. Feuchtigkeit spielt eine Rolle bei der Sterilisation mit einer Vielzahl von anderen Chemikalien im gasförmigen Dampf-Zustand, zusätzlich zu Ethylenoxid und Formaldehyd, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist. Tabelle 1

1. Bruch, C. W. Gaseous Sterilization, Ann. Rev. Microbiology 15:245–262 (1961).
2. Janssen, D. W. and Schneider, P.M. Overview of Ethylene Oxide Alternative Sterilization Technologies, Zentralsterilisation 1:16–32 (1993).
3. Bovallius, A. and Anas, P. Surface-Decontaminating Action of Glutaraldehyde in the Gas-Aerosol Phase. Applied and Environmental Microbiology, 129–134 (Aug. 1977).
4. Knapp, J.E. et al. Chlorine Dioxide As a Gaseous Sterilant, Medical Device & Diagnostic Industry, 48–51 (Sept. 1986).
5. Portner, D.M. and Hoffmann, R.K. Sporicidal Effect of Peracetic Acid Vapor, Applied Microbiology 16:1782–1785 (19668).

Es wurde gezeigt, daß die Sterilisation unter der Verwendung von Wasserstoffperoxid-Dampf einige Vorteile gegenüber anderen chemischen Sterilisations-Prozessen (siehe z.B. US-Patent Nrn. 4,169,123 und 4,169,124) aufweist und daß die Kombination von Wasserstoffperoxid mit einem Plasma zusätzliche Vorteile zur Verfügung stellt, wie in US-Patent 4,643,876 offenbart wird. In diesen Offenbarungen wird Wasserstoffperoxid-Dampf aus einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid generiert, was sicherstellt, daß Feuchtigkeit in dem System anwesend ist. Diese Offenbarungen lehren zusammen mit denen, die in Tabelle 1 zusammengefaßt werden, daß Feuchtigkeit benötigt wird, damit Wasserstoffperoxid in der Dampfphase effektiv ist oder um seine maximale sporozide Aktivität aufzuweisen. Jedoch kann die Verwendung von wäßrigen Lösungen von Wasserstoffperoxid, um Wasserstoffperoxid-Dampf für die Sterilisation zu generieren, Probleme verursachen. Bei höheren Drücken, wie z.B. atmosphärischem Druck, kann ein Überschuß Wasser in dem System Kondensation verursachen. Daher muß man die relative Feuchtigkeit in einem Sterilisations-Gehäuse reduzieren, ehe der wäßrige Wasserstoffperoxid-Dampf eingeführt wird.
Die Sterilisation von Gegenständen, welche Diffusions-beschränkte Gebiete enthalten, wie z.B. lange enge Lumen, stellt eine spezielle Herausforderung für Wasserstoffperoxid-Dampf dar, welcher aus einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid generiert wurde, weil:

1. Wasser hat einen höheren Dampfdruck als Wasserstoffperoxid und wird aus einer wäßrigen Lösung schneller als Wasserstoffperoxid verdampfen.
2. Wasser hat ein niedrigeres Molekulargewicht als Wasserstoffperoxid und wird im dampfförmigen Zustand schneller als Wasserstoffperoxid diffundieren.

Wenn eine wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxid verdampft wird, erreicht deshalb das Wasser die Gegenstände, die sterilisiert werden sollen, zuerst und in höherer Konzentration. Der Wasserdampf schränkt daher die Penetration von Wasserstoffperoxid-Dampf in die Diffusions-beschränkten Gebiete ein, wie z.B. kleine Spalten und lange enge Lumen. Das Entfernen von Wasser aus der wäßrigen Lösung und die Verwendung von konzentrierterem Wasserstoffperoxid kann aufgrund der oxidierenden Natur der Lösung gefährlich sein.
Die US-Patente 4,642,165 und 4,744,951 versuchen, dieses Problem zu lösen. Das erstere Patent offenbart das Dosieren von kleinen Proben („increments") einer Wasserstoffperoxid-Lösung auf eine erhitzte Oberfläche, um sicher zu stellen, daß jede Probe verdampft wird, ehe die nächste Probe addiert wird. Obwohl dies dabei hilft, die Differenz im Dampfdruck und der Flüchtigkeit zwischen Wasserstoffperoxid und Wasser zu eliminieren, adressiert es nicht die Tatsache, daß Wasser schneller als Wasserstoffperoxid im dampfförmigen Zustand diffundiert.
Das letztere Patent beschreibt ein Verfahren zum Konzentrieren von Wasserstoffperoxid aus einer relativ verdünnten Lösung von Wasserstoffperoxid und Wasser und Bereitstellen des konzentrierten Wasserstoffperoxids in Dampfform an eine Sterilisationskammer. Das Verfahren schließt das Verdampfen einer Hauptportion des Wassers aus der Lösung und Entfernen des Wasserdampfes, der produziert wurde, vor dem Injizieren des konzentrierten Wasserstoffperoxid-Dampfes in die Sterilisationskammer ein. Der bevorzugte Bereich für die konzentrierte Wasserstoffperoxid-Lösung ist 50–80 Gew.%. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß mit Lösungen gearbeitet wird, welche sich im gefährlichen Bereich befinden, d.h. > 65% Wasserstoffperoxid, und es entfernt auch nicht das gesamte Wasser aus dem dampfförmigen Zustand. Da Wasser immer noch in der Lösung anwesend ist, wird es zuerst verdampfen, schneller diffundieren und die Gegenstände, die sterilisiert werden sollen, zuerst erreichen. Dieser Effekt wird besonders in den langen engen Lumen ausgeprägt sein.
US Patent 4,943,414 offenbart ein Verfahren, in welchem ein Gefäß, welches eine kleine Menge einer verdampfbaren flüssigen Lösung eines Sterilisationsmittels enthält, an ein Lumen angebracht ist, und wobei das Sterilisationsmittel verdampft und direkt in das Lumen des Gegenstandes fließt, während der Druck während des Sterilisations-Zyklus reduziert wird. Das System hat den Vorteil, daß das Wasser und der Wasserstoffperoxid-Dampf durch das Lumen über den Druckunterschied, der existiert, gezogen wird, wobei die Sterilisationsrate für Lumen erhöht wird. Aber das System hat den Nachteil, daß das Gefäß an jedes Lumen, das sterilisiert werden soll, angebracht werden muß. Zusätzlich wird Wasser schneller verdampft und geht dem Wasserstoffperoxid-Dampf in dem Lumen voraus.
US Patent Nr. 5,008,106 offenbart, daß ein im wesentlichen wasserfreier Komplex aus PVP und H₂O₂ nützlich für die Reduktion des mikrobiellen Gehaltes von Oberflächen ist. Der Komplex wird in der Form eines feinen weißen Pulvers verwendet, um antimikrobielle Lösungen, Gele, Salben etc. zu bilden. Er kann auch auf Verbandmull, Ohrenstäbchen, Schwämme und Ähnliches aufgebracht werden. Das H₂O₂ wird nach dem Kontakt mit dem Wasser, das auf den Oberflächen anwesend ist, welche die Mikroben enthalten, freigesetzt. Diese Methode erfordert daher auch die Anwesenheit von Feuchtigkeit, um Sterilisation zu bewirken.
Von bestimmten anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplexen wurde berichtet, einschließlich Beispielen innerhalb der folgenden Klassen: Alkalimetall- und Ammoniumcarbonate, Alkalimetalloxalate, Alkalimetallphosphate, Alkalimetallpyrophosphate, Fluoride und Hydroxide. UDSSR-Patent Dokument-Nr. SU 1681860 (Nikolskaya et al.) offenbart, daß Oberflächen dekontaminiert werden können, obwohl nicht notwendigerweise sterilisiert, unter der Verwendung von Ammoniumfluoridperoxohydrat (NH₄F·H₂O₂). Jedoch sorgt dieser anorganische Peroxid-Komplex für Dekontaminierung nur innerhalb des sehr engen Temperaturbereiches von 70–86°C. Sogar innerhalb dieses Bereiches waren die Dekontaminierungszeiten recht lang, benötigten mindestens zwei Stunden. Zusätzlich ist bekannt, daß Ammoniumfluorid bei Temperaturen über 40°C in Ammoniak und Flußsäure zerfällt. Aufgrund ihrer Toxizität und Reaktivität ist Flußsäure in den meisten Sterilisationssystemen unerwünscht. Weiterhin offenbaren Nikolskaya et al., daß trotz der Freisetzung von 90% seines Wasserstoffpero xids bei 60°C, NH₄F·H₂O₂ ineffektiv zur Dekontaminierung von Oberflächen bei dieser Temperatur ist. Daher scheint es so, daß ein anderer Faktor als Wasserstoffperoxid für die beobachtete Dekontaminierung verantwortlich ist.
Wasserstoffperoxid ist in der Lage, Komplexe mit sowohl organischen als auch anorganischen Verbindungen zu bilden. Die Bindung in diesen Komplexen wird Wasserstoffbrückenbindung („hydrogen bonding") zwischen elektronenreichen funktionellen Gruppen in der komplexierenden Verbindung und dem Peroxidwasserstoff zugeschrieben. Die Komplexe wurden in kommerziellen und industriellen Anwendungen verwendet, wie z.B. als Bleichmittel, Desinfektionsmittel, sterilisierende Mittel, oxidierende Reagenzien in der organischen Synthese und als Katalysatoren für von freien Radikalen induzierten Polymerisations-Reaktionen.
Im Allgemeinen wurden diese Typen von Verbindungen durch die Kristallisation des Komplexes aus einer wäßrigen Lösung präpariert. Zum Beispiel wurde Harnstoff-Wasserstoffperoxid-Komplex von Lu et al. (J. Am. Chem. Soc. 63(1):1507–1513 (1941)) in der flüssigen Phase präpariert durch Addition einer Lösung von Harnstoff zu einer Lösung von Wasserstoffperoxid und weiter dadurch, daß dem Komplex erlaubt wurde, unter den geeigneten Bedingungen zu kristallisieren. US Patent Nr. 2,986,448 beschreibt die Präparation von Natriumcarbonat-Wasserstoffperoxid-Komplex durch Behandeln einer gesättigten wäßrigen Lösung von Na₂CO₃ mit einer Lösung von 50 bis 90% H₂O₂ in einem geschlossenen zyklischen System bei 0 bis 5°C für 4 bis 12 Stunden. Kürzlich offenbarte US Patent Nr. 3,870,783 die Präparation von Natriumcarbonat-Wasserstoffperoxid-Komplex durch Reagieren der wäßrigen Lösungen von Wasserstoffperoxid und Natriumcarbonat in einem Stapel(„batch")- oder kontinuierlichen Kristallisator. Die Kristalle werden durch Filtration oder Zentrifugation präpariert und die Flüssigkeiten werden verwendet, um mehr Natriumcarbonat-Lösung zu produzieren. Titova et al. (Zhurnal Neorg. Khim., 30:2222–2227, 1985) beschreiben die Synthese von Kaliumcarbonatperoxyhydrat (K₂CO₃·3H₂O₂) durch Reaktion von festem Kaliumcarbonat mit einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid bei niedriger Temperatur, gefolgt durch Kristallisation des Komplexes aus Ethanol. Diese Methoden arbeiten gut für Peroxid-Komplexe, welche stabile, kristalline, rieselfähige („free-flowing") Produkte aus wäßriger Lösung bilden.
US Patent Nrn. 3,376,110 und 3,480,557 offenbaren die Präparation eines Komplexes aus Wasserstoffperoxid mit einer polymeren N-Vinyl-heterozyklischen Verbindung (PVP) aus wäßriger Lösung. Die resultierenden Komplexe enthielten variable Mengen an Wasserstoffperoxid und substantielle Mengen an Wasser. US Patent Nr. 5,008,093 lehrt, daß rieselfähige, stabile, im wesentlichen wasserfreie Komplexe aus PVP und H₂O₂ durch Reagieren einer Suspension von PVP und einer Lösung von H₂O₂ in einem wasserfreien organischen Lösungsmittel, wie z.B. Ethylacetat, erhalten werden konnten. Kürzlich beschreibt US Patent Nr. 5,077,047 einen kommerziellen Prozeß für die Herstellung des PVP-Wasserstoffperoxid-Produktes durch Addition fein verteilter Tröpfchen einer 30 bis 80 Gew.% wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid zu einem Fließbett von PVP, das bei einer Temperatur von Umgebungstemperatur bis 60°C gehalten wird. Von dem resultierenden Produkt wurde befunden, daß es ein stabiles, im wesentlichen wasserfreies, rieselfähiges Pulver mit einer Wasserstoffperoxid-Konzentration von 15 bis 24% ist.
US Patent Nr. 5,030,380 beschreibt die Präparation eines festen polymeren elektrolytischen Komplexes mit Wasserstoffperoxid durch zuerst Bilden eines Komplexes in einer wäßrigen Lösung und danach Trocknen des Reaktionsproduktes unter Vakuum oder durch Spraytrocknen bei einer Temperatur, die niedrig genug ist, um thermalen Abbau des Produktes zu vermeiden.
Titova et al. (Russ. J. Inorg. Chem., 40:384–387, 1995) bildeten einen Na₄P₂O₇·3H₂O₂ Komplex durch Mischen von Na₄P₂O₇·10H₂O mit einer 30–80% H₂O₂-Lösung gefolgt durch Vakuumtrocknen. Von dem Komplex wurde beobachtet, daß er unter isothermischer Einwirkung für zwei Stunden bei 120°C und 140°C partiell zerfällt.
Alle diese bisherigen Verfahren zur Präparation von Wasserstoffperoxid-Komplexen verwenden Lösungen von Wasserstoffperoxid. Entweder wird der Komplex in einer Lösung, welche Wasserstoffperoxid enthält, gebildet oder Tröpfchen einer Wasserstoffperoxid-Lösung werden auf ein Fließbett des Reaktanten-Materials gesprüht.
Dampfphasen- und Gasphasen-Reaktionen sind gut bekannte Syntheseverfahren. Zum Beispiel offenbart US Patent Nr. 2,812,244 einen Fest-Gas-Prozeß für Dehydrierung, thermales Cracking und Demethanisierung. Fujimoto et al. (J. Catalysis, 133:370–382 (1992)) beschreiben eine Dampfphasen-Carboxylierung von Methanol. Zellers et al. (Anal. Chem. 62:1222- 1227 (1990)) diskutierten die Reaktion von Styrol-Dampf mit einem viereckig planaren Organoplatinum-Komplex. Diese Dampf- und Gasphasen-Reaktionen des Standes der Technik wurden jedoch nicht verwendet, um Wasserstoffperoxid-Komplexe zu bilden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Apparat für die Wasserstoffperoxid-Sterilisation eines Gegenstandes wird in dem Verfahren der Erfindung verwendet. Dieser Apparat schließt einen Behälter zum Halten des Gegenstandes, der sterilisiert werden soll, und eine Quelle für den Wasserstoffperoxid-Dampf, die in Flüssigkeits-Kommunikation mit dem Behälter steht, ein. Die Quelle schließt einen anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplex ein, welcher nicht zerfällt, um einen Halogen-Wasserstoff zu bilden, und ist so aufgebaut, daß der Dampf mit dem Gegenstand in Kontakt kommen kann, um Sterilisation zu bewirken. Der Apparat schließt optional eine atmungsaktive Barriere ein. Die Quelle für den Wasserstoffperoxid-Dampf kann innerhalb des Behälters lokalisiert sein oder kann auch in einem Gehäuse lokalisiert sein, welches in Flüssigkeits-Kommunikation mit dem Behälter steht. Wenn ein Gehäuse zur Verfügung gestellt wird, kann ein Ventil zwischen dem Gehäuse und dem Behälter enthalten sein. Der Apparat umfaßt einen vorgewärmten Heizer, der adaptiert ist, um die Quelle zu erhitzen, um Wasserstoffperoxid-Dampf freizusetzen. Wo sich der Komplex innerhalb des Behälters befindet, kann ein Heizer auch adaptiert sein, um den Behälter zu erhitzen. Alternativ dazu, wo ein Gehäuse zur Verfügung gestellt wird, welches den Peroxid-Komplex enthält, kann ein Heizer adaptiert sein, um das Gefäß zu erhitzen. Daher umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform drei Heizer, jeweils einer zum Erhitzen des Behälters, des Komplexes und des Gehäuses. Ein anderes optionales Element des Apparats ist eine Pumpe zum Evakuieren des Behälters. Wenn ein Gehäuse zur Verfügung gestellt wird, kann die Pumpe adaptiert sein, um den Behälter und das Gehäuse zu evakuieren, bevorzugt unabhängig. Daher kann der Apparat auch zwei Pumpen einschließen, wobei eine adaptiert ist, um den Behälter zu evakuieren, und eine zweite Pumpe adaptiert ist, um das Gehäuse zu evakuieren. Ein Belüftungsventil ist auch optional eingeschlossen, welches adaptiert ist, um den Behälter zu belüften. Wenn ein Gehäuse eingeschlossen ist, kann ein erstes Belüftungsventil adaptiert sein, um den Behälter zu belüften, und ein zweites Belüftungsventil kann adaptiert sein, um das Gehäuse unabhängig von dem ersten Belüftungsventil zu belüften. Noch eine andere optionale Komponente des Apparats ist ein Mechanismus für die Generation eines Plasmas. Das Plasma kann generiert werden innerhalb des Behälters oder außerhalb davon. Eine Vielzahl von Komplexen kann verwendet werden. Der Komplex ist bevorzugterweise in einer festen Phase. In einer Ausführungsform ist der Komplex ein Wasserstoffperoxid-Komplex eines Phosphat- oder kondensierten Phosphat-Salzes. In anderen Ausführungsformen ist der Komplex ein Wasserstoffperoxid-Komplex eines Oxalat-Salzes, eines Carbonat-Salzes, eines Sulfat-Salzes oder eines Silikat-Salzes.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wasserstoffperoxid-Dampfsterilisation eines Gegenstandes. Dieses Verfahren schließt den Schritt des in Kontakt Bringens des Gegenstandes mit Wasserstoffperoxid-Dampf ein, der aus einem anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplex freigesetzt wurde, um den Gegenstand zu sterilisieren. Der verwendete Peroxid-Komplex zerfällt nicht in einen Halogenwasserstoff. Bevorzugterweise weist der Komplex weniger als 10% Wasser auf. Der Komplex wird mit einem vorgewärmten Heizer erhitzt, um die Freisetzung des Dampfes aus dem Komplex zu ermöglichen. Für viele dieser Komplexe wird der Komplex bevorzugterweise auf eine Temperatur von höher als 86°C erhitzt. Bevorzugterweise wird das Erhitzen mit einer Rate von mindestens 5°C/Minute, weiter bevorzugt mindestens 10°C/Minute, noch mehr bevorzugt mindestens 50°C/Minute und am meisten bevorzugt bei einer Rate von mindestens 1000°C/Minute durchgeführt. Das Erhitzen wird erreicht in Kontakt bringen des Komplexes mit einem vorgewärmten Heizer erreicht. Das Verfahren kann bei atmosphärischem oder subatmosphärischem Druck durchgeführt werden. In bestimmten Ausführungsformen wird der Behälter vor dem Einführen des Dampfes in den Behälter evakuiert. Wenn der Behälter evakuiert wird, wird er bevorzugterweise auf einen Druck von weniger als 50 torr, weiter bevorzugt weniger als 20 torr und am meisten bevorzugt weniger als 10 torr gebracht. Der Peroxid-Komplex kann innerhalb eines Gehäuses zur Verfügung gestellt werden, in welchem Falle der Druck des Behälters und der Druck des Gehäuses gleich oder verschieden sein können. Der Evakuierungs-Schritt wird bevorzugterweise vor dem Schritt des in Kontakt Bringens des Gegenstandes mit dem Dampf durchgeführt. Ein optionaler Schritt ist das Generieren eines Plasmas um den Gegenstand nach dem Einführen des Dampfes in den Behälter. Solch ein Plasma kann innerhalb des Behälters generiert werden oder das Plasma kann außerhalb des Behälters generiert werden und innerhalb des Behälters und um den Gegenstand geströmt werden. Andere optionale Schritte sind die Drucktaktung des Dampfes während des Schrittes des In Kontakt Bringens oder die Entlüftung bis zu einem Druck, der niedriger ist oder gleich dem atmosphärischen Druck ist. Eine Vielzahl von anorganischen Komplexen kann verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Komplex ein Komplex eines Phosphat- oder kondensierten Phosphat-Salzes mit Wasserstoffperoxid, wie z.B. ein Salz von Kalium oder Natrium, Magnesium oder Kalzium. In dieser Ausführungsform ist ein bevorzugter Komplex ein Wasserstoffperoxid-Komplex mit Na₄P₂O₇, bevorzugt einer mit zwei oder mehreren Molekülen von Wasserstoffperoxid, weiter bevorzugt noch Na₄P₂O₇·3H₂O₂. Andere bevorzugte Komplexe sind ein Wasserstoffperoxid-Komplex mit Na₃PO₄, Na₂HPO₄, Na₃P₃O₁₀, K₃PO₄, K₄P₂O₇ (insbesondere einer, welcher zwei oder mehrere H₂O₂ Moleküle aufweist), K₂HPO₄, KH₂PO₄ (insbesondere KH₂PO₄·H₂O₂) und Ca₂P₂O₇, Mg₂P₂O₇. In einer anderen Ausführungsform ist der anorganische Komplex ein Komplex von Wasserstoffperoxid mit einem Oxalatsalz. Ein bevorzugter Oxalatsalz-Komplex ist ein Wasserstoffperoxid-Komplex mit K₂C₂O₄, insbesondere K₂C₂O₄·H₂O₂. Der anorganische Komplex kann auch ein Komplex von Wasserstoffperoxid mit einem Carbonatsalz sein, wie z.B. einer von Natrium, Kalium oder Rubidium. Bevorzugte Carbonatsalz-Komplexe schließen Na₂CO₃ (insbesondere Na₂CO₃·1,5H₂O₂), K₂CO₃, NaHCO₃, KHCO₃ und Rb₂CO₃ ein. In einer anderen Ausführungsform ist der Komplex ein Komplex von Wasserstoffperoxid mit einem Sulfatsalz, wie z.B. ein Natrium- oder Kaliumsalz davon. Bevorzugte Sulfatsalz-Komplexe schließen Komplexe von Wasserstoffperoxid mit Na₂SO₄ und K₂SO₄ ein. Eine noch andere Ausführungsform ist es, wo der anorganische Komplex ein Komplex von Wasserstoffperoxid mit einem Silikatsalz ist, wie z.B. einem Natriumsalz davon. Bevorzugte Silikatsalz-Komplexe schließen Komplexe von Wasserstoffperoxid mit Na₂SiO₃ oder Na₂Si₃O₇ ein. Viele der bevorzugten Komplexe und andere setzen Wasserstoffperoxid bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur frei. Jedoch wird bei manchen Komplexen das Peroxid bei einem Druck, der geringer als der atmosphärische Druck ist, freigesetzt. In einer alternativen Ausführungsform schließt der Schritt des In Kontakt Bringens das Wasserstoffperoxid aus einer zweiten Quelle davon ein. Die zweite Quelle kann ein zweiter Wasserstoffperoxid-Komplex sein, einschließlich eines organischen Wasserstoffperoxid-Komplexes. In einigen Ausführungsformen stellt eine Mischung von Wasserstoffperoxid-Komplex die Quelle des Peroxid-Dampfes zur Verfügung. Diese Mischung kann entweder eine physikalische Mischung oder eine chemische Mischung sein, wie diejenigen, die hierin danach definiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Dampfsterilisations-Apparates.
2 ist eine schematische Darstellung eines Dampfsterilisations-Apparates, welcher eine Elektrode einschließt, welche optional verwendet wird, um Plasma zu generieren.
3A ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, welche zum Erhitzen von Peroxid-Komplexen verwendet werden kann.
3B ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Behälters zum Halten der Peroxid-Quelle für die Sterilisation gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine graphische Darstellung, die die Freisetzung von Wasserstoffperoxid-Dampf aus einem im Vakuum unstabilen nicht-wäßrigen Glycinanhydrid-Peroxid-Komplex darstellt.
5 ist eine schematische Darstellung eines Druckkontrollsystems eines Differential-Scanning-Kalorimeters (DSC), welches zur Bestimmung der Wasserstoffperoxid-Freisetzung oder der Zerfallseigenschaften von anorganischen Peroxid-Komplexen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
6 ist eine graphische Darstellung, die den Effekt von Druck auf die Freisetzung von Wasserstoffperoxid aus Kaliumoxalat-Peroxid-Komplex mit einem kleinen Loch auf einem Deckel, der den Komplex abdeckt, zeigt.
7A ist eine schematische Ansicht eines Balgs („ballows") zum Injizieren von Peroxid-Dampf in eine Kammer gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Einführen des Peroxid-Dampfes.
7B ist eine schematische Ansicht des Balgs („ballows") von 7A, welche eine erwärmte Platte zeigt, die in Kontakt mit einem Peroxid-Komplex während der Einführung steht.
8 ist eine schematische Ansicht einer Sterilisationskammer und eines Erhitzungsapparates für anorganische Wasserstoffperoxid-Komplexe.
9 ist eine schematische Ansicht einer diffus gepackten Schicht von Wasserstoffperoxid-Komplex für die Verwendung bei der Dampfsterilisation.
10 zeigt den Effekt einer offenen Aluminiumpfanne und einer Pfanne mit zwei Löchern auf einem Deckel, der den Komplex abdeckt, auf die DSC-Kurven von K₂C₂O₇·H₂O₂ bei atmosphärischem Druck.
11A ist ein DSC-Profil von Na₄P₂O₇·2H₂O₂ und Na₄P₂O₇·3H₂O₂ bei 760 torr.
11B ist ein DSC-Profil von Na₄P₂O₇·4H₂O₂ bei 760 torr.
12 ist ein DSC-Profil von Na₃PO₄·5H₂O₂ bei 760 torr, 7 torr und 0,35 torr.
13 zeigt DSC-Profile von Na₂HPO₄·1H₂O₂ und Na₂HPO₄·2H₂O₂ bei 760 torr.
14 zeigt ein DSC-Profil von Na₅P₃O₁₀·H₂O₂ bei 760 torr.
15 zeigt ein DSC-Profil von K₃PO₄·3,34H₂O₂ bei 760 torr, 7 torr und 1 torr.
16 ist ein DSC-Profil von K₄P₂O₇·7H₂O₂ bei 760 torr und 7 torr.
17 zeigt ein DSC-Profil von K₂HPO₄·3,15H₂O₂ bei 760 torr und bei 1 torr.
18 zeigt ein DSC-Profil von KH₂PO₄·H₂O₂ bei 760 torr.
19 zeigt ein DSC-Profil von Na₂CO₃·1,5H₂O₂ bei 760 torr und bei 7 torr.
20 zeigt ein DSC-Profil von Ca₂P₂O₇·3,42H₂O₂ bei 760 torr.
21 ist ein DSC-Profil von Mg₂P₂O₇·4,60H₂O₂ bei 760 torr und 7 torr.
22 ist ein DSC-Profil von Na₂SO₄·1,28H₂O₂ bei 760 torr.
23 ist ein DSC-Profil von K₂SO₄·0,62H₂O₂ bei 760 torr.
24 ist ein DSC-Profil von Na₂SiO₃·2,15H₂O₂ bei 760 torr, 1 torr und 0,5 torr.
25 ist ein DSC-Profil von Na₂Si₃O₇·0,68H₂O₂ bei 760 torr.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wasserstoffperoxid-Sterilisatoren, die in der Vergangenheit verwendet wurden, verwendeten immer eine wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxid als ihre Quelle des Sterilisationsmittels. Diese Sterilisatoren haben Nachteile, die durch die Anwesenheit von Wasser in dem System verursacht werden. Bei höherem Druck, wie z.B. atmosphärischem Druck, kann der Überschuß Wasser in dem System Kondensation verursachen. Dies erfordert, daß ein zusätzlicher Schritt durchgeführt wird, um die relative Feuchtigkeit der Atmosphäre in einem Gehäuse, das sterilisiert werden soll, auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren, ehe der wäßrige Wasserstoffperoxid-Dampf eingeführt wird. Diese Sterilisatoren haben auch Nachteile, die durch die Tatsachen verursacht werden, daß Wasser, welches einen höheren Dampfdruck aufweist, schneller als Wasserstoffperoxid aus einer wäßrigen Lösung verdampft; und daß Wasser, das ein niedrigeres Molekulargewicht hat, schneller als Wasserstoffperoxid diffundiert. Wenn eine medizinische Vorrichtung oder Ähnliches in einem Sterilisator eingeschlossen ist, ist das anfängliche Sterilisationsmittel, welches die Vorrichtung von der Wasserstoffperoxid-Quelle erreicht, verdünnt im Vergleich zu der Konzentration der Quelle. Das verdünnte Sterilisationsmittel kann eine Barriere für das Sterilisationsmittel sein, welches später ankommt, insbesondere wenn die Vorrichtung in einem Gegenstand sterilisiert wird, wie z.B. einem Endoskop, welches enge Lumen aufweist. Die Verwendung einer konzentrierten Lösung von Wasserstoffperoxid als die Quelle bei einem Versuch, diese Nachteile zu überwinden, ist nicht befriedigend, weil solche konzentrierten Lösungen gefährlich sind.
Das Erreichen geeigneter Evaporationsraten von wasserfreiem Peroxid-Dampf von der Quelle kann ermöglicht werden durch erhöhte Temperaturen und/oder reduzierten Druck. Ein Heizer für die Peroxid-Quelle und optional eine Vakuumpumpe, um die Sterilisationskammer zu evakuieren, sind ein Teil des Sterilisators. Bevorzugterweise ist die Quelle mit einer Schicht von gaspermeablem Material, wie z.B. TYVEK^TM Vliesstoff-Polyethylen-Gewebe, Vliesstoff-Polypropylen, wie z.B. SPUNGUARD^TM oder ähnlichem Material abgedeckt, welches dem Peroxid-Dampf, aber nicht dem Peroxid-komplexierenden Material erlaubt zu passieren. Perforiertes Aluminium oder anderes geeignetes perforiertes Material könnte auch als eine Abdeckung verwendet werden.
3A zeigt eine Vorrichtung 80, die verwendet werden kann, um die Freisetzung von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoffperoxid-Komplexen unter verschiedenen Temperaturbedingungen zu messen. In dieser Vorrichtung ist eine Aluminiumpfanne („aluminum pan") 90 mit einer gaspermeablen Schicht 92, wie z.B. einer Schicht von TYVEK^TM mit medizinischem Grad, abgedeckt. Die Pfanne 90 wird oben auf ein Erhitzungsfeld 94 platziert, welches in eine Pyrex-Pfanne 96 platziert wird. Ein Thermoelement-Thermometer 98 wird an der Außenseite der Pfanne 90 ungefähr 1 cm von dem Boden davon platziert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aluminiumpfanne 90 zur Atmosphäre geöffnet, um eine größere Freisetzung von Kaliumoxalat-Wasserstoffperoxid-Komplex bei atmosphärischem Druck zu erlauben.
Ein bevorzugter Behälter 99 zum Halten der Peroxidquelle ist in 3B illustriert. Der Behälter 99 umfaßt eine Metallplatte 100, z.B. eine Aluminiumplatte, mit einem optional angebrachten Heizer, der verwendet wird, um den festen Peroxidkomplex zu erhitzen. Ein Temperatur-Monitor 101, wie z.B. ein Thermometer, kann auf die Platte 100 platziert werden, um die Temperatur aufzuzeichnen. Der Peroxidkomplex wird direkt auf die Platte 100 platziert. Alternativ dazu, um gleichmäßiges Erhitzen des gesamten Peroxidkomplexes bereitzustellen, kann der Peroxidkomplex zwischen einen oder mehrere Aluminiumschirme („aluminum screens") 102, 104 platziert werden, die oben auf der Platte 100 platziert sind. Die Aluminiumschirme 102, 104 stellen ein größeres Oberflächengebiet und gleichmäßiges Erhitzen des Komplexes zur Verfügung, wenn größere Mengen an Peroxidkomplex verwendet werden. Der Peroxidkomplex oder der Schirm oder die Schirme 102, 104 werden dann mit einer gaspermeablen Schicht 106 abgedeckt, wie z.B. einer Schicht von TYVEK^TM mit medizinischem Grad oder SPUNGUARD^TM, so daß das Wasserstoffperoxid, welches aus dem Komplex freigesetzt wird, durch die Abdeckung 106 passiert, bevor es in den Rest der Kammer diffundiert. Eine perforierte Aluminiumplatte 108 wird optional oben auf die TYVEK^TM oder SPUNGUARD^TM Schicht 106 platziert, um Druck zur Verfügung zu stellen, um den Komplex in Kontakt mit der erhitzten Platte 100 zu bringen und um gleichmäßiges Erhitzen des Peroxidkomplexes sicherzustellen.
Die soeben beschriebene Vorrichtung stellt gleichmäßiges Erhitzen des Komplexes zur Verfügung, was zu einer erhöhten Menge an Wasserstoffperoxid-Dampf führt, welcher von dem Peroxidkomplex freigesetzt wird.
1 stellt eine schematische Darstellung eines Wasserstoffperoxid-Dampfsterilisations-Apparates dar. Die Kammer 10 hält einen Gegenstand 12, welcher sterilisiert werden soll und welcher der Annehmlichkeit halber auf das Gestell 14 platziert wird. Die Tür 16 verschafft Zugang zu dem Innenraum der Kammer 10. Eine nicht-wäßrige Quelle an Wasserstoffperoxid 18 ist auf dem Heizer 20 dargestellt, welcher durch den Temperatur-Regler 22 kontrolliert wird. Die Peroxidkonzentration kann durch den optionalen Monitor 24 aufgezeichnet werden. Wenn gewünscht, kann die Kammer 10 unter der Verwendung der Pumpe 26 evakuiert werden; Sterilisation kann jedoch auch bei atmosphärischem Druck erreicht werden.
Der Behälter, welcher die Gegenstände, die sterilisiert werden sollen, hält, kann eine konventionelle Sterilisationkammer sein, welche evakuiert wird, oder kann ein Behälter (oder ein Raum) bei atmosphärischem Druck sein.
Die Zeit, die benötigt wird, um die Gegenstände zu sterilisieren, hängt von der Natur, der Anzahl und Verpackung der Gegenstände und deren Anordnung in der Kammer ab. Alternativ dazu kann es die Kammer selbst (oder ein gesamter Raum) sein, welche (welcher) sterilisiert wird. In jedem Fall können die optimalen Sterilisationszeiten empirisch bestimmt werden.
Die Verwendung von Drucktaktung, um die Penetration und anti-mikrobielle Aktivität der Sterilisationsmittel-Gase zu verstärken, was der Technik der Sterilisation bekannt ist, kann auch im nicht-wäßrigen Wasserstoffperoxid-Prozeß eingesetzt werden. Ein exemplarischer Prozeß von Drucktaktung, welcher adaptiert werden kann zur Verwendung in Zusammenhang mit den Methoden und Apparaten, die hierin beschrieben werden, wird in US-Patent Nr. 5,527,508 beschrieben. Wie hierin in zusätzlichem Detail unten beschrieben wird, kann Plasma auch verwendet werden, um die Aktivität weiter zu verstärken und/oder um Reste zu entfernen.
Beim Abschluß des Sterilisations-Prozeßes kann überschüssiges Wasserstoffperoxid von den Vorrichtungen, welche eine Affinität für Peroxid aufweisen, durch Austauschen der Luft entfernt werden, die in Kontakt mit den Vorrichtungen ist. Dies kann durch Strömen von warmer Luft über die Vorrichtung für eine ausgedehnte Zeit oder durch Evakuieren der Kammer erreicht werden.
Gegenstände, die zuvor durch Einwirkung von Wasserstoffperoxid-Dampf sterilisiert wurden, können auch dem Plasma ausgesetzt werden, um Reste von Wasserstoffperoxid zu entfernen, die auf den Gegenständen verbleiben. Weil Wasserstoffperoxid in nicht toxische Produkte während der Plasma-Behandlung zerfällt, können die sterilisierten Gegenstände verwendet werden, ohne daß es jeglicher zusätzlicher Schritte bedarf.
Es kann wünschenswert sein, die Peroxidquelle von dem Sterilisator zu isolieren, nach dem Peroxiddampf freigesetzt wurde, um Reabsorption des Dampfes zu vermeiden oder, wenn ein Plasma verwendet wird, Aussetzen der Quelle gegenüber dem Plasma zu vermeiden. Die Isolierung ist auch vorteilhaft, wenn der verwendete Komplex nicht stabil unter Vakuum ist. Die Isolation kann unter der Verwendung von Ventilen oder anderen isolierenden Vorrichtungen, die im Stand der Technik gut bekannt sind, erreicht werden.
2 stellt eine schematische Darstellung eines Wasserstoffperoxid-Plasmasterilisationssystems dar. Sterilisation kann mit oder ohne Verwendung von Plasma erreicht werden. Das Plasma kann verwendet werden, um die sporizide Aktivität des Peroxiddampfes zu verstärken und/oder um jegliches restliches Wasserstoffperoxid, das auf den sterilisierten Gegenständen verbleibt, zu entfernen.
Die Sterilisation wird in Kammer 30 ausgeführt, welche eine Tür oder Öffnung 32 einschließt, durch welche die Gegenstände, die sterilisiert werden sollen, eingeführt werden können. Die Kammer 30 schließt einen Ausgang 34 zu einer Vakuumpumpe 36 ein, durch welchen die Kammer evakuiert werden kann. Der Ausgang 34 enthält ein Ventil 38, um die Kammer von der Vakuumpumpe 36 zu isolieren. Die Kammer 30 kann auch einen Eingang 40 enthalten, der an ein Gehäuse 42 angebracht ist, welches den Wasserstoffperoxid-Komplex enthält. Der Eingang 40 enthält ein Ventil 44, welches erlaubt, daß das Gehäuse 42 von der Kammer isoliert wird. Das Sterilisationssystem kann auch einen Eingang 41 enthalten, welcher das Gehäuse 42 und die Vakuumpumpe 36, welche ein Ventil 43 enthält, verbindet. Dieses System erlaubt die simultane Evakuierung sowohl von Gehäuse 42 als auch Kammer 30 oder die unabhängige Evakuierung von entweder Gehäuse 42 oder Kammer 30. Die Evakuierung wird durch Öffnen und Schließen der Ventile 38, 44 und 43 kontrolliert. Wie es dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein wird, könnten auch zwei Pumpen, eine für jede Kammer, in diesem System verwendet werden.
Das Gehäuse 42 enthält einen Heizer 49, der an einen Temperatur-Regler 48 angebracht ist, um die Temperatur des Wasserstoffperoxid-Komplexes zu kontrollieren. Die Konzentration des Wasserstoffperoxid-Komplexes im dampfförmigen Zustand kann durch einen optionalen Peroxid-Monitor 48 aufgezeichnet werden. Der Innenraum der Kammer enthält eine Radiofrequenz (RF)-Elektrode 50, an welcher ein Abgleich-Netzwerk 52 und ein RF-Netzteil 54 angebracht sind. Eine geeignete Form für die Elektrode ist ein perforierter Zylinder, welcher die Probe umgibt und an beiden Enden offen ist. Der allgemeine Ablauf des vorliegenden Prozeßes ist wie folgt:

1. Die Gegenstände 56, die sterilisiert werden sollen, werden in der Kammer 30 platziert.
2. Die Kammer 30 kann bei atmosphärischem Druck sein oder kann alternativ dazu evakuiert werden, um die Penetration des Wasserstoffperoxids zu unterstützen. Evakuierung wird erreicht durch Öffnen von Ventil 38 und Anschalten der Vakuumpumpe 36. Alternativ dazu können sowohl die Kammer 30 als auch das Gehäuse 42 durch Öffnen der Ventile 38 und 44 und/oder 43 evakuiert werden.
3. Die Ventile 38 und 43 werden geschlossen, um die Vakuumpumpe 36 von der Kammer 30 und dem Gehäuse 42 zu isolieren, und das Ventil 44 wird geöffnet. Wasserstoffperoxid-Dampf wird in die Kammer 30 aus der Wasserstoffperoxid-Quelle geliefert, welche erhitzt werden kann, um die Freisetzung des Wasserstoffperoxid-Dampfes zu fördern. Optional kann auch Luft oder ein inertes Gas addiert werden.
4. Die Gegenstände 56, die sterilisiert werden sollen, werden entweder mit Peroxiddampf behandelt, bis sie sterilisiert sind, oder mit Peroxiddampf in der Kammer 30 vorbehandelt, bevor Plasma mit ausreichend Stärke, um zu sterilisieren, generiert wird. Wenn notwendig, kann die Kammer 30 zu dieser Zeit evakuiert werden, um die Generation des Plasmas zu fördern. Die Dauer der Prä-Plasma-Halteperiode hängt vom Typ der verwendeten Packung, der Natur und Anzahl der Gegenstände, die sterilisiert werden, und der Anordnung der Gegenstände in der Kammer ab. Optimale Zeiten können empirisch bestimmt werden.
5. Die Gegenstände 56 werden einem Plasma unterzogen durch Anlegen von Strom von dem RF-Netzteil 54 an die RF-Elektrode 50. Die RF-Energie, die verwendet wird, um das Plasma zu generieren, kann gepulst werden oder kontinuierlich sein. Die Gegenstände 56 verbleiben in dem Plasma für eine Zeitdauer, um vollständige Sterilisation zu bewirken und/oder um verbleibendes Wasserstoffperoxid zu entfernen. In bestimmten Ausführungsformen werden 50 – 30 Minuten Plasma verwendet. Jedoch könne optimale Zeiten empirische bestimmt werden.

Der Begriff „Plasma", wenn er in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, beabsichtigt, jeden Teil des Gases oder Dampfes zu beinhalten, welcher Elektronen, Ionen, freie Radikale, dissoziierte und/oder angeregte Atome oder Moleküle enthält, die als ein Ergebnis eines angelegten elektrischen Feldes produziert werden, einschließlich jeder begleitenden Strahlung, welche produziert werden kann. Das angelegte Feld kann einen breiten Sequenzbereich abdecken, jedoch wird gewöhnlich eine Radio- oder Mikrowellenfrequenz verwendet.
Das nicht-wäßrige Wasserstoffperoxid-Zuführungssystem, welches in der vorliegenden Erfindung offenbart wird, kann auch mit Plasmas verwendet werden, die durch das Verfahren generiert werden, welches in dem zuvor erwähnten US-Patent 4,643,876 offenbart wird. Alternativ dazu kann es mit Plasmas verwendet werden, die in US-Patent 5,115,166 oder 5,087,418 beschrieben werden, in welchen der Gegenstand, der sterilisiert werden soll, in einer Kammer lokalisiert ist, welche von der Plasmaquelle separiert ist.
Die Vorrichtung, die soeben beschrieben wurde, ist insbesondere vorteilhaft, wenn Peroxidkomplexe verwendet werden, die unter Vakuum nicht stabil sind. Es gibt mindestens zwei mögliche Methoden, die verwendet werden können, um den Verlust von Wasserstoffperoxid während der Vakuum-Stufe zu minimieren. Erstens kann die kleine Kammer unabhängig evakuiert werden. Zweitens, wenn eine Kammer verwendet wird, die klein genug ist, besteht überhaupt kein Bedarf, die kleine Kammer zu evakuieren.
Ein solcher unstabiler nicht-wässriger Peroxidkomplex ist Glycinanhydrid-Peroxid. Diese Verbindung setzt Wasserstoffperoxid-Dampf frei, wenn sie unter Vakuum gegeben wird. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Freisetzung von Wasserstoffperoxid-Dampf aus Glycinanhydrid-Peroxid-Komplex unter Vakuum illustriert. Die Prozedur, die verwendet wurde, um Wasserstoffperoxid aus dem Glycinanhydrid-Komplex freizusetzen, ist wie folgt: (1) Die Hauptkammer 30 wurde evakuiert, während Ventile 43 und 44 geschlossen waren. (2) Die Kammer, welche Wasserstoffperoxid-Komplex 42 enthält, wurde evakuiert, während Ventile 38 und 44 geschlossen waren und Ventil 43 offen war. (3) Ventil 43 wurde geschlossen und Ventil 44 wurde geöffnet und Wasserstoffperoxid-Dampf wurde erlaubt, in die Kammer 30 zu diffundieren.
Wie die graphische Darstellung zeigt, wird Wasserstoffperoxid-Dampf aus dem Komplex freigesetzt, während sich der Druck reduziert, auch ohne zusätzliches Erhitzen. Wie in 4 dargestellt, wird die Freisetzung von Peroxiddampf signifikant erhöht durch Erhitzen des Komplexes auf höhere Temperatur. Demzufolge sind sogar unstabile Peroxid-Komplexe in der Sterilisationsmethode der vorliegenden Erfindung nützlich.
Die vorliegende Erfindung stellt mindestens 4 Vorteile gegenüber den früheren Wasserstoffperoxid-Sterilisationssystemen zur Verfügung:

1. Die Verwendung von konzentrierten, potentiell gefährlichen Wasserstoffperoxid-Lösungen wird umgangen.
2. Das Erfordernis, die relative Feuchtigkeit von Gebieten, die sterilisiert werden sollen, im Voraus zu reduzieren, um Kondensation zu vermeiden, wird eliminiert.
3. Wasser wird im wesentlichen von dem System eliminiert, so daß es geringe Konkurrenz zwischen Wasser und Wasserstoffperoxid um die Diffusion in lange enge Lumen gibt.
4. Das Erfordernis, ein spezielles Gefäß anzubringen, um Sterilisationsmittel-Gase in lange enge Lumen zu liefern, kann oftmals eliminiert werden.

Daß Sterilisation bewirkt werden kann unter der Verwendung von Wasserstoffperoxid-Dampf bei der im wesentlichen Abwesenheit von Feuchtigkeit, ist eine der überraschenden Entdeckungen der vorliegenden Erfindung. Der Stand der Technik lehrt, daß die Anwesenheit von Wasser erforderlich ist, um Sterilisation in chemischen Gas- oder Dampf-Zustands-Sterilisationsprozessen zu erreichen. Vorteilhafterweise eliminiert die vorliegende Erfindung im wesentlichen Wasser von dem System, was in schnellerer, effizienterer und effektiver Sterilisation resultiert.
Die Sterilisations-Wirksamkeit von verschiedenen nicht-wäßrigen Wasserstoffperoxid-Komplexen wurde bestimmt, wie unten in den Beispielen 1–4 beschrieben.
Beispiel 1
Wirksamkeitsdaten wurden mit Wasserstoffperoxid-Dampf, welcher aus im wesentlichen wasserfreien Harnstoff-Peroxid-Komplex freigesetzt wurde, unter der Verwendung von Bacillus subtilis var. (niger)-Sporen in Metall und Teflon^TM-Plastik-Lumen als die biologische Herausforderung erhalten.
A. Testprozeduren
1. Ausstattung
4 g zerdrückte Tablette aus Wasserstoffperoxid-Harnstoff-Addukt (Fluka Chemical Corp, Ronkonkoma, NY) wurden in einer Aluminiumpfanne 90 platziert, wie in 3A beschrieben. Das obere Ende der Pfanne 90 wurde mit medizinischem Grad TYVEK^TM 92 (einem atmungsaktiven Spunbond-Polyethylen-Gewebe) abgedeckt, so daß jegliches Wasserstoffperoxid, welches aus dem Komplex freigesetzt wird, durch die TYVEK^TM-Abdeckung passieren muß, ehe es in den Rest der Kammer diffundiert. Die Aluminiumpfanne 90 wurde auf ein Heizfeld 94 in einer Pyrexschale 96 platziert, die sich am Boden einer Aluminium-Sterilisationskammer befindet (siehe 1). Die Sterilisationskammer, welche ein Volumen von ungefähr 173 Litern hat, enthielt außerdem:

• einen Wasserstoffperoxid-Monitor für die Messung der Wasserstoffperoxid-Konzentration in der Dampfphase.
• einen Temperaturregler für die Kontrolle der Temperatur des Heizfeldes.
• einen Injektionsanschluß, durch welchen flüssiges Wasserstoffperoxid in die Kammer injiziert werden konnte.
• ein Metallgestell, auf welches eine Plastikablage, die die Lumen-Vorrichtungen enthält, für die Testung platziert wurde.
• elektrische Resistenz-Heizer an der Außenseite der Kammerwände, welche die Kammertemperatur auf 45°C während der Wirksamkeits-Testungen aufrecht erhielten.

2. Biologische Herausforderung und Test
Um die Wirksamkeit des nicht-wäßrigen Peroxid-Zuführungssystems zu evaluieren, wurde eine biologische Herausforderung („biological challenge"), welche aus 1,04 × 10⁶ B. subtilis var. (niger)-Sporen an einer Edelstahl-Skalpellklinge besteht, in gleichem Abstand von jedem Ende der Edelstahl-Lumen mit den Dimensionen 3 mm ID × 40 cm Länge, 3 mm ID × 50 cm Länge und 1 mm ID × 50 cm Länge platziert. Diese ID's und Längen sind typisch für Metall-Lumen, welche in medizinischen Vorrichtungen verwendet werden. Das Kompartiment in der Mitte von jedem Lumen, welches das biologische Teststück enthält, hatte die Dimension 13 mm ID × 7,6 cm Länge. In der biologischen Testung mit Metall-Lumen wurden insgesamt 9 Lumen pro Test evaluiert. Dies schloß drei Lumen von jeder der drei verschiedenen Reihen an erhältlichen ID's und Längen ein.
Gleiche Tests wurden durchgeführt mit einer biologischen Herausforderung, die aus 4,1 × 10⁵ B. subtilis var. (niger)-Sporen auf einem Papierstreifen (6 mm × 4 mm Whatman Nr. 1 Chromatographiepapier) besteht, welche sich im gleichen Abstand von den Enden der TEFLON^TM-Lumen der Dimensionen 1 mm ID × 1 m Länge, 1 mm ID × 2 m Länge, 1 mm ID × 3 m Länge und 1 mm ID × 4 m Länge befand. Das zentrale Kompartiment dieser Lumen, welche das biologische Teststück enthielt, hatte die Dimensionen 15 mm ID × 7,6 cm Länge. In der biologischen Testung mit TEFLON^TM-Lumen wurden insgesamt 12 Lumen pro Test evaluiert, wovon drei Lumen von jeder der vier verschiedenen erhältlichen Längen war.
Die Lumen, welche die biologischen Testproben enthalten, wurden in eine Plastikablage platziert, welche dann auf das Gestell in der Sterilisationskammer platziert wurde. Die Kammertür wurde dann geschlossen und die Kammer auf einen Druck von 0,2 torr mit einer Vakuumpumpe evakuiert. Die Aluminiumpfanne, welche das Wasserstoffperoxid-Harnstoff-Adukt enthält, wurde dann auf 80 bis 81°C für eine Zeitdauer von 5 Min. erhitzt, wie mit Hilfe eines Thermoelement-Thermometers gemessen wurde, welches an der Seitenwand der Aluminiumpfanne ungefähr 1 cm vom Boden der Pfanne platziert war. Während dieser Zeit stieg die Konzentration von Wasserstoffperoxid in der Kammer auf 6 mg/l, wie mit dem Peroxid-Monitor gemessen.
Die biologischen Testproben wurden dem Wasserstoffperoxid-Dampf für Zeitspannen von 5, 10, 15, 20 und 25 Min. ausgesetzt. Nach der Einwirkung des Wasserstoffperoxid-Dampfes wurden die biologischen Testproben aseptisch in 15 ml einer Trypticase-Soja-Brühe, welche 277 Einheiten Katalase enthält, transferiert, um jegliche Wasserstoffperoxid-Reste zu neutralisieren, welche in den Testproben verbleiben konnten. Alle Proben wurden für sieben Tage bei 230°C inkubiert und auf Wachstum beobachtet.
Vergleichsstudien wurden auch durchgeführt, in welchen eine 50% wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxid in die Sterilisationskammer injiziert wurde und von einem erhitzten Injektor (einer erhitzten Metalloberfläche) verdampft wurde. Das Volumen der Wasserstoffperoxid-Lösung, die injiziert wurde, produzierte eine Dampfphasen-Konzentration von Wasserstoffperoxid von 6 mg/l. Die Testlumen und biologischen Testproben, die in diesen Tests verwendet wurden, waren identisch mit denjenigen, welche in den nicht-wäßrigen Wasserstoffperoxid-Tests verwendet wurden. Die Behandlung der biologischen Testproben nach der Einwirkung von Wasserstoffperoxid war ebenso identisch.
B. Testergebnisse
Die Ergebnisse dieser Tests mit Edelstahl- und TEFLON^TM-Lumen, welche in Tabellen 3 bzw. 4 vorgestellt werden, illustrieren die Vorteile des nicht-wäßrigen Peroxid-Zuführungssystems sowohl mit Metall- als auch mit Nichtmetall-Lumen. Vollständige Abtötung der bakteriellen Sporen wurde innerhalb 5 Min. mit dem nicht-wäßrigen Peroxid-Zuführungssystem für die kleinsten ID und die längsten Lumen, die evaluiert wurden, erreicht. Gleichzeitig wurde vollständiges Abtöten sogar nach 25 Min. Diffusionszeit mit der 50% Wasserstoffperoxid-Lösung erreicht. Tabelle 3 Wirksamkeitsvergleich: wäßrig/nicht-wäßrig SS-Klingen in SS-Lumen

Tabelle 4 Wirksamkeitsvergleich: wäßrig/nicht-wäßrig 6 mm × 4 mm Papierstreifen in TEFLON^TM-Lumen
Die Tatsache, daß schnelle Sterilisation bei Abwesenheit von substantiellen Mengen an Wasser erreicht werden kann, ist angesichts der Tatsache überraschend, daß Feuchtigkeit im allgemeinen während chemischer Gas/Dampf-Phasen-Sterilisation durch verschiedene Sterilisationsmittel, mit Ausnahme von Wasserstoffperoxid, anwesend war. Weil Dampfphasen-Wasserstoffperoxid-Sterilisationssysteme wäßrige Lösungen von Wasserstoffperoxid verwendet haben, war in diesen Systemen Feuchtigkeit ebenso anwesend.
Um die Sterilisationswirksamkeit von verschiedenen anderen Peroxid-Komplexen zu testen, wurden die folgenden Experimente durchgeführt.
Beispiele 2, 3 und 4
Der Apparat von Beispiel 1 wurde verwendet, um die Wirksamkeit von Polyvinylpyrrolidon-Wasserstoffperoxid-Komplex (Beispiel 2), Nylon 6-Wasserstoffperoxid-Komplex (Beispiel 3) und 1,3-Dimethylharnstoff-Wasserstoffperoxid-Komplex (Beispiel 4) zu testen. Diese Verbindungen wurden gemäß der Methode, welche unten in Beispielen 12 und 13 offenbart wird, synthetisiert. Die Testparameter waren wie folgt:
In jedem Fall waren die Sporen-Träger 6 mm × 4 mm Papiersubstrate in Plastik-Lumen und Edelstahl-Klingen in Edelstahl-Lumen. Die Ergebnisse dieser Wirksamkeitstestung erscheinen unten in Tabelle 5. Tabelle 5 Wirksamkeit von Komplexen mit PVP, Nylon 6 und 1,3-Dimethylharnstoff
Die Ergebnisse, die in Tabelle 5 erscheinen, zeigen, daß jede der untersuchten Wasserstoffperoxid-Komplexe Peroxid-Dampf generiert, welcher effiziente Sterilisation nach nur 5 Min. Einwirkung zur Verfügung stellt.
Die Temperatur, die benötigt wird, um Wasserstoffperoxid-Dampf aus dem festen Komplex, welcher oben gezeigt ist, freizusetzen, ist die Temperatur, welche mittels eines Thermoelement-Thermometers gemessen wurde, welches an der Außenseite der Aluminiumpfanne ungefähr 1 cm über dem Boden der Pfanne lokalisiert ist. Weitere Testung unter der Verwendung eines Thermometers, wie z.B. eines Fluoroptik-Thermometers, welches am Innenseiten-Boden der Pfanne platziert ist, zeigte an, daß die Temperatur am Boden der Pfanne ungefähr 30 bis 35°C höher war, wie in Beispiel 5 unten beschrieben. Daher war im vorherigen Bei spiel die Temperatur am Boden der Pfanne ungefähr 110 bis 115°C, wenn das Thermoelement-Thermometer 80°C ablas, und die Temperatur am Boden der Pfanne war ungefähr 140 bis 145°C, wenn das Thermoelement-Thermometer 110°C ablas.
Beispiel 5
Um die Temperatur am Boden der Aluminiumpfanne, welche verwendet wird, um den festen Peroxid-Komplex zu enthalten, zu bestimmen, wurde ein Fluoroptik-Thermometer an den Innenseiten-Boden der Aluminiumpfanne geklebt. Ein Omega^TM Thermoelement-Thermometer wurde an die Außenseite der Aluminiumpfanne ungefähr 1 cm über dem Boden der Pfanne platziert. Drei verschiedene Meßwerte der Thermometer wurden abgelesen. Jedes Mal wurde die Pfanne auf die gewünschte Temperatur erhitzt, welche von dem Thermometer angezeigt wurde, welches an der Seite der Pfanne platziert war, es wurde der Pfanne erlaubt, abzukühlen und danach wurde wieder auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Die aufgezeichneten Temperaturen sind unten aufgelistet:
Die Ergebnisse zeigen, daß die Temperatur am Boden der Aluminiumpfanne ungefähr 30 bis 35°C höher war, als die Temperatur, welche von dem Thermoelement-Thermometer angezeigt wurde, welches sich an der Seite der Pfanne befand.
Weitere Testungen wurden durchgeführt, um die Wirksamkeitsdaten zu vergleichen, welche unter der Verwendung einer wäßrigen und einer nicht-wäßrigen Quelle für Peroxid in einem offenen (Nicht-Lumen) System erhalten wurden. Die Experimente werden im Detail unten beschrieben.
Beispiel 6
Der Apparat von Beispiel 1 wurde verwendet mit einer biologischen Herausforderung, welche aus 6,8 × 10⁵ B. subtilis var (niger)-Sporen auf einem 6 mm × 4 mm Streifen von Whatman Nr. 1 Chromatographie-Papier bestand, welches in einem TYVEK^TM/MYLAR^TM-Umschlag verpackt war. (TYVEK^TM ist ein gaspermeables Gewebe, welches aus Polytheylen hergestellt ist. MYLAR^TM ist ein nicht-gaspermeables Polyestermaterial). Die verpackten biologischen Herausforderungs-Streifen wurden an der Vorderseite, Mitte und Rückseite einer Polyphenylenoxid-Ablage platziert, welche ein flexibles Faser-Optik-Sigmoidoskop enthielt. Die Ablage wurde in einen Polyphenylenoxid-Behälter platziert, welcher einen Anschluß an der oberen Seite und zwei Anschlüsse im Boden aufwies, um Diffusion zu erlauben. Die Anschlüsse mit einem Durchmesser von 4 inch wurden mit einem atmungsaktiven Polypropylen-Verpackungsmaterial (SPUNGUARD^TM Heavy Duty Sterilisation Wrap, Kimberly-Clark, Dallas, TX) abgedeckt, um die Sterilität der Inhalte des Behälters nach der Sterilisation zu gewährleisten. Der Behälter wurde in den Apparat von Beispiel 1 platziert und der Druck in der Kammer wurde auf 0,2 torr reduziert. Die Aluminiumpfanne, welche 2 g des Wasserstoffperoxid-Harnstoff-Aduktes (Fluka Chemical Corp.) enthält, wurde dann auf 80 bis 81°C erhitzt, wie gemessen durch ein Thermoelement-Thermometer, welches an der Außenseite der Aluminiumpfanne ungefähr 1 cm über dem Boden der Aluminiumpfanne platziert war, für 5 Min., um 3 mg/l Wasserstoffperoxid-Dampf in der Kammer zur Verfügung zu stellen. Die biologischen Testproben wurden dem Wasserstoffperoxid-Dampf für Zeitdauern von 5 und 10 Min. ausgesetzt. Nach der Einwirkung wurden die Testproben auf dieselbe Weise behandelt, wie diejenigen in Beispiel 1.
Vergleichsstudien wurden auch durchgeführt, in welchen eine 50% wäßrige Lösung an Wasserstoffperoxid in die Sterilisationskammer injiziert wurde und von einem erhitzten Injektor verdampft wurde. Das Volumen an Wasserstoffperoxid-Lösung, welches injiziert wurde, produzierte eine Dampfphasen-Konzentration von 3 mg/l. Die Testkonfiguration, die Zusammensetzung der biologischen Testproben und die Behandlung der biologischen Testproben nach der Einwirkung waren alle identisch mit denjenigen, welche in den nicht-wäßrigen Wasserstoffperoxid-Tests verwendet wurden. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 6 präsentiert. Tabelle 6 Wirksamkeitsvergleich im offenen System: wäßrig/nicht-wäßrig (Nicht-Lumen-Test)
Die Ergebnisse dieser Testes demonstrieren die größere Wirksamkeit des nicht-wäßrigen, wenn es mit dem wäßrigen Wasserstoffperoxid-Prozeß in einem „offenen" System verglichen wird, in welchem die biologische Probe nicht in ein Lumen gegeben wurde. Es wurde wiederum überraschenderweise entdeckt, daß ein nicht-wäßriges System überlegene Sterilisierung zur Verfügung stellte, auch wenn die Diffusion von Wasserstoffperoxid in ein langes und enges Lumen nicht erforderlich ist. Dies schlägt vor, daß die Wirkungsweise des Wasserstoffperoxids in den Systemen mit und ohne Wasser nicht die gleiche ist.
Weitere Testungen wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit eines nicht-wäßrigen Peroxid-Dampfes bei normalem, nicht reduziertem Druck zu bestimmen. Diese Testung wird im Detail unten geschildert.
Beispiel 7
Wirksamkeitstests wurden durchgeführt mit dem Wasserstoffperoxid-Dampf, welcher aus dem Harnstoff-Peroxid-Komplex in einem offenen System bei atmosphärischem Druck freigesetzt wurde. In diesem Test wurde die biologische Herausforderung von 1,04 × 10⁸ B. subtilis var. (niger)-Sporen an den chirurgischen Edelstahl-Klingen in einen TYVEK^TM/MYLAR^TM-Umschlag verpackt. Die verpackten biologischen Herausforderungs-Klingen wurden an der Vorderseite, Mitte und Rückseite einer Polyphenylenoxid-Ablage platziert. Die Ablage wurde in den Apparat von Beispiel 1 platziert und die Kammertür wurde geschlossen. Die Aluminiumpfanne, welche 4,0 g Harnstoff-Peroxid (Fluka Chemical Corp.) enthält, wurde auf 80 bis 81°C erhitzt, wie durch ein Thermoelement-Thermometer gemessen, welches an der Seite der Aluminiumpfanne ungefähr 1 cm über dem Boden der Pfanne platziert war, für die Zeitdauer des Tests. Die biologischen Testproben wurden dem Wasserstoffperoxid-Dampf für Zeitspannen von 5, 10, 20 und 30 Min. ausgesetzt. Nach der Einwirkung wurden die Testproben auf die gleiche Weise behandelt, wie diejenigen in Beispiel 1. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 7 präsentiert und demonstrieren die Wirksamkeit des nicht-wäßrigen Peroxid-Prozesses in einem offenen System bei atmosphärischem Druck. Tabelle 7 Wirksamkeit des nicht-wäßrigen Peroxid-Prozesses im offenen System bei atmosphärischem Druck
Weitere Tests wurden durchgeführt, um die ungefähre Menge des Peroxids zu bestimmen, welches aus dem Wasserstoffperoxid-Harnstoff-Komplex bei verschiedenen Temperaturen freigesetzt wird. Diese Testung wird in Beispiel 8 beschrieben.
Beispiel 8
Harnstoff-Peroxid-Pulver, welches durch Zerdrücken der kommerziell erhältlichen Tabletten (Fluka Chemical Corp.) erhalten wurde, wurde zwischen zwei Aluminiumschirmen in einem Apparat gemäß der 3B platziert, welche die Dimensionen 12,7 cm × 12,7 cm aufwies. Die Aluminiumplatte wurde danach erhitzt und die Temperatur wurde unter der Verwendung eines Thermometers aufgezeichnet, welches nahe einer Ecke der Aluminiumplatte lokalisiert war. Tabelle 8 listet die ungefähre Prozentzahl von Peroxid auf, welches bei verschiedenen Temperaturen nach Erhitzen für 5 Minuten freigesetzt wurde. Die Daten zeigen, daß ungefähr 100% des Peroxids aus dem Komplex bei einer Temperatur von 140°C freigesetzt wird. Geringere Prozentwerte an Peroxid werden bei niedrigeren Temperaturen freigesetzt. Tabelle 8 Freisetzung von nicht-wäßrigem Peroxid bei verschiedenen Temperaturen
Peroxid-Komplexe, welche die Fähigkeit haben, Wasserstoffperoxid-Dampf bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck freizusetzen, wie z.B. der Harnstoff-Peroxid-Komplex, erlaubt es ihnen effektiv für die Verwendung in verschiedenen Sterilisations-Anwendungen zu sein. Sie können nicht nur in dem Sterilisationsapparat der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, verwendet werden, die Verbindungen der vorliegenden Erfindung können auch als ein Teil von selbst sterilisierenden Verpackungsmaterialien verwendet werden oder auf Trägern, wie z.B. Verbandmull, Schwamm, Baumwolle und Ähnlichem, aufgebracht werden. Die Verbindungen erlauben eine Sterilisation von versiegelten Verpackungen bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen und sind insbesondere nützlich für die Sterilisation von verpackten medizinischen oder chirurgischen Produkten.
Besondere Verwendungen der Verbindungen der vorliegenden Erfindung werden in den Beispielen, welche folgen, beschrieben. Der Peroxid-Komplex, welcher in den folgenden Beispielen verwendet wurde, war Harnstoff-Peroxid in der Form einer Tablette (Fluka Chemical Corp.) oder in der Form eines Pulvers, welches durch Zerdrücken der Tabletten erhalten wurde.
Beispiel 9
Ein selbst sterilisierender Beutel wurde wie folgt zusammengesetzt: Ein chirurgisches Skalpell, welches 3,8 × 10⁶ B. subtilis var. niger-Sporen auf seiner Oberfläche aufweist, wurde in eine sterile Petrischale platziert. Die Schale wurde in eine größere Petrischale platziert, zusammen mit 1 g Harnstoff-Peroxid-Komplex, entweder in Tabletten- oder Pulverform. Die größere Petrischale wurde dann in einen Beutel eingeführt, welcher aus TYVEK^TM/MYLAR^TM (gaspermeabel, Tabelle 9), MYLAR^TM/MYLAR^TM (nicht-gaspermeabel, Tabelle 10) oder Papier/MYLAR^TM (gaspermeabel, Tabelle 10) gebildet wurde. Der Beutel wurde dann versiegelt.
Jeder Beutel wurde verschiedenen Temperaturen für verschiedene Zeitspannen ausgesetzt, wie in den Tabellen 9 und 10 unten gezeigt ist. Die biologischen Testproben wurden auf Sterilisation evaluiert, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 9 und 10 enthalten, wobei ein „+"-Zeichen bakterielles Wachstum anzeigt. Tabelle 9 Selbst sterilisierende Beutel mit atmungsaktiver Barriere (TYVEK^TM/MYLAR^TM)
Tabelle 10 listet die Wirksamkeitsdaten für selbst sterilisierende Beutel mit (Papier/MYLAR^TM) und ohne (MYLAR^TM/MYLAR^TM) atmungsaktive Barriere auf. Die Beutel wurden, wie oben beschrieben, zusammengesetzt, jedoch war die Peroxiddampf-Quelle Harnstoff-Peroxid nur in Pulverform. Tabelle 10 Selbst sterilisierende Beutel mit und ohne atmungsaktiver Barriere
Die Ergebnisse dieser Testung zeigen, daß der Harnstoff-Peroxid-Komplex der vorliegenden Erfindung, wenn er in einen Beutel mit und ohne eine atmungsaktive Barriere eingeschlossen ist, wirksame Sterilisation für einen Gegenstand im inneren des Beutels bei Abwesenheit von Feuchtigkeit bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck nach nur 2 bis 3 Stunden zur Verfügung stellt. Bei höheren Temperaturen wird Sterilisation nach nur einer Stunde bewirkt.
Um die Wirksamkeit des Sterilisationssystems der vorliegenden Erfindung in einem geschlossenen Behälter zu bestimmen, wurde das folgende Experiment durchgeführt.
Beispiel 10
Ein selbst sterilisierender Behälter wurde wie folgt zusammengesetzt: Ein Edelstahl-Träger, welcher entweder 3,8 × 10⁶ B. subtilis var. niger-Sporen auf seiner Oberfläche (Tabelle 11) aufweist oder 9,2 × 10⁵ B. subtilis var. niger-Sporen an seiner Oberfläche aufweist (Tabelle 12), wurde in das innere eines kleinen Polyethylen (PE)-Fläschchens platziert, welches 20 Löcher (3/16 inch in der Größe) auf seiner Oberfläche aufweist. Das Fläschchen wurde in ein größeres PE-Fläschchen platziert, welches entweder mit einem luftdichten Deckel oder einer gaspermeablen Schicht von SPUNGUARD^® (CSR-Folie) abgedeckt war. In dem größeren Fläschchen war auch ein zweites PE-Fläschchen eingeschlossen, welches ebenso 20 Löcher (3/16 inch in der Größe) auf seiner Oberfläche aufweist. Dieses Fläschchen enthielt 1 g Harnstoff-Peroxid entweder in Pulver- oder Tablettenform und war entweder in einem SPUNGUARD^TM (CSR-Folie) oder TYVEK^TM-Beutel versiegelt.
Jeder Behälter wurde verschiedenen Temperaturen für verschiedene Zeitspannen ausgesetzt, wie in den Tabellen 11 und 12 unten gezeigt ist. Die biologischen Testproben wurden auf Sterilisation evaluiert, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 11 und 12 enthalten, wobei ein „+"-Zeichen bakterielles Wachstum anzeigt. Tabelle 11 Selbst sterilisierende Behälter ohne atmungsaktives Fenster

* – Beutel gebildet aus CSR-Folie

* Beutel gebildet aus TYVEK^TM
** Beutel gebildet aus CSR-Folie

Die Ergebnisse dieser Testung zeigen, daß der nicht-wäßrige Harnstoff-Peroxid-Komplex, welcher in einem Behälter mit und ohne eine atmungsaktive Barriere eingeschlossen ist, wirksame Sterilisation bei Raumtemperatur nach nur 3 bis 4 Stunden zur Verfügung stellt. Bei höheren Temperaturen wird die Sterilisation nach so wenig wie einer halben Stunde bewirkt.
Von den nicht-wäßrigen Peroxid-Komplexen, welche Peroxiddampf freisetzen, wurde gefunden, daß sie für die Sterilisation von Gegenständen bei Raumtemperatur nützlich sind und noch wirksamer bei höheren Temperaturen nützlich sind. Diese Komplexe können in einen Beutel, einen Behälter, eine Kammer, einen Raum oder jedes Gebiet platziert werden, welches in der Lage ist, versiegelt zu werden, wo diese Peroxiddampf freisetzen, welcher die Gegenstände wirksam sterilisiert. Die Komplexe können erhitzt werden, um die Freisetzung des Dampfes zu fördern und um Sterilisierung in geringerer Zeit zur Verfügung zu stellen, als bei Raumtemperatur-Sterilisierung benötigt wird. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung sind daher nützlich in einer Vielzahl von Anwendungen, wo Sterilisierung gewünscht ist. Sterilisation kann einfach dadurch erreicht werden, daß der Komplex in ein versiegeltes Gebiet platziert wird, welches einen Gegenstand oder Gegenstände enthält, die sterilisiert werden sollen. Im Gegensatz zu den Verfahren des Standes der Technik besteht kein Bedarf an Kontakt mit Feuchtigkeit, um die Aktivierung des Wasserstoffperoxids zur Verfügung zu stellen.
Um zu bestätigen, daß Sterilisation unter der Verwendung von nicht-wäßrigen Peroxid-Komplexen in geringerer Zeit bei niedrigerem Druck bewirkt werden kann, wurde das folgende Experiment durchgeführt.
Beispiel 11
Ein selbst sterilisierender Behälter wurde wie folgt zusammengesetzt: Ein Edelstahl-Träger, welcher 9,2 × 10⁶ B. subtilis var. niger-Sporen auf seiner Oberfläche aufweist, wurde in das Innere eines kleinen PE-Fläschchens platziert, welches 20 Löcher (3/16 inch in der Größe) auf seiner Oberfläche aufweist. Das Fläschchen wurde in ein größeres PE-Fläschchen platziert, welches mit einer gaspermeablen Schicht von CSR-Folie (SPUNGUARD^TM) abgedeckt war. In dem größeren Fläschchen war auch ein zweites PE-Fläschchen eingeschlossen, welches ebenso 20 Löcher (3/16 inch in der Größe) auf seiner Oberfläche aufweist. Dieses Fläschchen enthielt 1 g Harnstoff-Peroxid, entweder in Pulver- oder Tablettenform. Das Fläschchen wurde dann in einem CSR-Folien- oder TYVEK^TM-Beutel versiegelt.
Die großen Fläschchen wurden entweder in eine 4,5 Liter Sterilisationskammer oder eine 173 Liter Sterilisationskammer platziert. Jeder Behälter wurde 100 torr Druck und 23°C Temperatur für 2 Stunden ausgesetzt, wie in Tabelle 13 gezeigt. Die biologischen Testproben wurden auf Sterilisation evaluiert, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 aufgeführt. Tabelle 13 Selbst sterilisierende Behälter mit atmungsaktivem Fenster unter Bedingungen mit reduziertem Druck
Diese Ergebnisse zeigen, daß nicht-wäßriger Harnstoff-Peroxid-Komplex, welcher in einem Behälter mit einer atmungsaktiven Barriere eingeschlossen ist, wirksame Sterilisation bei 100 torr und Raumtemperatur nach nur 2 Stunden zur Verfügung stellt. Diese Ergebnisse demonstrieren, wenn verglichen mit den Ergebnissen in Tabelle 12, daß die Peroxid-Komplexe der vorliegenden Erfindung Sterilisation bei reduziertem Druck in geringerer Zeit zur Verfügung stellen, als benötigt wird, um Sterilisation bei atmosphärischen Druck zu bewirken.
Daher können die Wasserstoffperoxid-Komplexe der vorliegenden Erfindung effektive Sterilisation in signifikant kürzeren Zeitspannen zur Verfügung stellen. Zusätzlich, wie oben diskutiert, kann auch Plasma verwendet werden, um die Sterilisationsaktivität des Wasserstoffperoxid-Dampfes zu verstärken. Die Gegenstände, die sterilisiert werden sollen, werden nach der Einwirkung des Peroxiddampfes einem Plasma unterzogen und verbleiben in dem Plasma für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um vollständige Sterilisierung zu bewirken.
Die Gegenstände, die durch Einwirkung von Wasserstoffperoxid-Dampf sterilisiert wurden, können einem Plasma ausgesetzt werden, um jeden rückständigen Wasserstoffperoxid, der an den Gegenständen bleibt, zu entfernen. Weil das restliche Wasserstoffperoxid in nichttoxische Produkte während der Plasmabehandlung zerfällt, sind die sterilisierten Gegenstände fertig zum Gebrauch nachfolgend der Behandlung, ohne daß jegliche zusätzlichen Schritte erforderlich sind.
Nicht-wäßrige Peroxid-Komplexe sind nützlich in einer Vielzahl von Applikationen, einschließlich als eine Komponente von selbst sterilisierender Verpackung. Zusätzlich dazu sind die Komplexe geeignet zur Verwendung in verschiedenen Verfahren zur Dampfsterilisierung von Gegenständen, wie z.B. dem Verfahren, welches in US Patent Nr. 4,943,414 offenbart wird. Dieses Patent offenbart ein Verfahren, in welchem ein Gefäß, welches eine kleine Menge einer verdampfbaren flüssigen Sterilisationsmittel-Lösung enthält, an ein Lumen angebracht ist, und wo das Sterilisationsmittel verdampft und direkt in das Lumen des Gegenstandes fließt, während der Druck während des Sterilisationszyklus reduziert wird. Das Verfahren, welches in dem Patent offenbart ist, kann modifiziert werden, um die Verwendung einer nicht-wäßrigen Peroxid-Verbindung zu erlauben. Die Verbindung wird in ein Gefäß platziert und mit dem Lumen des Gegenstandes, der sterilisiert werden soll, verbunden. Der Gegenstand wird dann in einen Behälter platziert und der Behälter wird evakuiert. Das Lumen des Gegenstandes und das Äußere des Gegenstandes werden mit dem Wasserstoffperoxid-Dampf in Kontakt kommen, welcher aus der nicht-wäßrigen Verbindung freigesetzt wird. Ein Plasma kann optional generiert werden und verwendet werden, um die Sterilisation zu verstärken und/oder um jedes restliche Wasserstoffperoxid aus dem Gegenstand zu entfernen. Die Verwendung eines nicht-wäßrigen Peroxid-Komplexes in dem System, welches soeben beschrieben wurde, überwindet den Nachteil, daß das Wasser in der wäßrigen Lösung schneller verdampft und dem Wasserstoffperoxid-Dampf in dem Lumen vorausgeht. Daher wird effektivere Sterilisation erreicht und weniger Zeit wird benötigt, um Sterilisation zu bewirken. Wasserstoffperoxid-Komplexe, wie z.B. Glycinanhydrid, sind insbesondere vorteilhaft, weil diese eine signifikante Menge an Wasserstoffperoxid bei reduziertem Druck ohne das Erfordernis für zusätzliches Erhitzen des Komplexes freisetzen.
Synthese der nicht-wäßrigen Wasserstoffperoxid-Komplexe
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren für die Herstellung nicht-wäßriger Wasserstoffperoxid-Komplexe zur Verfügung, welche als Quelle in einem Wasserstoffperoxid-Dampf-Sterilisator oder als eine Komponente von selbst sterilisierender Verpackung, wie oben beschrieben wurde, nützlich sind. Natürlich können die Wasserstoffperoxid-Komplexe für andere Anwendungen verwendet werden, wie z.B. als Bleichmittel, Kontaktlinsen-Lösungen, Katalysatoren und andere Anwendungen, welche dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet gut bekannt sind.
Die allgemeine Prozedur für die Herstellung der Wasserstoffperoxid-Komplexe dieser Erfindung ist wie folgt:
(1) Platzieren des Reaktanten-Materials in die Kammer
Das Material, welches mit dem Wasserstoffperoxid reagiert werden soll, kann ein Feststoff in verschiedenen Formen sein (z.B. Pulver, Kristall, Film etc., welcher bevorzugterweise ein großes Oberflächengebiet aufweist, um die Reaktionsrate zu erhöhen). Das Reaktanten-Material kann auch als eine Lösung in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel vorliegen, wenn genügend Zeit gegeben wird, daß das Lösungsmittel, nachdem der Druck in der Kammer reduziert wurde, verdampfen kann. Das Material kann auch eine Flüssigkeit sein, deren Siedepunkt höher ist als der von Wasserstoffperoxid (150°C). Weil die Reaktionsraten bei erhöhten Temperaturen schneller sind, wird die Kammer bevorzugterweise erhitzt, entweder vor oder nachdem die Reaktanten-Zusammensetzung eingeführt wurde. Jedoch sollte die Temperatur nicht so hoch sein, daß der Reaktant kocht oder verdampft.
Die Reaktanten-Zusammensetzung kann in jedem Behälter enthalten sein, welcher dem Peroxid-Dampf Zugang verschafft. Wenn der Reaktant in Form eines Pulvers oder einer anderen Form vorliegt, welche umher geblasen werden kann, wenn die Kammer evakuiert wird, dann kann der Reaktant in einem permeablen Behälter behalten werden, welcher Wasserstoffperoxid erlaubt, in den Behälter zu diffundieren.
(2) Evakuieren der Kammer
In bestimmten Ausführungsformen wird die Kammer auf einen Druck evakuiert, der unterhalb des atmosphärischen Druckes ist, wie z.B. einem Druck, welcher unterhalb des Dampfdruckes von Wasserstoffperoxid ist (welcher von seiner Konzentration und Temperatur abhängt), um zu gewährleisten, daß das gesamte Peroxid in der Dampfphase ist. Der Dampfdruck erhöht sich mit steigender Temperatur und verringert sich mit steigender Peroxidkonzentration. Bei den meisten Experimenten wurde die Kammer auf ungefähr 0,2 torr evakuiert und die Temperatur war Umgebungstemperatur oder darüber.
(3) Generieren des Wasserstoffperoxid-Dampfes.
Der Wasserstoffperoxid-Dampf kann aus einer Wasserstoffperoxid-Lösung oder aus einem im wesentlichen wasserfreien Wasserstoffperoxid-Komplex generiert werden. Der letztere führt zu trockenem Wasserstoffperoxid im dampfförmigen Zustand, was ein Vorteil ist, wenn entweder das Material, welches mit dem Dampf reagiert werden soll, oder der Komplex, welcher gebildet werden soll, hygroskopisch ist. Ein anderer Vorteil, Wasserstoffperoxid-Dampf aus einem im wesentlichen wasserfreien Komplex zu generieren, ist es, daß die Prozent Wasserstoffperoxid in dem Komplex, welcher gebildet wird, höher ist, als wenn der Dampf aus einer wäßrigen Lösung von H₂O₂ generiert wird. Dies ist wahrscheinlich so aufgrund der Konkurrenz zwischen Wassermolekülen und H₂O₂-Molekülen um Bindungsstellen an dem Komplex, wenn eine wäßrige Lösung verwendet wird, um den H₂O₂-Dampf zu generieren.
Der Peroxid-Dampf kann dann innerhalb derselben Kammer generiert werden, welche das Reaktanten-Material beherbergt, oder in einer anderen Kammer, die von dieser durch ein Vakuumventil separiert ist.
(4) Reagieren des Reaktanten-Materials mit Wasserstoffperoxid
Die Zeit, die für die Reaktion benötigt wird, hängt natürlich von der Reaktionsrate des Reaktanten mit Wasserstoffperoxid ab. Sie kann empirisch bestimmt werden durch Aufzeichnen des Drucks, welcher während der Bindung des Peroxids an das Reaktanten-Material abnimmt. Typischerweise ist die Reaktionszeit ungefähr 5 bis 30 Minuten. Die Konzentration des verdampften Wasserstoffperoxids und das Gewicht des Ausgangsmaterials bestimmen die Gewichtsprozent des Peroxids in dem Reaktionsendprodukt. Während das Gewichtsverhältnis von Reaktant zu Wasserstoffperoxid zunimmt, nimmt das Gewichtsprozent von Wasserstoffperoxid in dem Komplex ab. Die Reaktion kann mehrere Male wiederholt werden, um die Konzentration von Wasserstoffperoxid in dem Komplex zu erhöhen.
(5) Erneutes Evakuieren der Kammer
Am Ende der Reaktionsperiode wird die Kammer weiter evakuiert auf ungefähr 2 torr, um jedes unreagierte Wasserstoffperoxid zu entfernen.
(6) Belüften der Kammer und Gewinnen des Wasserstoffperoxid-Komplexes
Der Mechanismus, mit welchem Wasserstoffperoxid einen Komplex mit dem Reaktanten-Material bildet, ist nicht vollständig verstanden. Es wird angenommen, daß die Bildung des Komplexes Wasserstoffbrückenbildung zwischen dem Wasserstoffperoxid und elektronenreichen funktionellen Gruppen, die Sauerstoff und/oder Stickstoff an dem Reaktanten-Material enthalten, beinhaltet. Es ist nicht bekannt, ob dies die einzige Art und Weise der Bindung ist; jedoch wurde von Materialien mit einem großen Bereich an funktionellen Gruppen gefunden, daß sie Komplexe mit Wasserstoffperoxid bilden.
Die Vorteile der Gasphasenreaktion gegenüber früheren Verfahren der Wasserstoffperoxid-Komplex-Bildung schließen ein:

1. Das Verhältnis von Wasserstoffperoxid zu Reaktanten-Material kann genau kontrolliert werden durch Variieren der Menge des Wasserstoffperoxids, welches im gasförmigen Zustand vorhanden ist, oder der Menge des Reaktanten-Materials, welches dem Dampf ausgesetzt wird.
2. Das Erfordernis, Lösungsmittel aus dem Reaktionsprodukt zu entfernen, wird eliminiert.
3. Peroxid-Komplexe können gebildet werden, welche Flüssig- oder Feststoffe sind, wie z.B. Pulver, Kristalle, Filme etc.
4. Peroxid-Komplexe aus hygroskopischen Materialien können präpariert werden.

Die Synthese der nicht-wäßrigen Peroxid-Komplexe gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter in den folgenden Beispielen beschrieben. Viele dieser Verbindungen haben Nützlichkeit als Katalysatoren zusätzlich zu den Nützlichkeiten, welche in größerem Detail hierin beschrieben werden, wie leicht für den Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet einschätzbar ist. Die Beispiele stellen Ausführungsformen der Zusammensetzungen und Verfahren der Erfindung dar, sie sind aber nicht dazu vorgesehen, den Umfang der Erfindung auf irgendeine Weise zu limitieren.
Beispiel 12
Ein Wasserstoffperoxid-Komplex von Glycinanhydrid wurde wie folgt präpariert: Eine 1,0 g Probe von Glycinanhydrid (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) wurde in eine Aluminiumablage in einer 173 Liter Kammer platziert, welche bei einer Temperatur von 45°C gehalten wurde. Das Oberteil der Aluminiumablage wurde mit TYVEK^TM Vliesstoff-Gewebe abgedeckt, welches verhinderte, daß Glycinahydrid aus der Ablage herauskommt, wenn der Druck in der Kammer reduziert wird, aber welches atmungsaktiv war und Wasserstoffperoxid nicht absorbierte. Die Kammertür wurde geschlossen und der Druck in der Kammer wurde auf 0,2 torr reduziert durch Evakuieren der Kammer mit einer Vakuumpumpe. Eine Wasserstoffperoxid-Konzentration von 10 mg/l wurde durch Verdampfen eines geeigneten Volumens einer 70% wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid (FMC Corp., Philadelphia, PA) in die Kammer erzeugt. Der Wasserstoffperoxid-Dampf wurde mit dem Glycinanhydrid für 20 Minuten in Kontakt gehalten. Am Ende der Reaktionsdauer wurde der Kammerdruck auf 2 torr reduziert und dann wurde zu atmosphärischem Druck zurückgekehrt. Das Reaktionsprodukt wurde aus der Kammer entfernt und auf Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid durch die folgenden iodometrischen Titrations-Reaktionen analysiert. H₂O₂ + 2KI + H₂SO₄ → I₂ + K₂SO₄ + 2H₂O I₂ + 2Na₂S₂O₃ → Na₂S₄O₆ + 2 NaI
Ein Stärke-Indikator wurde in der Jodnatriumthiosulfat-Titrationsreaktion verwendet, um die Farbänderung am Endpunkt zu verstärken. Die Prozentzahl pro Gewicht an Wasserstoffperoxid wurde durch die folgende Gleichung berechnet: Gew.% H2O2 = [(ml Na2S2O3) × (Normalität von Na2S2O3) × 1,7]/(Probengewicht in g)
Die Gewichtsprozentzahl von Wasserstoffperoxid in dem Glycinanhydrid-Komplex wurde als 24,3% gefunden.
Beispiel 13
Die Wasserstoffperoxid-Komplexe einer großen Vielzahl von anorganischen Komplexen wurden unter der Verwendung des Verfahrens von Beispiel 12 präpariert. In jedem Fall waren die Reaktionsbedingungen dieselben wie diejenigen in Beispiel 12, außer daß 1,0 g jeder der Verbindungen, die in Tabelle 14 dargestellt sind, anstelle von Glycinanhydrid verwendet wurden. Tabelle 14 Evaluierte Verbindungen und Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid, anwesend in Komplexen, die durch Dampfphasen-Syntheseverfahren gebildet wurden
Die anorganischen Komplexe schließen Carbonate mit Natrium, Kalium und Rubidium-Kationen sowie Natriumbicarbonat ein. Zusätzlich wurden auch die Wasserstoffperoxid-Komplexe von Kalziumhydroxid und Tetranatriumpyrophosphat präpariert. Die Ausgangsmaterialien waren fein verteilte Pulver oder leicht größere kristalline Materialien.
Die Wasserstoffperoxid-Komplexe, die mit diesen Materialien unter den Testbedingungen erhalten wurden, waren Feststoffe.
ANORGANISCHE WASSERSTOFFPEROXID-KOMPLEXE
Anorganische Wasserstoffperoxid-Komplexe sind auch geeignet zur Verwendung als Sterilisationsmittel, wie hierin oben für organische Wasserstoffperoxid-Komplexe im Detail beschrieben wurde. Peroxid-Dampf kann aus diesen anorganischen Komplexen bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur freigesetzt werden. Jedoch können substantielle Mengen von Wasserstoffperoxid-Dampf aus anorganischen Peroxid-Komplexen nach schnellem Erhitzen auf eine bestimmte Freisetzungs-Temperatur unter sowohl atmosphärischem als auch reduziertem Druck freigesetzt werden, wie in größerem Detail unten beschrieben wird. Um effektiv Wasserstoffperoxid aus anorganischem Peroxid freizusetzen, ist die Erhitzungsrate des anorganischen Peroxid-Komplexes bevorzugterweise mindestens 5°C/min; weiter bevorzugt ist sie mindestens 10°C pro Minute; noch weiter bevorzugt mindestens 50°C/min und am meisten bevorzugt ist sie mindestens 1000°C pro Minute.
Eine repräsentative Auflistung dieser anorganischen Peroxid-Komplexe und der Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid sind in Tabelle 16 präsentiert. Bevorzugte anorganische Komplexe sind diejenigen, welche nicht zerfallen, um einen Halogen-Wasserstoff zu bilden. Daher enthalten besonders bevorzugte Komplexe keine Halogene. Es ist auch möglich, eine Mischung von Peroxid-Komplexen als eine Quelle für Peroxid-Dampf zur Verfügung zu stellen. Solch eine Mischung kann eine „physikalische Mischung" sein, in welcher zwei verschiedene vor-präparierte Peroxid-Komplexe physikalisch vermischt werden, oder kann eine „chemische Mischung" sein, in welcher die Verbindungen in dem Komplex vor der Präparation des Peroxid-Komplexes daraus vermischt werden.
Die Titrations-Prozedur, die verwendet wurde, um die Gewichtsprozent an H₂O₂ in den Komplexen zu bestimmen, wurde in Beispiel 12 beschrieben. Natriumcarbonat-H₂O₂-Komplex wurde von Fluka Chemical Corp. gekauft. Die Dampfphasen-Synthese-Prozedur, die für die Synthese der anorganischen Peroxid-Komplexe verwendet wurde, war dieselbe wie diejenige, die im Beispiel 12 offenbart wird, mit den Ausnahmen, daß 10 g der festen anorganischen Probe anstatt 1 bis 5 g und zwei Reaktionszyklen anstatt eines verwendet wurden.
Beispiel 16
Das Reaktionsverfahren für die Flüssigphasen-Synthese der anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplexe war im wesentlichen so, wie von Jones et al. (J. Chem. Soc., Dalton, 12:2526-2532, 1980) beschrieben. Kurz gesagt wurden zuerst anorganische Feststoffe in einer 30% wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid gelöst, um eine gesättigte Lösung herzustellen, gefolgt von tropfenweiser Addition von Ethanol. Für die Kaliumoxalat- und Rubidiumcarbonat-Komplexe wurden die weißen Peroxid-Präzipitate gebildet, während die Menge an addiertem Ethanol graduell erhöht wurde. Für Kaliumcarbonat, Kaliumpyrophosphat und Natriumpyrophosphat wurden die gesättigten Lösungen bei –10°C für mehrere Stunden inkubiert, um die Bildung des kristallinen Peroxid-Komplexes zu fördern. Die Komplexe wurden von der Flüssigkeit durch Vakuumfiltration separiert, mit Ethanol mindestens dreimal gewaschen und durch Vakuum getrocknet. Tabelle 16 Evaluierte Verbindungen und Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid, anwesend in den Komplexen

1. Die verwendete Titrationsmethode, um die Gewichtsprozent von H₂O₂ in den Komplexen zu bestimmen, ist dieselbe wie diejenige, die in der vorherigen Patentanmeldung aufgeführt wurde.
2. Natriumcarbonat-Wasserstoffperoxid-Komplex wurde von Fluka Chemical Corp. gekauft.
3. Die Dampf- und Flüssig-Phasen-Prozeduren wurden für die Synthese des anorganischen Peroxids verwendet.

Ein Differential-Scanning-Kalorimeter (DSC) (Modell PDSC 2920, TA und Metler-Toledo Modell DSC 27HP Instruments) wurde verwendet, um die Freisetzung von H₂O₂ oder die Zerfallseigenschaften der anorganischen Peroxid-Komplexe zu bestimmen. Das DSC wurde mit einer Erhitzungs-Rampe („heating ramp") von 10°C/min und in einem Temperaturbereich von zwischen 30°C und 220°C betrieben, unter sowohl atmosphärischen als auch variierenden Vakuum-Druckbedingungen. Mit Bezug auf 5 umfaßt das DSC eine Probenkammer 110, Heizplatte 112 und Druckkontrollsystem. Das Druckkontrollsystem umfaßt einen Druckwandler 114, der mit einem Druckanzeiger 116 verbunden ist. Der Druckanzeiger 116 ist verbunden mit einem Regler 118, welcher wiederum mit einem Druck-Kontrollventil 120 verbunden ist. Der Druckwandler 114 befindet sich in Flüssigkeits-Kommunikation mit dem Druck-Kontrollventil 120 und mit der Pumpe 122.
Kaliumoxalat-Wasserstoffperoxid-Komplex, welcher, wie hierin oben beschrieben, synthetisiert wurde, wurde in ein DSC platziert und einem bestimmten Vakuumdruck über einen Temperaturbereich von 50°C bis 170°C unterzogen. Wie in 6 gesehen werden kann, fand unter diesen DSC-Bedingungen mit einem Loch auf dem Deckel der Probenpfanne eine größere Freisetzung an H₂O₂, einem endothermen Prozeß, bei niedrigeren Drücken statt, während der exotherme Zerfall von H₂O₂ bei höheren Drücken bevorzugt wurde. Jedoch kann, wie in 10 gezeigt, partielle Freisetzung von Peroxid auch bei atmosphärischem Druck stattfinden, wenn dasselbe Experiment ohne Abdeckung auf der Pfanne (d.h. offene Pfanne) wiederholt wurde. Daher kann für bestimmte Wasserstoffperoxid-Komplexe ein weiter offenes System und/oder reduzierter Druck die Freisetzung von H₂O₂ aus dem Komplex fördern.
Bei der Verwendung der anorganischen Peroxid-Komplexe für die Sterilisation ist es kritisch für die Komplex-Stabilität, daß Erhitzung rasch stattfindet, was durch Vorheizen der Aluminiumplatte vor dem in Kontakt Kommen mit der anorganischen Peroxid-Zusammensetzung bewirkt wird. Bei der Verwendung der anorganischen Peroxid-Verbindungen wird es auch bevorzugt, daß die Temperatur höher als 88°C ist.
Wie oben diskutiert wurde, wird es bevorzugt, daß der anorganische Wasserstoffperoxid-Komplex rasch erhitzt wird, d.h. so rasch wie 1000°C/min oder mehr. Dies wird erreicht durch in Kontakt Bringen des Peroxids mit einer vorgewärmten Wärmeplatte. Eine bevorzugte Ausführungsform zum Erreichen einer solchen schnellen Erhitzung wird in den 7A und 7B gezeigt. In Bezug auf 7A: dort wird ein Apparat 125 zur Injektion von Peroxid-Dampf in eine Sterilisationskammer 131 in einer geschlossenen Position gezeigt. Der anorganische Wasserstoffperoxid-Komplex wird in eine Peroxid-Scheibe 132 aufgenommen. Die Scheibe 132 umfaßt fünf Schichten: Drei Schichten an CSR-Folie, Peroxid-Komplex-Pulver und Aluminiumfolie, welche mit Polpropylen beschichtet ist. Die Scheibe 132 wird rund um ihre Kante hitzeversiegelt, um das Peroxid-Komplex-Pulver zurückzuhalten. Die Peroxid- Scheibe 132 wird unter eine perforierte Aluminiumplatte 130, welche an das Gehäuse 150 durch Aluminium-Anhaftungs-Stücke 142 angebracht ist, platziert. Die Scheibe 132 wird zwischen den O-Ringen 151 lose an Ort und Stelle gehalten. Vor der Einführung des Peroxid-Dampfes in die Kammer ist ein erwärmter Aluminiumtiegel 134 getrennt von der Peroxid-Scheibe 132 und ist an einer Aluminiumplatte 136 angebracht. Eine Feder (nicht gezeigt) innerhalb des Blasebalgs 138 hält die Platte 136 fest in der geschlossenen Position. Wenn die Kammer 131 evakuiert wird, wird der Blasebalg 138 ebenso evakuiert. Die Platte 136 wird gegen O-Ringe 148 gesetzt, so daß eine Peroxid-Freisetzungs-Kammer 152 von den Durchtrittswegen 158 separiert wird. Der Apparat wird durch Bolzen 144, 146, 154 und 156 an Ort und Stelle gehalten und an eine Sterilisationskammer 131 angebracht.
In Bezug auf 7B: um den Tiegel 134 heraufzubringen, um ihn in Kontakt mit der Peroxid-Scheibe 132 zu bringen, wird der Blasebalg 138 belüftet. Wenn der Druck erhöht ist, bewegt sich der Blasebalg 138 nach oben, wobei der erhitzte Aluminiumtiegel 134 gegen die Peroxid-Scheibe 132 vorwärtsgetrieben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aluminiumtiegel 134 vor-erwärmt auf 175°C; jedoch können andere Temperaturen verwendet werden. Peroxid-Dampf wird dann aus dem Pulver durch die CSP-Schichten freigesetzt, passiert durch die Perforationen 160 in der perforierten Aluminiumplatte 130 und tritt in die Peroxid-Freisetzungskammer 152 ein. Die Aufwärtsbewegung des erhitzten Aluminiumtiegels 134 öffnet auch die Peroxid-Freisetzungskammer 152, was dem Peroxid-Dampf erlaubt, in die Durchtrittswege 158 einzutreten, welche sich in Flüssigkeits-Kommunikation mit der Sterilisationskammer befinden.
In Bezug auf 8: dort wird eine Sterilisationskammer 170 illustriert, welche eine Vielzahl an Glasstäben 172 enthält, welche darin orthogonal angeordnet sind. Edelstahl-Skalpellklingen 174 und 176, welche an der Oberseite bzw. am Boden der Kammer 170 platziert sind, enthalten Bacillus stearothermophilus darauf geimpft. Innerhalb der Sterilisationskammer 170 und gezeigt zur Rechten davon, befindet sich ein Apparat 178, welcher für das Erhitzen der Wasserstoffperoxid-Komplexe verwendet wird, welche für exemplarische Zwecke Natriumpyrophosphat (Na₄P₂O₇·3H₂O₂) und Kaliumoxalat (K₂C₂O₄·H₂O₂)-Wasserstoffperoxid-Komplexe waren. Ein Apparat 178 umfaßt eine Pyrex-Schüssel 180 am Boden der Kammer 170. Eine Pyrex-Schale 182 wird auf die Pyrex-Schüssel 180 oben aufgestellt. Eine Aluminiumplatte 184 mit einem Heizfeld 186 wird oben auf die Pyrex-Schale 182 platziert. Der Peroxid-Komplex wird auf die Aluminiumplatte 184 platziert. Ein Stromkabel 188 wird an das Heizfeld 186 angebracht und ein Thermoelement 190 wird an der Aluminiumplatte 184 angebracht. Skalpellklingen 174 werden 2 inch über der Aluminiumplatte 184 platziert.
In bestimmten Ausführungsformen werden die Wasserstoffperoxid-Komplexe innerhalb eines separaten Gehäuses in Flüssigkeits-Kommunikation mit dem Behälter, in welchem sich der Gegenstand befindet, welcher sterilisiert werden soll, zur Verfügung gestellt. Die Drücke innerhalb des Gehäuses und des Behälters können dieselben sein oder verschieden sein. Eine positive Druckdifferenz in dem Gehäuse wird die Bewegung des Peroxid-Dampfes, welcher aus dem Peroxid-Komplex innerhalb des Gehäuses freigesetzt wurde, in den Behälter fördern. Solch positiver Druck würde insbesondere nützlich sein, wenn der Behälter groß ist, wie z.B., wenn es ein gesamter Raum ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Peroxid-Kompex in Pulverform auf eine adhäsive Oberfläche aufgebracht. Bevorzugte adhäsive Oberflächen schließen ein Hochtemperatur-eingestufte adhäsive Bänder, wie z.B. A10 und A25 adhäsive Bänder (3M Corp., Minneapolis, MN). Diese Peroxid-Komplex-Pulver-beschichteten adhäsiven Bänder werden dann erhitzt, um Peroxid-Freisetzung davon zu bewirken, unter der Verwendung des Apparats, welcher z.B. in den 3A, 7A und 8 gezeigt wird.
In Bezug auf 9: Hochtemperatur-eingestuftes adhäsives Band 200, welches Peroxid-Komplex-Pulver 202 aufweist, wird auf eine Aluminiumfolien-Schicht 204 aufgestellt. Eine oder mehrere CSR-Schichten 206 werden oben auf die adhäsive Band-Schicht 200 aufgeschichtet. Diese Anordnung kann die Form von individuellen Materialbahnen annehmen oder eine Rolle kann aus dem Material gebildet werden.
Die anorganischen Peroxid-Komplexe, welche in den Beispielen 17 und 18 verwendet wurden, um die Menge an Peroxid-Freisetzung und die Sterilisations-Wirksamkeit zu bestimmen, waren Kaliumpyrophosphat (K₄P₂O₇·3H₂O₂; PP), Kaliumoxalat (K₂C₂O₄·H₂O₂: PO) und Natriumcarbonat (Na₂CO₃·1,5H₂O₂; SC).
Beispiel 17
Freisetzung von Peroxid aus SC, PO und PP
Die ideale Temperatur, bei welcher H₂O₂ aus SC, PO und PP freigesetzt wurde, wurde durch DSC bestimmt. Die tatsächliche Menge an H₂O₂, welche aus 2 g von jedem dieser Komplexe freigesetzt wurde, wurde bei verschiedenen Temperaturen unter der Verwendung einer 75 Liter Kammer und des Apparates, welcher in den 7A und 7B gezeigt ist, bestimmt. Die Menge an H₂O₂, welche aus PP bei 175°C freigesetzt wurde, war größer als diejenige von SC und PO. Obwohl SC die geringste Menge von H₂O₂ bei 175°C freisetzte, wurde signifikant größere Freisetzung beobachtet, wenn die Menge der Probe erhöht wurde. Tabelle 17 Freisetzung von Peroxid in einer 75 Liter Kammer
Beispiel 18
Wirksamkeitstests unter der Verwendung von SC, PO und PP
2 × 10⁶ B. subtilis var. niger-Sporen wurden auf eine SS-Klinge geimpft. Drei beimpfte Klingen wurden zuerst an die Vorder-, Mittel- und hinteren Positionen einer Spunguardumwickelten 10 inch × 21 inch × 3,5 inch Polyphenylenoxid-Ablage platziert. Die umwickelte Ablage wurde dann in eine 75 Liter Vakuumkammer platziert, welche einen initialen Vakuumdruck von 0,2 torr aufwies. Eine 5,5 inch Peroxid-Scheibe wurde durch Hitzeversiegeln der anorganischen SC, SO oder PP-Peroxid-Pulver zwischen drei Schichten von Spunguard und einer Schicht Aluminiumfolie, beschichtet mit Polypropylenfilm, hergestellt. Das Peroxid wurde freigesetzt durch in Kontakt Bringen der Scheibe für zwei Minuten mit einer Aluminiumplatte, welche auf 175°C vorgewärmt war, gefolgt von einer zusätzlichen Diffusionszeit von 8 Minuten für eine Gesamteinwirkzeit von 10 Minuten. Nach der Behandlung wurden die drei Klingen separat in Trypticase-Soja-Brühe (TSB) bei 32°C für 7 Tage platziert und auf bakterielles Wachstum ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 18 zusammengefaßt. Tabelle 18 Wirksamkeitstestergebnisse
Wie in Tabelle 18 gesehen werden kann, wurde kein Wachstum von Sporen beobachtet, mit der Ausnahme von 2 g SC (1/3). Wenn jedoch die Menge von SC, welche Verdampfung unterzogen wurde, auf 3 g erhöht wurde, konnte kein bakterielles Wachstum beobachtet werden. Diese Ergebnisse unterstreichen die Wirksamkeit der Sterilisation unter der Verwendung der anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplexe.
Anorganische Wasserstoffperoxid-Komplexe können leicht in die Sterilisations-Verfahren, welche hierin oben im Zusammenhang mit organischen Peroxid-Komplexen beschrieben wurden, eingeführt werden. Zum Beispiel können anorganische Komplexe im Zusammenhang mit einer Plasma-Sterilisationsmethode oder im Zusammenhang mit einem selbst sterilisierenden Gehäuse verwendet werden, wo Peroxid langsam aus dem Komplex freigesetzt wird. Gleichermaßen können anorganische Komplexe auch bei der Sterilisation von Gegenständen verwendet werden, welche enge Lumen aufweisen, wobei ein Gefäß, welches den anorganischen Peroxid-Komplex enthält, mit dem Lumen verbunden ist. Zusätzlich kann Drucktaktung des Dampfes, welcher aus den anorganischen Peroxid-Komplexen freigesetzt wurde, angewendet werden. Andere Beispiele der Verwendung der anorganischen Komplexe für die Sterilisation werden dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet nach der Referenz der vorliegenden Beschreibung offensichtlich sein.
Synthese der Phosphat- und kondensierten Phosphat-Peroxid-Komplexe
Einige Phosphat- und kondensierten Phosphat-Peroxid-Komplexe werden in Tabelle 19 gemeinsam mit den Verfahren für ihre Synthese, welche in der Literatur berichtet werden, zusammengefaßt. Im allgemeinen können diese Komplexe durch Mischen der Phosphatsalze mit wäßriger Wasserstoffperoxid-Lösung synthetisiert werden (entweder Addieren von Feststoff zur Peroxid-Lösung oder Addieren der Peroxid-Lösung zu dem Feststoff). Weil die Hitze, welche durch die Reaktion generiert wird, zum Zerfall des Wasserstoffperoxids führen kann, wurden Versuche unternommen, die Reaktionstemperatur durch langsames Mischen des Feststoffes mit der Peroxid-Lösung oder unter der Verwendung von gekühlter Peroxid-Lösung (z.B. 0°C) zu kontrollieren. Peroxid-Komplexe wurden auch durch Lösen des Hydrats von Phosphat- oder kondensieren Phosphatsalzen in Peroxid-Lösung gebildet. Tabelle 19

1. Richmond, Howard, PCT-Veröffentlichung Nr. WO 95/05341
2. Xiao et al., Faming Zhuanli Shenqing Gongkai Shoumingshu, CN 1,097,798, 25 Jan. 1995.
3. Titova et al. Russ. J. Inorg. Chem. 40(3):384 (1995).
4. Titova et al. Russ. J. Inorg. Chem. 39(5):384 (1995).
5. Kudo, I., Japan Kokai, (C1.CO1B), Aug. 29, 1975, Anmeldung 74 15, 389, 8. Feb. 1974.
6. Kirsanova, M.P., Bogdanov, G.A., Dymova, Z.N., Safonov, V.V., Izv. Vyssh. Ucheb. Zaved. Kjim. Khim. Tekhnol. 15(2):183–6 (1972).
7. Majewski, H.W., US-Patent Nr. 3,650,750.

Spray-Methode
Prozeduren, die ähnlich sind zu denjenigen, welche zuvor in der Literatur beschrieben wurden, wurden durchgeführt, um die Leichtigkeit und die Limitationen der Prozeduren für die Präparation von Phosphat- und kondensierten Phosphat-Komplexen zu bestimmen. Im allgemeinen wurden die Komplexe durch Sprühen von Peroxid-Lösung auf gleichmäßig ausgebreitete feste Salze, gefolgt durch Vakuum- oder Ofentrocknung präpariert. Tabelle 20 faßt die Komplexe zusammen, welche durch die Spray-Methode synthetisiert wurden. Na₄P₂O₇·3H₂O₂ konnte nicht unter der Verwendung einer 30% H₂O₂-Lösung synthetisiert werden, was mit dem Stand der Technik übereinstimmt. Der K₃PO₄-Peroxid-Komplex konnte nicht durch direkte Addition von H₂O₂-Lösung zu wasserfreiem H₃PO₄ bei Raumtemperatur präpariert werden. Detaillierte Synthesebedingungen werden in dem Beispielen 21 bis 36 unten zur Verfügung gestellt. Tabelle 20
Flüssigspray-Synthese von Na₄P₂O₇·nH₂O₂
Im allgemeinen wurde ein wasserfreier Komplex von Natriumpyrophosphat und Wasserstoffperoxid (Na₄P₂O₇·nH₂O₂) unter der Verwendung einer Flüssig-Fest-Phasenreaktion gefolgt von Vakuum- und/oder Ofentrocknung synthetisiert. Eine Reihe von Parametern wurde im Zusammenhang mit der Flüssigspray-Synthese eines Komplexes aus Natriumpyrophosphat und Wasserstoffperoxid variiert, wie unten in den Beispielen 21–27 beschrieben wird. Konzentrierte Wasserstoffperoxid-Lösung (30–90% H₂O₂) wurde auf Natriumpyrophosphat (98%, Aldrich) tropfenweise aufgesprüht. Die Mischung wurde bei 10°C, 25°C oder 45°C für 1 bis 16 Stunden inkubiert, gefolgt von Vakuumtrocknen bei 25°C bis 60°C und/oder Ofentrocknen bei 60°C. Die H₂O₂-Konzentration, molares Ausgangsverhältnis von H₂O₂ zu Na₄P₂O₇, Fest-zu-Flüssig-Verhältnis, die Inkubationszeit und Temperatur, die Art der Trocknung, Trocknungstemperatur und Quantität der Ausgangsmaterialien wurden variiert, wie in den folgenden Beispielen beschrieben, um deren Effekt auf die Produktzusammensetzung zu bestimmen.
Beispiele 21 bis 23 zeigen den Einfluß der Trocknung-Prozesse (Vakuumtrocknen bei 30°C, Vakuumtrocknen bei 60°C bzw. Ofentrocknen bei 60°C) auf die endgültigen Gew.% von H₂O₂ in dem resultierenden Komplex mit einer Reaktionszeit von 2 Stunden bei 25°C.
Beispiel 24 zeigt den Einfluß der Reaktionszeit mit Vakuumtrocknen bei 25°C. Die Ergebnisse zeigen an, daß eine Reaktionszeitdauer von einer Stunde ausreichend ist für die Bildung eines Verhältnisses von 1:3 von Natriumpyrophosphat zu H₂O₂ in dem Komplex.
Beispiel 25 zeigt den Einfluß der Reaktionstemperatur auf die Bildung des Peroxid-Komplexes. Die Ergebnisse zeigen an, daß der Komplex mit einem Verhältnis von ungefähr 1:3 bei einer Temperatur unter 45°C noch gebildet werden konnte, wenn eine kleine Quantität von Ausgangsmaterial angewendet wurde.
Beispiel 26 zeigt den Einfluß der Wasserstoffperoxid-Konzentration auf die Zusammensetzung des resultierenden Peroxid-Komplexes unter der Verwendung der Flüssigspray-Synthese. Wie in Tabelle 26 angezeigt wird, wenn 30% H₂O₂ auf festes Natriumpyrophosphat gesprüht wurde, sogar bei einem molaren Ausgangsverhältnis von 4:1 von H₂O₂ zu SP, hatte der resultierende Komplex Na₄P₂P₇·1,64H₂O₂ ein Verhältnis von H₂O₂ zu SP von weniger als 2:1 (Bis-Peroxyhydrat). Das Tris-Peroxyhydrat (Na₄P₂O₇·3H₂O₂) konnte gebildet werden, wenn die Konzentration von H₂O₂ größer als 45%, bevorzugt größer als 50% war. Die Zusammensetzung von Na₄P₂O₇·4H₂O₂ mit einem Verhältnis von H₂O₂ zu SP von 4:1, war nur bei einer Temperatur unter 60°C stabil.
Beispiel 27 zeigt, daß der Natriumpyrophosphat-tris-Peroxyhydrat-Komplex nicht erfolgreich mit der Flüssigspray-Methode präpariert werden konnte, wenn eine größere Quantität von Na₄P₂O₇ verwendet wurde.
Beispiel 21
Vakuumtrocknen bei 30°C
H₂O₂ (59%) wurde mit Natriumpyrophosphat (SP) bei einem Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit von 1:0,8; 1:0,9 und 1:1,1 nach Gewicht gemischt, bei 25°C für 2 Stunden inkubiert und unter Vakuum bei 30°C für 4 Stunden oder bei 30°C für 4 Stunden, gefolgt von 60°C für 15 Stunden getrocknet. Die Produktausbeute reichte von 84% bis 99%. Die Ergebnisse werden in Tabelle 21 zusammengefaßt. Tabelle 21

1. Für die versiegelte Bedingung: der Komplex war in einer fest abgedeckten Plastikflasche;
2. Für die offene Bedingung: der Komplex war in einer offenen Petrischale.

Beispiel 22
Vakuumtrocknen bei 60°C
H₂O₂ (59%) wurde mit Natriumpyrophosphat bei einem Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit von 1:0,8; 1:0,9 und 1:1,1 nach Gewicht gemischt, bei 25°C für 2 Stunden inkubiert und unter Vakuum bei 60°C für 4 Stunden getrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 22 zusammengefaßt. Tabelle 22
Beispiel 23
Ofentrocknen bei 60°C
H₂O₂ (59%) wurde mit Natriumpyrophosphat bei einem Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit von 1:0,8; 1:0,9 und 1:1,1 nach Gewicht gemischt, bei 25°C für 2 Stunden inkubiert und bei 60°C für entweder 6 Stunden oder 21 Stunden im Ofen getrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 23 zusammengefaßt. Tabelle 23
Beispiel 24
Einfluß der Reaktionszeit
H₂O₂ (59%) wurde mit Natriumpyrophosphat bei einem Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit von 1:0,8 nach Gewicht gemischt, bei 25°C für 1, 2 und 16 Stunden inkubiert und unter Vakuum bei 25°C für 4 Stunden getrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 24 zusammengefaßt. Tabelle 24

* Diese Probe wurde für die thermische Stabilitätsstudie in Beispiel 39 verwendet.

Beispiel 25
Einfluß der Reaktionstemperatur
H₂O₂ (59%) wurde mit Natriumpyrophosphat bei einem Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit von 1:0,8; 1:1,1 oder 1:1,3 nach Gewicht gemischt, bei 10°C, 25°C oder 45°C inkubiert und unter Vakuum getrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 25 zusammengefaßt. Tabelle 25
Beispiel 26
Einfluß der H₂O₂-Konzentration
H₂O₂-Lösung, welche verschiedene Konzentrationen aufwies, wurde tropfenweise zu Natriumpyrophosphat (Aldrich, 98%) addiert. Die Mischung wurde bei 25°C für 2 Stunden inkubiert, danach bei 25°C für 4 Stunden vakuumgetrocknet, gefolgt durch Ofentrocknen bei 60°C für 15 Stunden, mit der Ausnahme der Probe in der letzten Reihe von Tabelle 26, welche bei 25°C für 4 Stunden vakuumgetrocknet wurde und danach bei 40°C für 9 Stunden ofengetrocknet wurde. Die Ergebnisse werden in Tabelle 26 zusammengefaßt und zeigen an, daß höhere Konzentrationen an Peroxid benötigt werden, um einen Peroxid-Komplex herzustellen, welcher ein molares Verhältnis von ungefähr 1:3 von H₂O₂ zu SP aufweist. Tabelle 26

* Die Probe wurde unter Vakuum bei 25°C für 4 Stunden und danach in einen Ofen bei 40°C für 9 Stunden getrocknet.

Beispiel 27
Einfluß der Quantität der Ausgangsverbindung
59% H₂O₂-Lösung bei Raumtemperatur wurde langsam auf festes Natriumpyrophosphatesprüht; jedoch stieg die Temperatur der Mischung an. Wenn 59% H₂O₂ zu 300 g SP addiert wurden, stieg die Temperatur der Mischung auf über 60°C. Daher scheinen größere Quantitä ten von SP nicht so gut wie kleinere Quantitäten zu funktionieren. Die Ergebnisse werden in Tabelle 27 zusammengefaßt. Tabelle 27
Mehrere zusätzliche Flüssigspray-Synthesen von zusätzlichen Peroxid-Komplexen werden in den Beispielen 28–34 unten beschrieben.
Beispiel 28
Flüssigspray-Synthese von Na₃PO₄·5H₂O₂
Wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösungen, welche Wasserstoffperoxid-Konzentrationen von 30%, 59% und 70% haben, wurden auf festes Natriumorthophosphat, tribasisch (SPT; 96%, Aldrich) gesprüht, um eine Paste zu bilden. Die Mischung wurde für 2 Stunden bei 25°C inkubiert und danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 28 zusammengefaßt. Tabelle 28
Beispiel 29
Flüssig-Synthese von Na₂HPO₄·H₂O₂ und Na₂HPO₄·2H₂O₂
Natriumphosphat, dibasisch fest (99,95%, Aldrich) wurde in wäßriger Wasserstoffperoxid-Lösung gelöst und bei 25°C für 1 Stunde inkubiert, danach unter Vakuum bei 25°C getrocknet. Das resultierende Produkt war ein Gel, welches ein Verhältnis von ungefähr 1:2 von Na₂HPO₄/H₂O₂ aufweist. Weiteres Trocknen des Gels führte zu einem Pulver, welches ein Verhältnis von ungefähr 1:1 von Na₂HPO₄/H₂O₂ aufweist. Die Ergebnisse werden in Tabelle 29 zusammengefaßt. Tabelle 29
Beispiel 30
Flüssigspray-Synthese von Na₅P₃O₁₀·1–2H₂O₂
Konzentrierte Wasserstoffperoxidlösung wurde auf Natriumtripolyphosphat (85%, Aldrich) (STP) tropfenweise aufgesprüht. Die Mischung wurde bei 25°C für 1 Stunde inkubiert, bei 25°C vakuumgetrocknet und dann bei 60°C im Ofen getrocknet. Ergebnisse werden in Tabelle 30 gezeigt. Tabelle 30
Beispiel 31
Flüssigspray-Synthese von K₃PO₄·nH₂O₂
59% H₂O₂ bei Raumtemperatur wurde tropfenweise zu Kaliumphosphat, tribasisch (97%, Aldrich) addiert. Die Temperatur der Reaktionsmischung während des Sprühens stieg auf ungefähr 80°C. Die Pasten-Mischung wurde unter Vakuum für 4 Stunden getrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 31 zusammengefaßt und zeigen an, daß der Hauptteil des Peroxids in dem Komplex aufgrund der hohen Reaktionstemperatur zerfiel. Tabelle 31
Beispiel 32
Flüssigspray-Synthese von K₄P₂O₇·nH₂O₂
Wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung, die eine Konzentration von 59% oder 70% aufwies, wurde auf Kaliumpyrophosphat (PP) (97%, Aldrich) gesprüht, um eine Paste zu bilden, wobei die Temperatur davon ungefähr 30°C bis 35°C während des Sprühens betrug. Die Mischung wurde bei 25°C für 2 Stunden inkubiert, danach unter Vakuum bei 25°C getrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 32 zusammengefaßt. Tabelle 32
Beispiel 33
Flüssigspray-Synthese von K₂HPO₄·3H₂O₂
Konzentrierte Wasserstoffperoxid-Lösung wurde auf Kaliumhydrogenphosphat (98%, Aldrich) (PHP) tropfenweise gesprüht. Die Mischung wurde bei 25°C für 1 Stunde inkubiert und bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 33 gezeigt. Tabelle 33
Beispiel 34
Flüssigspray-Synthese von KH₂PO₄·H₂O₂
Konzentrierte Wasserstoffperoxid-Lösung wurde auf Kaliumdihydrogenphosphat (98%, Aldrich) (PDHP) tropfenweise gesprüht. Die Mischung wurde bei 25°C für 1 Stunde inkubiert und bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 34 gezeigt. Tabelle 34
Beispiel 35
Flüssigspray-Synthese von Ca₂P₂O₇·3,42H₂O₂
59% wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung wurde auf festes Kalziumpyrophosphat (Aldrich) gesprüht. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 25°C inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 35 zusammengefaßt. Tabelle 35
Beispiel 36
Flüssigspray-Synthese von Mg₂P₂O₇·4,60H₂O₂
59% wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung wurde auf festes Magnesiumpyrophosphat (Aldrich) gesprüht. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 25°C inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 36 zusammengefaßt. Tabelle 36
Obwohl mehrere Phosphat-Peroxid-Komplexe beschrieben wurden, ist keine allgemeine Synthesemethode für die Produktion von stabilen Komplexen bekannt. Die Reaktion zwischen Wasserstoffperoxid-Lösung und einem Phosphat oder kondensiertem Phosphat ist eine exotherme Reaktion. Die Hitze, die durch diese exotherme Reaktion produziert wird, kann zum Zerfall des Wasserstoffperoxids führen. Als ein Ergebnis kann der Komplex unstabil sein oder kann ein niedrigeres Verhältnis von Peroxid zu Phosphat oder kondensiertem Phosphat aufweisen, als erwünscht ist. Dieses Problem ist insbesondere ausgeprägt, wenn eine große Quantität von Komplex präpariert wird.
Pasten-Methode
Bei dem Bemühen, die Hitze zu kontrollieren, welche bei der Reaktion von Wasserstoffperoxid-Lösung mit dem Phosphat oder kondensierten Phosphat produziert wird, haben wir eine Vielzahl von Synthesemethoden entwickelt. Eine solche Methode nennen wir die „Pasten"-Methode, weil anfänglich eine Paste aus dem Phosphat oder kondensierten Phosphat mit Wasser gebildet wird. Diese synthetische Pasten-Flüssig-Methode für anorganische Wasserstoffperoxid-Komplexe umfaßt das Mischen der gewünschten anorganischen Verbindung mit Wasser, um eine weiche Paste zu bilden. Dieser Paste wird erlaubt abzukühlen und wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung wird zu der anorganischen Paste addiert. Die resultierende Mischung wird getrocknet, um Wasser zu entfernen, was zu dem anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplex fuhrt.
Der Hauptvorteil dieses synthetischen Schemas ist es, daß während die Reaktion der anorganischen Verbindung mit Wasser exotherm ist, wird sehr wenig Hitze während der Bildung des anorganischen Peroxid-Komplexes generiert, womit der Abbau des Wasserstoffperoxids während der Synthese vermieden wird. Dies ist eine signifikante Verbesserung gegenüber vorherigen Verfahren, in welchen signifikante Mengen an Hitze generiert werden, welche das Wasserstoffperoxid degradieren. Die resultierenden Kristalle des anorganischen Peroxid-Komplexes sind feiner und stabiler als diejenigen, welche gemäß der anderen Prozeduren produziert werden, und es können auch niedrigere Konzentrationen von H₂O₂ verwendet werden.
Ohne daß wir wünschen, durch irgendeine bestimmte Theorie oder Wirkmechanismus gebunden zu sein, glauben wir, daß anfänglich ein Hydrat nach der Bildung der Paste gebildet wird und daß das Wasser aus diesen Hydraten dann durch Peroxid ersetzt wird, um die anorganischen Peroxid-Komplexe zu bilden. Beispiele 37 und 38 stellen beispielhafte Methoden für die Produktion von zwei verschiedenen Phosphat-Peroxid-Komplexen zur Verfügung.
Beispiel 37
Pasten-Flüssigkeit-Synthese von Na₄P₂O₇·2–3H₂O₂ unter der Verwendung von verschiedenen H₂O₂-Konzentrationen
Natriumpyrophosphat, fest (98%, Aldrich) wurde mit entionisiertem Wasser gemischt und langsam gerührt, was zur Bildung einer weichen Paste führte. Weil diese Reaktion exotherm ist, wurde der Paste erlaubt, auf Raumtemperatur zu kühlen.
Wäßrige H₂O₂-Lösung, welche verschiedene H₂O₂-Konzentrationen aufwies, wurde mit der Paste gemischt. Es trat kein Anstieg der Temperatur auf. Die Mischung wurde bei 25°C für 1 Stunde inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die vakuumgetrockneten Proben wurden weiter im Ofen bei 60°C getrocknet, um jedes verbleibende Wasser zu entfernen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 37 zusammengefaßt. Tabelle 37

Tabelle 37 zeigt verschiedene Vorteile der Pasten-Methode für die Präparation von Wasserstoffperoxid-Komplexen:

1. Die Ausgangskonzentration von H₂O₂ war nicht auf größer als 50% beschränkt, um Natriumpyrophosphat-trisperoxyhydrat (Na₄P₂O₇·3H₂O₂) zu präparieren. Der Komplex konnte präpariert werden, wenn eine H₂O₂-Lösung verwendet wurde, die so niedrig wie 12% war.
2. Na₄P₂O₇·3H₂O₂ konnte erfolgreich unter der Verwendung größerer Quantitäten an Ausgangsmaterialien (zum Beispiel 200 g SP) präpariert werden, weil während der Mischung von H₂O₂-Lösung mit SP-Wasser-Paste kein Anstieg der Temperatur auftrat.
3. Peroxid-Komplexe, welche verschiedene Zusammensetzungen aufweisen, können einfach durch die Kontrolle des molaren Verhältnisses von H₂O₂ zu SP in der Ausgangsmischung präpariert werden.

Beispiel 38
Pasten-Flüssig-Synthese von K₃PO₄·nH₂O₂
Kaliumphosphat, tribasisch (97%, Aldrich) (PPT) wurde mit entionisiertem Wasser gemischt und langsam gerührt, was zur Bildung einer weichen Paste führte, welcher erlaubt wurde, auf Raumtemperatur zur kühlen. Wäßrige H₂O₂-Lösung (59%) wurde mit der Paste gemischt. Es wurde kein Anstieg der Temperatur beobachtet. Die Mischung wurde bei 25°C für 2 Stunden inkubiert und unter Vakuum bei 25°C getrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 38 zusammengefaßt. Kaliumphosphatperoxid konnte nicht durch die Flüssig-Spray-Prozedur (wie in Beispiel 31 gezeigt), welche für die meisten Phosphat-Peroxid-Komplex-Synthesen verwendet wurde, gebildet werden. Wenn eine Wasserstoffperoxid-Lösung auf festes Kaliumphosphat gesprüht wurde, stieg die Temperatur der Reaktionsmischung auf über 80°C. Diese hohe Temperatur führt höchstwahrscheinlich zum Zerfall des Wasserstoffperoxids, so daß minimale Einfügung von Wasserstoffperoxid in Kaliumphosphat erfolgte. Die Pasten-Methode ist eindeutig besser als die Flüssig-Spray-Methode für die Bildung des K₃PO₄·3H₂O₂-Komplexes. Tabelle 38
Beispiel 39
Thermische Stabilität von Na₄P₂O₇·3H₂O₂, präpariert unter der Verwendung der Spray-Methode und der Pasten-Methode
Ungefähr 0,3 g Komplex-Probe wurde in einer 5-ml-Plastikflasche aufbewahrt, welche entweder aufgeschraubt gelassen wurde (offen, Bedingung 1) oder fest verschlossen war (versiegelt, Bedingung 2). Die offenen und versiegelten Flaschen wurden in einen Inkubator bei 23°C, 50% relative Feuchtigkeit (RH) oder einen Ofen von 60°C platziert. Der H₂O₂-Gehalt des Komplexes wurde danach bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 39 zusammengefaßt. Tabelle 39

* Lagerbedingung: (1) aufgeschraubte Plastikflasche; (2) fest verschlossene Plastikflasche

Beim Vergleich der Ergebnisse, die in Tabelle 39 berichtet werden, wurde gefunden, daß die Stabilität des Komplexes, welche über die Spray-Methode hergestellt wurde, weniger stabil bei 60°C war als der Komplex, der über die Pasten-Methode hergestellt wurde. Jedoch war die Stabilität bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit ungefähr vergleichbar. Daher bietet die Pasten-Methode unerwartete Stabilität unter ungünstigen Lagerbedingungen, welche zum Beispiel gewöhnlicherweise während des Verschickens auftreten.
Hydrat-Methode
Wie oben diskutiert, glauben wir, daß die Pasten-Methode anfänglich ein Hydrat des Phosphats oder des kondensierten Phosphats produziert. Für viele Phosphat- oder kondensierte Phosphat-Verbindungen können Hydrate entweder leicht unter der Verwendung von Techniken produziert werden, welche dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, oder sind kommerziell erhältlich. Daher versuchten wir eine Hydrat-Methode der Synthese für Peroxid-Komplexe, welche die anfängliche Pastenbildung der Pasten-Methode wegläßt, und substituierten stattdessen ein präpariertes Hydrat. Wie es angenommen wird, daß es in der Pasten-Methode geschieht, werden die Wassermoleküle des Hydrats mit Peroxid ersetzt. Beispiel 40 unten stellt eine exemplarische Hydrat-Synthesemethode zur Verfügung.
Beispiel 40
Hydrat-Synthese von Na₄P₂O₇·3H₂O₂
Natriumpyrophosphatdekahydrat, fest (99%, Aldrich) wurde mit 12%, 30% oder 59% wäßriger Wasserstoffperoxid-Lösung gemischt, für 1 Stunde bei 25°C inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 40 zusammengefaßt. Demzufolge kann dieser Komplex mit weniger als 30% Wasserstoffperoxid-Lösung präpariert werden. Tabelle 40
Synthese von Sulfat-Peroxid-Komplexen
Wir haben auch Wasserstoffperoxid-Komplexe von Sulfatsalzen für die Verwendung im Zusammenhang mit den hierin beschriebenen Sterilisationsmethoden synthetisiert. Beispiele 41 und 42 stellen synthetische Details für zwei exemplarische Sulfatsalz-Komplexe zur Verfügung.
Beispiel 41
Flüssigspray-Synthese von Na₂SO₄·1,28H₂O₂
59% wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung wurde auf festes Natriumsulfat (99%+, Aldrich) gesprüht. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 25°C inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 41 zusammengefaßt. Tabelle 41
Beispiel 42
Flüssigspray-Synthese von K₂SO₄·0,62H₂O₂
59% wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung wurde auf festes Kaliumsulfat (99%+, Aldrich) gesprüht. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 25°C inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 42 zusammengefaßt. Tabelle 42
Synthese von Silikat-Peroxid-Komplexen
Wir haben auch Wasserstoffperoxid-Komplexe von Silikatsalzen für die Verwendung im Zusammenhang mit den hierin beschriebenen Sterilisationsverfahren synthetisiert. Beispiele 43 und 44 stellen synthetische Details für zwei exemplarische Silikatsalz-Komplexe zur Verfügung.
Beispiel 43
Pasten-Flüssig-Synthese von Na₂SiO₃·nH₂O₂
Festes Natriummetasilikat (Na₂SiO₃, Aldrich) wurde mit Wasser gemischt, was zur Bildung einer weichen Paste führte, welcher erlaubt wurde, auf Raumtemperatur zu kühlen. Wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung (12%) wurde mit der Paste gemischt. Die Temperatur während der Mischung betrug 30–35°C. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 25°C inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 43 zusammengefaßt. Tabelle 43
Beispiel 44
Hydrat-Synthese von Na₂Si₃O₇·0,68H₂O₂
59% wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung wurde auf festes Natriumtrisilikathydrat (Na₂SiO₃·xH₂O₂, Aldrich) gesprüht. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 25°C inkubiert, danach bei 25°C vakuumgetrocknet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 44 zusammengefaßt. Tabelle 44
Demzufolge haben wir gezeigt, daß Wasserstoffperoxid-Komplexe für eine große Vielfalt von anorganischen Salzen hergestellt werden können. Wir glauben, daß die erfolgreiche Freisetzung von H₂O₂ im Zusammenhang mit den Sterilisationsmethoden, die hierin beschrieben sind, erreicht werden kann unter der Verwendung einer großen Anzahl von Salzen von Anionen, welche zur Wasserstoffbindung fähig sind, wie zum Beispiel diejenigen, welche mindestens ein Sauerstoff- und/oder Stickstoffatom enthalten. Siehe, Tabelle 14, supra, für Beispiele von organischen Komplexen und zusätzlichen anorganischen Komplexen, welche im Zusammenhang mit den Methoden der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Freisetzung von Peroxid aus den Komplexen
Die DSC-Kurven, welche in den vorherigen Beispielen gezeigt wurden, zum Beispiel 6, wurden mit einem Loch auf einer abgedeckten Pfanne bei sowohl atmosphärischem als auch reduziertem Druck erhalten. Mit nur einem kleinen Loch auf dem Deckel wurde ein exothermer Peak in DSC bei 1 Atmosphäre für Kaliumoxalat-Peroxid-Komplex beobachtet. Derselbe Test wurde unter atmosphärischem Druck wiederholt, um zu bestimmen, ob mehr Peroxid freigesetzt werden kann unter der Verwendung eines offeneren Systems, wie unten in Beispiel 45 gezeigt wird.
Beispiel 45
H₂O₂-Freisetzung aus K₂C₂O₄-Peroxid-Komplex bei atmosphärischem Druck
Kaliumoxalat-Wasserstoffperoxid-Komplex (K₂C₂O₄·H₂O₂) wurde bei atmosphärischem Druck unter der Verwendung des Apparats, welcher in 5 gezeigt ist, erhitzt, welcher entweder zwei Löcher in dem versiegelten Deckel auf einer Probenpfanne auf der Wärmeplatte 112 aufweist oder mit einer Aluminiumpfanne, welche zur Atmosphäre offen ist. Das DSC-Profil ist in 10 gezeigt. Ein großer endothermer Peak gefolgt von einem kleinen exothermen Peak zeigt partielle Freisetzung von H₂O₂ an, wenn die Pfanne offen war. Ein kleiner endothermer Peak gefolgt von einem großen exothermen Peak zeigt an, daß einige Freisetzung, aber hauptsächlich Abbau auftrat, wenn die Pfanne einen Deckel mit zwei Löchern aufweist.
Angesichts der Ergebnisse von Beispiel 45, daß eine signifikante Menge an H₂O₂-Freisetzung mit einer offenen Pfanne auftritt, aber nicht unter Verwendung eines Deckels mit zwei Löchern, führten wir den Rest unserer Testung auf Freisetzung von Peroxid aus den Komplexen bei atmosphärischem Druck unter der Verwendung einer offenen Pfanne und unter reduziertem Druck unter der Verwendung einer Pfanne, welche mit einem Deckel mit einem Loch bedeckt ist, in DSC durch. Die DSC-Profile einer Reihe anorganischer Komplexe sind in den 11 bis 25 gezeigt und eine Zusammenfassung des thermischen Verhaltens von Peroxid-Komplexen in DSC-Studien wird in Tabelle 45 gezeigt.
11A ist ein DSC-Profil von Na₄P₂O₇·2H₂O₂ und Na₄P₂O₇·3H₂O₂ bei 760 torr. Wie gesehen werden kann, wurde ein endothermer Peak beobachtet, welcher anzeigt, daß nahezu vollständige Freisetzung auftrat.
11B ist ein DSC-Profil von Na₄P₂O₇·4H₂O₂ bei 760 torr. Wie gesehen werden kann, wurden zwei endotherme Peaks beobachtet, was anzeigt, daß nahezu vollständige Freisetzung auftrat.
12 ist ein DSC-Profil von Na₃PO₄·5H₂O₂ bei 760 torr, 7 torr und 0,35 torr. Der Komplex wurde unter der Verwendung der Flüssigspray-Prozedur synthetisiert. Wie gesehen werden kann, zeigten endotherme Peaks gefolgt von einem kleinen exothermen Peak an, daß partielle Freisetzung bei 1 Atmosphäre auftrat. Aber unter Vakuum zeigte ein breiter endothermer Effekt an, daß nahezu vollständige Freisetzung aufgetreten war.
13 zeigt DSC-Profile von Na₂HPO₄·1H₂O₂ und Na₂HPO₄·2H₂O₂ bei 760 torr. Beide Komplexe zeigten einen endothermen Effekt im DSC, was anzeigt, daß nahezu vollständige Freisetzung bei atmosphärischem Druck auftrat.
14 zeigt ein DSC-Profil von Na₅P₃O₁₀·H₂O₂ bei 760 torr. Mehrere endotherme Peaks zeigten an, daß nahezu vollständige Freisetzung unter atmosphärischem Druck stattgefunden hatte.
15 zeigt ein DSC-Profil von K₃PO₄·3,34H₂O₂ bei 760 torr, 7 torr und 1 torr. Ein exothermer Peak im DSC bei atmosphärischem Druck zeigt an, daß das meiste H₂O₂ bei atmosphärischem Druck zerfallen war, daß aber partielle Freisetzung unter Vakuum stattfand, weil ein endothermer Peak vor dem exothermen Peak unter Vakuum beobachtet wurde.
16 ist ein DSC-Profil von K₄P₂O₇·7H₂O₂ bei 760 torr und 7 torr. Basierend auf den unabhängig erhaltenen Gewichtsverlustdaten, ein endothermer Peak ist wahrscheinlich aufgehoben durch einen exothermen Peak in dem Bereich 140°C–180°C bei atmosphärischem Druck. Daher zeigt das DSC, daß partielle Freisetzung bei atmosphärischem Druck auftrat. Mehrere endotherme Peaks unter Vakuum zeigten nahezu vollständige Freisetzung unter diesen Bedingungen an.
17 zeigt ein DSC-Profil von K₂HPO₄·3,15H₂O₂ bei 760 torr und bei 1 torr. Mehrere endotherme Peaks gefolgt von exothermen Peaks zeigten an, daß partielle Freisetzung bei atmosphärischem Druck auftrat, aber unter Vakuum wurden keine exothermen Peaks beobachtet, was nahezu vollständige Freisetzung unter diesen Bedingungen anzeigt.
18 zeigt ein DSC-Profil von KH₂PO₄·H₂O₂ bei 760 torr. Zwei endotherme Peaks wurden beobachtet, was anzeigt, daß nahezu vollständige Freisetzung unter atmosphärischem Druck auftrat.
19 zeigt ein DSC-Profil von Na₂CO₃·1,5H₂O₂ sowohl bei 760 torr als auch bei 7 torr. Von dem endothermen Peak bei 90–100°C wird angenommen, daß es die Freisetzung von H₂O sowohl unter atmosphärische als auch unter Vakuumbedingungen ist. Der exotherme Peak bei ungefähr 150°C unter atmosphärischem Druck zeigt hauptsächlich H₂O₂-Zerfall an.
Jedoch wurde der exotherme Peak endotherm gefolgt von einem kleinen exothermen Peak unter Vakuumbedingungen, was anzeigt, daß das meiste H₂O₂ freigesetzt wurde.
20 zeigt ein DSC-Profil von Ca₂P₂O₇·3,42H₂O₂ bei 760 torr. Ein endothermer Peak zeigte an, daß nahezu vollständige Freisetzung von H₂O₂ auftrat.
21 ist ein DSC-Profil von Mg₂P₂O₇·4,60H₂O₂ bei 760 torr und 7 torr. Ein endothermer Peak gefolgt von einem exothermen Peak zeigte an, daß partielle Freisetzung von H₂O₂ bei atmosphärischem Druck auftrat, aber ein großer endothermer Peak, welcher unter Vakuum beobachtet wurde, zeigte nahezu vollständige Freisetzung unter Vakuum an.
22 ist ein DSC-Profil von Na₂SO₄·1,28H₂O₂ bei 760 torr. Ein endothermer Peak zeigte an, daß nahezu vollständige Freisetzung unter atmosphärischen Bedingungen stattgefunden hat.
23 ist ein DSC-Profil von K₂SO₄·0,62H₂O₂ bei 760 torr. Ein endothermer Peak zeigte an, daß nahezu vollständige Freisetzung unter atmosphärischen Bedingungen stattfand.
24 ist ein DSC-Profil von Na₂SiO₃·2,15H₂O₂ bei 760 torr, 1 torr und 0,5 torr. Exotherme Peaks unter atmosphärischem und reduziertem Druck zeigten an, daß das meiste des H₂O₂ unter diesen Bedingungen zerfallen war.
25 ist ein DSC-Profil von Na₂Si₃O₇·0,68H₂O₂ bei 760 torr. Ein exothermer Peak zeigte an, daß das meiste des H₂O₂ unter atmosphärischem Druck zerfallen war.
Tabelle 45 unten faßt das thermische Verhalten der Peroxid-Komplexe in DSC-Studien zusammen. Tabelle 45
Ergebnisse des Wirksamkeitstests
Die vorherigen Beispiele, z.B. Beispiele 17 und 18, demonstrierten, daß anorganische Peroxid-Komplexe in der Lage sind, Sterilisation im Zusammenhang mit den hierin beschriebenen Techniken und anderswo unter Vakuumbedingungen zur Verfügung zu stellen. Um zu demonstrieren, daß diese anorganischen Komplexe in der Lage sind, Sterilisation unter atmosphärischen Bedingungen bereitzustellen, testeten wir die Sterilisationswirksamkeit einer Anzahl von Verbindungen. Beispiel 46A stellt Ergebnisse zur Verfügung, in welchen die Sterilisation bei 1 Atmosphäre und niedriger Temperatur (≤ 60°C) für einen Komplex mit nur einem endothermen Peak in der DSC bei 1 Atmosphäre auftrat. Beispiel 46B stellt die Ergebnisse zur Verfügung, in welchen die Sterilisation bei 1 Atmosphäre und niedriger Temperatur (≤ 60°C) für einen Komplex mit sowohl endothermen als auch exothermen Peaks in der DSC bei 1 Atmosphäre auftrat. Beispiel 46C stellt die Ergebnisse zur Verfügung, in welchen Sterilisation bei 1 Atmosphäre und niedriger Temperatur (≤ 60°C) für einen Komplex mit nur einem exothermen Peak in der DSC bei 1 Atmosphäre auftrat. Beispiel 47 stellt die Ergebnisse zur Verfügung, in welcher die Sterilisation bei 1 Atmosphäre auftrat und der Komplex erhitzt wurde unter der Verwendung eines Komplexes mit nur einem endothermen Peak in der DSC bei 1 Atmosphäre. Beispiel 48 stellt die Ergebnisse zur Verfügung, in welchen die Sterilisation bei 1 Atmosphäre auftrat und der Komplex erhitzt wurde unter der Verwendung eines Komplexes mit sowohl endothermen als auch exothermen Peaks bei 1 Atmosphäre. Wie unten gesehen werden kann, konnte unter diesen Bedingungen wirksame Sterilisation bei 1 Atmosphäre Druck unter der Verwendung dieses Komplexes erreicht werden, sogar für einen Komplex, welcher nur einen exothermen Peak in der DSC aufweist. Wie oben diskutiert, wird angenommen, daß unter bestimmten Umständen ein endothermer Peak durch einen exother men Peak, welcher innerhalb desselben Temperaturbereiches auftritt, maskiert wird, was die wirksame Sterilisation erklärt, die gesehen wird bei der Verwendung von Komplexen, welche nur einen exothermen Peak in der DSC zeigen.
Beispiel 46A
Sterilisation unter der Verwendung von KH₂PO₄·H₂O₂ Peroxid-Komplex (1 atm und niedrige Temperatur)
Ein selbst sterilisierender Beutel wurde wie folgt zusammengesetzt: Eine Edelstahlklinge, welche 7,7 × 10⁵ B. stearothermophilus-Sporen auf ihrer Oberfläche aufweist, wurde in eine sterile Petrischale (60 × 15 mm) gegeben. 2 g Pulver des KH₂PO₄·H₂O₂-Komplexes (enthaltend 20,31 Gew.% an H₂O₂) wurde in eine andere Petrischale gegeben. Beide Schalen wurden zusammen in einen 100 × 250 mm Beutel, gebildet aus TYVEK^TM/MYLAR^TM, eingeführt. Der Beutel wurde versiegelt und Raumtemperatur (ungefähr 23°C), 40°C (in einem Inkubator) und 60°C (in einem Ofen) für verschiedene Zeitspannen ausgesetzt. Die Ergebnisse des Sterilitätstests sind in Tabelle 46A zusammengefaßt. Tabelle 46A
Beispiel 46B
Sterilisation unter der Verwendung von K₂C₂O₄·H₂O₂ Peroxid-Komplex (1 atm und niedrige Temperatur)
Ein selbst sterilisierender Beutel wurde wie folgt zusammengefügt: Eine Edelstahlklinge, welche 1,34 × 10⁸ B. Subtilis var. niger-Sporen auf ihrer Oberfläche aufweist, wurde in eine sterile Petrischale (60 × 15 mm) gegeben. 2 g Pulver des K₂C₂O₄·H₂O₂-Komplexes (enthaltend 14,21 Gew.% an H₂O₂) wurde in eine andere Petrischale gegeben. Beide Schalen wurden zusammen in einen 100 × 250 mm Beutel, gebildet aus MYLAR^TM/MYLAR^TM, eingeführt. Der Beutel wurde versiegelt und 40°C (in einem Inkubator) und 60°C (in einem Ofen) für verschiedene Zeitspannen ausgesetzt. Die Ergebnisse des Sterilitätstests werden in Tabelle 46B zusammengefaßt. Tabelle 46B
Beispiel 46C
Sterilisation unter der Verwendung von Na₂CO₃·1,5H₂O₂ Peroxid-Komplex (1 atm und niedrige Temperatur)
Ein selbst sterilisierender Beutel wurde wie folgt zusammengefügt: Eine Edelstahlklinge, welche 1,34 × 10⁸ B. Subtilis var. niger-Sporen auf ihrer Oberfläche aufweist, wurde in eine sterile Petrischale (60 × 15 mm) gegeben. 2 g Pulver des Na₂CO₃·1,5H₂O₂-Komplexes (enthaltend 27,78 Gew.% an H₂O₂, Fluka) wurde in eine andere Petrischale gegeben. Beide Schalen wurden zusammen in einen 100 × 250 mm Beutel, gebildet aus MYLAR^TM/MYLAR^TM, eingeführt. Der Beutel wurde versiegelt und 60°C (in einem Ofen) für verschiedene Zeitdauern ausgesetzt. Die Ergebnisse des Sterilitätstests werden in Tabelle 46C zusammengefaßt. Tabelle 46C
Beispiel 47
Sterilisation unter der Verwendung von Na₄P₂O₇·3H₂O₂ Peroxid-Komplex (1 atm und erhöhte Komplex-Temperatur)
Na₄P₂O₇·3H₂O₂ (Gew.% = 27%) wurde in dem Sterilisationsapparat, welcher in 8 gezeigt ist, verwendet. Die Sterilisationsparameter waren wie folgt: Größer der Kammer = 6,25 inch × 6,25 inch × 7 inch (4,5 Liter); Temperatur der Kammer = 40°C; Druck der Kammer = 760 torr; Erhitzungstemperatur = 175–180°C. B. stearothermophilus (1,5 × 10⁶/Skalpellklinge) wurde als das Beimpfungsmittel verwendet. Die Ergebnisse werden in den Tabellen 47A und 47B zusammengefaßt. Wie durch Tabelle 47A bewiesen wird, wurde vollständige Sterilisation der Skalpellklingen, welche 2 inch über dem Erhitzungsapparat lokalisiert waren, mit nur 0,01 g des Komplexes erreicht. Im Gegensatz dazu wurden 0,3 g des Komplexes für die vollständige Sterilisation bei den Beimpfungsmitteln benötigt, welche am Boden der Kammer lokalisiert waren. Tabelle 47A

*: Zykluszeit = Erhitzungszeit (min)/Gesamtaussetzungszeit (min)

*: Zykluszeit = Erhitzungszeit (min)/Gesamtaussetzungszeit (min)

Beispiel 48
Sterilisation unter der Verwendung von K₂CO₄·H₂O₂ Peroxid-Komplex (1 atm und erhöhte Komplex-Temperatur)
K₂C₂O₄·H₂O₂ (Gew.% = 16,3%) wurde in dem Sterilisationsapparat, welcher in 8 gezeigt wird, verwendet. Die Sterilisationsparameter waren so, wie in Beispiel 47 aufgeführt, mit der Ausnahme, daß die Erhitzungstemperatur 155–160°C betrug. In diesem Experiment wurden beimpfte Skalpellklingen nur über der Wärmeplatte platziert. Die Ergebnisse werden in Tabelle 48 zusammengefaßt. Tabelle 48

*: Zykluszeit = Erhitzungszeit (min)/Gesamtaussetzungszeit (min)

Mit dem Kaliumoxalat-Komplex trat vollständige Sterilisation unter der Verwendung von 0,01 g bei 30 Minuten Aussetzung auf. Vollständige Sterilisation wurde mit 0,03 g des Komplexes in allen drei Zyklen gesehen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, H₂O₂ kann aus dem Komplex bei einem Druck von 1 Atmosphäre und bei Raumtemperatur freigesetzt werden. Diese Freisetzung kann durch erhöhte Temperatur und reduziertem Druck gefördert werden.
System für die Freisetzung von Dampf aus den Wasserstoffperoxid-Komplexen
Der Apparat, welcher oben im Zusammenhang mit den 7A und 7B diskutiert wurde, kann in einem System für die Freisetzung von Wasserstoffperoxid-Dampf aus Wasserstoffperoxid-Komplexen verwendet werden. Solch ein Apparat kann im Zusammenhang mit Peroxid-Komplexen, welche in Scheiben geformt sind, verwendet werden. Nichtsdestotrotz haben wir gefunden, daß Dampf gründlicher und effizienter freigesetzt wird, wenn verwendet in gepulverter Form. Pulver kann in den Apparat unter der Verwendung desselben Mechanismus gegeben werden, welcher oben im Zusammenhang mit den 7A und 7B beschrieben ist. Eine andere Methode zur Einführung des Pulvers kann jedoch erreicht werden durch anfängliches Auftragen des Pulvers auf ein Hochtemperatur-adhäsives Band. Zum Beispiel stellt die 3M Corporation Hochtemperatur-Band 9469 her, welches von deren Klebemittel A10 Gebrauch macht. Das Pulver kann auf das Klebemittel aufgestreut werden und das Band kann in die Kammer vor der Freisetzung des Wasserstoffperoxid-Dampfes eingeführt werden. Ein anderes beispielhaftes adhäsives Band kann für diesen Zweck gebildet werden aus 3M-Band 9485 mit 3M-Klebemittel A25.
Schlußfolgerung
Es sollte bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Ausführungsformen, welche in der detaillierten Beschreibung beschrieben werden, limitiert ist. Die Erfindung wird nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche limitiert.

Claims

Verfahren zur Wasserstoffperoxid-Dampfsterilisation eines Gegenstandes, umfassend: Plazieren des Gegenstandes in einen Behälter; Erhitzen eines anorganischen Wasserstoffperoxid-Komplexes, welcher nicht zerfällt, um einen Halogenwasserstoff freizusetzen, mit einem vorgewärmten Heizer, um die Freisetzung eines Dampfes aus dem Komplex zu erleichtern; und in Kontakt Bringen des Gegenstandes mit dem Wasserstoffperoxid-Dampf, um den Gegenstand zu sterilisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Quelle ein Komplex aus Wasserstoffperoxid mit einem Phosphatsalz, einem kondensierten Phosphatsalz, einem Oxalatsalz, einem Carbonatsalz, einem Sulfatsalz oder einem Silikatsalz ist.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Salz ein Kalium, Natrium, Magnesium oder Kalzium-Phosphat oder kondensiertes Phosphatsalz ist, wie zum Beispiel Na₄P₂O₇, Na₃PO₄, Na₂HPO₄, Na₅P₃O₁₀, K₃PO₄, K₄P₂O₇, KH₂PO₄, K₂HPO₄, Ca₂P₂O₇, oder Mg₂P₂O₇.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Salz K₂C₂O₄ ist.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Salz ein Natrium, Kalium oder Rubidium-Carbonatsalz ist, wie zum Beispiel Na₂CO₃, K₂CO₃ NaHCO₃, KHCO₃ oder Rb₂CO₃.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Salz ein Natrium- oder Kalium-Sulfatsalz ist, wie zum Beispiel Na₂SO₄ oder K₂SO₄.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Salz ein Natrium-Silikatsalz ist, wie zum Beispiel Na₂SiO₃ oder Na₂Si₃O₇.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin der Komplex zwei oder mehrere Moleküle von Wasserstoffperoxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, worin der Komplex Na₄P₂O₇·3H₂O₂, KH₂PO₄·H₂O₂, K₂C₂O₄·H₂O₂ oder Na₂CO₃·1,5H₂O₂ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der anorganische Wasserstoffperoxid-Komplex ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Na₃PO₄, Na₂HPO₄, Na₅P₃O₁₀, K₃PO₄, K₄P₂O₇, K₂HPO₄, KH₂PO₄, Ca₂P₂O₇, Mg₂P₂O₇, K₂C₂O₄, KHCO₃, Na₂SO₄ und K₂SO₄.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das Erhitzen bei einer Rate von mindestens 5, bevorzugterweise mindestens 10, weiterhin bevorzugt mindestens 50 und am meisten bevorzugt mindestens 1000°C pro Minute durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin der Komplex auf eine Temperatur, die größer als 86°C ist, bevorzugterweise auf eine Temperatur von ungefähr 175°C, erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, welches bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiterhin umfassend das Evakuieren des Behälters, bevorzugterweise vor dem Schritt des in Kontakt Bringen des Gegenstandes mit dem Dampf, auf einen reduzierten Druck.
Verfahren nach Anspruch 14, worin der Druck weniger als 50 Torr ist.
Verfahren nach Anspruch 15, worin der Druck weniger als 20 Torr ist.
Verfahren nach Anspruch 16, worin der Druck weniger als 10 Torr ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, worin der Schritt des in Kontakt Bringens das Entlüften auf einen Druck von weniger oder gleich dem atmosphärischen Druck umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin der Wasserstoffperoxid-Dampf von dem Komplex, der sich innerhalb eines Gehäuses befindet, freigesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, worin sich das Gehäuse sich innerhalb des Behälters befindet.
Verfahren nach Anspruch 19, worin sich das Gehäuse außerhalb des Behälters befindet.
Verfahren nach Anspruch 21, worin das Gehäuse und der Behälter bei verschiedenen Drücken sind.
Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, worin das Gehäuse wahlweise von dem Behälter durch ein Ventil getrennt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, worin das Gehäuse von dem Behälter abgetrennt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, worin der Behälter versiegelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, weiterhin umfassend das Erzeugen eines Plasmas, um den Gegenstand herum, nach dem in Kontakt Bringen des Gegenstandes mit dem Dampf.
Verfahren nach Anspruch 26, worin das Plasma innerhalb des Behälters erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, worin das Plasma außerhalb des Behälters erzeugt wird und in den Behälter und um den Gegenstand fließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, worin der Schritt des in Kontakt Bringen das Pulsieren des Drucks des Dampfes umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, worin der Behälter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Beutel, einem Container, einer Kammer und einem Raum.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 29, worin der Behälter aus Gas-permeablem Material gemacht ist.
Verfahren nach Anspruch 31, worin das Gas-permeable Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus TYVEK, CSR-Folie und Papier.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, worin der Komplex weniger als 10% Wasser aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, worin der Komplex in einer festen Phase vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 34, worin der Wasserstoffperoxid-Komplex in Form eines Pulvers oder einer Tablette vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, worin das Wasserstoffperoxid bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur freigesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, worin das Wasserstoffperoxid bei einem Druck freigesetzt wird, der geringer als atmosphärischer Druck ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, worin der Schritt des in Kontrakt Bringens zusätzlich das Freisetzen eines sterilisierenden Mittels aus einer zweiten Quelle dafür umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 38, worin die zweite Quelle ein organischer Wasserstoffperoxid-Komplex, flüssiges Wasserstoffperoxid oder Chlordioxid ist.
Verfahren nach Anspruch 38, worin die zweite Quelle ein anorganischer Komplex ist, der verschieden von der ersten Quelle ist.
Verfahren nach Anspruch 40, worin die verschiedenen Komplexe physisch oder chemisch vermischt sind.