ES2369198T3

ES2369198T3 - Sistema eléctrico de esterilización que emplea plasma de baja frecuencia.

Info

Publication number: ES2369198T3
Application number: ES01308362T
Authority: ES
Inventors: Robert C. Platt Jr.; Mitch Agamohamadi
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2011-11-28
Anticipated expiration: 2021-10-01
Also published as: CA2357963C; AU773646B2; JP2002191679A; AU7734801A; US6458321B1; EP1201254A2; JP4121729B2; CA2357963A1; EP1201254A3; EP1201254B1; US20030015415A1

Abstract

Un sistema (10) para la esterilización de un artículo, comprendiendo el sistema: una cámara (12) de vacío acoplada a una bomba (14) de vacío y a un respiradero (26); un primer electrodo (32) y un segundo electrodo (32'); una primera región (31) dentro de la cámara de vacío, comprendiendo la primera región una región entre los electrodos primero y segundo; una segunda región (33) dentro de la cámara de vacío, estando la segunda región en comunicación de fluido con la primera región; una fuente (18) de fluido acoplada a la cámara de vacío; un módulo (30) de control de proceso; y un módulo (22) de potencia de baja frecuencia que comprende componentes adaptados para aplicar una tensión de baja frecuencia entre el primer electrodo y el segundo electrodo para generar un plasma de baja frecuencia en la cámara de vacío, teniendo la tensión de baja frecuencia una frecuencia entre 0 y aproximadamente 200 kHz, caracterizado porque el módulo de potencia de baja frecuencia comprende un controlador (60) de potencia, un elemento (62) de derivación de la corriente de retorno, un monitor (80) de corriente, un monitor (90) de tensión, un monitor (100) de potencia acoplado al monitor de corriente y al monitor de tensión, un inductor (64), un condensador (66) y un módulo (110) de control de la potencia, en el que el monitor de potencia está adaptado para producir una señal de potencia proporcional a la potencia de baja frecuencia aplicada al plasma; en el que el módulo (110) de control de la potencia está acoplado al monitor (100) de potencia, al módulo (30) de control de proceso y al controlador (60) de potencia, y el controlador (60) de potencia está adaptado para ajustar el ciclo de trabajo de la tensión de baja frecuencia aplicada entre los electrodos primero (32) y segundo (32') en respuesta a una señal de retorno de la potencia recibida del módulo de control de la potencia en respuesta a la señal de potencia.

Description

Sistema eléctrico de esterilización que emplea plasma de baja frecuencia

Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención versa acerca de sistemas y procedimientos para la esterilización de artículos que incluyen el uso de un plasma de descarga luminosa.

Descripción de la técnica relacionada

Se ha demostrado que, en particular, los plasmas producidos usando generadores de radiofrecuencia (RF) son instrumentos valiosos en los procedimientos de esterilización de instrumentos médicos. Por ejemplo, en las patentes estadounidenses nos 4.643.876 y 4.756.882, que se incorporan por referencia al presente documento, Jacobs et al. dan a conocer el uso del peróxido de hidrógeno como precursor en un sistema de esterilización a baja temperatura que emplea plasma de RF. La combinación del vapor de peróxido de hidrógeno y un plasma de RF proporciona un procedimiento eficiente de esterilización de dispositivos médicos sin usar ni dejar materiales altamente tóxicos ni la formación de subproductos tóxicos. De manera similar Jacob, en la patente estadounidense nº 5.302.343, y Griffiths et al., en la patente estadounidense nº 5.512.244, enseñan el uso de plasmas de RF en un procedimiento de esterilización.

Sin embargo, hay problemas asociados con el uso de un plasma de RF en un procedimiento de esterilización. El plasma de RF puede dejar peróxido de hidrógeno residual sobre el artículo esterilizado. La cantidad residual de peróxido de hidrógeno sobre el artículo esterilizado depende de la potencia de RF aplicada al artículo, de la cantidad de tiempo que estuvo expuesto al plasma de RF y del material del artículo. Por ejemplo, aunque algunos plásticos (por ejemplo, el poliuretano) absorben el peróxido de hidrógeno, otros materiales (por ejemplo, el teflón) absorben relativamente poco, cediendo por ello menos peróxido de hidrógeno residual después de la esterilización.

Además, las ineficiencias inherentes en la conversión de energía de la tensión de línea de baja frecuencia (por ejemplo, 60 Hz) a la tensión de RF (por ejemplo, aproximadamente 1 MHz -1 GHz) usada para generar el plasma de RF limitan la eficiencia de la potencia de tales sistemas a típicamente menos del 50%. La eficiencia energética se reduce típicamente un 5 -20% adicional a causa de las pérdidas de la red requerida de ajuste de impedancias entre el generador de RF y la carga. Tan baja eficiencia energética aumenta significativamente el coste por vatio aplicado a los artículos esterilizados. La instrumentación requerida para el uso de energía eléctrica de RF (por ejemplo, el generador de RF, la red de ajuste de la impedancia, la circuitería de monitorización) es cara, lo que también incrementa el coste por vatio aplicado a los artículos esterilizados. La presente invención proporciona un sistema de esterilización de un artículo según las reivindicaciones 1 o 2.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un sistema para la esterilización de un artículo según las reivindicaciones 1 o 2.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra esquemáticamente una realización preferente de un sistema de esterilización compatible con la presente invención.

La Figura 2A ilustra esquemáticamente una realización preferente de un electrodo de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales perforados.

La Figura 2B ilustra esquemáticamente una realización preferente de un electrodo de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales de tipo persiana.

La Figura 2C ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un electrodo de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales enterizos.

La Figura 2D ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un electrodo que comprende uno o más segmentos colineales de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales enterizos.

La Figura 2E ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un electrodo de forma cilíndrica parcial con extremos abiertos y laterales enterizos.

La Figura 2F ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un electrodo simétrico cilíndricamente y asimétrico longitudinalmente con extremos abiertos y laterales enterizos.

La Figura 2G ilustra esquemáticamente una realización alternativa de uno o más electrodos asimétricos con extremos abiertos y laterales enterizos.

La Figura 2H ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un sistema de electrodos, con un primer electrodo que es de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales enterizos, y un segundo electrodo que comprende un hilo sustancialmente colineal con el primer electrodo.

La Figura 2I ilustra esquemáticamente una realización alternativa de un electrodo generalmente cuadrado o rectangular dentro de una cámara de vacío generalmente cuadrada o rectangular.

La Figura 3, que se subdivide en las Figuras 3a y 3b, ilustra esquemáticamente una realización de un módulo de potencia de baja frecuencia compatible con el procedimiento de control del ángulo de fase de la presente invención.

La Figura 4, que se subdivide en las Figuras 4a y 4b, ilustra esquemáticamente una realización de un módulo de potencia de baja frecuencia compatible con el procedimiento de control de la amplitud de la presente invención.

La Figura 5A ilustra esquemáticamente el procedimiento de control del ángulo de fase para el control de la potencia de baja frecuencia aplicada al plasma.

La Figura 5B ilustra esquemáticamente el procedimiento de control de la amplitud para el control de la potencia de baja frecuencia aplicada al plasma.

La Figura 6 ilustra esquemáticamente una realización preferente de un procedimiento de esterilización compatible con la presente invención.

Descripción detallada de la realización preferente

La producción de plasmas de descarga luminosa usando tensiones de baja frecuencia (BF) evita los diversos problemas inherentes en los dispositivos y procedimientos de esterilización del estado de la técnica que forman y usan plasmas producidos por tensiones de radiofrecuencia (RF). En primer lugar, el tratamiento por plasma de BF deja menos especies reactivas residuales en los artículos esterilizados que el tratamiento por plasma de RF. En segundo lugar, la generación del plasma de BF es sumamente eficiente energéticamente porque se requiere poca o ninguna conversión de frecuencia de la tensión de línea. Por ejemplo, no usando ninguna conversión de frecuencia con una frecuencia de 60 Hz de la tensión de línea, la eficiencia energética del sistema de esterilización puede alcanzar aproximadamente 85-95%. El uso de tensiones de BF tampoco requiere una red de ajuste de las impedancias, evitándose por ello las pérdidas de energía asociadas. En tercer lugar, debido a la instrumentación simplificada y a la mayor eficiencia energética de la generación de BF, el coste por vatio aplicado a los artículos esterilizados usando plasmas de BF puede ser hasta la décima parte del coste por vatio del uso de plasmas de RF. En cuarto lugar, se ha demostrado que la instrumentación simplificada usada para la generación de plasmas de BF es más fiable y robusta y requiere menos instrumentación complicada de diagnóstico.

La Figura 1 ilustra esquemáticamente una realización preferente de la presente invención que comprende un sistema 10 de esterilización. El sistema 10 de esterilización comprende una cámara 12 de vacío, una bomba 14 de vacío, una línea 15 de conexión de la bomba de vacío, una válvula 16 de la bomba de vacío, una fuente 18 de un agente reactivo, una línea 19 de conexión del agente reactivo, una válvula 20 del agente reactivo, un módulo 22 de potencia de baja frecuencia (BF), un conducto 24 de tensión de BF, un respiradero 26, una tubería 27 de ventilación, una válvula 28 de ventilación, un módulo 30 de control de proceso, un electrodo 32 y un monitor 34 del agente reactivo. Las personas expertas en la técnica reconocerán que son compatibles con la presente invención otras realizaciones que comprenden sistemas de esterilización de configuraciones diferentes de la ilustrada en la Figura 1.

En la realización preferente de la presente invención, se envasan los artículos que han de ser esterilizados (no mostrados en la Figura 1) en diversos materiales de envasado comúnmente usados para los productos esterilizados. Los materiales preferentes son el material de envasado de polietileno hilado disponible comúnmente con el nombre comercial “TYVEK” o compuestos de “TYVEK” con un material de envasado de tereftalato de polietileno disponible comúnmente con el nombre comercial “MYLAR”. También pueden emplearse otros materiales similares de envasado, como el polipropileno. También pueden usarse materiales de envasado de papel. Con el envasado en papel pueden requerirse tiempos mayores para lograr la esterilización debido a las posibles interacciones del agente reactivo con el papel.

La cámara 12 de vacío de la realización preferente es suficientemente estanca a los gases como para soportar un vacío menor de 40 Pa. Acoplado a la cámara 12 de vacío hay un monitor de presión (no mostrado) que también está acoplado al módulo de control de proceso para proporcionar una medida de la presión total dentro de la cámara de vacío. También acoplado a la cámara 12 de vacío está el monitor 34 del agente reactivo, que es capaz de detectar la cantidad del agente reactivo dentro de la cámara 12 de vacío. En la realización ejemplar de la presente invención, el agente reactivo es peróxido de hidrógeno, y el monitor 34 del agente reactivo mide la absorción de la absorción ultravioleta en una longitud de onda característica del peróxido de hidrógeno. Otros procedimientos de detección del agente reactivo compatibles con la presente invención incluyen, sin limitación, la medición de la presión, la absorción en el infrarrojo próximo y mediciones del punto de rocío. El monitor 34 del agente reactivo también está acoplado al módulo 30 de control de proceso para comunicar la cantidad detectada del agente reactivo al módulo 30 de control de proceso.

En la realización preferente de la presente invención, dentro de la cámara 12 de vacío y aislado eléctricamente de la misma, está el electrodo 32, que es eléctricamente conductor y está perforado para mejorar la comunicación de fluido entre las especies de gas y plasma a cada lado del electrodo 32. El electrodo 32 de la realización preferente se conforma generalmente a la superficie interna de la cámara 12 de vacío, separado aproximadamente de 3 a 5 centímetros de la pared de la cámara 12 de vacío, definiendo con ello una zona vacía entre la cámara 12 de vacío y el electrodo 32. El electrodo 32 está acoplado al módulo 22 de potencia de BF por medio del conducto 24 de tensión de BF. En la realización preferente, con la cámara 12 de vacío conectada a tierra a través de un condensador de desacoplo y una resistencia en derivación, la aplicación de una tensión de BF entre la cámara 12 de vacío y el electrodo 32 crea un campo eléctrico de BF que es más intenso en una primera región 31 que incluye la zona vacía y las inmediaciones de los bordes del electrodo 32. El campo eléctrico de BF es más débil en una segunda región 33 en la que se colocan los artículos esterilizados. Generalmente, en otras realizaciones, el campo eléctrico de BF puede ser generado aplicado una tensión de BF entre el electrodo 32 y un segundo electrodo en la cámara 12 de vacío. En tales realizaciones, la primera región 31 incluye la zona vacía entre los dos electrodos y las inmediaciones de los bordes de uno o de ambos electrodos. La realización preferente en la que la cámara 12 de vacío hace de segundo electrodo es una de las muchas maneras diferentes de generar el gas plasma.

En la realización preferente ilustrada en la Figura 2A, un electrodo 32 de forma cilíndrica proporciona una comunicación de fluido entre el gas y el plasma a cada lado del electrodo 32 a través de los extremos abiertos del electrodo 32, así como a través de las perforaciones en el lateral del electrodo 32. Estos extremos abiertos y estas perforaciones permiten que las especies gaseosas y de plasma se desplacen entre la primera región 31, entre el electrodo 32 y las paredes de la cámara 12 de vacío, y la segunda región 33, en la que se colocan los artículos esterilizados. De manera similar según se ilustra en las Figuras 2B -2I, otras configuraciones del electrodo 32 proporcionan una comunicación de fluido entre la primera región 31 y la segunda región 33. La Figura 2B ilustra esquemáticamente un electrodo 32 de forma cilíndrica con extremos abiertos y aberturas de tipo persiana a lo largo de sus laterales. La Figura 2C ilustra esquemáticamente un electrodo 32 de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales enterizos. La Figura 2D ilustra esquemáticamente un electrodo 32 que comprende una serie de segmentos colineales de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales enterizos. La Figura 2E ilustra esquemáticamente un electrodo 32 de forma cilíndrica parcial con extremos abiertos y laterales enterizos. La Figura 2F ilustra esquemáticamente un electrodo 32 simétrico cilíndricamente y asimétrico longitudinalmente con extremos abiertos y laterales enterizos. La Figura 2G ilustra esquemáticamente un electrodo asimétrico 32 con extremos abiertos y laterales enterizos. Puede usarse más de un electrodo para generar el plasma. La Figura 2H ilustra esquemáticamente un sistema de electrodos, con un primer electrodo 32 que es de forma cilíndrica con extremos abiertos y laterales enterizos, y un segundo electrodo 32’ que comprende un hilo sustancialmente colineal con el primer electrodo 32. La tensión de BF es aplicada entre el primer electrodo 32 y el segundo electrodo 32’. En esta realización, la primera región 31 en la región entre el primer electrodo 32 y el segundo electrodo 32’, y la segunda región 33 está entre el primer electrodo 32 y la cámara 12 de vacío. La Figura 2I ilustra esquemáticamente un electrodo generalmente cuadrado o rectangular dentro de una cámara de vacío generalmente cuadrada o rectangular. Las diversas configuraciones para los electrodos generalmente cilíndricos ilustrados esquemáticamente en las Figuras 2A-2H también pueden ser aplicadas al electrodo generalmente cuadrado o rectangular de la Figura 2I. Cada una de estas realizaciones del electrodo 32 proporciona comunicación de fluido entre la primera región 31 y la segunda región 33.

La bomba 14 de vacío de la realización preferente está acoplada a la cámara 12 de vacío por medio de la línea 15 de conexión de la bomba de vacío y la válvula 16 de vacío. Tanto la bomba 14 de vacío como la válvula 16 de la bomba de vacío están acopladas al módulo 30 de control de proceso o controladas por él. Al abrir la válvula 16 de vacío, los gases del interior de la cámara 12 de vacío son bombeados al exterior de la cámara 12 de vacío a través de la línea 15 de conexión de la bomba de vacío por la bomba 14 de vacío. En ciertas realizaciones, la válvula 16 de vacío es susceptible de ser abierta en grados variables para ajustar y controlar la presión en el interior de la cámara 12 de vacío.

La fuente 18 de un agente reactivo de la realización preferente es una fuente de fluido acoplada a la cámara 12 de vacío por medio de la línea 19 de conexión del agente reactivo y de la válvula 20 del agente reactivo. La válvula 20 del agente reactivo está acoplada al módulo 30 de control de proceso y controlada por él. La fuente 18 de un agente reactivo de la realización preferente comprende una especie de agente reactivo. En la realización preferente, la especie de agente reactivo comprende un germicida que es un esterilizante o un desinfectante, como el peróxido de hidrógeno. Además, el germicida suministrado por la fuente 18 de un agente reactivo puede estar en forma de gas o vapor. Al abrir la válvula 20 del agente reactivo, los átomos y las moléculas del agente reactivo procedente de la fuente 18 del agente reactivo pueden ser transportados al interior de la cámara 12 de vacío por medio de la línea 19 de conexión del agente reactivo. En ciertas realizaciones, la válvula 20 del agente reactivo es susceptible de ser abierta en grados variables para ajustar la presión del agente reactivo en la cámara 12 de vacío. En la realización ejemplar de la presente invención, la especie de agente reactivo de la fuente 18 del agente reactivo comprende moléculas de peróxido de hidrógeno.

El respiradero 26 de la realización preferente está acoplado a la cámara 12 de vacío por medio de la tubería 27 de ventilación y de la válvula 28 de ventilación. La válvula 28 de ventilación está acoplada al módulo 30 de control de proceso y controlada por él. Al abrir la válvula 28 de ventilación, la cámara 12 de vacío es ventilada con gas de ventilación a través de la tubería 27 de ventilación. En ciertas realizaciones, la válvula 28 de ventilación es susceptible de ser abierta en grados variables para ajustar la presión del aire en la cámara 12 de vacío. En la realización ejemplar de la presente invención, el respiradero 26 es un respiradero de aire filtrado por partículas de alta eficacia (HEPA), que proporciona aire filtrado como gas de ventilación. Otros gases de ventilación compatibles con la presente invención incluyen, sin limitación, el nitrógeno seco y el argón.

El módulo 30 de control de proceso está acoplado a diversos componentes del sistema 10 de esterilización para controlar el sistema 10 de esterilización. En una realización ejemplar de la presente invención, el módulo 30 de control de proceso es un microprocesador configurado para proporcionar señales de control a otros componentes diversos en respuesta a las diversas señales recibidas de otros componentes.

El módulo 22 de potencia de BF de la realización preferente está acoplado al electrodo 32 por medio del conducto 24 de tensión de BF, y está acoplado al módulo 30 de control de proceso y controlado por él. El módulo 22 de potencia de BF está adaptado para aplicar una tensión de baja frecuencia entre el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío para generar un plasma de baja frecuencia en la cámara 12 de vacío. La Figura 3, que se subdivide en las Figuras 3a y 3b, ilustra esquemáticamente una realización del módulo 22 de potencia de BF compatible con el procedimiento de control del ángulo de fase de control de la potencia de baja frecuencia aplicada al plasma. Tal como se ilustra en la Figura 3, el módulo 22 de potencia de BF comprende un relé 40 de máxima, un par de varistores 42 de óxido metálico, un transformador elevador 50, un elemento 62 de derivación de la corriente de retorno, un inductor 64, un condensador 66 y un sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF. El sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF ilustrado en la Figura 3 comprende un controlador 60 de potencia, un monitor 80 de corriente, un monitor 90 de tensión y un monitor 100 de potencia acoplado al monitor 80 de corriente y al monitor 90 de tensión. La tensión de línea (típicamente 200 -240 VCA, 50/60 Hz) es proporcionada al transformador elevador 50 por medio del relé 40 de máxima cerrado, que está acoplado al sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF. Para otras frecuencias, el módulo 22 de potencia de BF puede incluir también un módulo de conmutación para proporcionar frecuencias inferiores o frecuencias de hasta algunos cientos de kHz.

En la realización ilustrada en la Figura 3, se usan varistores 42 de óxido metálico (MOV) para suprimir impulsos transitorios de tensión. Cada MOV 42 es un dispositivo multiunión de estado sólido capaz de soportar impulsos de gran magnitud con una cantidad pequeña de tensión residual. Los MOV 42 sirven de “resistencias variables” de acción rápida, con una baja impedancia a tensiones más elevadas de lo normal y una impedancia elevada a tensiones normales. Los MOV se fabrican para configuraciones específicas de tensión y para varias magnitudes de impulsos. Las personas expertas en la técnica son capaces de seleccionar los MOV 42 coherentes con la presente invención.

La tensión de salida del transformador elevador 50 está, preferentemente, entre aproximadamente 100 y 1000 Vrms, más preferentemente entre aproximadamente 200 y 500 Vrms y más preferentemente aún entre aproximadamente 250 y 450 Vrms. La tensión de salida del transformador elevador 50 es transmitida al controlador 60 de potencia, que proporciona la tensión de BF al electrodo 32 y a la cámara 12 de vacío por medio del elemento 62 de derivación de la corriente de retorno, el inductor 64, el condensador 66 y el sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF. El elemento 62 de derivación de la corriente de retorno proporciona una vía para la corriente de retorno y para ajustar el circuito, y, en la realización preferente, el elemento 62 de derivación de la corriente de retorno es una resistencia de carga de aproximadamente 1500 ohmios. En otras realizaciones, el elemento 62 de derivación de la corriente de retorno puede ser un amortiguador. La inductancia del inductor 64 se escoge para limitar los picos de ruido en la corriente de BF y es típicamente de aproximadamente 500 mH. La capacitancia del condensador 66 se escoge para maximizar la eficiencia de la transferencia de potencia al plasma de BF igualando la frecuencia resonante del circuito LC en serie a la frecuencia de la tensión de BF aplicada. Para una tensión de 60 Hz y una inductancia de 500 mH, una capacitancia de aproximadamente 13,6 µF proporciona la condición resonante para la que la impedancia del circuito LC en serie es aproximadamente cero, maximizando por ello la potencia de BF transmitida. Las personas expertas en la técnica son capaces de seleccionar valores apropiados para estos componentes dependiendo de la frecuencia a la tensión de BF aplicada de una manera compatible con la presente invención.

La Figura 4, que se subdivide en las Figuras 4a y 4b, ilustra esquemáticamente una realización del módulo 22 de potencia de BF con el procedimiento de control de la amplitud de control de la potencia de baja frecuencia aplicada al plasma. Tal como se ilustra en la Figura 4, el módulo 22 de potencia de BF comprende un relé 40 de máxima, un par de varistores 42 de óxido metálico, un transformador elevador 55 y un sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF. El sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF ilustrado en la Figure 4 comprende una fuente 51 de alimentación de CC de alta tensión (AT), un oscilador 52 controlado por tensión (VCO), un amplificador 53 controlado por tensión (VCA), un amplificador operacional 54 de AT, un monitor 80 de corriente, un monitor 90 de tensión y un monitor 100 de potencia acoplado al monitor 80 de corriente y al monitor 90 de tensión. La tensión de línea es proporcionada a la fuente 51 de alimentación de CC de AT a través del relé 40 de máxima cerrado, que está acoplado al sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF. La salida de la fuente 51 de alimentación de CC de AT está, preferentemente, entre aproximadamente 100 y 1000 VCC, más preferentemente entre aproximadamente 200 y 500 VCC, y más preferentemente aún entre aproximadamente 250 y 450 VCC.

En la realización ilustrada en la Figura 4, el VCO 52 genera una salida de onda sinusoidal con una amplitud constante y una baja frecuencia fijada entre 0 y 1 MHz, seleccionándose la baja frecuencia suministrando una tensión apropiada de referencia al VCO 52. Realizaciones alternativas pueden utilizar otras formas de onda, por ejemplo formas de onda triangulares o cuadradas. La salida de BF del VCO 52 es suministrada al VCA 53, que sirve de controlador de potencia para mantener una potencia media sustancialmente estable aplicada al plasma de baja frecuencia. En respuesta a una señal de retorno del módulo 110 de control de la potencia, el VCA 53 amplifica la salida de BF del VCO 52 para generar una tensión amplificada de BF con una amplitud entre aproximadamente 0 y 12 VCA. La tensión amplificada de BF del VCA 53 es suministrada al amplificador operacional 54 de AT, que, como respuesta, genera una salida de BF de alta tensión, con una amplitud determinada por la amplitud de la tensión de BF amplificada que sale del VCA 53. Hay disponibles comercialmente amplificadores operacionales de AT apropiados (por ejemplo, Apex Microtechnology, Tucson, Arizona, número de pieza PA93), y las personas expertas en la técnica son capaces de seleccionar un amplificador operacional de AT compatible con la presente invención. Típicamente, la amplitud de la salida de BF de alta tensión que sale del amplificador operacional 54 de AT está aproximadamente entre 100 y 150 VCA. Para generar tensiones de BF de mayor amplitud para ser aplicadas al plasma, la salida de BF de alta tensión que sale del amplificador operacional 54 de AT puede ser amplificada adicionalmente por el transformador elevador 55, tal como se ilustra en la Figura 4. De forma alternativa, el transformador elevador 55 puede omitirse si el amplificador operacional 54 de AT es capaz de generar una salida de BF de alta tensión con la amplitud deseada para ser aplicada al plasma.

Tanto en la realización de control del ángulo de fase ilustrada en la Figura 3 como en la realización de control de la amplitud ilustrada en la Figura 4, el sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF del módulo 22 de potencia de BF comprende además un módulo 110 de control de la potencia acoplado al monitor 100 de potencia, que está acoplado al monitor 80 de corriente y al monitor 90 de tensión. El monitor 80 de corriente mide la corriente de BF que atraviesa el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío. En la realización preferente de la presente invención, el monitor 80 de corriente incluye un sensor 82 de corriente, que proporciona una salida de tensión indicativa de la corriente de BF medida en tiempo real ciclo a ciclo, un primer convertidor 84, que produce una tensión de CC en respuesta a la RMS de la salida de tensión del sensor 82 de corriente, y un primer amplificador 86 de tensión, que amplifica la tensión de CC que sale del primer convertidor 84 para producir una señal de corriente en tiempo real. Además, el monitor 80 de corriente también incluye un detector 88 de sobrecorriente, que monitoriza en tiempo real la tensión de CC que sale del primer convertidor 84 y envía una señal de error al módulo 110 de control de la potencia si la corriente de BF supera un valor preestablecido, causado, por ejemplo, por un cortocircuito entre el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío. En tal contingencia, la tensión de BF es cortada momentáneamente. Esta incidencia puede dar como resultado que se pierdan algunos ciclos; sin embargo, la potencia se estabiliza para que la potencia media no se vea afectada más de una tolerancia predeterminada.

El monitor 90 de tensión mide la tensión de BF entre el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío. En la realización preferente de la presente invención, el monitor 90 de tensión incluye un transformador reductor 92, que produce una salida de tensión indicativa de la tensión de BF medida en tiempo real ciclo a ciclo, un segundo convertidor 94, que produce una tensión de CC en respuesta a la RMS de la salida de tensión del transformador reductor 92, y un segundo amplificador 96 de tensión, que amplifica la tensión de CC que sale del segundo convertidor 94 para producir una señal de tensión en tiempo real.

En la realización preferente, el monitor 100 de potencia comprende además un multiplicador, que recibe las tensiones de CC del monitor 80 de corriente y del monitor 90 de tensión y multiplica estas dos tensiones para producir una señal de potencia en tiempo real proporcional a la potencia de BF aplicada al plasma entre el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío, generándose la señal de potencia en tiempo real en respuesta a las señales de corriente en tiempo real y de tensión en tiempo real, y transmitiéndose al módulo 110 de control de la potencia. En otras realizaciones, el monitor 100 de potencia monitoriza la potencia aplicada al plasma utilizando una señal indicativa de la impedancia en tiempo real del plasma, con las señales ya sean de corriente en tiempo real o de tensión en tiempo real. En otras realizaciones adicionales, el monitor 100 de potencia monitoriza la potencia aplicada al plasma utilizando otras señales de tiempo real que indican indirectamente la potencia aplicada al plasma; por ejemplo, una señal de tiempo real proporcional al brillo de la descarga luminiscente generada por el plasma. Las personas expertas en la técnica pueden seleccionar un monitor 100 de potencia apropiado compatible con la presente invención.

El módulo 110 de control de la potencia de la realización preferente incluye un detector de anomalías, como un detector 112 de sobrecarga, que monitoriza en tiempo real la señal de potencia que sale del monitor 100 de potencia y abre el relé 40 de máxima si la potencia de BF supera un valor preestablecido, apagando con ello el plasma de BF. Después de una contingencia así, el control de rearranque puede ser dado al usuario o a un soporte lógico. El módulo 110 de control de la potencia de la realización preferente comprende, además, un detector adicional de anomalías, como un interruptor térmico 114, que detecta un calentamiento excesivo y un procesador 120 de control de la potencia.

En la realización preferente, el procesador 120 de control de la potencia controla y monitoriza el estado del sistema 70 de control del retorno de la potencia de BF. El procesador 120 de control de la potencia está acoplado a una interfaz 122 de usuario, que proporciona las decisiones del usuario en cuanto a una configuración seleccionada de la magnitud de la potencia y una configuración seleccionada de encendido/apagado. El procesador 120 de control de la potencia está también acoplado al monitor 100 de potencia, al interruptor térmico 114 y al detector 88 de sobrecorriente. En la realización preferente, la configuración de la magnitud de la potencia puede ser seleccionada de dos niveles de potencia: 800 W y 600 W. Cuando se conecta, la realización preferente del procesador 120 de control de la potencia garantiza que se mantenga una condición de “arranque suave” en el que se minimice la corriente de entrada. Además, la interfaz 122 de usuario recibe señales del procesador 120 de control de la potencia indicativas del estado del sistema 10 de esterilización, que es comunicado al usuario.

En la realización de control del ángulo de fase ilustrada en la Figura 3, el procesador 120 de control de la potencia está acoplado también al controlador 60 de potencia. En esta realización, el procesador 120 de control de la potencia transmite una señal al controlador 60 de potencia en respuesta a señales procedentes de la interfaz 122 de usuario, del monitor 100 de potencia, del detector 88 de sobrecorriente y del interruptor térmico 114 para mantener una potencia de BF sustancialmente estable aplicada al plasma de BF a la vez que se evitan las condiciones de error. En la realización de control de la amplitud ilustrada en la Figura 4, el procesador 120 de control de la potencia está acoplado al VCA 53. En esta realización, el procesador 120 de control de la potencia transmite una señal al VCA 53 en respuesta a señales procedentes de la interfaz 122 de usuario, del monitor 100 de potencia, del detector 88 de sobrecorriente y del interruptor térmico 114 para mantener una potencia de BF sustancialmente estable aplicada al plasma de BF a la vez que se evitan las condiciones de error. En ambas realizaciones ilustradas en las Figuras 3 y 4, el procesador 120 de control de la potencia típicamente mantiene la potencia de BF aplicada al plasma de BF dentro de una tolerancia de aproximadamente 0 -10% del nivel de potencia especificado.

Obsérvese que no se requieren todos los componentes enumerados y descritos en las Figuras 3 y 4 para poner en práctica la presente invención, dado que las Figuras 3 y 4 meramente ilustran realizaciones particulares del módulo 22 de potencia de BF. Estos componentes incluyen componentes con fines de automatización, seguridad, regulación, eficiencia y conveniencia. Otras realizaciones compatibles con la presente invención pueden eliminar algunos o todos estos componentes, o pueden incluir componentes adicionales.

En respuesta a la señal procedente del procesador 120 de control de la potencia, el controlador 60 de potencia de la realización ilustrada en la Figura 3 controla la potencia de BF aplicada entre el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío utilizando el control del ángulo de fase. Con el control del ángulo de fase, se modifica el ciclo de trabajo de la potencia de BF haciendo cero la tensión y la corriente aplicadas entre el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío para una porción ∆ del periodo del ciclo. Tal control del ángulo de la fase se usa a menudo para mantener una potencia constante en los radiadores o los hornos eléctricos. La Figura 5A ilustra esquemáticamente la tensión y la corriente para un ciclo de trabajo del 100% (es decir, ∆ = 0) y para un ciclo de trabajo reducido (es decir, ∆≠ 0). Durante las operaciones normales, el controlador 60 de potencia mantiene una potencia constante de BF aplicada al plasma ajustando activamente el ciclo de trabajo de la potencia de BF en respuesta a la señal de respuesta en tiempo real recibida del módulo 110 de control de la potencia en respuesta a la potencia de BF medida. Cuando el detector 88 de sobrecorriente o el interruptor térmico 114 detectan la incidencia de una anomalía, el procesador 120 de control de la potencia reduce la potencia de BF rediciendo el ciclo de trabajo de la potencia de BF y transmite una señal a la interfaz 122 de usuario para proporcionar una notificación de la incidencia anómala. Las personas expertas en la técnica son capaces de seleccionar una circuitería apropiada para modificar el ciclo de trabajo de la potencia de BF coherente con la presente invención.

De manera alternativa, la potencia de BF puede ser controlada utilizando un control de la amplitud, como en la realización ilustrada en la Figura 4. Con el control de amplitud, la potencia de BF es modificada ajustando la amplitud de la tensión y de la corriente aplicadas entre el electrodo 32 y la cámara 12 de vacío. La Figura 5B ilustra esquemáticamente la tensión y la corriente correspondientes a una primera configuración de potencia de BF y a una segunda configuración de potencia de BF menor que la primera configuración de potencia de BF. Durante las operaciones normales, el VCA 53 mantiene una potencia constante de BF aplicada al plasma ajustando activamente la amplitud de la potencia de BF en respuesta a la señal de respuesta en tiempo real recibida del módulo 110 de control de la potencia en respuesta a la potencia de BF medida. Las personas expertas en la técnica son capaces de seleccionar una circuitería apropiada para modificar la amplitud de la potencia de BF coherente con la presente invención.

La electrónica de los esterilizadores de RF es complicada por la necesidad de que tales sistemas intenten igualar estrechamente la impedancia de salida del generador de RF con la impedancia del plasma en todo momento para maximizar la eficiencia de la potencia y evitar averías al generador de RF. La impedancia del plasma varía ampliamente durante la formación del plasma, siendo muy elevada hasta que el plasma está plenamente formado, y muy baja con posterioridad. Cuando un plasma empieza a inflamarse, el generador de RF no puede igualar la elevada impedancia del plasma que existe antes de la plena formación del plasma, de modo que gran parte de la salida de potencia vuelve a reflejarse en el generador de RF. Los generadores de RF tienen sistemas de protección que, típicamente, limitan la salida del generador de RF durante periodos de potencia reflejada elevada para evitar averías. Sin embargo, para inflamar el plasma, la salida de tensión del generador de RF debe superar la tensión umbral requerida para la ignición del plasma. La tensión umbral depende de la presión de la cámara, del agente reactivo y de otros parámetros operativos, y es de aproximadamente 300 Vrm. En un sistema de RF, una vez que se ha logrado la ignición y se reduce, por ello, la impedancia del plasma, la magnitud de la tensión de RF aplicada debe reducirse a una tensión de mantenimiento, por ejemplo de aproximadamente 140 Vrms, para evitar un suministro excesivo de potencia. Dado que las tensiones de RF más elevadas requeridas para la ignición del plasma producen una potencia reflejada excesivamente alta antes de la formación completa del plasma, los generadores de RF requieren complicadas salvaguardias para evitar averías durante la etapa de ignición del plasma.

Por el contrario, la complejidad y la tasa de los fallos de ignición se reducen significativamente para los esterilizadores de BF, dado que los esterilizadores de BF pueden operar usando tensiones aplicadas por encima de la tensión umbral y tienen requerimientos mucho menos restrictivos de ajuste de la impedancia de salida. Durante los momentos en los que la tensión de BF es igual a cero, según se ve en la Figura 5A, se extingue el plasma de BF y no hay ningún plasma de BF en la cámara de vacío. Entonces, el plasma de BF debe ser reinflamado dos veces en cada ciclo. Operando solamente en un régimen de una sola tensión, los esterilizadores de BF tienen sistemas eléctricos más simples y más fiables que los esterilizadores de RF. Estos sistemas eléctricos son más fáciles de mantener y de diagnosticar, reduciendo con ello los costes asociados con la reparación. Además, las densidades de plasma de picos más altos resultantes de los esterilizadores de BF es probable que den como resultado una recombinación disociativa sobre los artículos, reduciendo por ello la cantidad de especies reactivas residuales que permanecen en los artículos después del procedimiento de esterilización.

La Figura 6 ilustra esquemáticamente un procedimiento preferente de esterilización que usa el aparato ilustrado esquemáticamente en la Figura 1. El procedimiento de esterilización mostrado en la Figura 6 es ejemplar, y las personas expertas en la técnica reconocen que otros procedimientos también son compatibles con la presente invención. El procedimiento preferente comienza cerrando herméticamente 200 en la cámara 12 de vacío el artículo que ha de esterilizarse. La cámara de vacío es entonces evacuada 210 poniendo en marcha la bomba 14 de vacío y la válvula 16 de vacío bajo el control del módulo 30 de control de proceso. La cámara 12 de vacío es evacuada, preferentemente, a una presión menor de aproximadamente 660 Pa, más preferentemente entre aproximadamente 25 y 270 Pa, y más preferentemente aún entre aproximadamente 40 y 200 Pa.

En un procedimiento ejemplar, tras alcanzar una presión deseada en la cámara 12 de vacío, el módulo 30 de control de proceso envía una señal al módulo 22 de potencia de BF para que dé energía al electrodo 32 dentro de la cámara 12 de vacío. Al aplicar una tensión de BF al electrodo 32, el módulo 22 de potencia de BF ioniza los gases residuales en la cámara 12 de vacío, creando 220 con ello un plasma de BF de descarga luminosa dentro de la cámara 12 de vacío. Este plasma de BF de descarga luminosa se forma a partir de los gases residuales de la cámara 12 de vacío, que son fundamentalmente aire y vapor de agua. Dado que este plasma de BF de descarga luminosa es creado 220 antes de que se inyecte el agente reactivo en la cámara 12 de vacío, este plasma de BF de descarga luminosa se denomina típicamente plasma de “preinyección”. La válvula 14 de vacío es abierta y cerrada de manera controlable para mantener una presión preestablecida de vacío durante la etapa 220 de plasma de preinyección. El plasma de preinyección calienta las superficies del interior de la cámara 12 de vacío, incluyendo los artículos, contribuyendo por ello a la evaporación y eliminación del agua condensada y de otros gases absorbidos de la cámara 12 de vacío y los artículos. Un plasma similar de preinyección es descrito por Spencer et al. en las patentes estadounidenses nos

5.656.238 y 6.060.019, que son incorporadas al presente documento por referencia. En un procedimiento ejemplar, el plasma de preinyección se desconecta después de aproximadamente 0 a 60 minutos. Otras realizaciones que son compatibles con la presente invención no incluyen la creación del plasma de preinyección o usan múltiples plasmas de preinyección. En otras realizaciones adicionales, la cámara 12 de vacío puede ser ventilada después de que los artículos son expuestos al plasma de preinyección.

En el procedimiento preferente, tras alcanzar una presión deseada de la cámara, se cierra la válvula 16 de vacío y se abre la válvula 20 del agente reactivo bajo el control del módulo 30 de control de proceso, inyectando 230 con ello agente reactivo procedente de la fuente 18 de agente reactivo al interior de la cámara 12 de vacío a través de la línea 19 de conexión del agente reactivo. En la realización preferente, el agente reactivo comprende peróxido de hidrógeno, que es inyectado en forma de líquido que se evapora a continuación. Preferentemente, el líquido inyectado contiene entre aproximadamente un 3% y un 60% de peróxido de hidrógeno en peso, más preferentemente entre aproximadamente un 20% y un 60% de peróxido de hidrógeno en peso, y más preferentemente aún entre aproximadamente un 40% y un 60% de peróxido de hidrógeno en peso. La concentración de vapor de peróxido de hidrógeno en la cámara 12 de vacío puede oscilar entre 0,125 y 20 mg de peróxido de hidrógeno por litro de volumen de la cámara. Las mayores concentraciones de peróxido de hidrógeno darán como resultado tiempos de esterilización más cortos. Pueden añadirse aire o gas inerte, como argón, helio, nitrógeno, neón o xenón, a la cámara con el peróxido de hidrógeno para mantener la presión en la cámara 12 de vacío al nivel deseado. Esta inyección 230 del agente reactivo puede ocurrir como una o más inyecciones separadas.

Debido a esta inyección 230 del agente reactivo, la presión de la cámara del procedimiento preferente se eleva hasta aproximadamente 2000 Pa o más. Después de aproximadamente 6 minutos de la etapa 230 de inyección, se permite que el agente reactivo se propague 240 completamente y de forma homogénea por toda la cámara 12 de vacío. Después de aproximadamente 1 -45 minutos de propagación 240, el agente reactivo está sustancialmente en equilibrio dentro de la cámara 12 de vacío. Esta propagación 240 permite que la especie reactiva se propague a través del material de envasado de los artículos y que entre en una proximidad estrecha, si no contacto, con las superficies de los artículos, esterilizando con ello los artículos. En otras realizaciones, la propagación del agente reactivo puede ser seguida inmediatamente por una ventilación de la cámara 12 de vacío.

A continuación, la cámara 12 de vacío es parcialmente evacuada 250 bombeando al exterior la cámara 12 de vacío una fracción del agente reactivo abriendo de manera controlable la válvula 16 de vacío bajo el control del módulo 30 de control de proceso. Una vez que la presión del vacío dentro de la cámara 12 de vacío ha alcanzado la presión deseada, se ajusta la válvula 16 de vacío de manera controlable para mantener la presión deseada, y el módulo 30 de control de proceso envía una señal al módulo 22 de potencia de BF para que dé energía al electrodo 32 dentro de la cámara 12 de vacío. En la realización preferente, en la que el agente reactivo comprende peróxido de hidrógeno, la presión del peróxido de hidrógeno en la cámara 12 de vacío es, preferentemente menor de aproximadamente 670 Pa, está más preferentemente entre aproximadamente 25 y 270 Pa, y más preferentemente aún entre aproximadamente 40 y 200 Pa. Al aplicar una tensión de BF al electrodo 32, el módulo 22 de potencia de BF genera 260 dentro de la cámara 12 de vacío un plasma de BF del agente reactivo ionizando el agente reactivo. El artículo es expuesto al plasma de BF del agente reactivo durante un periodo de tiempo controlado. En la realización preferente se lleva a cabo un ciclo adicional 275. Otras realizaciones pueden omitir este ciclo adicional 275, o pueden incluir ciclos ulteriores.

Tanto en el plasma de RF como en el de BF, los componentes del plasma del agente reactivo incluyen especies de disociación del agente reactivo y moléculas del agente reactivo en estados electrónicos o vibratorios excitados. Por ejemplo, cuando el agente reactivo comprende peróxido de hidrógeno, como en la realización preferente, es probable que el plasma del agente reactivo incluya partículas cargadas, como electrones, iones, diversos radicales libres (por ejemplo, OH, O2H) y partículas neutras, como moléculas de H2O2 en el estado fundamental y moléculas de H2O2 excitadas. Junto con la radiación ultravioleta producida en el plasma del agente reactivo, estas especies del agente reactivo tienen el potencial de matar esporas y otros microorganismos.

Una vez creadas, las partículas cargadas del plasma del agente reactivo son aceleradas por los campos eléctricos creados en la cámara 12 de vacío. Debido a la acumulación de fluido entre la primera región 31 y la segunda región 33, una fracción de las partículas cargadas creadas en la primera región 31 es acelerada para que pase de la primera región 31 a la segunda región 33, que contiene los artículos.

La trayectoria y la energía de las partículas cargadas que pasan de la primera región 31 a la segunda región 33 se ven afectadas por el diferencial del potencial eléctrico de las regiones de vaina entre el plasma y las paredes de la cámara 12 de vacío y el electrodo 32. Estas regiones de vaina son creadas por todos los plasmas de electrones-iones en contacto con paredes materiales, debido al impacto en las paredes de las partículas cargadas. El plasma pierde electrones, por su masa menor y, por ende, su mayor movilidad, en beneficio de la pared antes que los iones, mucho más pesados y menos móviles, creando con ello una densidad de carga excesivamente negativa rodeando las paredes y un correspondiente diferencial de tensión que iguala las tasas de pérdida de los electrones y los iones. Este diferencial de tensión, o tensión de vaina, acelera los electrones, apartándolos de la superficie de las paredes, y acelera los iones positivos hacia la superficie de las paredes.

La tensión de vaina varía para diferentes tipos, composiciones y procedimientos de producción de plasma. Para los plasmas de RF, la tensión de vaina es típicamente el 40% -80% de la tensión de RF aplicada al electrodo 32. Por ejemplo, para una media cuadrática (RMS) de la tensión de RF de 140 Vrms aplicada al electrodo 32 una vez que el plasma de RF está establecido, la correspondiente tensión de vaina es de aproximadamente 55 -110 Vrms. Un ion que entre en la región de vaina que rodea al electrodo 32 será entonces acelerado a una energía de 55 -110 eV. Esta aceleración de los iones positivos por la tensión de vaina es el principio básico que subyace al tratamiento de semiconductores por los plasmas de RF.

Según se ha descrito más arriba, para los plasmas de BF de la realización preferente de la presente invención, la tensión aplicada al electrodo 32 puede ser igual o mayor que la tensión umbral de ignición, que es típicamente de 300 Vrms. Además, para los plasmas de BF, la tensión de vaina es típicamente un porcentaje mayor que la tensión aplicada para los plasmas de RF, de modo que la tensión de vaina de la realización preferente de la presente invención es entonces mucho mayor que la tensión de vaina de un sistema de plasma de RF. Por ello, esta tensión mayor de vaina acelera las partículas cargadas del plasma de BF hasta energías mucho mayores. Por lo tanto, dado que las partículas cargadas son aceleradas hasta energías mayores, las partículas cargadas del plasma de BF de la realización preferente llegan más lejos e interactúan más con los artículos que las partículas cargadas de los esterilizadores de plasma de RF.

Dado que el campo eléctrico de BF cambia de polaridad dos veces cada ciclo, la dirección de la aceleración del campo eléctrico sobre las partículas cargadas se invierte dos veces en cada ciclo. Para las partículas cargadas en la primera región 31, esta oscilación de la dirección de la aceleración da como resultado una oscilación de la posición de las partículas cargadas. Sin embargo, debido a la comunicación de fluido entre la primera región 31 y la segunda región 33, una fracción de las partículas cargadas es capaz de pasar a la segunda región 33, que contiene los artículos, desde la primera región 31 antes de que se invierta la dirección de la aceleración del campo eléctrico.

La fracción de las partículas cargadas creadas en el plasma de BF del agente reactivo que entra en la segunda región 33 es una función de la frecuencia del campo eléctrico aplicado. Las partículas cargadas tienen dos componentes en su movimiento: una velocidad térmica aleatoria y un movimiento de deriva debido al campo eléctrico aplicado. La velocidad térmica, medida por la temperatura, es el mayor de los dos (típicamente, aproximadamente 107 -108 cm/seg para los electrones), pero no provoca que las partículas cargadas fluyan en ninguna dirección particular. En cambio, la velocidad de deriva está dirigida a lo largo del campo eléctrico, dando como resultado un flujo volumétrico de partículas cargadas en la dirección del campo eléctrico aplicado. La magnitud de la velocidad de deriva es aproximadamente proporcional a la magnitud del campo eléctrico aplicado e inversamente proporcional a la masa de la partícula cargada. Además, la magnitud de la velocidad de deriva depende de la especie del gas y de la presión de la cámara. Por ejemplo, para los parámetros operativos típicos de los esterilizadores de plasma de descarga luminosa, que incluyen una magnitud media del campo eléctrico de aproximadamente 1 voltio/cm, la velocidad de deriva para un electrón formado en un plasma de descarga luminosa es típicamente de aproximadamente 106 cm/seg.

Una partícula cargada entre en la segunda región 33 que contiene los artículos solo si alcanza la segunda región 33 antes de que cambie la polaridad del campo eléctrico aplicado, lo que invertiría la aceleración de la partícula cargada, alejándola del electrodo 32. Por ejemplo, para un campo eléctrico de RF aplicado con una frecuencia de 13,56 MHz, el periodo del campo eléctrico es de aproximadamente 7,4 × 10-8 seg, de modo que un electrón solo se mueve una distancia de aproximadamente 3,7 × 10-3 cm durante el medio ciclo o medio periodo anterior al cambio de dirección del campo eléctrico y de que el electrón sea acelerado alejándose del electrodo 32. Debido a sus masas mucho mayores, los iones se mueven mucho menos que los electrones. Cuando la primera región 31 entre la cámara 12 de vacío y el electrodo 32 es de aproximadamente 2,54 cm de anchura, como en la realización preferente, solo una fracción de las partículas cargadas creadas por un plasma de RF alcanzaría realmente la segunda región 33 que contiene los artículos.

En cambio, para un campo eléctrico de BF aplicado con una frecuencia de 60 Hz, el periodo del campo eléctrico es de aproximadamente 16,7 × 10-3 seg, de modo que un electrón puede moverse aproximadamente 8,35 × 103 cm antes de que sea acelerado alejándose del electrodo 32. Por lo tanto, el uso de tensiones de BF para crear el plasma en el plasma en el sistema 10 de esterilización de la realización preferente da como resultado una actividad mayor en la segunda región 33, en comparación con un plasma generado usando tensiones de RF. Esta mayor actividad en los esterilizadores de BF es probable que contribuya a la mayor eficiencia en la eliminación de las especies reactivas residuales en comparación con los esterilizadores de RF.

El semiperiodo del plasma, definido como el tiempo característico para que se neutralice el plasma después de que se deje de aplicar potencia, proporciona una demarcación aproximada entre los regímenes de BF y RF. El semiperiodo del plasma no se conoce con precisión, pero se estima que es de aproximadamente 10-4 -10-3 seg para las densidades de plasma usadas en los sistemas esterilizadores, como la realización preferente de la presente invención. Este semiperiodo del plasma corresponde al tiempo en que existe una partícula cargada antes de que sea neutralizada por una colisión con una superficie u otro constituyente del plasma, y depende de las especies de plasma generadas y de las geometrías de los diversos componentes del sistema 10 de esterilización. Tal como se ha descrito más arriba, el régimen de BF está caracterizado por un plasma que se extingue y vuelve a inflamarse dos veces cada ciclo; es decir, el semiperiodo de la tensión de BF aplicada es mayor que el semiperiodo del plasma. Por lo tanto, el sistema 10 de esterilización funciona continuamente con una tensión aplicada por encima de la tensión umbral de ignición del plasma para volver a inflamar el plasma. El intervalo aproximado estimado de los semiperiodos de 10-4 10-3 seg para muchos de los plasmas compatibles con la presente invención se traduce en un límite superior del régimen de baja frecuencia de aproximadamente 1 -10 kHz. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, pueden tolerarse frecuencias más elevadas.

De forma alternativa, el límite superior del régimen de baja frecuencia puede definirse como la frecuencia en la que la velocidad de deriva de los electrones es demasiado lenta para que un electrón atraviese la primera región 31, de 2,54 cm de anchura, durante un semiperiodo de la tensión de BF aplicada. Bajo geometría operativas típicas, este límite superior del régimen de baja frecuencia sería de aproximadamente 200 kHz. Para otras geometrías, el límite superior del régimen de baja frecuencia puede ser correspondientemente diferente.

En la realización preferente de la presente invención, la frecuencia de la tensión de BF aplicada al plasma está, preferentemente, entre 0 y aproximadamente 200 kHz, más preferentemente entre 0 y aproximadamente 10 kHz, y más preferentemente aún entre 0 y aproximadamente 1 kHz, y más preferentemente todavía entre 0 y aproximadamente 400 Hz. Cuando se selecciona la frecuencia de la tensión de BF aplicada al plasma, lo más preferente es que la frecuencia se seleccione para que tenga un semiperiodo mayor que el semiperiodo del plasma.

En el procedimiento preferente, el módulo 22 de potencia de BF permanece activado durante aproximadamente 2 -15 minutos, durante los cuales el plasma elimina el sobrante de especies reactivas residuales presentes en las superficies dentro de la cámara 12 de vacío, incluyendo sobre los artículos. Hay una breve elevación de la presión de vacío tras la generación 260 del plasma; sin embargo, la mayor parte de la etapa 270 de eliminación residual se lleva a cabo a una presión de vacío aproximadamente constante de 50 a 70 Pa. La etapa 270 de eliminación residual es terminada por el módulo 30 de control de proceso, que desconecta el módulo 22 de potencia de BF, apagando con ello el plasma.

Después de la etapa 270 de eliminación residual, la cámara 12 de vacío es ventilada 280 por el módulo 30 de control de proceso, que abre la válvula 28 de ventilación, dejando con ello que entre gas de ventilación procedente del respiradero 26 a través de la tubería 27 de ventilación y la válvula 28 de ventilación. En el procedimiento preferente, la

cámara 12 de vacío es entonces evacuada 290 hasta una presión de aproximadamente 40 a 105 Pa para eliminar cualquier agente reactivo restante que pueda estar presente en la cámara 12 de vacío. La cámara 12 de vacío es entonces ventilada nuevamente 300 a la presión atmosférica, y los artículos esterilizados son entonces extraídos 310 de la cámara 12 de vacío.

El plasma de BF proporciona una reducción de la cantidad de moléculas residuales del agente reactivo que permanecen en los artículos después de que se completa el procedimiento de esterilización. Cuando el agente reactivo comprende peróxido de hidrógeno, la cantidad de peróxido de hidrógeno residual que permanece en los artículos esterilizados es, preferentemente, menor de aproximadamente 8000 ppm, más preferentemente menor de aproximadamente 5000 ppm, y más preferentemente aún menor de aproximadamente 3000 ppm. En una comparación de la cantidad de peróxido de hidrógeno residual que permanece después de una esterilización con plasma de BF con la esterilización con plasma de RF, se expusieron nueve muestras de poliuretano de ensayo a peróxido de hidrógeno durante un ciclo de esterilización simulado tanto en un esterilizador de BF como en un esterilizador de RF. Se preparó cada muestra lavando con Manuklenz® y secando antes de la esterilización para evitar cualquier contaminación cruzada. Las nueve muestras fueron entonces distribuidas de manera uniforme por el anaquel superior de un estante industrial estándar.

Para llevar a cabo la comparación, se usó un ciclo completo de esterilización de BF, que igualó casi exactamente las condiciones de un ciclo estándar de esterilizador de RF. El ciclo completo de esterilización de BF incluyó una exposición de 20 minutos a un plasma de preinyección, una primera inyección de peróxido de hidrógeno de 6 minutos, una ventilación a la atmósfera, una propagación de 2 minutos, un segundo plasma de posinyección de 2 minutos y una ventilación a la atmósfera. Se realizaron dos ciclos completos de esterilización de BF y se compararon con dos ciclos completos de esterilización de RF. Como se ve en la Tabla 1, todos los parámetros distintos a la potencia del plasma de posinyección se mantuvieron tanto constantes de prueba en prueba como fue posible.

Tabla 1:

Prueba 1 de BF: Prueba 2 de BF Prueba 1 de RF Prueba 2 de RF

Potencia del plasma de preinyección: 727 W 779 W 751 W 752 W

Potencia del plasma de la primera posinyección: 183 W 874 W 757 W 756 W

Potencia del plasma de la segunda posinyección: 755 W 893 W 758 W 758 W

Temperatura de la cámara: 45°C nom. 45°C nom. 45°C n om. 45°C nom.

Temperatura del sistema de inyección: 65-75°C 65-75° C 65-75°C 65-75°C

Concentración de H2O2: 17 mg/l 17 mg/l 17 mg/l 17 mg/l

Presión de la cámara durante el plasma: 50 Pa 50 Pa 50 Pa 50 Pa

Las variaciones en la potencia del preplasma fueron de ± 3,5%, de modo que la temperatura de la muestra fue aproximadamente constante de prueba en prueba. Después se extrajeron las pruebas y se llevó a cabo el análisis residual.

El esterilizador de BF usado para generar el plasma de BF se hizo funcionar a 60 Hz, y con un inductor de 500 mH y un condensador de 13,6 µF. La potencia del plasma de BF se determinó multiplicando la tensión entre los extremos del BF plasma por la corriente, y luego haciendo la media en un osciloscopio. El nivel de fluctuación de la potencia de BF fue de aproximadamente un 10%. La Tabla 2 ilustra los resultados de la comparación.

Tabla 2:

Prueba 1 de BF: Prueba 2 de BF Prueba 1 de RF Prueba 2 de RF

Potencia media del plasma de posinyección: 769 W 884 W 757 W 757 W

Residuos de H2O2 (ppm): 1973 ± 144 1864 ± 75 2682 ± 317 2510 ± 203

La exposición a un plasma de BF de posinyección redujo las especies reactivas residuales de forma más efectiva que la exposición a un plasma de RF de posinyección de potencia comparable. La Prueba 1 de BF tuvo aproximadamente un 23% menos de peróxido de hidrógeno residual que la Prueba 1 de RF o la Prueba 2 de RF, aunque todas tuvieron aproximadamente la misma potencia de plasma de posinyección. Por lo tanto, los procedimientos de BF tuvieron como resultado menor peróxido de hidrógeno residual que el correspondiente procedimiento de RF.

La comparación de los dos ciclos de esterilización de BF ilustra que un aumento en la potencia del plasma da como resultado una reducción de los residuos de peróxido de hidrógeno. Además, la variación entre muestras, según indica la desviación típica de las mediciones residuales, se redujo significativamente en el procedimiento de BF, indicándose con ello una mayor uniformidad en comparación con el procedimiento de RF.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (10) para la esterilización de un artículo, comprendiendo el sistema:

una cámara (12) de vacío acoplada a una bomba (14) de vacío y a un respiradero (26);

un primer electrodo (32) y un segundo electrodo (32’);

una primera región (31) dentro de la cámara de vacío, comprendiendo la primera región una región entre los electrodos primero y segundo;

una segunda región (33) dentro de la cámara de vacío, estando la segunda región en comunicación de fluido con la primera región;

una fuente (18) de fluido acoplada a la cámara de vacío;

un módulo (30) de control de proceso; y

un módulo (22) de potencia de baja frecuencia que comprende componentes adaptados para aplicar una tensión de baja frecuencia entre el primer electrodo y el segundo electrodo para generar un plasma de baja frecuencia en la cámara de vacío, teniendo la tensión de baja frecuencia una frecuencia entre 0 y aproximadamente 200 kHz, caracterizado porque

el módulo de potencia de baja frecuencia comprende un controlador (60) de potencia, un elemento (62) de derivación de la corriente de retorno, un monitor (80) de corriente, un monitor (90) de tensión, un monitor

(100) de potencia acoplado al monitor de corriente y al monitor de tensión, un inductor (64), un condensador

(66) y un módulo (110) de control de la potencia,

en el que el monitor de potencia está adaptado para producir una señal de potencia proporcional a la potencia de baja frecuencia aplicada al plasma;

en el que el módulo (110) de control de la potencia está acoplado al monitor (100) de potencia, al módulo

(30) de control de proceso y al controlador (60) de potencia, y el controlador (60) de potencia está adaptado para ajustar el ciclo de trabajo de la tensión de baja frecuencia aplicada entre los electrodos primero (32) y segundo (32’) en respuesta a una señal de retorno de la potencia recibida del módulo de control de la potencia en respuesta a la señal de potencia.
2. Un sistema (10) para la esterilización de un artículo, comprendiendo el sistema:

una cámara (12) de vacío acoplada a una bomba (14) de vacío y a un respiradero (26);

un primer electrodo (32) y un segundo electrodo (32’);

una primera región (31) dentro de la cámara de vacío, comprendiendo la primera región una región entre los electrodos primero y segundo;

una segunda región (33) dentro de la cámara de vacío, estando la segunda región en comunicación de fluido con la primera región;

una fuente (18) de fluido acoplada a la cámara de vacío;

un módulo (30) de control de proceso; y

un módulo (22) de potencia de baja frecuencia que comprende componentes adaptados para aplicar una tensión de baja frecuencia entre el primer electrodo y el segundo electrodo para generar un plasma de baja frecuencia en la cámara de vacío, teniendo la tensión de baja frecuencia una frecuencia entre 0 y aproximadamente 200 kHz, caracterizado porque

el módulo de potencia de baja frecuencia comprende un amplificador (53) controlado por tensión, un monitor

(80) de corriente, un monitor (90) de tensión, un monitor (100) de potencia acoplado al monitor (80) de corriente y al monitor (90) de tensión, y un módulo (110) de control de la potencia,

en el que el monitor (100) de potencia está adaptado para producir una señal de potencia proporcional a la potencia de baja frecuencia aplicada al plasma;

en el que el módulo (110) de control de la potencia está acoplado al monitor (100) de potencia, al módulo

(30) de control de proceso y al amplificador (53) controlado por tensión, y el amplificador (53) controlado por tensión está adaptado para ajustar la amplitud de la tensión de baja frecuencia aplicada entre los electrodos primero y segundo en respuesta a una señal de retorno de la potencia recibida del módulo (110) de control de la potencia en respuesta a la señal de potencia.
3.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que el artículo está en la segunda región.
4.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que el segundo electrodo está en la cámara de vacío.
5.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que la fuente de fluido comprende especies de agentes reactivos.
6.

El sistema descrito en la Reivindicación 5 en el que la especie de agente reactivo comprende un germicida.
7.

El sistema descrito en la Reivindicación 6 en el que el germicida comprende peróxido de hidrógeno.
8.

El sistema descrito en la Reivindicación 1 en el que el controlador de potencia está adaptado para mantener una potencia media sustancialmente estable aplicada al plasma de baja frecuencia.
9.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que la tensión de baja frecuencia aplicada está entre 100 Vrms y 1000 Vrms.
10.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que la tensión de baja frecuencia aplicada está entre 200 Vrms y 500 Vrms.
11.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que la tensión de baja frecuencia aplicada está entre 250 Vrms y 450 Vrms.
12.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que la tensión de baja frecuencia está por encima de una tensión umbral requerida para inflamar un plasma.
13.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que la tensión de baja frecuencia tiene una frecuencia entre 0 y 10 kHz.
14.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que la tensión de baja frecuencia tiene una frecuencia entre 0 y 400 Hz.
15.

El sistema definido en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que el plasma de baja frecuencia tiene un tiempo de extinción del plasma y la tensión tiene un semiperiodo mayor que dicho tiempo de extinción del plasma.
16.

El sistema descrito en la Reivindicación 1 en el que el inductor y el condensador comprenden un circuito LC conectado en serie con el controlador de potencia.
17.

El sistema descrito en la Reivindicación 16 en el que una inductancia y una capacitancia del circuito LC son escogidas para que se correspondan con una frecuencia resonante del circuito LC a la frecuencia de la tensión de baja frecuencia aplicada entre los electrodos primero y segundo.
18.

El sistema descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 en el que el módulo (22) de potencia de baja frecuencia comprende, además, un módulo de conmutación que, en respuesta a una tensión entrante de baja frecuencia, proporciona una tensión saliente de baja frecuencia con una frecuencia diferente de la frecuencia de la tensión entrante de baja frecuencia.