JP2017518798A - プロセスガスを重要工程処理に送達するための方法および系 - Google Patents
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Abstract
Description
過酸化物の濃縮に使用される基本手順
以下の手順は、112分間で31.3%H2O2溶液を60.0%溶液に濃縮するのに使用され得る。HPDS中の31.3%Η2O2溶液の溶液の液浴温度は79.0℃に設定され、露点は、窒素および水を含有する入ってくるキャリアガスについて、72.2℃に設定され得る。溶液中の過酸化水素の濃度を測定するために、アントンパール社製(Anton−Paar)密度計が使用され得る。HPDSは、同一の初期の31.3%H2O2を用いて、浴溶液を再充填して一定の体積を維持するようにできている。前記手順における時間の関数としての露点値は、表1に記載される通りである。本実施例の全ての濃度は、特に記載がない限り、重量パーセントである。
過酸化物の濃縮
実施例1に記載される手順を用いて、事前充填キャリアガスの露点を、その元の設定値を10度下回るように設定した。露点は、目的が溶液濃度を試験中同一に維持することであった場合の露点を10度下回る、約62.3℃であった。補充は、同一の初期濃度過酸化物溶液を用いた。キャリアガスを20slmの窒素に設定し、H2O2出力を3430ppmに設定した。図12にあるように、最終ガス出力は約3266ppmであり、最終溶液濃度は約39.7%であった。
過酸化物の濃縮
実施例1の手順を用い、35%H2O2溶液から開始して、H2O2出力を4500ppmに設定した。補充は、同一の初期濃度過酸化物溶液を用いた。図13は、42.9%の溶液濃度である実施例における出力を示している。この実施例では、露点は60.9℃に設定された。気相の過酸化物の最終出力は約4800ppmであった。この試験のキャリアガスは10slmのN2であった。
安定化された過酸化物送達
実施例1の基本手順を用い、ただし、30.8%H2O2から開始し、20slmの窒素流量を実行して、HPDA浴濃度を540分間かけて30.8%から56.3%に濃縮した。補充は、同一の初期濃度過酸化物溶液を用いた。56.3%の濃度の過酸化物を240分間かけて安定化させ、確実に、安定化された過酸化物送達を可能にさせた。図14は、2日間の試験期間にわたる温度プロファイルおよびHPDA液体濃度を示している。図15は、気相の理論上のH2O2濃度を示している。
安定化された過酸化物送達
以下の安定化されたガス送達実験を、31.4%過酸化物液体源を用いて210分間かけて実行し、濃度を約60.0%のHPDA過酸化物濃度に上昇させ、210分間に亘って±2%に維持した。これにより、12000〜17000PPMの過酸化物ガス出力濃度がもたらされた。補充は、同一の初期濃度過酸化物溶液を用いた。図16は、試験期間にわたる温度および圧力プロファイルおよびHPDA液体濃度を示している。HPDA温度における下向きのスパイク波形が、4mLの液体過酸化物試料が取られる度に生じる。図17は、時間に対する、過酸化物ガス出力濃度プロファイルを示している。HPDA温度における下向きのスパイク波形は、過酸化物の出力に下向きのスパイク波形を生じさせる。サンプリング無しで系が実行された場合、これらの下向きのピークは存在しないだろう。過酸化物ガス濃度の測定は、既知の組成および温度に基づいて、ラウールの法則から間接的に導かれる。
安定化された過酸化物送達
31.4%過酸化物液体源を用い、HPDA内の可変の窒素キャリアガス流量を実行して、以下の濃度安定化試験を実行した。HPDA浴濃度を480分間かけて31.4%から59.2%に濃縮し、次いで、59%過酸化物を4.5SLMの窒素流量で60分間にわたって安定化させた。補充は、同一の初期濃度過酸化物溶液を用いた。図18は、試験期間にわたる温度プロファイルおよびHPDA液体濃度を示している。図19において、下流の圧力を調節して、前記窒素流量を達成した。図20は、時間に対する、過酸化物ガス出力濃度プロファイルを示している。液体過酸化物のサンプリングは、HPDA温度に窪みを生じさせる。HPDA温度における窪みは、過酸化物ガス出力に下向きのスパイク波形を生じさせる。サンプリング無しで系が実行された場合、これらの下向きのピークは存在しないだろう。
乾燥窒素キャリアガスを用いた安定化された過酸化物送達
図21の構成を用い、35.0wt%過酸化物液体源およびHPDAの一部としてアンモニウム塩として作製された多管腔フ化イオン交換ポリマー内の固定された5slm乾燥窒素キャリアガス流量を用いて、濃度安定化実験を実行した。過酸化水素ガスを測定する前、実験全体において77.5±1℃および785±1トルの圧力に固定されたHPDAに乾燥窒素ガスを通過させることで、HPDA浴濃度を6時間かけて35wt%から64.6wt%に上昇させた。実施例7〜10のそれぞれにおいて、同一初期濃度のH2O2を用いた一定体積の維持に、再充填浴溶液を用いた。
乾燥窒素キャリアガスを用いた安定化された過酸化物送達
図21の構成を用い、31.3wt%過酸化物液体源およびHPDAの一部としてアンモニウム塩として作製された多管腔フ化イオン交換ポリマー内の固定された5slm乾燥窒素キャリアガス流量を用いて、濃度安定化実験を実行した。過酸化水素ガスを測定する前、実験全体において77.8±1℃および785±1トルの圧力に固定されたHPDAに乾燥窒素ガスを通過させることで、HPDA浴濃度を300分間かけて31.3wt%から61.2wt%に上昇させ、その後、実験の最後の70分間、61.2wt%に一定に維持した。図24は、標準偏差が262ppmである、28197ppmの過酸化物ガス濃度を送達する間に、濃度が61.2wt%という漸近値に達するという結果を示している。
乾燥窒素キャリアガスを用いた安定化された過酸化物送達
図21の構成を用い、31.3wt%過酸化物液体源およびHPDAの一部としてアンモニウム塩として作製された多管腔フ化イオン交換ポリマー内の固定された5slm乾燥窒素キャリアガス流量を用いて、濃度安定化実験を実行した。HPDAを58.2wt%の開始濃度で手動で充填した。過酸化水素ガスを測定する前に、乾燥窒素ガスを用いてHPDA浴濃度を300分間かけて61.8wt%に上昇させ、その後、実験の最後の150分間、61.8wt%に一定に維持した。実験のために、HPDA溶液を、77.5±1℃および785±1トルのガス圧力に維持した。図25は、標準偏差が344ppmである、26108ppmの過酸化物ガス濃度を送達する間に、濃度が61.7wt%という漸近値に達するという結果を示している。
乾燥窒素キャリアガスを用いた安定化された過酸化物送達
図21の構成を用い、31.3wt%過酸化物液体源およびHPDAの一部としてアンモニウム塩として作製された多管腔フ化イオン交換ポリマー内の固定された5slm乾燥窒素キャリアガス流量を用いて、濃度安定化実験を実行した。この実験は、61.2wt%のHPDA液体過酸化物濃度から開始した。前記溶液を最初の100分間の間に77.5℃にし、過酸化物ガス出力が、およそ26000ppmであり、実施例9の結果と一致するかを検証したところ、その通りになった。130分の時点で、HPDA溶液温度を低下させ、66.0±1℃に固定して、より低い過酸化物出力を安定化させた。図26は試験結果を示している。最終液体濃度は、標準偏差が279ppmである、15267ppmの安定化された過酸化物ガス濃度を送達する間に、65.1wt%の平衡状態に達した。
以下に示される実施例は、前述の装置を用いて作製された気相の過酸化水素が、微生物を効果的に殺傷し、DNAをDNAポリメラーゼに基づくインビトロ核酸増幅反応において増幅不可にしたという結論を裏付ける、手順および結果を示している。本発明の開発中に得られた結果は、気相の過酸化水素水溶液での細菌試料の処理が、生存可能な生物の数を有意に減少させなかったことを示しており、その結果では、可視の霧または濃霧が可視であったが、これは、試料上に凝結した過酸化水素における小滴の存在を示している。比較すると、試料が気相の過酸化水素で処理された場合、以下に示すように、効率的な除染が観察された。
実験の組立て
図27は、この実験で使用された装置を模式的に図示している。機器には、純化された清浄な乾燥空気(CDA)ガス供給源;加圧脱イオン化(DI)水供給源;ゲージを備えた圧力調節装置、Filterite MPTE−010−1/4CS 0.01ミクロンガスフィルタ;3つの質量流量制御装置(MFC);MFC制御ボックス;安定なガス送達(SGD)系(図27の「濃縮器」)および相対湿度系(RHS)(RASIRC社、カリフォルニア州サンディエゴ)が含まれた。アンモニウム塩として作製されたフッ化イオン交換ポリマーを用いる膜を利用した。また、3つの三方弁;6つのテフロン被覆J型熱電対(TC);石英炉;DirectLogic PLC;圧力計(PG);2つの過酸化水素スクラッバー;および試験多岐管用の熱トレーシング(EZ Zone Watlow調節器、TC、ヒーターテープ、および絶縁材)も示される。
区画1=SGD出口
区画2=CDA希釈ガス
区画3=RHS出口
区画4=石英炉入口
区画5=石英炉出口
区画6=SGD/RHS/分析計のベント
除染用の試料作製
この手順において試験された試料は、大腸菌および精製されたウシゲノムDNAであった。表2は、実験で使用された2つのガス流の組成および流量を示している。「DP」は露点を表す。ガス流は標準的なリットル/分の単位で測定される。
除染試験用の操作パラメータ
SGDは31%w/w過酸化水素水を充填された。初期の試験多岐管は以下の温度に設定された:
区画1=72℃(SGDの出口温度)
区画3=90℃(高いRHS出口温度設定のため。ガス温度は熱トレース無しでは80℃超である)。
区画2、4、5、6、および炉=25℃
区画7=60℃以上
気相過酸化水素による細菌不活化
無菌のガラス製顕微鏡用スライドに、対照リン酸緩衝液、または大腸菌の液体ストック(8.4×108cfu/ml)の20μl試料をスポットした。1コロニー形成単位(「cfu」)は1つの生存可能なバクテリア細胞に相当すると理解される。従って、各々のスポットされた細菌試料は、最初に、1.7×107cfuの微生物を含有する。リン酸緩衝液対照を有する2枚のスライド、および細菌試料を有する2枚のスライドを覆い、無処置対照群として室温で維持した。リン酸緩衝液対照を有する2枚のスライド、および細菌試料を有する2枚のスライドを、後の過酸化水素ガスへの暴露の間、25℃に維持された温度調節された通気チャンバに挿入した。前記チャンバをまず、2118ppmH2Oに加湿された清浄な乾燥空気(すなわち、「CDA」)で15分間パージした。処理する試料を次に、505ppmの気相H2O2および2122ppmのH2Oに60分間暴露した。最後に、チャンバを加湿CDAでさらに15分間パージした。暴露後、試料スポットを独立してリン酸緩衝液に溶解させ、同一のリン酸緩衝液中で連続希釈し、希釈液の一定分量を、トリプチックソイ寒天培地(すなわち、「TSA」)プレート上での増殖について滴定した。様々な処理条件から得られた結果を、表5に示す。
気相過酸化水素を用いたDNAの化学的不活性化
各々の標的入力レベル(すなわち、0ng〜1,000ngの範囲)において3つのレプリケートを有する、増幅可能なDNAの定量化に使用されるPCRプレートを作製した。どの場合においても、ウシゲノムDNA水溶液の測定された一定分量を、プレートのそれぞれのウェルに添加し、その後乾燥させた。DNA試料を有するプレートを、25℃に維持された温度調節されたチャンバ内で気相過酸化水素処理に曝した。前記チャンバを最初に15分間CDAでパージした。過酸化水素処理を受けた試験を次に、505ppmの気相H2O2および2122ppmのH2Oに5時間暴露した。最後に、チャンバをCDAでさらに15分間パージした。次に、処理された試料を含有する各々のウェルに、PCR増幅反応を実行するのに必要な、一定分量の液体試薬を添加した。これらの試薬としては、鋳型を増幅することが可能な非標識DNAプライマー対;ヌクレオチド三リン酸;緩衝液および塩;DNA増幅産物に特異的な二重標識加水分解プローブ;並びに5’−3’エキソヌクレアーゼ活性を有する熱安定DNAポリメラーゼが挙げられる。当業者によく知られている手順を用いて増幅反応を実行し、蛍光シグナルの出現をリアルタイム形式で時間の関数としてモニターした。過酸化水素暴露後に残ったDNAの算出Ct値および対応量を、最も高いCt値(40サイクルに近い)をもたらす試料を含むように手動で設定された閾値を用いて決定した。これらの高Ct試料は非常に低い濃度のDNA(すなわち、感度限界の)を示し、そのため、結果においてより大きな変動係数を示した。それとは別に、過酸化水素暴露を受けなかった既知量の鋳型DNAを用いて準備された標準的な反応を用いて、処理を受けた試料中の鋳型DNAのインタクトな開始量を定量化するための較正プロットを作成した。表にした結果を下記に示す。
区画1=SGD出口
区画2=CDA希釈ガス
区画3=RHS出口
区画4=石英炉入口
区画5=石英炉出口
区画6=石英炉ベント
区画7=SGDおよびRHSのベント
試験された細菌試料は大腸菌(E.coli)、表皮ブドウ球菌(S.epi)、および出芽酵母(S.cerev)であった。表7は、この実験のための2つのガス流の組成および流量である。DPは露点を表す。ガス流は標準的なリットル/分の単位で測定される。
区画1=72℃(SGDの出口温度)
区画3=90℃(高いRHS出口温度設定のため。ガス温度は熱トレース無しでは80C超である)。
区画2、4、5、6、および炉=25℃
区画7=80℃
滅菌試験の前に、凝結を最小限にし、ガス安定性を促進するために、ガスを以下の温度に到達させた:
TC−1=90℃
TC−2=25℃
TC−3=72℃
TC−4=25℃
TC−5=25℃
TC−6=60℃以上
Claims (52)
- 重要工程処理に気体を送達するための方法であって、
(a)第一成分および第一成分よりも揮発性が低い第二成分を含み、前記低揮発性成分が初期濃度で存在する、多成分液体源の気相を準備し;
(b)前記多成分液体源の気相をキャリアガスと接触させることにより、多成分液体源中の前記低揮発性成分の濃度を、初期濃度よりも高い第二濃度に増加させ;
(c)段階(b)の間に、前記多成分液体源に、第一成分および第一成分よりも揮発性が低い第二成分を含む多成分液体源を、第二濃度よりも低い第三濃度の低揮発性成分において添加し;
(d)段階(c)が開始される前に、結果として得られる多成分液体源およびキャリアガスの混合気相を安定な定常状態濃度の低揮発性成分において含むガス流を回収し;
(e)前記ガス流を重要工程処理に送達すること、
を含む、前記方法。 - 気相および多成分液体源が実質的にガス不透過性の膜により分離される、請求項1に記載の方法。
- キャリアガスが実質的に乾燥したキャリアガスであり、膜が酸形態のフッ化イオン交換膜である、請求項2に記載の方法。
- 重要工程処理が、段階(e)で送達されるガス流の連続流を可能にするように構成された通気チャンバ内に位置している、請求項2に記載の方法。
- 実質的にガス不透過性の膜がフッ化イオン交換膜の塩である、請求項2に記載の方法。
- 塩がナトリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、鉄塩、アルミニウム塩、およびカルシウム塩から選択される、請求項5に記載の方法。
- 塩がアルミニウム塩である、請求項5に記載の方法。
- 塩がアンモニウム塩である、請求項6に記載の方法。
- 塩がカリウム塩である、請求項6に記載の方法。
- 重要工程処理に気体を送達するための方法であって、
(a)水より低揮発性の成分および水を含み、水より低揮発性の成分が初期濃度を有する、多成分液体源の気相を準備し;
(b)多成分液体源中の水より低揮発性の成分の濃度が比較的一定のより高い濃度まで増加するようにキャリアガスおよび所望により水を含む不飽和の充填済みキャリアガスを前記気相と接触させ;
(c)より高い濃度の多成分液体源中の成分の比を比較的一定に保つのに充分な水を充填済みキャリアガスに添加し;
(d)前記多成分液体源の体積が比較的一定のままであるように、または比較的一定に維持された体積に変化するように、さらなる量の多成分液体を前記多成分液体源に送達し;
(e)水および水より低揮発性の成分を含むガス流を重要工程処理に送達すること、
を含む、前記方法。 - 多成分液体源の水より低揮発性の成分を濃縮するための方法であって、
(a)水および水より低揮発性の成分を含む多成分液体源の気相を準備し;
(b)多成分液体源中の低揮発性成分の濃度を増加させるように、液体源の気相を水に対し不飽和の充填済みキャリアガスと最初に接触させることを含んで、液体源の気相を充填済みキャリアガスと接触させ;
(c)充填済みキャリアガス中の水の含量を変更することで、液体源中の低揮発性成分の比較的安定な増加された濃度を維持し;
(d)結果として得られる液体源および充填済みキャリアガスの混合気相を含むガス流を回収し;
(e)液体源を補充することで、混合気相を、比較的一定の体積に維持する、または比較的一定に維持された体積に変化させること、
を含む、前記方法。 - 気相の過酸化水素を送達するための方法であって、過酸化水素水溶液の気相を実質的に乾燥したキャリアガスと接触させ、定常状態の濃度平均の5%以内に安定した定常状態の気相中過酸化水素濃度で気相の過酸化水素を送達するように過酸化水素水を補充することを含む、前記方法。
- 重要工程処理が材料の除染である、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、または9に記載の方法。
- 多成分液体源が過酸化水素水溶液である、請求項13に記載の方法。
- キャリアガスが実質的に乾燥したキャリアガスである、請求項14に記載の方法。
- 段階(a)で供給される過酸化水素水溶液源中の過酸化水素の初期濃度が約20%〜約50%である、請求項14に記載の方法。
- 過酸化水素水溶液中の過酸化水素の第三濃度が過酸化水素水溶液源中の過酸化水素の初期濃度と同じである、請求項16に記載の方法。
- 過酸化水素の安定な定常状態の濃度が約500ppm〜約300,000ppmである、請求項14に記載の方法。
- 過酸化水素の安定な定常状態の濃度が約500ppm〜約800ppmである、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料が段階(e)で送達されるガス流の連続流を可能にするように構成された通気チャンバ内に位置している、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料が核酸を増幅するデバイスである、請求項20に記載の方法。
- 除染される材料が核酸を増幅するデバイスから取り出された成分である、請求項20に記載の方法。
- 除染される材料がDNAを含有し、増幅可能なDNAの量が少なくとも4対数減少される、請求項20に記載の方法。
- 除染される材料が微生物含有材料であり、生存可能な微生物の数が少なくとも6対数減少される、請求項14に記載の方法。
- 段階(e)がガス流を微生物含有材料に最長60分間送達することを含む、請求項24に記載の方法。
- 除染される材料が細菌含有材料であり、生細菌の数が約6対数〜約7対数減少される、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料がインビトロ核酸増幅反応のDNA産物を含有する、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料がDNAを含有し、増幅可能なDNAの量が4対数減少される、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料が核酸を増幅するデバイスから取り出された成分である、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料が微生物含有材料であり、生存可能な微生物の数が少なくとも6対数減少される、請求項14に記載の方法。
- 段階(e)がガス流を微生物含有材料に最長約60分間送達することを含む、請求項30に記載の方法。
- 除染される材料が細菌含有材料であり、生細菌の数が約6対数〜約7対数減少される、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料を40℃超の温度に曝すことを含まない、請求項14に記載の方法。
- 除染される材料を30℃超の温度に曝すことを含まない、請求項24に記載の方法。
- 重要工程処理に気体を送達するための方法であって、
(a)水より低揮発性の成分および水を含み、水より低揮発性の成分が初期濃度を有する、多成分液体源の気相を準備し;
(b)実質的に乾燥したキャリアガスを含むキャリアガスを前記気相と接触させ;
(c)前記多成分液体源を補充し;
(d)水および水より低揮発性の成分を含む実質的に安定な定常状態のガス流を重要工程処理に送達すること、
を含む、前記方法。 - ガス流を供給する方法であって、
(a)水および水より低揮発性の成分を含む多成分液体源の気相を準備し;
(b)多成分液体源中の低揮発性成分の濃度を増加させるように、液体源の気相を実質的に乾燥したキャリアガスと最初に接触させることを含んで、液体源の気相を、乾燥した、または実質的に乾燥したキャリアガスと接触させ;
(c)結果として得られる液体源および実質的に乾燥したキャリアガスの混合気相を実質的に安定な定常状態濃度の低揮発性成分において含むガス流を回収し;
(d)液体源を補充すること、
を含む、前記方法。 - 材料を除染するための方法であって、
(a)過酸化水素および水の溶液の気相を準備し;
(b)キャリアガスおよび水性ガスを含む充填済みキャリアガスを前記気相と接触させ;
(c)過酸化水素を含むガス流を除染される材料に送達することを含み、キャリアガス中の水の含量が水に対する過酸化水素の比を比較的一定に保つのに充分である、
前記方法。 - 重要工程処理のための送達デバイスであって、
(a)第一成分および第一成分よりも揮発性が低い第二成分を含み、前記低揮発性成分が初期濃度であり、気相が両方の成分を含む、多成分液体源および前記多成分液体源により供給される気相;
(b)前記液体源中の低揮発性成分の濃度が初期濃度よりも高い第二濃度に増加した、低揮発性成分を含むガス流を形成させる、前記気相と液接触しているキャリアガス;
(c)第二濃度よりも低い第三濃度の低揮発性成分を含む溶液を用いて前記液体源を補充する充填管;並びに
(d)送達されるガス流が低揮発性成分を安定な定常状態の濃度で含む、ガス流を重要工程処理に送達する装置、
を含む、前記送達デバイス。 - 気相が実質的にガス不透過性の膜によって液体源から分離される、請求項38に記載の送達デバイス。
- 気相が連続的に除去されることでガス流が形成されるように、キャリアガスを気相に送達させる組立体をさらに含む、請求項39に記載の送達デバイス。
- 補充溶液が低揮発性成分を第二濃度よりも低い濃度で含み、ガス流が上部空間から重要工程処理に流れるように重要工程処理に繋がった、気相を含有する上部空間の出口が含まれる、請求項39に記載の送達デバイス。
- 液体源が実質的に一定の体積を維持するように充填管が液体源を補充する、請求項38に記載の送達デバイス。
- 液体源の補充に使用される低揮発性成分の第三濃度が液体源中の低揮発性成分の初期濃度と同じである、請求項38に記載の送達デバイス。
- 実質的にガス不透過性の膜が酸形態のフッ化イオン交換膜である、請求項39に記載の送達デバイス。
- 実質的にガス不透過性の膜がフッ化イオン交換膜の塩である、請求項39に記載の送達デバイス。
- 塩がナトリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、鉄塩、アルミニウム塩、およびカルシウム塩から選択される、請求項45に記載の送達デバイス。
- 塩がアルミニウム塩である、請求項46に記載の送達デバイス。
- 塩がアンモニウム塩である、請求項46に記載の送達デバイス。
- 塩がカリウム塩である、請求項46に記載の送達デバイス。
- 重要工程処理が材料の除染である、請求項38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48または49に記載の送達デバイス。
- 多成分液体源が過酸化水素水溶液である、請求項50に記載の送達デバイス。
- キャリアガスが実質的に乾燥したキャリアガスである、請求項51に記載の送達デバイス。
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