JP2021501236A - 大気圧プラズマで高分子材料の表面を処理する方法 - Google Patents

大気圧プラズマで高分子材料の表面を処理する方法 Download PDF

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Abstract

可撓性高分子基材を処理する方法がここに提供されている。その方法は、約９０Ｗ超の出力を使用して不活性ガスから大気圧プラズマビームを発生させる工程、そのプラズマビームを可撓性高分子基材の表面に向ける工程、およびその高分子基材の表面に亘りプラズマビームを走査して、処理済み基材表面を形成する工程を有してなる。

Description

関連出願の説明
本出願は、その内容が依拠され、ここに下記に完全に述べられているかのように全てが引用される、２０１７年１０月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／５７８０２０号の優先権の恩恵を主張するものである。
本開示は、広く、高分子材料の表面の処理に関する。詳しくは、本開示は、高分子基材の表面改質のための大気圧プラズマ処理に関する。
無菌状態に維持しながらの、流体の配合、貯蔵、移動および輸送のために、バイオプロセス産業において、無菌状態で流体を収容する袋が使用されている。同様に、医療目的に使用される血液、尿および他の物質を保持するために使用される袋は、その物質の無菌状態を提供し、維持することが好ましい。それらの袋は、血清、緩衝剤および超純水などの生物流体に、また細胞培養物を増殖させて、細胞が産生する価値のある生物薬剤化合物を得るために、使用されることがある。その中に収容される製品の品質を維持するための袋の特徴のいくつかに、製品との生体適合性、無菌性、および非発熱原性がある。それらの袋は、典型的に、使用後に廃棄されるものであり、無菌流体を調製し、貯蔵するための効率的な手段として認識されている。一般に、これの使い捨て袋は、可撓性であり、ガンマ線で殺菌された適合プラスチックから製造される。
そのような袋は、典型的に、液体培地および細胞を保持する入れ物または容器を提供するために、折り畳まれ、または切断され封止される単一材料または複数の材料の積層体を含む。それらの袋は、一般に、可撓性であり、使い捨てである。しかし、従来の可撓性の使い捨て袋は、安価であり、適合性があるであろうが、特に、生体物質が腐食性である場合、もしくは袋内での加工、または袋の製造が高温で行われる場合（生体物質が高分子の抽出可能物および浸出可能物に敏感である場合、加工結果に影響することがある）、そのような袋は、高分子からの抽出可能物および浸出可能物によって、その中で加工される生体物質の成分をある程度、汚染するであろう。
本開示の実施の形態によれば、可撓性高分子基材を処理する方法が提供される。その方法は、約９０Ｗ超の出力を使用して不活性ガスから大気圧プラズマビームを発生させる工程、そのプラズマビームを可撓性高分子基材の表面に向ける工程、およびその高分子基材の表面の少なくとも一部の上にプラズマビームを走査して、処理済み基材表面を形成する工程を有してなる。
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載されたような実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示に過ぎず、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に含まれ、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。
本開示は、以下の説明、および純粋に非限定例として与えられた、添付図面からより明白に理解されるであろう。
本開示の実施の形態による、高分子材料の表面を処理する方法を示す流れ図 本開示の実施の形態による例示の大気圧プラズマ装置の説明図 本開示の実施の形態による例示の大気圧プラズマ装置の説明図 本開示の実施の形態による例示のバイオプロセスバッグの分解図 本開示の実施の形態による例示のバイオプロセスバッグの分解図 背景測定値；ガラス試料；１２０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの２０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム；１５０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの４０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム；１５０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの８０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム；４つの別々の１０ＬのＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅプラスチックバッグ；およびビス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ホスフェート（ｂＤｔＢＰＰ）標準に関する超高速液体クロマトグラフィー（ＵＰＬＣ）の時限波長クロマトグラム
ここで、その例が添付図面に示されている、本発明の実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部分を称するために、図面に亘り、同じ参照番号が使用される。
名詞は、文脈がそうではないと明白に示していない限り、複数の対象を含む。同じ特徴を列挙する全ての範囲の端点は、独立して組み合わせることができ、列挙された端点を含む。全ての文献は、参照により含まれる。
ここに用いられているように、「有する」、「含む」などの用語は、制約のない意味で使用され、一般に、「含むが、限定されない」ことを意味する。
ここに用いられる全ての科学用語と技術用語は、特に明記のない限り、当該技術分野に通常用いられる意味を有する。ここに与えられた定義は、この中に頻繁に使用される特定の用語の理解を促進するためであり、本開示の範囲を限定する意図はない。
本開示は、始めは広く、次に、いくつかの例示の実施の形態に基づいて詳細に、下記に記載される。個々の例示の実施の形態において互いに組み合わされて示された特徴は、全てが実現される必要はない。特に、個々の特徴は、省略されても、もしくは同じ例示の実施の形態に、または他の例示の実施の形態に示された他の特徴と何か他の方法で組み合わされてもよい。
本開示の実施の形態は、高分子基材の表面を処理する方法、および表面の少なくとも一部が本開示にしたがって処理された高分子材料を含むバイオプロセスバッグに関する。ここに記載された方法は、高分子基材の表面を大気圧プラズマで処理して、処理済み表面を形成する工程を含む。未処理の高分子基材の表面と比べて、処理済みの高分子基材の表面は、抽出可能化合物および浸出可能化合物の総濃度が減少している。詳しくは、未処理の高分子基材の表面と比べて、処理済みの高分子基材の表面は、減少した濃度のビス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ホスフェート（ｂＤｔＢＰＰ）を有する。例えば、本開示の実施の形態にしたがって形成された処理済みの高分子基材の表面は、未処理の高分子基材の表面と比べて、抽出可能物および浸出可能物の全含有量が約７０％超減少している。
図１は、本開示の実施の形態による高分子基材の表面を処理する方法１００の流れ図を示している。ここに記載されたように、高分子基材は、以下の群からの少なくとも１種類のプラスチック材料を含むフイルムまたは積層体であることがある：ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、およびその誘導体。そのフイルムまたは積層体は、低い溶融温度を有することがあり、高いガス透過率も有することがある。
本開示の実施の形態によれば、方法１００は、不活性ガスから大気圧プラズマビームを発生させる工程１１０を含むことがある。ここに用いられているように、「大気圧プラズマ」という用語は、周囲圧力条件下、例えば、約１気圧（ａｔｍ）（約１０１ｋＰａ）の圧力、または約０．１ａｔｍ（約１０．１ｋＰａ）から約５ａｔｍ（約５０５ｋＰａ）に及ぶ圧力で不活性ガスから形成されたプラズマを含む。例示の不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、およびラドン（Ｒｎ）、並びに必要に応じて、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、または空気および任意の所望の比率でのその任意の組合せの内の１つ以上を含む。プラズマを励起して、大気圧プラズマビームを形成するために使用される電力は、約９０Ｗ超、例えば、約９０Ｗと約２５０Ｗの間、または約１２０Ｗと約２２０Ｗの間、またさらには約１４０Ｗと約２００Ｗの間、およびそれらの間の全ての値であることがある。
本開示の実施の形態によれば、方法１００は、そのプラズマビームを可撓性高分子基材の表面に向けて、その可撓性高分子基材の表面の一部をプラズマビームに暴露する工程１２０をさらに含むことがある。
本開示の実施の形態によれば、方法１００は、その可撓性高分子基材の表面の少なくとも一部の上にプラズマビームを走査して、処理済み基材表面を形成する工程１３０をさらに含むことがある。プラズマビームを走査する工程１３０は、可撓性高分子基材に関してプラズマビームを移動させる工程、またはプラズマビームに関して可撓性高分子基材を移動させる工程を含むことがある。プラズマビームが高分子基材の表面のほとんど全表面積の上に動かされることがある一方で、その方法は、代わりに、高分子基材の表面の一部のみの上にプラズマビームを移動させる工程を含むことがある。例えば、可撓性高分子基材が、バイオプロセスバッグなどの使い捨て可撓性バッグを形成するために使用される意図がある場合、その方法は、可撓性バッグの流体接触層として働く高分子基材の表面の部分のみの上にプラズマビームを動かす工程を含むことがある。そのプラズマビームは、可撓性バッグを形成するために溶接されるであろうエッジの部分など、高分子基材の表面の他の部分の上に動かされないことがある。必要に応じて、プラズマビームを走査する工程１３０は、高分子基材の表面の第１の部分の上にプラズマビームを動かし、次いでその後、高分子基材の表面の第２の部分の上にプラズマビームを動かす工程を含むことがある。
ここに記載されたように、一回の走査は、可撓性高分子基材の表面の一部の上のプラズマビームの動作を記載する。その可撓性高分子基材の表面の同じ部分の上のプラズマビームのその後の動作は、高分子基材の表面のその後の走査と記載される。本開示の実施の形態によれば、可撓性高分子基材の表面の少なくとも一部の上にプラズマビームを走査して、処理済みの基材表面を形成する工程１３０は、可撓性高分子基材の表面の同じ部分の上の複数回の走査を含むことがある。可撓性高分子基材の表面の少なくとも一部の上にプラズマビームを走査して、処理済みの基材表面を形成する工程１３０は、約１０回超の走査、または約２０回超の走査、または約３０回超の走査、または約４０回超の走査、または約５０回超の走査、または約６０回超の走査、または約７０回超の走査、または約８０回超の走査、または約９０回超の走査、またさらには約１００回超の走査を含むことがある。例えば、可撓性高分子基材の表面の少なくとも一部の上にプラズマビームを走査して、処理済みの基材表面を形成する工程１３０は、約１０回の走査と約１００回の走査の間、または約２０回の走査と約９０回の走査の間、または約３０回の走査と約８０回の走査の間、またさらには約４０回の走査と約７０回の走査の間の走査を含むことがある。
可撓性高分子基材の表面の同じ部分の上の走査の回数に加え、可撓性高分子基材の表面の部分は、処理済みの基材表面を形成するのに十分な任意の期間に亘り、プラズマビームに暴露されてもよい。可撓性高分子基材の表面の部分は、約０．５秒超、例えば、約０．５秒と約５．０分の間、または約１．０秒と約３．０分の間、または約３．０秒と約１．０分の間、またさらには約５．０秒と約３０秒の間、およびそれらの間の全ての値に亘り、プラズマビームに暴露されることがある。処理される目的の可撓性高分子基材の体積は、その可撓性高分子基材がプラズマビームに暴露されるであろう期間および走査の回数を定義するまたは制限するであろうと認識される。例えば、大容積の可撓性高分子基材が処理されることを目的とする場合、可撓性高分子基材の表面の同じ部分の上の走査の回数を制限しながら、比較的短い期間に亘り可撓性高分子基材をプラズマビームに暴露することが都合よいであろう。
図２は、本開示の実施の形態による大気圧プラズマ装置２００を示している。装置２００は、例えば、誘電体バリア放電（ＤＢＤ）型プラズマ装置であることがあり、一般に、基材支持体２０２およびプラズマ発生器２２２を備えている。装置２００は、基材支持体２０２を備えることがある。基材支持体２０２は、可撓性高分子基材が大気圧プラズマビームに暴露され得るように可撓性高分子基材を位置付けるどの適切な支持体であってもよい。一例として、図２は、基材支持体２０２上に存在する可撓性高分子基材がプラズマ発生器２２２のプラズマ放出口２０６の下を通過するように、中心軸２０４の周りを回転可能な基材支持体２０２を備える。装置２００は、基材支持体２０２とプラズマ発生器２２２との間に約０．５ｍｍ超の距離を有することがある。例えば、基材支持体２０２とプラズマ発生器２２２との間の距離は、約０．５ｍｍと約１０ｍｍとの間、または約１．０ｍｍと約５．０ｍｍとの間、または約１．５ｍｍと約４．０ｍｍとの間であることがある。どの特定の理論で束縛する意図もないが、プラズマ発生器２２２が基材支持体２０２から約１０ｍｍを超える距離に配置されると、ここに記載されたような処理済み基材表面を形成するのに、高分子フイルムの表面の十分な緻密化が妨げられると考えられる。
図２および３は、１つのプラズマ発生器２２２を備えた大気圧プラズマ装置２００を示しているが、本開示の実施の形態による大気圧プラズマ装置２００はいくつのプラズマ発生器を備えてもよいことを認識すべきである。複数のプラズマ発生器２２２により、可撓性高分子基材の大気圧プラズマビームへの暴露が増し、このことは、処理済み基材表面を形成するのに十分な期間を都合よく減少させるであろう。代わりの基材支持体２０２もここでは考えられる。例えば、装置２００は、コンベヤベルト（図示せず）を備えることがあり、ここで、可撓性高分子基材は、コンベヤベルト上で動いてプラズマ放出口２０６を通過して、可撓性高分子基材の表面を大気圧プラズマに暴露する。
必要に応じて、図３に示されるように、本開示の実施の形態による大気圧プラズマ装置３００は、第１のスプール３０２および第２のスプール３０４をさらに備えることがある。この随意的な構成において、第１のスプール３０２は、そのスプール上に巻き付けられた可撓性高分子基材３２２を備える。基材支持体２０２は、図３に矢印Ａで示される方向に回転駆動され、第１のスプール３０２は図３に矢印Ｂで示された方向に回転し、第２のスプール３０４は図３に矢印Ｃで示された方向に回転する。このように、可撓性高分子基材３２２は、第１のスプール３０２から基材支持体２０２の周りに巻かれ、処理済みの可撓性高分子基材３２４として第２のスプール３０４に巻き取られる。可撓性高分子基材３２２または処理済みの可撓性高分子基材３２４のスプール３０２、３０４からの、またはそこへの運動を促進するために、基材支持体２０２とスプール３０２、３０４の各々との間に、ローラが配置されることがある。図３に示されるように、可撓性高分子基材３２２は、基材支持体２０２が回転するときに、基材支持体２０２の周りに巻かれる。可撓性高分子基材３２２は、プラズマ発生器２２２のプラズマ放出口２０６の下を通過する。
スプール３０２、３０４の他の構成も可能であると考えられる。例えば、スプールは、基材支持体２０２のどの側に配置されてもよく、基材支持体２０２は、可撓性高分子基材３２２のプラズマ処理を促進するために、どの方向に回転してもよい。それに加え、スプール３０２、３０４は、基材支持体２０２の同じ側にあるものと図３に示されているが、第１のスプール３０２が基材支持体２０２の第１の側に配置され、第２のスプール３０４が基材支持体２０２の第２の側に配置されてもよい。さらに、図３に関して、明瞭にする目的のために、可撓性高分子基材は、プラズマ発生器２２２のプラズマ放出口２０６の下を通過する前には可撓性高分子基材３２２として記載され、プラズマ発生器２２２のプラズマ放出口２０６の下を通過した後には処理済みの可撓性高分子基材３２４として記載されている。可撓性高分子基材は、複数回、プラズマ発生器２２２のプラズマ放出口２０６の下を通過してもよいことを認識すべきである。そうすることによって、基材支持体２０２は、図３の矢印Ａで示される方向と反対の方向に回転駆動され、第１のスプール３０２が図３の矢印Ｂで示される方向と反対の方向に回転し、第２のスプール３０４が図３の矢印Ｃで示された方向と反対の方向に回転することがある。このように、可撓性高分子基材３２２はさらに、第２のスプール３０４から、基材支持体２０２の周りに巻かれ、第１のスプール３０２上に巻き取られることがある。可撓性高分子基材３２２は、何回、プラズマ発生器２２２のプラズマ放出口２０６の下を通過してもよい。
大気圧プラズマ装置２００、３００は、プラズマ発生器２２２内の電極に流体接続され、その電極に不活性ガスを提供するように作られた不活性ガス源２１０をさらに備えることがあり、その電極で、ガスからプラズマが形成される。ガス源２１０から出たガスは、プラズマ発生器２２２内の電極に向けられ、そこで、大気圧プラズマが形成される。次に、その大気圧プラズマは、電極からプラズマ放出口２０６に通過し、そこで、プラズマ発生器２２２から出る。プラズマ発生器２２２内の電極は、電源２２６に接続されることがある。電源２２６は、基材支持体２０２内に配置された接地電極２２８にさらに接続されることがある。プラズマ発生器２２２内の電極と、接地電極２２８との間に、容量結合プラズマが形成されることがある。その電源は、無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波周波数（ＭＦ）電力を供給することがある。誘電体層２３２が、基材２３４と接地電極２２８との間に配置されることがある。あるいは（図示せず）、誘電体層は、プラズマ発生器２２２内の各電極と基材２３４との間に配置された複数の誘電体層であってもよい。そのような構成は例示に過ぎず、誘電体バリア放電大気圧プラズマ装置の他の適切な構成を利用してもよいことを認識すべきである。
大気圧プラズマ装置２００は、装置２００の様々な構成要素に接続され、そのような構成要素の作動を制御するように作られた制御装置２３６をさらに備えることがある。その制御装置は、基材支持体２０２に接続されているのが概略示されているが、本開示の実施の形態にしたがって装置２００を制御するために、装置２００のそれらの構成要素のいずれ、およびそれらの構成要素のいくつに作動可能に接続されてもよい。制御装置２３６は、一般に、中央処理装置（ＣＰＵ）２３８、メモリ２４０、およびＣＰＵ２３８の支援回路２４２を備えている。制御装置２３６は、装置２００を直接的に、もしくは装置２００の特定の構成要素に関連した他のコンピュータまたは制御装置（図示せず）により、制御してもよい。制御装置２３６は、様々な容器およびサブプロセッサを制御するための工業環境に使用できるどの形態の汎用コンピュータ用プロセッサの内の１つであってもよい。
メモリ、またはＣＰＵ２３８のコンピュータ可読メモリ２４０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク（登録商標）、ハードディスク、フラッシュ、もしくはローカルまたはリモートのデジタル保存の任意の他の形態などの容易に入手できるメモリの１つ以上であることがある。支援回路２４２は、従来の様式でプロセッサを支援するためにＣＰＵ２３８に接続されている。これらの回路は、キャッシュメモリ、電源装置、クロック回路、入力／出力回路およびサブシステムなどを備えている。ここに記載されたような方法は、その制御装置を、ここに記載された実施の形態にしたがって装置２００の作動を制御する特定目的の制御装置に変えるように実行されるまたは発動されることがあるソフトウェアルーチンとしてメモリ２４０内に記憶されることがある。そのソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ２３８により制御されているハードウェアから遠隔設置された第２のＣＰＵ（図示せず）により記憶および／または実行されることもある。
作動において、基材２００は、基材支持体２０２上に配置され、中心軸２０４の周りに回転されることがある。プラズマ放出口２０６は、第１のプロセスガスを供給することがあり、電源２２６からの電力をプラズマ発生器２２２の電極および接地電極２２８に供給することによって、気圧プラズマが形成されることがある。基材２００は、中心軸の周りのいくつの所望の数の回転および／またはどの所望の期間に亘り、大気圧プラズマに暴露されてもよい。
ここに記載されたような高分子基材の表面を処理する方法は、図２に示されたものなどの大気圧プラズマ装置２００を使用して行われることがある。このように、ここに記載された方法にしたがって処理すべき可撓性高分子基材は、基材支持体２０２上に配置されることがある。それに加え、可撓性高分子基材の表面の少なくとも一部の上にプラズマビームを走査して、処理済み基材表面を形成する工程１３０は、可撓性高分子基材の表面がプラズマ放出口２０６に対して動くように、基材支持体２０２を中心軸２０４の周りに回転させる工程を含むことがある。あるいは、ここに記載されたような高分子基材の表面を処理する方法は、図３に示されたものなどの大気圧プラズマ装置３００を使用して行われることがある。このように、ここに記載された方法にしたがって処理すべき可撓性高分子基材は、第１のスプール３０２上に配置されることがある。それに加え、可撓性高分子基材の表面の少なくとも一部の上にプラズマビームを走査して、処理済み基材表面を形成する工程１３０は、第１のスプール３０２を回転させる工程、およびその可撓性高分子基材の表面がプラズマ放出口２０６に対して動くように、高分子基材を第１のスプール３０２から基材支持体２０２の周りに巻く工程を含むことがある。
それに加え、ここに記載された方法にしたがって、大気圧プラズマビームを発生させる工程は、不活性ガスを不活性ガス源２１０からプラズマ発生器２２２の電極に流す工程を含むことがある。
図４は、本開示の実施の形態による例示のバイオプロセスバッグの分解図を示す。図から分かるように、バイオプロセスバッグ１００は、フイルムまたは積層体から形成された少なくとも２つのシート１０２、１０４を含む。シート１０２、１０４は、流体を受け入れるための内部区画を有する枕形バッグを形成するためにそれらのシートのエッジに沿って溶接されることがある。あるいは、図５に示されるように、バイオプロセスバッグ２００は、流体を受け入れるための内部区画を画成する、底部２０２、上部２０４、および側壁２８０を有する三次元バッグであることがある。底部２０２、上部２０４、および側壁２８０の少なくとも１つは、フイルムまたは積層体から形成されている。側壁２８０は、材料の１つの連続片から形成されることがある。あるいは、側壁２８０は、そのエッジに沿って接合された２つ以上のパネルを含むことがある。側壁２８０および／または底部２０２および／または上部２０４は、一片の材料から形成されることがあり、それによって、バイオプロセスバッグ２００の様々な部分の境界が、曲げまたは折り目により画成される。あるいは、側壁２８０、底部２０２および上部２０４の１つ以上は、別々に形成され、それらの部分の互いの溶接などによって、そのエッジに沿って接合されることがある。バイオプロセスバッグ１００、２００は、密封されており、流体および／または他の成分の処理の全ての段階で使用するために閉鎖系を提供することが好ましい。ここに用いられているように、「閉鎖系」という用語は、その系の内容物の無菌性を確実にし、周囲の外気からの汚染物質の導入を制限するまたは防ぐように密封された系を称する。
バイオプロセスバッグ１００のシート１０２、１０４の各々は、同じまたは異なる材料の１つ以上から形成されることがある。バイオプロセスバッグ２００の上部２０４、底部２０２および側壁２８０の各々は、同じまたは異なる材料の１つ以上から形成されることがある。不透明または着色材料が使用される場合、そのバッグの少なくとも一部は、バッグの内部区画内の流体および／または他の成分を見られるように実質的に透明であることがある。例えば、シート１０２、１０４のいずれかの一部、または上部２０４、底部２０２および側壁２８０のいずれかの少なくとも一部は、バッグの内部区画をそこを通じて見ることができる窓を提供するために透明であることがある。
ここに用いられているように、「流体」という用語は、制限なく、液体、液体懸濁液、気体、ガス状懸濁液などの、流動できる任意の物質を示すために使用される。「流体および／または他の成分」という用語は、細胞増殖のための栄養素、細胞、細胞培養過程の副産物、およびバイオプロセス系で従来添加または形成されることのある任意の他の生体物質または成分を有する細胞培養培地を含むことのある流体を称するために本開示の全体に亘り使用されている。ここに記載されたバイオプロセスバッグおよび他の容器は、１種類以上の細胞または試薬を含むことがある。それに加え、そのバッグは、細胞培養培地を含むことがある。細胞培養培地は、例えば、以下に限られないが、糖類、塩類、アミノ酸、血清（例えば、ウシ胎仔血清）、抗生物質、成長因子、分化因子、着色料、または他の所望の因子であることがある。バッグに供給されることのある一般的な培地としては、ダルベッコ変性イーグル培地（ＤＭＥＭ）、ハムＦ１２栄養混合物、最小必須培地（ＭＥＭ）、ＲＰＭＩ培地などが挙げられる。以下に限られないが、不死化細胞、初代培養細胞、癌細胞、幹細胞（例えば、胚または人工多能性）などを含むどのタイプの培養細胞をバッグに含んでもよい。細胞は、哺乳類細胞、鳥の細胞、魚の細胞などであってよい。細胞は、以下に限られないが、腎臓、線維芽、乳腺、皮膚、脳、子宮、肺、骨、神経、筋肉、心臓、結腸直腸、膵臓、免疫（例えば、Ｂ細胞）、血液などを含むどの組織タイプのものであってもよい。細胞は、分散（例えば、新たに播種された）、密集、二次元、三次元、球状などを含む、バッグ内のどの培養形態にあってもよい。いくつかの実施の形態において、細胞は、培地を含まずに存在する（例えば、凍結乾燥、防腐剤中、凍結など）。
バイオプロセスバッグ１００、２００は、バイオプロセス用途のための使い捨て製品に従来関連する材料から形成されることがある。バイオプロセスバッグ１００のシート１０２、１０４、またはバイオプロセスバッグ２００の底部２０２、上部２０４および側壁２８０のいずれかまたは全てが、以下の群からの少なくとも１種類のプラスチック材料を含むフイルムまたは積層体から形成されることがある：ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、およびその誘導体。
相対寸法と絶対寸法の両方を含むバイオプロセスバッグ１００、２００の寸法を変えることができることを理解すべきである。例えば、バッグは、約１．０ｍｌ、または約５．０ｍｌ、または約１０ｍｌ、または約２５ｍｌ、または約５０ｍｌ、または約１００ｍｌ、または約２５０ｍｌ、または約５００ｍｌ、または約１０００ｍｌ、または約２０００ｍｌ、または約５０００ｍｌ、または約１０，０００ｍｌ、またさらには約２０，０００ｍｌの容積、並びにそれらの間の全ての容積の流体および／または他の成分を保持するように作られることがある。
超高速液体クロマトグラフィー（ＵＰＬＣ）は、化合物を分離、特定、および定量化するために使用されるカラムクロマトグラフィーの形態である。ＵＰＬＣにより、小さい粒子の分離および分析を迅速かつ効果的に行うことができる。一般に、液体クロマトグラフィーは、分離すべき粒子の混合物をカラムに通過させる過程である。これにより、混合物から分離された分析物を他の分子から測定することができる。そのカラムに、静止相として知られている、充填材料が充填されている。ＵＰＬＣにおいて、ポンプが、移動相として知られている混合物をカラムに押し通す。移動相が静止相を通過するときに、検出器が、異なる分子の保持時間を示す。保持時間は、静止相、分析されている分子、および使用される溶媒の間の相互作用に応じて変動する。
Ｃｏｒｔｅｃｓ Ｃ１８ ２．１×１００ｍｍ ２．７μｍ Ｃｏｌｕｍｎを使用するＷａｔｅｒｓ Ａｃｑｕｉｔｙ ＵＰＬＣ光ダイオードアレイ検出器に使用されるＡｃｑｕｉｔｙ ＵＰＬＣ Ｈ−Ｃｌａｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ（マサチューセッツ州、ミルフォード所在のＷａｔｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている）を用いて、下記に記載されたような様々なフイルムを分析した。図６は、背景測定値６００；ガラス試料６１０；１２０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの２０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６２０；１５０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの４０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６３０；１５０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの８０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６４０；４つの別々の１０Ｌのプラスチックバッグ６５０、６６０、６７０、６８０；およびビス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ホスフェート（ｂＤｔＢＰＰ）標準６９０に関するＵＰＬＣの時限波長クロマトグラムを示している。ｂＤｔＢＰＰは、細胞増殖にとって極めて有害であることが示されている抽出可能化合物である。この化合物は、ポリエチレン（可撓性の使い捨てバイオプロセスバッグなどのバイオプロセス容器において材料流体接触層として一般に使用される高分子の内の１つ）の多くの配合物中に存在する一般的な酸化防止剤添加物である、トリス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ホスファイト（商標名Ｉｒｇａｆｏｓ １６８（登録商標））の分解に由来する。ｂＤｔＢＰＰが混ざった成長培地およびいくかの哺乳類細胞系統を使用する細胞増殖実験は、百万分率範囲をはるかに下回る濃度で悪影響を示した。ｂＤｔＢＰＰに対する細胞応答は、迅速であり、ミトコンドリア膜電位の著しい減少をもたらす。ポリエチレン系フイルムからのｂＤｔＢＰＰの移動は、時間および温度依存性であることが示されている。さらに、実験により、酸化した「Ｉｒｇａｆｏｓ １６８」のイオン化放射線（ガンマ線照射など）への暴露は、相当な量の浸出可能なｂＤｔＢＰＰが生成される重要な条件であることが示唆される。
Ｍｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６２０、Ｍｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６３０、およびＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６４０の各々を、９０Ｗ超の励起出力で形成された大気圧プラズマビームで処理した。このプラズマを形成するために使用した不活性ガスはヘリウムであり、ガス流量は、約１４．５標準リットル毎分（ＳＬＭ）であった。高周波プラズマ発生器（１３．５６ＭＨｚ）を連続／非フィラメントモードで使用した。このプラズマ発生器は、基材支持体の表面から約２．０ｍｍと約３．０ｍｍの間に配置されたプラズマ放出口を備えた。この基材支持体はローラであり、フイルムの各々は、処理すべきローラの表面上に個々に配置された。
図６から分かるように、１５０Ｗで処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルムの各々は、４つの別々の１０Ｌのプラスチックバッグ６５０、６６０、６７０、６８０と比べて、ｂＤｔＢＰＰの濃度の減少を示した。１５０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの４０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６３０は、４つの別々の１０Ｌのプラスチックバッグ６５０、６６０、６７０、６８０と比べて、ｂＤｔＢＰＰの濃度の減少を示した。１５０Ｗの出力でのヘリウムプラズマの８０走査で処理されたＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６４０は、４つの別々の１０Ｌのプラスチックバッグ６５０、６６０、６７０、６８０と比べて、ｂＤｔＢＰＰの濃度のさらに大きい減少を示した。Ｍｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム６４０のＵＰＬＣ時限波長クロマトグラムは、ガラス試料６１０のＵＰＬＣ時限波長クロマトグラムと似ていた。
細胞増殖に対する悪影響のために、ｂＤｔＢＰＰは、図６に示されたＵＰＬＣ時限波長クロマトグラムを比較する上で重要な差を示すものとして、ここに言及されている。しかしながら、４つの別々の１０ＬのＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅプラスチックバッグ６５０、６６０、６７０、６８０が示した他の抽出可能化合物および浸出可能化合物の多くも、本開示にしたがって処理されたフイルム６２０、６３０、６４０において実質的に減少しているまたはなくなっていることも留意すべきである。実際に、本開示にしたがって処理されたフイルム６２０、６３０、６４０は、４つの別々の１０ＬのＭｅｔａｌｌｏｃｅｎｅプラスチックバッグ６５０、６６０、６７０、６８０と比べて、抽出可能および浸出可能の全含有量の約７０％超の減少を示した。それゆえ、本開示の実施の形態は、高分子フイルム中のｂＤｔＢＰＰの濃度を減少させるが、本開示の実施の形態は、少なくともいくつかの細胞の増殖にとって有害であろう他の抽出可能化合物および浸出可能化合物の量も減少させる。
どの特定の理論に束縛されることは意図されないが、本開示によるヘリウムプラズマ処理は、高分子フイルムから形成されたバイオプロセスバッグの流体接触層の機能を果たすことを目的とする高分子フイルムの表面の架橋および緻密化を促進させると考えられる。そのヘリウムプラズマ処理は、高分子フイルムの表面から低分子量種を除去し、高分子フイルムの表面上の結晶化度の変化を誘発させることによって、高分子フイルムの表面上の抽出可能化合物および浸出可能化合物の存在を減少させると考えられる。一般に、プラズマ処理により生じるイオン化エネルギーのために、より反応性の種が生成される。そのような反応性種は架橋を促進させることがあり、この架橋が、高分子の表面からより小さい分子を追い出し、比較的緻密な高分子表面を形成する。そのような緻密な表面は、ＴＢＰＰの分解をもたらすことがある酸素の拡散を防ぐ。
本開示は、限られた数の実施の形態を含んでいるが、本開示の恩恵を受けた当業者には、本開示の範囲から逸脱しない他の実施の形態も想起できることが認識されるであろう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
可撓性高分子基材を処理する方法において、
約９０Ｗ超の出力を使用して不活性ガスから大気圧プラズマビームを発生させる工程、
前記プラズマビームをプラズマ放出口から前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程、および
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査して、処理済み基材表面を形成する工程、
を有してなる方法。
実施形態２
前記大気圧プラズマビームを発生させる工程が、約１２０Ｗと約２２０Ｗの間の出力を使用する工程を含む、実施形態１に記載の方法。
実施形態３
前記大気圧プラズマビームを発生させる工程が、約１４０Ｗと約２００Ｗの間の出力を使用する工程を含む、実施形態１または２に記載の方法。
実施形態４
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、該高分子基材の表面の全表面積未満に亘り前記プラズマビームを動かす工程を含む、実施形態１から３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、該高分子基材の表面の第１の部分に亘り前記プラズマビームを動かし、次いで、該高分子基材の表面の第２の部分に亘り該プラズマビームを動かす工程を含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材に関して該プラズマビームを動かす工程を含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態７
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記プラズマビームに関して該高分子基材を動かす工程を含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８
前記不活性ガスが、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、およびラドンの少なくとも１つを含む、実施形態１から７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９
前記プラズマビームを前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程が、該可撓性高分子基材の表面を約０．５秒超に亘り前記プラズマビームに暴露する工程を含む、実施形態１から８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０
前記プラズマビームを前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程が、該可撓性高分子基材の表面を約０．５秒と約５．０秒の間に亘り前記プラズマビームに暴露する工程を含む、実施形態１から９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１１
前記プラズマビームを前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程が、該可撓性高分子基材の表面を約１．０秒と約３．０秒の間に亘り前記プラズマビームに暴露する工程を含む、実施形態１から１０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１２
前記プラズマビームを前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程が、該可撓性高分子基材の表面を約３．０秒と約１．０分秒の間に亘り前記プラズマビームに暴露する工程を含む、実施形態１から１１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１３
前記プラズマビームを前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程が、該可撓性高分子基材の表面を約５．０秒と約３０秒の間に亘り前記プラズマビームに暴露する工程を含む、実施形態１から１２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４
前記可撓性高分子基材が基材支持体上に位置付けられている、実施形態１から１３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１５
前記基材支持体が中心軸の周りに回転可能であり、前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、該可撓性高分子基材の表面が前記プラズマ放出口に対して動くように、前記基材支持体を前記中心軸の周りに回転させる工程を含む、実施形態１４に記載の方法。
実施形態１６
前記可撓性高分子基材がスプール上に位置付けられている、実施形態１から１３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１７
前記スプールが中心軸の周りに回転可能であり、前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記可撓性高分子基材の表面が前記プラズマ放出口に対して動くように、前記スプールを回転させ、該高分子基材を該スプールから基材支持体の周りに巻く工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
実施形態１８
前記大気圧プラズマビームを発生させる工程が、前記不活性ガスを不活性ガス源からプラズマ発生器の電極に流す工程を含む、実施形態１から１７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１９
前記処理済み基材表面が、未処理の高分子基材の表面の抽出可能および浸出可能全含有量の約７０％未満の抽出可能および浸出可能全含有量を有する、実施形態１から１８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２０
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約１０回を超える走査を含む、実施形態１から１９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２１
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約４０回を超える走査を含む、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２２
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約６０回を超える走査を含む、実施形態１から２１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２３
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約８０回を超える走査を含む、実施形態１から２２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２４
前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約２０回と約９０回の間の走査を含む、実施形態１から２３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２５
実施形態１から２４のいずれか１つに記載の方法により処理された可撓性高分子基材。
実施形態２６
実施形態２５に記載の可撓性高分子基材から作られたバイオプロセスバッグ。
１００、２００ バイオプロセスバッグ
１０２、１０４ シート
２０２ 底部
２０４ 上部
２８０ 側壁
２００、３００ 装置
２０２ 基材支持体
２０６ プラズマ放出口
２１０ 不活性ガス源
２２２ プラズマ発生器
２２８ 接地電極
２３２ 誘電体層
２３４ 基材
２３６ 制御装置
２３８ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２４０ メモリ
２４２ 支援回路
３０２ 第１のスプール
３０４ 第２のスプール
３２２ 可撓性高分子基材
３２４ 処理済みの可撓性高分子基材
６００ 背景測定値
６１０ ガラス試料
６２０、６３０、６４０ Ｍｅｔａｌｌｏｃｅｎｅフイルム
６５０、６６０、６７０、６８０ １０Ｌのプラスチックバッグ
６９０ ビス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ホスフェート（ｂＤｔＢＰＰ）標準

Claims (10)

  1. 可撓性高分子基材を処理する方法において、
    約９０Ｗ超の出力を使用して不活性ガスから大気圧プラズマビームを発生させる工程、
    前記プラズマビームをプラズマ放出口から前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程、および
    前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査して、処理済み基材表面を形成する工程、
    を有してなる方法。
  2. 前記大気圧プラズマビームを発生させる工程が、約１２０Ｗと約２２０Ｗの間、または約１４０Ｗと約２００Ｗの間の出力を使用する工程を含む、請求項１記載の方法。
  3. 前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材に関して該プラズマビームを動かす工程、または前記プラズマビームに関して該高分子基材を動かす工程を含む、請求項１または２記載の方法。
  4. 前記プラズマビームを前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程が、該可撓性高分子基材の表面を約０．５秒超に亘り前記プラズマビームに暴露する工程を含む、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
  5. 前記プラズマビームを前記可撓性高分子基材の表面に向ける工程が、該可撓性高分子基材の表面を約０．５秒と約５．０秒の間、約１．０秒と約３．０秒の間、約３．０秒と約１．０分秒の間、または約５．０秒と約３０秒の間に亘り前記プラズマビームに暴露する工程を含む、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
  6. 前記可撓性高分子基材が、中心軸の周りに回転可能である基材支持体上に位置付けられており、前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、該可撓性高分子基材の表面が前記プラズマ放出口に対して動くように、前記基材支持体を前記中心軸の周りに回転させる工程を含む、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
  7. 前記可撓性高分子基材が、中心軸の周りに回転可能であるスプール上に位置付けられており、前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記可撓性高分子基材の表面が前記プラズマ放出口に対して動くように、前記スプールを回転させ、該高分子基材を該スプールから基材支持体の周りに巻く工程を含む、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
  8. 前記処理済み基材表面が、未処理の高分子基材の表面の抽出可能および浸出可能全含有量の約７０％未満の抽出可能および浸出可能全含有量を有する、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
  9. 前記高分子基材の表面の少なくとも一部の上に前記プラズマビームを走査する工程が、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約１０回を超える走査、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約４０回を超える走査、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約６０回を超える走査、前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約８０回、または前記高分子基材の表面の同じ部分の上を約２０回と約９０回の間の走査を含む、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
  10. 請求項１から９いずれか１項記載の方法により処理された可撓性高分子基材から作られたバイオプロセスバッグ。
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