PT2211916E

PT2211916E - Sistema de esterilização por plasma de micro-ondas e respetivos aplicadores

Info

Publication number: PT2211916E
Application number: PT88482518T
Authority: PT
Inventors: Christopher Paul Hancock
Original assignee: Creo Medical Ltd
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2016-01-11
Also published as: EP2599506B1; CN101918044A; EP2599506A2; US20150056107A1; WO2009060213A1; US20140066838A1; EP2211916A1; CN101918044B; US8900521B2; US20100296977A1; US10688204B2; HK1202821A1; CN104174049B; ES2556231T3; US8647585B2; CA2741133A1; US20200171180A1; US11097022B2; CA2741133C; EP2599506A3

Description

DESCRIÇÃO

SISTEMA DE ESTERILIZAÇÃO POR PLASMA DE MICRO-ONDAS E RESPETIVOS APLICADORES

CAMPO DA INVENÇÃO A invenção refere-se a sistemas de esterilização adequados para a utilização clinica, p. ex. no corpo humano ou animal. Por exemplo, a invenção pode fornecer um sistema que pode ser utilizado para destruir ou tratar determinadas bactérias e/ou vírus associados ao sistema biológico humano ou animal e/ou ao ambiente circundante. Em particular, a invenção pode ser adequada para a esterilização da ferida e dos leitos das feridas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As bactérias são organismos unicelulares que se encontram em quase todo o lado, existem em grandes quantidades e são capazes de dividir-se e multiplicar-se rapidamente. A maioria das bactérias é inofensiva, mas existem três grupos perigosos, nomeadamente: cocci, spirilla e bacilla. As bactérias cocci são células redondas, as bactérias spirilla são células em espiral e as bactérias bacilli são em forma de haste. As bactérias perigosas provocam doenças, tais como tétano e tifoide.

Os vírus só podem existir e multiplicar-se invadindo outras células, isto é, não conseguem sobreviver sozinhos. Os vírus causam doenças, tais como constipações, gripe, papeira e SIDA.

Os esporos fúngicos e os organismos muito pequenos designados por protozoários podem provocar doenças. A esterilização é um ato ou processo que destrói ou elimina toda a forma de vida, especialmente micro-organismos. Durante o processo de esterilização por plasma, são produzidos agentes ativos. Estes agentes ativos são radicais livres e fotões ultravioletas de alta intensidade, que são átomos ou conjuntos de átomos com eletrões quimicamente ímpares. Uma funcionalidade atrativa da esterilização por plasma é o facto de ser possível alcançar a esterilização em temperaturas relativamente baixas, tal como a temperatura corporal. A esterilização por plasma tem igualmente o benefício de ser segura para o cirurgião e para o paciente.

Os plasmas de pressão atmosférica de baixa temperatura podem ser utilizados para substituir métodos convencionais de esterilização e oferecer uma clara vantagem em relação aos meios existentes de esterilização em termos da respetiva natureza não tóxica, dos efeitos de tratamento imediatos e da capacidade para produzir o plasma numa gama de níveis de energia e numa gama de formas diferentes. Numa circunstância à temperatura ambiente, o plasma é normalmente suportado por campos eletromagnéticos (EM). Os eletrões leves absorvem energia de um campo elétrico e transferem parte desta energia para partículas pesadas no plasma. Se os eletrões não tiverem oportunidades suficientes para transferirem a respetiva energia, os componentes de plasma mais pesados permanecem em temperaturas muito mais baixas em comparação com os eletrões. Esses plasmas são designados por plasmas não térmicos e as respetivas temperaturas de gás podem ser tão baixas como a temperatura ambiente.

As partículas de plasma ativas (eletrões, iões, radicais e outras espécies quimicamente ativas) e a radiação UV podem ser utilizadas para desinfetar e esterilizar tecido vivo, inserções biológicas colocadas dentro do tecido vivo, superfícies externas ou instrumentos cirúrgicos. Quanto mais perto a fonte de plasma se encontrar relativamente ao tecido vivo (ou outras superfícies) e quanto mais elevado for o campo elétrico no plasma, maiores serão a intensidade e a eficácia do processo de tratamento de esterilização por plasma não térmico .

Para a utilização prática no interior ou na superfície do corpo, isto é, para a esterilização de feridas, para matar as bactérias dentro da ferida ou as bactérias que residem na superfície da ferida, para a destruição ou a redução de bactérias existentes dentro de orifícios naturais no interior do corpo, para matar bactérias existentes nas inserções colocadas no interior do corpo humano (e que se manifestaram dentro do tecido biológico nas proximidades da inserção), ou para matar bactérias que podem existir na pele antes de abrir o paciente (e para voltar a esterilizar antes da oclusão) e noutras superfícies que necessitam de ser esterilizadas, onde não é desejável que a temperatura aumente excessivamente, isto é, camas, cortinas, instrumentos, almofadas e determinados plásticos, a temperatura na superfície ou no local de tratamento (o tecido biológico ou o ambiente) produzida pelo plasma não deve exceder a temperatura normal do corpo humano. Talvez seja desejável considerar que a temperatura máxima numa superfície produzida por um jato de plasma é limitada a um máximo de 10 °C acima da temperatura ambiente, isto é Tr<Tt<Tr+10, em que Tr corresponde à temperatura ambiente (°C), e Tt corresponde à temperatura de tratamento (°C). Uma temperatura nominal para plasma não térmico corresponde a 37 °C.

Embora para algumas aplicações seja desejável um funcionamento dentro destes limites, a invenção aqui descrita pode não ser limitada pelos mesmos. Por exemplo, pode ser desejável aumentar a temperatura bem acima da temperatura corporal considerando a esterilização de pisos de hospital, camas de hospital ou outros materiais gerais dentro de um ambiente hospitalar, em que as temperaturas superiores à temperatura do corpo podem ser toleradas. O comprimento do plasma e a temperatura produzida numa superfície podem ser encontrados utilizando o equilíbrio de energia, isto é o aquecimento induzido por eletrões de partículas pesadas versus perdas de energia por condução térmica. 0 comprimento de um jato de plasma pode ser calculado conforme apresentado em seguida:

, a em que m± corresponde à massa atómica, Kj corresponde à condutividade térmica, Vj corresponde à frequência de colisão eletrão-átomo eficaz, ND corresponde à densidade de eletrões, ΔΓ corresponde à mudança de temperatura e Te corresponde ao nível de energia. As Tabelas 1 e 2 indicam os parâmetros para o cálculo do comprimento do plasma em determinados gases. A Tabela 3 indica comprimentos de plasma típicos à temperatura ambiente para esses gases.

0 plasma não térmico pode ser utilizado para criar moléculas altamente reativas designadas por radicais livres que podem ser utilizados para decompor substâncias contaminadoras. Os radicais livres são átomos ou moléculas que têm eletrões ímpares.

As células de plasma não térmico podem utilizar um campo elétrico de alta tensão para criar grandes quantidades de radicais livres altamente reativos. Os radicais livres podem ser utilizados para reagir com, e separar, produtos químicos orgânicos perigosos para convertê-los em substâncias não perigosas, tais como dióxido de carbono ou água.

Os fotões ultravioletas no plasma afetam células de bactérias induzindo a formação de dimeros de timina no ADN. Isto inibe a capacidade das bactérias para se replicarem corretamente. Este efeito pode ser particularmente útil na aplicação do tratamento de doenças sexualmente transmissíveis, onde pode ser desejável reduzir o nível de bactérias, mas não destrui-las totalmente, isto é, de modo a não destruir a flora natural do corpo. É igualmente reconhecido que as espécies reativas criadas no plasma desempenham um papel importante na esterilização. Em particular, as descargas que contêm oxigénio podem ter um forte efeito germicida. Por exemplo, o plasma contém habitualmente eletrões carregados e iões, bem como espécies quimicamente ativas, tais como ozono, óxidos nitrosos e radicais hidroxilo. Como um exemplo de um efeito clínico que pode ser produzido utilizando estes sistemas, é possível produzir plasma de óxido nítrico utilizando hélio e ar, em que o hélio ajuda o plasma a formar-se eficazmente a partir do ar a baixas energias; se for possível inserir este plasma no corpo, o mesmo poderá ser utilizado para ajudar a combater a infeção e a inflamação - isto pode ser particularmente útil para aplicações endoscópicas ou minimamente invasivas, p. ex. tratamento de doenças sexualmente transmissíveis ou esterilização de inserção no corpo. Os radicais hidroxilo que podem ser produzidos a partir de plasma são outra fonte útil, uma vez que são muito mais eficazes na oxidação de poluentes no ar do que o ozono e são diversas vezes mais germicidas e fúngicos do que o cloro, o que os torna muito interessantes em termos da destruição de bolor, bactérias e vírus .

Igualmente, foi sugerido que as partículas carregadas podem desempenhar um papel significativo na rutura da membrana exterior das células de bactérias. A força eletrostática causada por acumulação de carga na superfície exterior da membrana das células pode superar a resistência à tração da membrana e, por conseguinte, provocar a respetiva rutura. Este processo tem maior probabilidade de ocorrer relativamente a bactérias Gram-negativas, que possuem superfícies irregulares. 0 documento US 2007//0193517 divulga um aparelho de geração de plasma que tem uma porção de geração de micro-ondas e uma diversidade de bocais de geração de plasma, que recebem um abastecimento de gás e acoplam energia de micro-ondas a partir da porção de geração de micro-ondas para gerar um gás plasma. O documento US 2005/0269199 divulga um processo para a esterilização de um objeto contaminado dielétrico com um plasma criado submetendo um gás a um campo eletromagnético. O documento EP 1 7 65 044 divulga uma fonte de plasma para a desinfeção de feridas compreendendo uma câmara de ionização que tem diversos elétrodos de ionização aí dispostos com uma relação predeterminada entre a distância elétrodo-elétrodo e a distância elétrodo-parede. 0 documento WO 2006/014862 divulga um sistema de fileira de bocais de plasma de micro-ondas no qual diversos elementos de bocal são dispostos para receber energia de micro-ondas de uma cavidade de micro-ondas através de um condutor em forma de haste. O documento US 6.969.487 divulga um processo de desnaturação de um agente bioquímico através da produção de um vapor de fluido de limpeza ativado, que pode conter espécies no estado de plasma. O documento US 4.207.286 divulga um método de esterilização da superfície de objetos colocando-os no fluxo de um gás plasma de baixa temperatura e baixa pressão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

No geral, a presente divulgação propõe um sistema de esterilização que tem uma fonte de radiação de micro-ondas não ionizante controlável (p. ex. que pode ser modulada de forma ajustável) para o fornecimento de energia de micro-ondas para a combinação com um gás (p. ex. um gás inerte ou uma mistura de gases inertes) para produzir plasma atmosférico. A divulgação apresentada abaixo contém uma quantidade de aspetos interligados. O primeiro aspeto refere-se ao sistema como um todo e os aspetos subsequentes referem-se a vários aplicadores de plasma, p. ex. ferramentas de direcionamento e geração de plasma, que incluem um gás (ou uma mistura de gases) e energia de micro-ondas e contêm uma estrutura que pode ser utilizada para gerar o plasma e pode ser utilizada com o sistema para fornecer determinados benefícios associados a diferentes modos de utilização.

Os aplicadores de plasma podem direcionar e/ou concentrar o plasma nas regiões de interesse utilizando disposições de antena adequadas que são concebidas e desenvolvidas especificamente para permitir a criação e o fornecimento de uma pluma de plasma adequada, ou uma diversidade de plumas, de modo a ser possível produzir plasma atmosférico controlado que seja útil para destruir vários tipos de bactérias, vírus ou fungos, ou utilizado para o tratamento de vírus ou infeções virais.

Esta invenção pode ser utilizada para reduzir significativamente níveis de bactérias, sem as eliminar completamente, p. ex. para a utilização em zonas do corpo onde é necessário que exista um nível residual de bactérias. Para outras aplicações, talvez seja apropriado dispor o sistema ou o equipamento de maneira a permitir a destruição total das bactérias ou dos vírus. 0 sistema de tratamento aqui introduzido utiliza radiação não ionizante, p. ex. gerada utilizando um oscilador de fonte para produzir um sinal de frequência de micro-ondas de baixa potência e um amplificador de potência (p. ex. uma disposição de transístores de micro-ondas), para amplificar o sinal de baixa potência até um nível que seja suficientemente elevado para permitir que um campo elétrico seja produzido, o que é necessário para acionar o plasma utilizando um gás que se verificou ser adequado para a aplicação específica. É possível utilizar amplificadores de sinal de estado sólido. 0 sistema também pode funcionar num modo em que o amplificador seja colocado em saturação ou potência total para estabelecer um campo elétrico necessário para acionar o plasma e, em seguida, afastado depois de ser acionado.

Nesta especificação "frequência de micro-ondas" pode ser utilizada em geral para indicar a gama de 400 MHz a 100 GHz, mas preferencialmente a gama de 1 GHz a 60 GHz. As frequências específicas que foram consideradas são: 900 MHz, 2,45 GHz, 3,3 GHz, 5,2 GHz, 10 GHz, 14,5 GHz e 24 GHz.

De acordo com a invenção, é fornecido um aparelho de esterilização por plasma compreendendo: uma diversidade de aplicadores coaxiais, cada um dos diversos aplicadores coaxiais tendo uma região de geração de plasma fechada e uma saída para direcionar o plasma para fora da região de geração de plasma em direção a uma superfície a ser esterilizada; um gerador de radiação de micro-ondas ligado para fornecer energia de micro-ondas; um divisor de potência ligado para dividir a energia de micro-ondas do gerador de micro-ondas entre a diversidade de aplicadores de plasma coaxiais, o gerador de radiação de micro-ondas compreendendo um controlador disposto de forma ajustável para controlar a energia de micro-ondas fornecida à diversidade de aplicadores de plasma coaxiais; e uma alimentação de gás ligada para fornecer gás a cada um dos diversos aplicadores de plasma coaxiais, em que cada um dos diversos aplicadores coaxiais compreende um condutor exterior, um condutor interior e um acoplador situado numa extremidade de entrada do mesmo para acoplar a energia de micro-ondas do divisor de potência, e em que o aparelho compreende ainda um gerador de alta tensão ligado a uma diversidade de dispositivos de ignição, cada dispositivo de ignição sendo acoplado ao condutor exterior de um respetivo aplicador de plasma coaxial de modo a gerar, com base num sinal de controlo do controlador, um campo elétrico elevado entre os condutores interior e exterior do respetivo aplicador coaxial para acionar um plasma não térmico para o fornecimento fora do aplicador de plasma coaxial, o controlador sendo disposto para controlar o gerador de radiação de micro-ondas para fornecer energia de micro-ondas para manter o plasma não térmico depois de o mesmo ser acionado. A capacidade para controlar a energia de micro-ondas pode permitir a geração de um plasma que seja mais adequado para qualquer uma de uma variedade de aplicações de interesse. 0 controlo da energia de micro-ondas e/ou a taxa de fluxo de gás e/ou a mistura de gases fornece controlo sobre o tamanho da pluma e a temperatura na superfície do tecido ou material que está a ser tratado. Além disso, o sistema pode ser disposto para quantificar a dosaqem de energia de plasma fornecida à superfície a ser tratada, p. ex. superfície de tecido biológico. A energia de micro-ondas pode ser controlada por qualquer um ou mais entre a alteração de uma frequência da energia de micro-ondas de uma maneira controlada (p. ex. controlando a frequência de radiação a partir do gerador de radiação de micro-ondas) , a alteração do nível de potência de uma maneira controlada, e a modulação da energia de micro-ondas de uma maneira controlada. 0 controlador pode incluir um modulador de sinais de micro-ondas disposto para modular a energia de micro-ondas fornecida à região de geração de plasma. A frequência de modulação pode variar entre 0,1 Hz e 10 MHz. O ciclo de funcionamento pode ser de menos de 1% a 100%. Em algumas formas de realização, a frequência de modulação pode ser de 10 Hz a 100 KHz e o ciclo de funcionamento pode variar entre 10% e 25%. Nas formas de realização preferidas, a frequência de modulação pode corresponder a um valor entre 100 Hz e 1 KHz, e o ciclo de funcionamento pode ser de 20%. O aparelho pode ser assim disposto para gerar o plasma utilizando um funcionamento por impulsos. Numa forma de realização, o plasma pode ser acionado em cada impulso (o acionamento pode ocorrer devido a uma corrente passageira produzida numa das extremidades do impulso - normalmente a extremidade positiva). O funcionamento do sistema pode implicar a necessidade de uma aplicação contínua de impulsos no sistema para gerar os efeitos clínicos e biológicos necessários.

Um campo de CC ou nível de tensão de CC pode ser aplicado no campo de micro-ondas na região de geração de plasma. Numa forma de realização específica, uma polarização em "T" pode ser utilizada na entrada do aplicador de plasma ou da antena, e a tensão de CC aplicada através de um indutor, ao passo que o campo de micro-ondas pode ser aplicado através de um condensador. Nesta disposição, o indutor irá passar a tensão de CC, mas bloquear o sinal de micro-ondas de alta frequência. A reactância indutiva é fornecida por 2nfL (em que f corresponde à frequência da energia de micro-ondas e L corresponde à indutância do indutor). Se a frequência for zero (isto é, CC) , e a indutância tiver um valor finito, a impedância tende para zero. 0 condensador irá passar o sinal de micro-ondas de alta frequência, mas bloquear a 1 tensão de CC. A reactância capacitiva é fornecida por ^fC (em que C corresponde à capacitância do condensador). Se a frequência tender para a infinidade (p. ex. 400 MHz ou mais) e a capacitância tiver um valor finito, a impedância tende para zero. A tensão de CC pode ser utilizada para iniciar ou acionar o plasma e o campo de micro-ondas pode ser utilizado para sustentar o plasma. Um stub (comprimento de linha de transmissão) de regulação fixo ou uma diversidade de stubs de regulação também podem ser dispostos como um filtro rejeita-banda para substituir o indutor e ser utilizados para bloquear ou parar os sinais de alta frequência que estão a regressar à baixa frequência ou ao gerador de CC. O gerador de radiação de micro-ondas pode incluir um amplificador, p. ex. compreendendo uma diversidade de transístores de estado sólido ou um amplificador de tubo ou uma cavidade ressonante. O controlador pode incluir um atenuador variável disposto para controlar um nível de potência ou a extensão do impulso de uma entrada de sinais de micro-ondas do amplificador. O atenuador variável pode ter um tempo de resposta suficientemente rápido para funcionar como o modulador de sinais de micro-ondas mencionado acima.

Numa forma de realização, o controlador pode incluir um modulador de sinais de amplificador disposto para modular um sinal de ativação para o amplificador. Esta forma de realização pode assim fornecer modulação dupla, isto é, modulação do sinal de entrada do amplificador e do sinal de ativação. Isto pode permitir que os requisitos de massa térmica e arrefecimento do amplificador, p. ex. requisitos de arrefecimento de água e ventiladores, sejam reduzidos desligando o sinal de ativação quando não é necessário o fornecimento de potência de micro-ondas, p. ex. quando o sinal de entrada corresponde a zero ou o primeiro modulador (comutador rápido) é desligado.

Na invenção, a potência de micro-ondas de uma única fonte de alta potência é dividida para ativar uma diversidade de aplicadores de plasma para permitir a produção de uma fileira de plumas de plasma. Esta ideia é explorada abaixo em mais detalhe.

Para acionar o plasma, é desejável ter um campo elétrico elevado (p. ex. condição de alta tensão) . No estado de acionamento de plasma (isto é, antes de o plasma existir) , o gás não é condutor e, por conseguinte, tem elevada impedância. Para acionar o plasma, é necessário estabelecer o estado de elevada impedância na extremidade distai do aplicador ou dentro do aplicador, de modo a permitir a alta tensão (campo elétrico elevado) necessária para decompor o gás a ser gerado. 0 aparelho da invenção pode permitir que a magnitude da potência de micro-ondas fornecida ao plasma seja controlada, p. ex. através de modulação do sinal de micro-ondas e controlo do ganho do amplificador ou controlo do nível do sinal de entrada para um amplificador com ganho fixo, bem como a eficiência em que é fornecida, p. ex. através de adaptação de impedância dinâmica. Esta disposição também pode permitir que a dosagem de energia de plasma fornecida à superfície a ser esterilizada (p. ex. tecido biológico) seja quantificada de forma precisa.

Numa forma de realização, o aplicador de plasma pode ser disposto seletivamente para emitir plasma (radiação ionizante) e radiação de micro-ondas (não ionizante) . 0 aparelho pode assim emitir só plasma, só energia de micro-ondas, ou uma mistura dos dois. Num exemplo, o mesmo gerador de radiação de micro-ondas pode ser utilizado para criar tanto o plasma como a energia de micro-ondas, mas é possível utilizar diferentes antenas de micro-ondas ou aplicadores para orientar a energia de micro-ondas e o plasma em direção à superfície. Um mecanismo de regulação pode ser utilizado para adaptar (p. ex. acoplar eficazmente) a energia de micro-ondas e/ou o plasma na superfície a ser tratada. A capacidade para emitir radiação de micro-ondas não ionizante, bem como plasma, é benéfica para aplicações, tais como a esterilização de colchões e almofadas onde as bactérias podem manifestar-se debaixo de uma superfície a ser tratada, bem como nessa superfície. Neste caso, o plasma pode ser utilizado para destruir as bactérias na superfície, e a energia de micro-ondas pode ser utilizada para destruir as bactérias por baixo da superfície, por exemplo, 2 mm a 20 mm por baixo da superfície. A frequência de micro-ondas utilizada para criar o plasma pode ser igual à utilizada para matar as bactérias diretamente utilizando potência de micro-ondas, ou podem ser utilizadas duas frequências de micro-ondas diferentes. Por exemplo, é possível utilizar 2,45 GHz, 3,3 GHz ou 5,2 GHz em ambas as modalidades, ou é possível utilizar 4,2 GHz para criar o plasma, e é possível utilizar 2,45 GHz para a esterilização através de radiação não ionizante. O aparelho pode incluir um controlador de fluxo disposto para controlar de forma ajustável o fluxo de gás na alimentação de gás. A taxa de fluxo de gás pode afetar o tamanho da pluma de plasma ou a energia de plasma; isto pode ser controlado pelo controlador de fluxo. A alimentação de gás pode ser disposta para direcionar o plasma pela saída da região de geração de plasma, isto é, para garantir que a pluma de plasma se estende para fora da região de geração de plasma para entrar em contacto com a superfície a ser esterilizada.

Os gases que são de interesse para a implementação do aparelho aqui divulgado são: ar, hélio, árgon, azoto, ar comprimido e dióxido de carbono. 0 sistema não necessita de limitar-se a estes gases. As misturas de gás podem ser utilizadas, p. ex. podem ser utilizadas várias concentrações de árgon, ar e hélio, isto é, 1% de ar e 99% de hélio ou 5% de ar e 95% de hélio. Para fornecer diretividade à alimentação de gás, pode ser utilizado ar comprimido. A combinação de hélio e ar comprimido pode produzir plasma que é particularmente útil para o tratamento de dermatite de contacto.

Por exemplo, o gerador de radiação de micro-ondas pode incluir uma fonte de estado sólido capaz de produzir potência de micro-ondas até 300 W numa banda de frequência de 850 MHz a 925 MHz. A fonte pode ser disposta para passar por esta banda de frequência, de modo a encontrar a posição ressonante na qual é criado o campo elétrico máximo. A fonte pode ser modulada em frequências de menos de 1 Hz a mais de 100 kHz. Num exemplo específico, a frequência de modulação pode ser definida para 420 Hz com um ciclo de funcionamento de 20%. A frequência de micro-ondas pode ser ajustada para permitir a otimização da energia de micro-ondas fornecida pelo plasma. Por exemplo, uma estrutura de antena ou um aplicador pode ser concebido para funcionar numa determinada frequência (p. ex. 900 MHz), mas em utilização a frequência mais eficaz pode ser diferente (p. ex. 866 MHz) . A invenção pode utilizar uma radiofrequência (RF) ou uma fonte de frequência média ou baixa frequência para acionar o plasma e uma fonte de micro-ondas para manter ou sustentar o plasma.

As disposições coaxiais são utilizadas como os aplicadores para criar o plasma. Os transformadores de impedância de quarto de onda (ou um número impar do mesmo) podem ser realizados em sistemas coaxiais ou de guia de ondas, e a estrutura especifica utilizada pode ser determinada pela aplicação especifica e pelo ambiente no qual é desejado gerar o plasma, isto é, sobre uma superfície externa ou dentro de uma cavidade do corpo. Numa forma de realização, o sistema pode compreender uma fonte de estado sólido, um regulador e uma estrutura de aplicador de impedância fixa simples (p. ex. 50 Ω) para criar e sustentar o plasma. Noutra forma de realização, o sistema pode não incluir um regulador, mas pode ter um transformador de tensão no aplicador (criado p. ex. utilizando uma diversidade de transformadores de impedância) para acionar o plasma e depois continuar o acionamento para criar um plasma quase contínuo. Os acionamentos de plasma repetidos podem ser benéficos para regular a temperatura do plasma.

Para criar o plasma, o aplicador de plasma inclui dispositivos de ignição que podem ser feitos de material de cerâmica/intermetálico ou dispositivos de ignição piezoelétricos que geram uma faísca de alta tensão com base no impacto de uma disposição de martelo de mola no material de cerâmica piezoelétrica. Depois de o plasma ter sido acionado, ou iniciado, a energia de micro-ondas pode então ser utilizada para permitir que o plasma seja sustentado ou mantido. Para facilitar, é possível utilizar elementos de regulação no instrumento ou no gerador. O aplicador de plasma pode incluir uma ou mais estruturas de ressoador feitas de tungsténio ou outro material que possa aguentar temperaturas elevadas. Por exemplo, a estrutura ressonante pode incluir uma agulha ou haste de tungsténio revestida com um material que seja um bom condutor, isto é, prata, cobre ou ouro. Por exemplo, é possível utilizar nitrato de prata para revestir a agulha por meio de eletrogalvanização com prata ou sulfato de cobre utilizado para o revestimento com cobre. É possível utilizar outros condutores de baixa perda, p. ex. cobre, alumínio, aço inoxidável revestido com prata, etc., que têm um pequeno comprimento de tungsténio frisado até à extremidade distai onde é pretendido que o plasma seja gerado.

Os tubos de quartzo ou as porções de quartzo podem ser utilizados no interior da estrutura para efeitos de intensificação do campo elétrico gerado entre o elétrodo interior e exterior numa disposição de aplicador coaxial aproximando eficazmente mais os dois condutores. 0 tubo de quartzo previne igualmente o movimento em arco entre os dois condutores, o que ajuda a produzir um feixe uniforme de plasma. É preferível utilizar um material de quartzo de baixa perda.

Talvez seja preferível dispor o aplicador de maneira a que a energia de micro-ondas e a mistura de gases entrem na estrutura pela mesma extremidade, isto é, na mesma direção do próprio aplicador. Esta funcionalidade será de particular relevância quando o dispositivo for inserido num orifício natural onde é desejável um formato alongado global. Numa disposição assim, pode ser preferível que o aplicador seja flexível e tenha um comprimento total superior a 1 m e um diâmetro suficientemente pequeno para permitir que o mesmo seja inserido pelo canal de instrumento de um endoscópio cirúrgico padrão, isto é, inferior a 2,5 mm.

Cada aplicador de plasma compreende um conjunto coaxial com um condutor interior circundado por, e separado de, um condutor exterior, em que o condutor interior se estreita na respetiva extremidade distai para concentrar um campo elétrico na região de geração de plasma de modo a provocar o acionamento do plasma quando são fornecidos gás e energia de micro-ondas ao mesmo. 0 conjunto coaxial pode incluir uma diversidade de transformadores de tensão, cada um tendo uma impedância diferente, os diversos transformadores de tensão sendo dispostos para concentrar um campo elétrico na região de geração de plasma. Cada transformador de tensão pode compreender uma secção do conjunto coaxial com um comprimento correspondente a um quarto de comprimento de onda da energia de micro-ondas assim transportada a partir do gerador de micro-ondas, e em que as impedâncias da diversidade dos transformadores de tensão podem ser definidas selecionando o diâmetro exterior do condutor interior em cada secção do conjunto coaxial. 0 aparelho pode incluir um dispositivo de afastamento ajustável disposto para manter uma distância mínima definida entre o aplicador de plasma e a superfície a ser esterilizada. 0 dispositivo de afastamento ajustável pode ser utilizado para alterar a posição da pluma de plasma relativamente à superfície a ser esterilizada, p. ex. tecido biológico. Isto pode ser utilizado para controlar a temperatura do plasma na superfície. 0 aplicador de plasma pode incluir uma secção adicional situada na extremidade distal do aplicador que funciona como um separador para garantir que todos os materiais ou as superfícies com os quais o plasma entra em contacto não aquecem acima de uma temperatura definida, isto é, 38 °C. 0 separador pode ser ajustável para permitir que o plasma seja produzido numa gama de temperaturas. A distância entre a extremidade do aplicador e o separador pode ser ajustável automaticamente. Um sensor de temperatura ou uma fileira de sensores, p. ex. termopares, pode ser colocado na extremidade do separador para permitir que a temperatura do plasma seja medida, e estas informações podem ser utilizadas num ciclo fechado para permitir que o ajustador possa ser deslocado automaticamente de acordo com a temperatura necessária. Talvez seja preferível que o separador seja feito de um plástico térmico ou um material de cerâmica (embora esta invenção não se limite a este caso) . 0 separador pode ser deslocado utilizando um acionador eletromecânico, p. ex. uma válvula de solenoide. Numa forma de realização específica, um separador de plástico tubular pode ser revestido na parede interior com um material de alta permeabilidade, e é possível colocar uma bobina ou bobinagem sobre o separador; quando a bobina é magnetizada, o separador será deslocado por uma força magnetizante estabelecida dentro da bobina. Um segundo tubo pode ser necessário para separar o separador móvel da bobina estática. Esta disposição também pode ser utilizada num ciclo de controlo que tem em consideração a energia de micro-ondas, o fluxo de gás e a mistura de gases, em que estes parâmetros podem ser alterados de acordo com a temperatura medida utilizando os termopares ou sensores de temperatura contidos dentro do separador. Esta disposição pode ser utilizada com uma gama de aplicadores para matar bactérias contidas numa quantidade de superfícies diferentes. 0 aplicador de plasma pode incluir meios de deteção na respetiva extremidade distai que é disposta para fornecer informações relativamente ao plasma, de modo a permitir a realização de ajustes (se necessário), isto é, conteúdo espetral (comprimentos de onda), energia de plasma e temperatura de plasma. Por exemplo, o aplicador de plasma ou dispositivo de afastamento pode incluir qualquer um entre um sensor de temperatura, um calorímetro, um ou mais fotodetetores para a monitorização de um conteúdo espetral do plasma produzido na extremidade distal do aplicador. As informações obtidas a partir destes sensores podem ser utilizadas num ciclo de realimentação para controlar o plasma produzido na saída do sistema, isto é, controlar o nível de potência de micro-ondas, o ciclo de funcionamento, a forma de onda da potência de micro-ondas, a taxa de fluxo de gás, a mistura de gases, a temporização de gás, etc. A estrutura de alimentação de potência de micro-ondas pode ser combinada com a alimentação de gás, isto é, a energia de micro-ondas e o gás podem ser fornecidos a uma região de geração de plasma utilizando uma estrutura coaxial comum, p. ex. um conjunto de cabos integrado. 0 conjunto de cabos integrado pode ser utilizado para transportar gás ao longo do mesmo em ambas as direções, isto é, em direção ao, e para longe do, aplicador de plasma.

Para uma propagação eficaz de campos eletromagnéticos nas frequências de micro-ondas, as espessuras de parede dos condutores envolvidos na propagação de campo de micro-ondas são limitadas a uma pequena fração das espessuras de condutor totais, isto é, apenas uma pequena fração da parede exterior do condutor interior e a parede interior do condutor exterior são necessárias para permitir que os campos de micro-ondas se propaguem intactos, e deste modo a parte interior do condutor interior e a parte exterior do condutor exterior podem ser utilizadas para outras finalidades para além do transporte da energia eletromagnética. É proposto que a parte interior do condutor interior seja utilizada para transportar gás (ou uma mistura de gases) do cilindro de gás (fonte) para o aplicador de plasma. Numa forma de realização, pode ser fornecida uma passagem além do condutor exterior para o transporte de gás residual para longe da região de geração de plasma. 0 gás residual pode ser devolvido ao cilindro de gás ou a um reservatório externo para a reciclagem ou recirculação de volta ao longo do conjunto de cabos para produzir mais plasma.

Para manter as espessuras das paredes num mínimo, é preferível utilizar condutores de alta condutividade ao construir o conjunto coaxial, isto é, é preferível utilizar prata, cobre ou ouro no fabrico de condutores interiores e exteriores, e deste modo a linha de transmissão que suporta a propagação da energia de micro-ondas pode compreender um tubo flexível feito de um material dielétrico que é revestido com uma camada fina de material metálico nas respetivas superfícies interior e exterior. A energia de micro-ondas pode ser transportada utilizando um guia de ondas coaxial que seja capaz de suportar a propagação de uma onda transversal eletromagnética (TEM), e o gás (ou mistura de gases) é transportado utilizando um canal formado pelo centro do condutor central do guia de ondas coaxial e/ou um canal formado além da parede metálica exterior do guia de ondas e da parede interior de um revestimento ou camada protetora. Nesta disposição, a ideia de espessura de condutor limitada necessária para a propagação do campo de micro-ondas é utilizada para permitir que o condutor central seja utilizado como uma conduta para o gás. Por exemplo, se um condutor sólido a ser utilizado tiver um diâmetro de 2 mm, apenas é necessária uma fração deste fio sólido ou haste para a propagação do campo de micro-ondas.

Num exemplo, o condutor interior do conjunto coaxial descrito acima pode ser um tubo oco com um canal relacionado, e em que a alimentação de gás é ligada ao canal para fornecer gás à extremidade distal do condutor interior. A espessura do tubo pode ser inferior a dez (preferencialmente cinco ou menos) profundidades de penetração do material na frequência da energia de micro-ondas assim transportadas a partir do gerador de micro-ondas .

Em alternativa, ou adicionalmente, o conjunto coaxial pode estar situado numa cobertura e pode incluir um canal de fluxo de gás circundado pela cobertura que se encontra fora da superfície exterior do condutor exterior. 0 condutor exterior pode ter uma espessura inferior a dez (preferencialmente menos de cinco) profundidades de penetração do material na frequência da energia de micro-ondas assim transportada a partir do gerador de micro-ondas, e o canal de fluxo de gás é um canal anular entre a superfície exterior do condutor exterior e uma superfície interior da cobertura.

Numa forma de realização, podem existir assim dois canais de fluxo de gás independentes na estrutura de alimentação de potência de micro-ondas. Isto pode permitir que o gás seja fornecido e extraído da região de geração de plasma utilizando uma única unidade independente.

De acordo com uma forma de realização, pode ser fornecida uma primeira secção de conjunto de cabos de micro-ondas coaxiais (p. ex. linha de transmissão) de modo a permitir que o gás seja fornecido ao aplicador para permitir a geração de plasma de natureza apropriada, e uma segunda secção do mesmo conjunto de cabos de micro-ondas coaxiais para permitir a remoção do gás da estrutura com a finalidade de impedir o aumento de pressão dentro da cavidade ou do orifício natural onde o aplicador é inserido. A primeira e a segunda secções podem incluir o condutor interior oco e o canal entre o condutor exterior e o invólucro descritos acima.

Talvez seja desejável aspirar o gás de volta ao longo do aplicador e do cabo para garantir que a pressão não consegue aumentar dentro da cavidade. Igualmente, pode ser desejável utilizar esta disposição para fazer circular de novo uma porção do gás em vez de perder o gás devolvido na atmosfera. Isto pode ajudar a preservar fontes valiosas de gases naturais. 0 gás residual pode ser devolvido a um reservatório que funciona como um depósito para o gás devolvido, de modo a permitir que o mesmo seja utilizado eficazmente outra vez para criar mais plasma de tratamento. Igualmente, pode ser necessário incluir uma quantidade de válvulas unidirecionais no sistema para garantir que o fluxo de gás se encontra na direção desejada dentro do sistema. 0 mesmo canal ou um dos canais introduzidos na estrutura de linha de transmissão pode ser utilizado para introduzir materiais diferentes de gás no tecido, p. ex. talvez seja benéfico introduzir um liquido ou fluido na região que está a ser esterilizada antes ou depois do processo de esterilização. Numa disposição assim, os canais de gás, ou um deles, serão utilizados para transportar o gás e o outro material de uma maneira em série.

Este aspeto também pode incluir um sistema de controlo de gás, que permite que o gás em excesso seja devolvido aspirando-o de volta ao longo do aplicador de plasma e do conjunto de cabos. 0 sistema de controlo de gás também pode ser disposto para controlar o gás fornecido à região de geração de plasma para criar o plasma, p. ex. permitindo o ajuste da pressão ou taxa de fluxo. 0 sistema de controlo de gás pode conter um reservatório para permitir que o plasma em excesso seja armazenado antes de ser bombeado de volta para o aplicador de plasma de modo a produzir mais plasma. 0 sistema de controlo de gás também pode conter um misturador ou combinador de gás para permitir que o gás devolvido seja misturado com o abastecimento de gás (a partir de um cilindro ou um sistema de geração de gás) . 0 sistema de controlo de gás também pode conter uma disposição de bombas para permitir que o gás seja aspirado do aplicador de plasma, ou bombeado para o combinador de gás, ou bombeado para o aplicador de plasma. 0 sistema de controlo de gás também pode conter uma disposição de válvulas de fluxo de gás para garantir que o gás circula apenas na direção desejada. 0 sistema de controlo de gás também pode conter um comutador de fluxo, cuja operação pode ser regulada por sinais obtidos a partir de um microprocessador, unidade DSP ou outra disposição de processamento adequada de sinais digitais ou analógicos. 0 comutador de fluxo pode ser uma disposição de solenoide, em que um campo magnético aplicado controla a posição da válvula ou o nível de abertura da válvula. 0 sistema de controlo de gás também pode conter um monitor e ajustador de taxa de fluxo, cujo funcionamento pode ser regulado por sinais obtidos a partir de um microprocessador, unidade DSP ou outra disposição de processamento adequada de sinais digitais ou analógicos. 0 sistema de controlo de gás irá conter igualmente uma disposição de canos ou tubos que pode ser feita de um material plástico ou metálico. 0 sistema de controlo de gás pode conter, pelo menos, um cilindro de gás ou um gerador de gás. 0 sistema de controlo também pode ser responsável pela monitorização do restante nível de gás no interior dos cilindros, da quantidade de gás dentro do aplicador, da taxa de fluxo e da pressão.

Este aspeto pode igualmente incluir um meio de sincronização da energia de micro-ondas com o fluxo de gás para garantir que a energia de micro-ondas só está presente quando o aplicador de plasma é cheio com gás para permitir que o plasma desejado seja acionado e mantido. Um microprocessador ou processador de sinais digitais pode ser utilizado para efetuar as funções de temporização para garantir que a potência de micro-ondas e o gás são ligados e desligados nos momentos corretos. A sincronização correta garante que o gás não é desperdiçado e que a energia de micro-ondas produzida pelo gerador de micro-ondas não é refletida de volta do aplicador de plasma para o gerador. 0 último caso é indesejável, uma vez que irá provocar o aquecimento do aplicador e do cabo, e pode igualmente originar um esforço desnecessário nestes e noutros componentes no interior do sistema. Os monitores serão incluídos para indicar quando a potência de micro-ondas em excesso está a ser refletida de volta ao longo do cabo e/ou a taxa de fluxo de gás difere do valor exigido. 0 aparelho pode incluir um cabo de alimentação coaxial flexível ligado ao gerador de radiação de micro-ondas para fornecer energia de micro-ondas ao aplicador de plasma, em que o conjunto coaxial é formado integralmente numa extremidade distal do cabo de alimentação. 0 cabo de alimentação também pode incluir o primeiro e o segundo canais de fluxo de gás. 0 sistema descrito acima inclui uma unidade de divisão de potência disposta para dividir a energia de micro-ondas entre uma diversidade de regiões de geração de plasma formadas nos aplicadores de plasma, em que a alimentação de gás é ligada para fornecer gás a cada região de geração de plasma, e as saídas da diversidade de regiões de geração de plasma são dispostas espacialmente para fornecer uma camada ou linha substancialmente uniforme de plasma a partir de uma diversidade de plasmas gerados em cada região de geração de plasma respetiva.

Numa disposição, podem existir 10 ou mais regiões de geração de plasma situadas numa armação que define uma abertura, os aplicadores de plasma sendo dispostos para direcionar os plasmas para o interior a partir da armação para fornecer uma camada de plasma para os itens que passam pela armação.

Em alternativa, ou adicionalmente, todas as diversas regiões de geração de plasma podem estar situadas numa unidade portátil.

Um ou mais sensores de proximidade são dispostos para detetar se um objeto se encontra dentro dos limites de uma distância de limiar em relação aos aplicadores de plasma, em que as diversas regiões de geração de plasma são dispostas para fornecer uma camada de plasma direcionada para um objeto detetado como estando dentro dos limites da distância de limiar em relação aos aplicadores de plasma. Uma disposição de sensores térmicos também pode ser incluída e ligada num ciclo de realimentação para permitir a realização de ajustes de fluxo de gás, mistura de gases e energia de micro-ondas, de modo a garantir que a temperatura de plasma não excede um limite predefinido ou definido pelo utilizador.

Os aplicadores de plasma podem ter uma proteção exterior descartável disposta para fornecer as saídas da diversidade de regiões de geração de plasma. Os elementos ativos dos aplicadores, p. ex. as pontas de uma antena ou de um condutor onde ocorre o acionamento de plasma podem ser integrados na proteção para fornecer uma unidade descartável ou facilmente substituível. A proteção também pode ser utilizada para garantir que a temperatura do plasma não irá danificar o tecido ou os materiais (superfícies), isto é, menos de 37 °C.

Para aplicações em maior escala, p. ex. relacionadas com a esterilização de enfermarias de hospital, pode ser preferível dispor o sistema de esterilização por plasma de modo a que uma grande quantidade de jatos, por exemplo entre 100 e 500, emitam plasma em torno de uma armação que define uma abertura, que pode ser uma entrada de porta para uma enfermaria de hospital. A altura e largura da abertura podem ser ajustáveis (p. ex. utilizando automaticamente sensores de proximidade) de acordo com o tamanho da pessoa que pretende entrar na enfermaria. Neste sistema, a pessoa pode ser esterilizada utilizando o sistema de plasma antes de entrar na enfermaria do hospital.

Para aplicações semelhantes, uma fileira de jatos de plasma pode ser disposta para emitir plasma em torno de uma armação, e a armação pode ser deslocada automaticamente ao longo das superfícies ou à volta de uma cama de hospital para permitir a esterilização da cama ou da superfície. Este processo pode ser semiautomático, isto é, um funcionário do hospital pode ter de colocar a armação na posição devida e o sistema verifica automaticamente o item ou a superfície de interesse.

Num desenvolvimento deste aspeto, o sistema de esterilização por plasma pode ser disposto de maneira a ser utilizada uma quantidade de jatos de plasma para verificar uma superfície de um item ou material. Um exemplo desta forma de realização pode ser uma caixa que contém dois jatos de plasma que são dispostos de modo a que os jatos se desloquem em torno da caixa numa armação, ou cavalete, que contorna toda a caixa. Essa disposição pode ser utilizada para esterilizar as mãos antes de uma pessoa entrar numa enfermaria de hospital. 0 aplicador de plasma pode ser ligado a um braço de verificação semelhante ao utilizado nos traçadores x-y. É possível utilizar uma diversidade de braços (p. ex. cinco ou mais), cada um tendo o respetivo próprio jato de plasma.

Um outro exemplo desta disposição pode fornecer uma caixa em que os braços de verificação são ajustáveis em altura e movimento lateral, por exemplo, a mão pode ser colocada junto a uma das paredes laterais e na base da caixa, e uma primeira disposição de sensores de proximidade pode ser utilizada para deslocar um ou diversos jatos de plasma de cima para baixo para garantir que a parte de cima da mão é coberta por plasma, e uma segunda disposição de sensores de proximidade pode ser utilizada para deslocar um ou diversos jatos de plasma para dentro a partir do lado para garantir que a parte lateral da mão é coberta por plasma. Uma disposição semelhante também pode ser utilizada para esterilizar itens que são habitualmente manuseados e utilizados pelos funcionários do hospital, por exemplo, canetas, blocos de notas, etc.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Os exemplos dos vários aspetos indicados acima são descritos detalhadamente abaixo em relação às figuras em anexo, em que: a Fig. 1 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de esterilização por plasma que é útil para compreender a invenção; a Fig. 2 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de esterilização por plasma que é útil para compreender a invenção; a Fig. 3 é um diagrama de blocos de um sistema de esterilização por plasma que é útil para compreender a invenção; as Figs. 4a, 4b e 4c são diagramas de circuitos de blocos que ilustram o sistema de circuitos de controlo de amplificador; a Fig. 5 é uma vista esquemática em corte transversal de um aplicador de plasma coaxial adequado para a utilização na invenção; a Fig. 6 é uma vista esquemática em corte transversal de um aplicador de plasma de guia de ondas; a Fig. 7 é uma vista esquemática em corte transversal de um aplicador de plasma de guia de ondas no qual a energia de micro-ondas e o gás são introduzidos numa extremidade comum; a Fig. 8 é uma vista esquemática em corte transversal de um aplicador de plasma coaxial com canais de fluxo de gás integrados que é adequado para a utilização na invenção; a Fig. 9 é um diagrama de blocos de um sistema de devolução de gás residual que é adequado para a utilização com a invenção; as Figs. 10a, 10b, 10c, lOd e lOe são vistas esquemáticas axiais em corte transversal de aplicadores de plasma coaxiais com canais de fluxo de gás integrados que são adequados para a utilização na invenção; a Fig. 11 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de esterilização por plasma que é útil para compreender a invenção; a Fig. 12 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de esterilização por plasma que é útil para compreender a invenção; a Fig. 13 é um diagrama de circuitos de blocos que ilustra o sistema de circuitos de controlo de acionador de stub; a Fig. 14 é uma vista esquemática em corte transversal de um aplicador de plasma com um dispositivo de afastamento ajustável que é adequado para a utilização na invenção; a Fig. 15 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de esterilização por plasma com uma disposição de divisão de potência e diversas regiões de geração de plasma que são úteis para compreender a invenção; a Fig. 16 é um diagrama de blocos que ilustra uma disposição de divisão de potência adequada para a utilização com o sistema da Fig. 15; a Fig. 17 é um diagrama esquemático que ilustra um aplicador de plasma que define uma abertura; a Fig. 18 é um diagrama esquemático de um aplicador de plasma coaxial portátil com uma diversidade de regiões de geração de plasma; as Figs. 19a, 19b e 19c são diagramas esquemáticos de um aplicador de plasma coaxial portátil com e sem um mecanismo de regulação dinâmica; a Fig. 20 é um diagrama esquemático de um aplicador de plasma de guia de ondas portátil com uma diversidade de regiões de geração de plasma que corresponde a uma forma de realização da invenção; e a Fig. 21 é um diagrama esquemático de um aplicador de plasma coaxial adequado para a inserção através de um endoscópio.

DESCRIÇÃO DETALHADA; OUTRAS OPÇÕES E PREFERÊNCIAS A Fig. 1 é um diagrama de blocos de um sistema de esterilização por plasma que é útil para compreender a invenção. 0 sistema compreende uma fonte de energia de micro-ondas 10, p. ex. um oscilador de fonte de micro-ondas de baixa potência. A fonte 10 é disposta para produzir níveis de potência de mais de -10 dBm a menos de 20 dBm numa frequência de saída única estável. A frequência de saída pode ser ajustável numa banda estreita de frequências, p. ex. uma frequência central de 900 MHz pode ser ajustável entre 850 MHz e 950 MHz. A fonte 10 pode ser um oscilador de tensão controlada (VCO), um oscilador ressoador dielétrico (DRO), um oscilador de díodo Gunn ou um dispositivo semelhante que seja capaz de produzir um sinal de micro-ondas de baixa potência controlável. Um sintetizador de frequência que compreende uma diversidade de VCOs ou DROs também pode ser utilizado. A saída da fonte 10 é ligada à porta de entrada de um controlador de nível de potência 20, cuja função é permitir que o nível de potência do sinal da fonte 10 seja ajustado numa gama que seja adequada para permitir que o plasma seja acionado e, em seguida, permitir que a energia de plasma seja ajustada. O controlador do nível de potência 20 pode ser um atenuador de díodos PIN que possa ser um tipo refletivo ou absortivo. A saída do controlador do nível de potência 20 é ligada à entrada de um primeiro modulador 30, cuja função é ligar e desligar a potência de micro-ondas produzida na saída do controlador de potência 20 utilizando um sinal produzido por um controlador 140 (p. ex. um microprocessador) para permitir que a potência de micro-ondas de saída produzida na saída do amplificador de potência 500 se encontre num formato de impulsos em vez de num formato de onda contínua. A capacidade para controlar a ação de comutação do primeiro modulador 30 permite o controlo do tempo ligado do impulso, do tempo desligado do impulso e do formato do impulso. Isto permite a determinação da relação entre os tempos ligado e desligado (o ciclo de funcionamento) e a frequência (o inverso da soma do tempo ligado e do tempo desligado). A modulação pode não ser necessariamente periódica, isto é, pode consistir numa série de impulsos com vários ciclos de funcionamento e frequências. A capacidade para controlar os tempos ligado e desligado do impulso desta maneira fornece um meio adicional de controlo da energia produzida pelo plasma. A saída do primeiro modulador 30 é introduzida na entrada do amplificador de potência 500. O amplificador de potência 500 é preferencialmente um amplificador baseado em semicondutor cuja função é amplificar o nível de potência na saída do primeiro modulador 30 para um nível que seja suficiente para permitir que um plasma seja acionado e para permitir o fornecimento de energia suficiente ao plasma para o plasma produzir um efeito clínico útil em termos de redução ou morte de bactérias ou vírus. O amplificador de potência 500 pode compreender uma diversidade de estádios, isto é, estádio de ativador, estádio de pré-amplificador e estádio de alta potência. O amplificador pode utilizar qualquer um dos seguintes dispositivos semiconduntores: transístores bipolares de junção (BJTs) de alta frequência, transístores bipolares de heteroestrutura (HBTs), transístores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs) ou transístores de metal-semicondutor (MESFETs). Em termos dos materiais semicondutores que podem ser utilizados, o arsenieto de gálio (GaAs) e o nitreto de gálio (GaN) são de particular interesse.

Os FETs de GaN oferecem uma maior eficiência (potência de micro-ondas/potência de CC) em relação aos FETs de GaAs. Esta funcionalidade é de particular interesse no desenvolvimento de um sistema de plasma que seja capaz de fornecer energia de micro-ondas de alta potência, uma vez que os efeitos do aquecimento causados pela perda de potência de CC são reduzidos, o que aumenta a portabilidade do sistema e minimiza as questões de conceção térmica que necessitam de ser superadas ao desenvolver o sistema.

Para aplicações relacionadas com a esterilização de enfermarias de hospital ou outras aplicações em que um paciente não está diretamente envolvido com o tratamento por plasma, pode ser necessário criar uma grande quantidade de plasma. Por exemplo, para cobrir uma secção do piso de uma enfermaria de hospital ou para esterilizar um colchão de uma cama de hospital que possa estar infetado com o virus MRSA. Nesses exemplos, talvez seja desejável utilizar uma fileira de plumas de plasma geradas utilizando disposições de transformador coaxial semelhantes às utilizadas para o tratamento de outras aplicações clínicas identificadas acima, mas a fonte de potência de micro-ondas pode ser derivada de um dispositivo de geração de energia de micro-ondas de potência mais alta, tal como um magnetrão ou um clistrão, tubo de ondas progressivas (TWT), tuistrão (twystron) (combinação híbrida de um ativador de clistrão e secção de saída TWT em série no mesmo envelope), ou um girotrão. É mais difícil controlar o nível de potência produzida por estes dispositivos do que quando são utilizados dispositivos semicondutores, mas isto pode não ser um problema quando o plasma produzido pelo dispositivo não se encontra em contacto direto com o tecido do paciente. Por exemplo, os níveis de potência de impulsos superiores a 10 mega watts (MW) foram obtidos utilizando o tuistrão e clistrões de múltiplas cavidades. É desejável ser possível desligar as fontes de alimentação do dispositivo principal (alimentação do dreno em FETs e alimentação do coletor em BJTs) durante períodos em que não é necessário produzir potência de micro-ondas, isto é, quando o contacto de comutação do primeiro modulador 30 se encontra na posição desligada. Um segundo modulador 130 pode ser utilizado para efetuar esta função. 0 referido segundo modulador 130 pode compreender uma diversidade de comutadores BJT ou MOSFET de potência de frequência mais baixa que permitem que as fontes de alimentação de CC sejam ligadas aos FETs ou BJTs de potência de alta frequência quando for necessário gerar potência de micro-ondas para produzir o plasma. O funcionamento dos dispositivos de potência de frequência mais baixa que formam o segundo modulador 130 pode ser controlado alterando a tensão de porta ou a corrente de base dos FETs de potência ou BJTs de potência respetivamente. Os sinais de controlo são fornecidos pelo microprocessador 140 e os sinais utilizados para controlar o funcionamento do segundo modulador 130 podem ser sincronizados com o sinal de controlo utilizado para controlar o funcionamento do primeiro modulador 30. O segundo modulador 130 terá um tempo de resposta mais lento em relação ao do primeiro modulador 30, por conseguinte, talvez seja desejável modular ou produzir impulsos utilizando o primeiro modulador 30 dentro de uma janela quando o segundo modulador 130 se encontra ativado ou ligado. Por exemplo, o segundo modulador 130 pode ser ligado por um período de tempo de 100 ms e desligado por um período de tempo de 1 segundo; durante o período ligado, o primeiro modulador 30 pode produzir 50 impulsos com um tempo ligado de 1 ms e um tempo desligado de 1 ms. O primeiro modulador 30 e o segundo modulador 130 permitem que a energia produzida pelo plasma seja controlada para garantir que a temperatura do plasma e a energia do plasma são controladas, de modo a permitir ótimos efeitos clínicos em termos de morte ou redução de bactérias e/ou vírus a alcançar. A saída do amplificador de potência de micro-ondas 500 é introduzida na porta de entrada do circulador de potência de micro-ondas ou isolador de potência 50, cuja função é garantir que os níveis elevados de potência de micro-ondas refletida, devido às desadaptações de impedância na antena 300 ou em qualquer outro lugar no caminho entre a antena 300 e a porta de entrada até ao primeiro acoplador de potência direta 60, isto é 200, 90, 80, 100 e 70, não conseguem danificar o estádio de saída do amplificador de potência 500. Na disposição ilustrada na Fig. 1, um dispositivo de descarga de 50 Ω de potência 51 é ilustrado ligado à terceira porta de circulador de potência de micro-ondas 50. Qualquer potência que seja refletida de volta ao longo do caminho mencionado acima entre a antena 300 e o primeiro acoplador 60 será absorvida pelo referido dispositivo de descarga de potência 51. A porta de saída do circulador de potência de micro-ondas 50 é ligada à porta de entrada de linha principal do primeiro acoplador direcional de potência direta 60, cuja função é testar uma porção da potência direta produzida pelo amplificador de potência 500. Estas informações podem ser utilizadas para controlar o nível de potência de micro-ondas produzido pelo amplificador de potência 500 para garantir que o nível de potência exigido é igual ao nível de potência fornecido (real), isto é, estas informações podem ser utilizadas num ciclo de controlo de realimentação para ajustar automaticamente a potência de entrada que entra no amplificador para compensar a variação de potência de saída causada pelo aquecimento ou envelhecimento dos componentes de micro-ondas utilizados no alinhamento. As informações fornecidas pelo primeiro acoplador direcional direto 60 também podem ser utilizadas para controlar a posição dos stubs utilizados na rede de regulação de stubs (ou filtro de regulação) 100. A saída de linha principal do primeiro acoplador direcional de potência direta 60 é ligada à porta de entrada de linha principal do primeiro acoplador direcional de potência refletida 70, cuja função é testar uma porção da potência refletida que regressa da porta de entrada do filtro de regulação 100 devido a uma desadaptação de impedância causada pela posição dos elementos de regulação, ou pela impedância estabelecida dentro do filtro de regulação, ou pela impedância estabelecida pela antena 300 de acordo com o estado do plasma, e pelas transformações de impedância estabelecidas dentro do aplicador. As informações fornecidas pelo primeiro acoplador direcional de potência refletida 70 também podem ser utilizadas para controlar a posição dos stubs utilizados na rede de regulação de stubs (ou filtro de regulação) 100. Estas informações também podem ser utilizadas como uma parte de um mecanismo de segurança para detetar a condição dos componentes de micro-ondas utilizados no alinhamento. Numa disposição alternativa, o primeiro acoplador direcional de potência direta 60 pode ser fornecido antes de o circulador e o primeiro acoplador direcional de potência refletida 70 poderem ser fornecidos entre a terceira porta do circulador 50 e o dispositivo de descarga de potência 51. Esta disposição é vantajosa, uma vez que cada um dos sinais testados tem apenas um componente (direto ou refletido). A saída de linha principal do primeiro acoplador direcional de potência refletida 70 é ligada à porta de entrada do filtro de regulação (adaptador de impedância) 100, cuja função é estabelecer uma condição que irá permitir que a impedância do aplicador 300 seja de modo a que o plasma possa ser acionado e depois mantido. A condição para o plasma ser acionado é uma condição de alta tensão (elevada impedância) e a condição para o mesmo ser mantido é uma condição de corrente elevada (corrente elevada) . O filtro de regulação 100 pode ser um regulador de stub que contém um ou diversos stubs ou hastes de regulação, ou pode ser uma disposição de díodos PIN ou varactor de potência, em que a tensão de polarização é alterada para permitir que a capacitância seja alterada. Esta variação de capacitância é utilizada para permitir que as condições reguladas sejam estabelecidas com base nos requisitos de estado do plasma. No sistema ilustrado na Fig. 1, é incluída uma unidade de ajustador de stub 110; isto destina-se a um mecanismo de regulação mecânico em que as hastes de regulação se deslocam para dentro e para fora de uma cavidade, por exemplo, uma cavidade de guia de ondas. Três stubs de regulação são aqui ilustrados, mas esta disposição não é limitada à utilização de três, isto é, podem ser utilizados um, dois ou quatro. Três stubs podem ser preferíveis devido ao facto de esta disposição permitir que qualquer impedância entre um circuito aberto e um curto-circuito seja estabelecida dentro da cavidade de regulação. Os sinais utilizados para controlar o ajustador de stub provêm do microprocessador 140, e estes sinais podem basear-se nos sinais produzidos pela unidade de deteção 120 de acordo com as informações disponíveis nas portas acopladas dos acopladores direcionais 60, 70, 80 e 90. Os sinais de controlo fornecidos ao ajustador de stub 110 também podem ser na forma de dois formatos de sinal fixo; um primeiro para criar uma conhecida condição de elevada impedância que é utilizada para acionar o plasma, e um segundo para criar uma conhecida condição de baixa impedância para manter o plasma. O ajuste dinâmico dos stubs de regulação também pode ser utilizado para otimizar e controlar a energia de plasma.

Convém referir que um controlador PID pode ser utilizado entre o microprocessador 140 e um ajustador de stub 110 para controlar a resposta do ajustador de stub eletromecânico 110. Em alternativa, as funções de controlo PID podem ser controladas pelo microprocessador 140. Uma outra alternativa é a substituição do sistema de regulação mecânica por uma disposição de díodos varactor ou PIN de potência, em que a tensão de polarização aplicada aos díodos é utilizada para ajustar a camada de depleção no interior dos díodos para produzir uma variação de capacitância. Uma outra alternativa é ligar uma capacitância variável em derivação à linha de potência. A porta de saída do filtro de regulação é ligada à entrada de linha principal do segundo acoplador direcional de potência direta 80, cuja função é testar uma porção da potência direta que sai do filtro de regulação 100. Estas informações podem ser combinadas com as informações produzidas pela porta acoplada do primeiro acoplador de potência direta 60 (ou utilizadas independentemente) para controlar o nível de potência de micro-ondas produzido pelo amplificador de potência 500 para garantir que o nível de potência exigido é igual ao nível de potência (real) fornecido, isto é, estas informações podem ser utilizadas num ciclo de controlo de realimentação para ajustar automaticamente a potência de entrada que entra no amplificador para compensar a variação de potência de saída causada pelo aquecimento, pelo envelhecimento dos componentes de micro-ondas utilizados no alinhamento ou pelas alterações nas características de filtro de regulação 100. As informações fornecidas pelo segundo acoplador direcional direto 80 também podem ser utilizadas no algoritmo de regulação para controlar a posição dos stubs utilizados na rede de regulação de stubs (ou filtro de regulação) 100. A saída de linha principal do segundo acoplador direcional de potência direta 80 é ligada à porta de entrada de linha principal do segundo acoplador direcional de potência refletida 90, cuja função é testar uma porção da potência refletida que regressa do conjunto de cabos de micro-ondas 200 devido a uma desadaptação de impedância causada pela impedância do aplicador de plasma 300, que varia de acordo com o estado do plasma. As informações fornecidas pelo segundo acoplador direcional de potência refletida 90 também podem ser utilizadas para controlar a posição dos stubs utilizados na rede de regulação de stubs (ou filtro de regulação) 100. Estas informações também podem ser utilizadas como uma parte de um mecanismo de segurança para detetar a condição dos componentes de micro-ondas utilizados no alinhamento, isto é, utilizados para detetar uma rutura no alinhamento ou outro defeito. A saída de linha principal do segundo acoplador direcional de potência refletida 90 é ligada à extremidade proximal do conjunto de cabos de micro-ondas 200, cuja função é transportar energia de micro-ondas utilizada para acionar e manter o plasma a partir do gerador de micro-ondas controlável para o aplicador de plasma 300. O conjunto de micro-ondas 200 pode assumir a forma de um cabo coaxial concebido para suportar a propagação de energia de micro-ondas na frequência de interesse, ou qualquer outra estrutura de baixa perda, por exemplo, guia de ondas flexível ou flexível/entrançado. A extremidade distal do conjunto de cabos de micro-ondas 200 é ligada à extremidade proximal do aplicador de plasma 300, cuja função é introduzir a energia de micro-ondas e o gás (ou mistura de gases) no dispositivo para produzir o plasma que é adequado para reduzir ou destruir bactérias ou uma gama de vírus na extremidade proximal. O aplicador de plasma ilustrado na Fig. 1 compreende um primeiro transformador de impedância 310 a 330, um segundo transformador de impedância 320 a 330, um conetor de entrada de micro-ondas 340, um meio de acoplamento do cano ou tubo que fornece a mistura de gases 470 ao aplicador de plasma 300, e uma região de geração de plasma 350.

Os níveis (ou sinais) de potência refletida e direta testados disponíveis nas portas acopladas de acopladores direcionais 60, 70, 80 e 90 são introduzidos na unidade de deteção 120, cuja função é permitir que as informações de amplitude ou de amplitude/fase se encontrem disponíveis no microprocessador 140, em que estas informações de amplitude ou de amplitude/fase são extraídas e utilizadas para controlar o filtro de regulação 100. As informações a partir das portas acopladas dos acopladores direcionais 60, 70, 80 e 90 podem ser encaminhadas para a unidade de deteção 120 utilizando um comutador PIN quadripolar de direção única ou um comutador coaxial controlado por sinais produzidos pelo microprocessador 140 para permitir que seja utilizado um detetor para processar as informações produzidas pelos quatro acopladores. A unidade de deteção 120 pode assumir a forma de um detetor de díodos, um detetor homódino ou um detetor heteródino. O detetor de díodos pode assumir a forma de um díodo de túnel, um díodo Schottky ou qualquer outro díodo que possa ser utilizado como um retificador na frequência de interesse para fornecer informações de amplitude ou magnitude relacionadas com os níveis de potência direta e refletida nos acopladores direcionais 60, 70, 80, 90. O detetor homódino pode assumir a forma de um misturador de micro-ondas e um oscilador local que funciona na mesma frequência do sinal produzido pelo oscilador de micro-ondas 10 para permitir a extração de informações de banda de base. O detetor heteródino pode assumir a forma de, pelo menos, um misturador de frequências de micro-ondas e, pelo menos, um oscilador local. Nesta configuração, a frequência ou as frequências de oscilador local podem ser diferentes das do oscilador de micro-ondas 10. Esta disposição também pode conter filtros passa-banda e passa-baixo para filtrar sinais em frequências indesejadas contidas no sinal de frequência intermédia (IF) produzido na saída do misturador de frequências de micro-ondas e para remover sinais produzidos na frequência de oscilador local ou na frequência de oscilador de micro-ondas principal 10 quando os mesmos ocorrem no alinhamento de micro-ondas em localizações onde são indesejados. O controlador 140 (p. ex. microprocessador) é utilizado para controlar o funcionamento do sistema de geração de plasma. É responsável pelo controlo do funcionamento dos seguintes componentes utilizados no sistema: controlador do nível de potência 20, primeiro modulador 30, segundo modulador 130, misturador de gás 400, comutadores de fluxo 430 a 440, controladores de ajuste de fluxo 450 a 460, gerador de ar comprimido 420, ajustador de stub 110 e a interface de utilizador 150. Além disso, lê os sinais produzidos pela unidade de deteção 120 e utiliza estas informações para calcular os ajustes necessários pelos stubs de regulação através do ajustador de stub 110. A unidade de microprocessador 140 determina igualmente a mistura de gases necessária e a taxa de fluxo com base na aplicação necessária. É necessário determinar quando introduzir a mistura de gases no aplicador de plasma em relação à energia de micro-ondas. É desejável assegurar que o aplicador é cheio com gás antes da introdução da energia de micro-ondas, de modo a garantir que o plasma é acionado assim que a fonte de micro-ondas é ativada. É igualmente desejável garantir que as condições corretas ou ideais são estabelecidas no interior do regulador de stub antes da ativação da fonte de micro-ondas. O funcionamento do sistema pode ser conforme apresentado em seguida: colocar os stubs numa posição em que será produzida uma elevada impedância conhecida na extremidade distal do segundo condutor do segundo transformador de impedância 320; determinar a taxa de fluxo de gás, a mistura de gases e a sequência de impulsos necessária para produzir o plasma ideal para a aplicação específica; determinar o nível de potência de micro-ondas e o formato de modulação necessário para produzir o plasma ideal para a aplicação específica; - introduzir a mistura de gases no aplicador; após um período de tempo em que é assegurado que o aplicador se encontra cheio de gás, introduzir a energia de micro-ondas no aplicador.

Quando o sistema se encontra a funcionar no modo de impulsos, talvez seja desejável parar o fluxo de gás durante o tempo em que a fonte de micro-ondas se encontra no estado "desligado" e iniciá-lo novamente mesmo antes de voltar a ligar a energia de micro-ondas outra vez. Por exemplo, a potência de micro-ondas pode ser fornecida utilizando um ciclo de funcionamento de 10%, em que o tempo ligado é de 10 ms e o tempo desligado é de 90 ms. Neste caso, talvez seja desejável iniciar o fluxo de gás 5 ms antes do inicio do impulso de micro-ondas e desligá-lo 5 ms depois de o impulso de micro-ondas ter sido desligado, e como tal para cada 10 ms de energia de micro-ondas, o gás irá circular durante 20 ms, e para um ciclo de funcionamento de 10%, o ciclo de funcionamento para o abastecimento de gás será de 20%.

Talvez seja desejável parar o fluxo de gás ao mesmo tempo que a potência de micro-ondas é desligada, uma vez que o gás irá demorar um tempo finito até deixar de circular.

Igualmente, a principio, pode ser necessário iniciar o fluxo de gás durante um período de tempo mais longo para garantir que o gás alcançou o aplicador e que o interior deste teve tempo suficiente para ficar cheio.

Uma outra função do controlador 140 pode ser ativar alarmes e controlar funcionalidades de segurança e procedimentos para desligar o sistema quando ocorre uma falha. Talvez seja necessário utilizar uma segunda unidade de microprocessador ou um dispositivo semelhante que possa ser utilizado como um temporizador watchdog para controlar funcionalidades críticas de segurança. O controlador 140 pode assumir a forma de um computador de placa única, um microcontrolador (ou dispositivo PIC), um computador de placa única e um dispositivo PIC (utilizado como um temporizador watchdog) , mais de um computador de placa única, mais de um dispositivo PIC, um processador de sinal digital ou qualquer combinação destes dispositivos. A interface de utilizador 150 fornece um meio para permitir que o utilizador controle o sistema e para fornecer informações ao utilizador relativamente ao estado e funcionamento do sistema. A interface de utilizador pode ser na forma de um visor de ecrã tátil, um visor LCD plano e um conjunto de teclas de membrana, ou qualquer outro meio de produção e introdução de informações de controlo de utilizador. O subsistema responsável pelo controlo da mistura de gases compreende, pelo menos, um cilindro de gás 410 e/ou um gerador de ar comprimido 420, um meio de controlo da taxa de fluxo dos gases 430, 450, 440, 460, e um meio de mistura dos gases uns com os outros. A taxa de fluxo de gás pode ser controlada utilizando uma válvula de fluxo com um controlador de fluxo em conjunto com um comutador de fluxo adequado, que pode ser um comutador de solenoide. Os comutadores de fluxo 430, 440 podem não ser implementados e o ajuste de fluxo pode ser implementado apenas por controladores de ajuste de fluxo 450, 460. Por outro lado, os controladores de ajuste de fluxo 450, 460 podem ser omitidos e o controlo de fluxo pode ser implementado pelo ajuste mecânico da válvula ligada ao cilindro de gás 410 especifico combinado com o controlo elétrico do comutador de fluxo 430, 440. No caso em que é utilizado um gerador de ar comprimido 420, talvez seja possível operar o sistema utilizando apenas o comutador de fluxo 440. O misturador de gás 400 pode ser necessário quando for utilizado mais de um tipo de gás e for necessário otimizar a mistura ou alterar a mistura durante a operação. O misturador de gás 400 pode assumir a forma de um dispositivo pneumático que funciona equilibrando as pressões a partir dos abastecimentos de gás de entrada para garantir que os gases componentes são misturados na mesma pressão independentemente das respetivas pressões de entrada individuais e da taxa de fluxo. Os gases podem ser combinados numa câmara alimentada por vários orifícios, que são definidos pelo controlo de mistura. Os misturadores podem ser definidos de origem para os gases especificados. Por exemplo, num sistema de dois gases, o controlo de mistura pode ser calibrado diretamente em proporcionalidade 0 a 100% - gásl/gás2. Este controlo único estabelece a mistura necessária. Num misturador de três gases, onde existem dois reguladores proporcionais, a proporcionalidade pode ser definida com dois controlos para definir a mistura total.

Quando o fluxo é intermitente, isto é, para o funcionamento de impulsos, pode ser necessária uma válvula de controlo especial para garantir uma alimentação precisa de um tanque de lastro. É possível adicionar sensores e alarmes incorporados para monitorizar as condições de pressão no misturador de modo a garantir condições de mistura corretas. O funcionamento do misturador de gás 400, dos comutadores de fluxo 430, 440, dos controladores de ajuste de fluxo 450, 460 e do gerador de ar comprimido 420 é controlado utilizando o microprocessador 140, e o ajuste destes dispositivos pode ocorrer utilizando um sistema de realimentação de ciclo fechado, em que os ajustes se baseiam nos sinais de realimentação da unidade de deteção 120 . O plasma clinicamente útil pode ser produzido utilizando uma mistura de hélio e ar comprimido e, portanto, esta disposição é fornecida na Fig. 1. Parte-se do princípio de que o componente útil do ar comprimido é oxigénio e que a mistura de hélio e oxigénio pode ser utilizada para reduzir ou matar determinados tipos de bactérias ou vírus. A Fig. 2 ilustra uma disposição para o sistema de plasma, em que o plasma é acionado e mantido sem a utilização do filtro de regulação 100 e do ajustador de stub 110. Neste caso, o aplicador 300 pode ser disposto para produzir um campo elétrico suficientemente elevado para permitir que o plasma seja acionado. A energia de micro-ondas é depois fornecida como uma série de impulsos, em que cada impulso produz um acionamento de plasma para permitir a geração de uma pluma de plasma quase contínua. A taxa de repetição de impulsos e o comprimento dos impulsos podem ser utilizados para determinar a energia de plasma, e isto pode ser otimizado para permitir a quantidade desejada de bactérias a ser destruída. Devido à necessidade de monitorizar apenas a potência direta e refletida entre a saída do circulador de potência 50 e a entrada para o conjunto de cabos de micro-ondas 200, apenas são necessários dois acopladores 60, 70. Um tubo de quartzo 360 na saída da aplicação de plasma 300 é igualmente ilustrado na Fig. 2. A Fig. 3 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de esterilização por plasma que é útil para compreender a invenção. Os elementos em comum com as Figs. 1 e 2 têm o mesmo número de referência e, uma vez que desempenham a mesma função, não são mais descritos. A disposição na Fig. 3 é disposta para emitir seletivamente o plasma (produzido de uma forma semelhante à das disposições ilustradas nas Figs. 1 e 2) ou a energia de micro-ondas não ionizante.

Na Fig. 3, o segundo modulador é um comutador de potência 510 disposto para ligar uma fonte de potência de CC como um sinal de ativação ao amplificador 500.

Para permitir a seleção de emissão de plasma ou emissão de energia de micro-ondas, a saída do gerador de micro-ondas, que nesta disposição é a saída da unidade de regulação 100 que passa pelos acopladores diretos e inversos 80/90, é ligada a um comutador de potência de micro-ondas 160, que pode ser um comutador bipolar de direção única convencional. Na configuração ilustrada na Fig. 3, o comutador 160 transmite a energia de micro-ondas a uma disposição de divisão de potência 171, 172, 173, cuja função é dividir a energia de micro-ondas de entrada numa diversidade de linhas de alimentação 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218, em que cada uma delas fornece energia de micro-ondas a um aplicador de plasma respetivo 300, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307.

Nesta disposição, a saída 201 do primeiro terminal do comutador 160 é introduzida num primeiro divisor de potência 171, que pode ser um divisor de potência 3 dB convencional, que se divide em dois sinais intermédios 209, 210. Cada sinal intermédio 209, 210 é ligado a um respetivo divisor de potência de quatro vias 172, 173 que o divide em quatro sinais de entrada, um para cada aplicador de plasma. Cada aplicador de plasma pode ter uma configuração semelhante à descrita acima ou conforme descrito abaixo relativamente à Fig. 5. É desejável emitir radiação de micro-ondas, p. ex. para permitir que a energia de esterilização penetre numa superfície para esterilizar a região sob a mesma, o comutador 160 pode adotar uma segunda configuração na qual a energia de micro-ondas é direcionada para a saída 200. A saída 200 é ligada à porta de entrada de uma antena tipo corneta 190 que tem um formato para direcionar um feixe 1100 de energia de micro-ondas para fora do aparelho. A saída 200 pode ser ligada a uma antena dipolo 181 situada na base da antena tipo corneta 190 através de um conetor SMA 180 ou afins.

As Figs. 4a, 4b e 4c fornecem detalhes de uma linha de componentes que pode ser utilizada na invenção. Esta disposição pode permitir a produção de, no máximo, 300 W de potência de micro-ondas ajustável e controlável. Esta potência de micro-ondas pode ser de impulsos ou modulada na gama de frequência entre CC e 100 kHz, e permite que o ciclo de funcionamento varie entre 1% e 99%. A disposição aqui descrita oferece igualmente a flexibilidade de ser possível ajustar manualmente a frequência de micro-ondas entre 850 MHz e 950 MHz.

As Figs. 4a e 4b em particular ilustram uma implementação específica do amplificador 500 utilizando transístores de potência, p. ex. transístores de potência NPN bipolares Motorola MRF988 e MRF897. Para gerar 300 W de potência de micro-ondas utilizando estes dispositivos, foram acionados dois transístores de potência MRF899 utilizando dois dos dispositivos de potência MRF897. As tensões de coletor utilizadas nos dispositivos MRF899 foram limitadas a um máximo de 26 V de CC, e as tensões de coletor utilizadas nos dispositivos MRF897 foram limitadas a um máximo de 24 V de CC.

Em detalhe, a Fig. 4a ilustra a fonte 10 e o atenuador de controlo de potência 20, que podem ser fornecidos em conjunto por um gerador de sinais PSG CW de 250 kHz a 20 GHz Agilent E8247C (cujo nível de potência de saída máximo é de 16 dBm) . O sinal deste gerador é amplificado para fornecer um sinal de acionamento máximo de 32 dBm a 866 MHz utilizando um HMC4535T89 Hittite MMIC 1501 que tem um ganho de 20 dB nas frequências de interesse neste caso. A saída de MMIC 1501 é introduzida no primeiro estádio do amplificador de potência. O primeiro componente no alinhamento de amplificador de potência é o conversor equilibrado-desequilibrado (balun - simetrizador) 1502, que é fabricado para microfita e permite que o sinal desequilibrado do MMIC 1501 seja convertido em dois sinais equilibrados utilizados para acionar o primeiro transístor de potência 1507. A primeira saída do balun 1502 é ligada ao primeiro condensador de bloqueio de CC 1503 e a segunda saída do balun 1502 é ligada ao segundo condensador de bloqueio de CC 1504. A função dos condensadores de bloqueio 1503, 1504 é bloquear quaisquer sinais de CC que possam existir nos terminais de saída de balun 1502. As saídas dos condensadores de bloqueio de CC 1503, 1504 são introduzidas no primeiro e no segundo transformadores de impedância 1505, 1506 respetivamente. A função destes transformadores de impedância é fornecer adaptação de impedância entre as duas saídas do balun 1502 e as duas entradas de base do transístor de potência 1507. O transformador de adaptação de impedância pode ser um transformador de adaptação de quarto de onda realizado em microfita ou um transformador de quarto de onda juntamente com um stub. O segundo é utilizado para fornecer uma adaptação de conjugado entre a impedância da fonte (saídas do balun 1502) e a impedância de carga (entradas de base). O transístor de potência 1507 compreende dois transístores de potência NPN ligados numa configuração simétrica (push-pull), em que as bases são ativadas em oposição de fase para fornecer uma saída equilibrada com o dobro da tensão de um único estádio, o que origina uma potência quatro vezes superior à de um único estádio. Na configuração ilustrada na Fig. 4a, os dois emissores são ligados em conjunto e mantidos em potencial de ligação à terra, e os dois abastecimentos de coletor têm indutores em série 1508, 1509 ligados aos mesmos para impedir que quaisquer sinais de alta frequência (isto é, 866 MHz) voltem a entrar na fonte de alimentação de CC. Os dois terminais de coletor são ligados a comutadores de potência MOSFET 1510, 1511, que são utilizados para controlar a potência de CC aplicada aos dispositivos de potência. O sinal de porta de entrada (a) liga os MOSFETs de potência 1510, 1511 apenas quando for necessário gerar potência de micro-ondas. A disposição de portas muda e o sistema de circuitos de controlo forma o segundo modulador 130. O transístor de potência utilizado neste primeiro estádio é o MRF897 30 W descrito acima. 0 segundo estádio compreende uma disposição semelhante, em que os dois coletores de saída do transístor de potência 1507 são ligados aos transformadores de impedância 1512, 1513 e aos condensadores de bloqueio de CC 1514, 1515, e os dois sinais de saída dos condensadores de bloqueio de CC 1514, 1515 são utilizados para ativar as duas bases do segundo transístor de potência de micro-ondas 1516. O transístor de potência utilizado neste segundo estádio é o MRF899 150 W descrito acima. O segundo estádio funciona conforme apresentado acima, com os indutores em série 1517, 1518 e os comutadores de potência MOSFET 1519, 1520 a efetuar funções semelhantes aos indutores em série 1508, 1509 e aos comutadores de potência MOSFET 1510, 1511 do primeiro estádio.

As saídas retiradas dos dois terminais de coletor do segundo transístor de potência de micro-ondas 1516 são ligadas aos transformadores de impedância 1521 e 1522, cuja função é transformar as saídas de coletor de baixa impedância na impedância de componentes de micro-ondas padrão e estruturas de linha de transmissão, isto é 50 Ω. A saída dos transformadores de impedância 1521 e 1522 é introduzida nos condensadores de bloqueio de CC 1523 e 1524, que são utilizados para remover qualquer nível de tensão de CC ou polarização de CC do sinal. As saídas dos condensadores de bloqueio de CC 1523, 1524 são introduzidas num segundo balun 1525, cuja função é converter os sinais equilibrados produzidos pelas duas saídas de coletor do transístor de potência 1516 num sinal desequilibrado de extremidade única. A saída do segundo balun 1525 é introduzida na porta de entrada do circulador de potência 1527, cuja função é proteger as saídas de coletor do transístor de potência 1516 contra danos devido a níveis elevados de potência refletida que entra novamente no dispositivo devido a uma desadaptação de impedância produzida algures no alinhamento de micro-ondas. Um dispositivo de descarga de 50 Ω de potência 1527 é ligado à terceira porta do circulador de potência 1526. Esta carga é utilizada para dissipar a potência refletida e, por isso, tem de ser capaz de aguentar o nível máximo de potência refletida sem sobreaquecimento. O dispositivo de descarga 1527 pode ser ligado a uma massa térmica sólida, isto é, um bloco de alumínio ou latão onde a potência pode ser dissipada. É possível fornecer um ventilador para arrefecer o dispositivo de descarga 1526. A porta de saída do circulador de potência 1526 é ligada à entrada do primeiro divisor de potência 1528, cuja função é dividir a potência que surge da porta de saída do circulador de potência 1526 em duas partes. O divisor de potência 1528 pode dividir o nível de potência em duas partes iguais.

As duas saídas do divisor de potência 1528, indicadas como β e ε, são, cada uma delas, ligadas a um terceiro estádio do amplificador de potência, conforme ilustrado na Fig. 4b. O terceiro estádio corresponde ao primeiro estádio, isto é, inclui dois dispositivos 30 W MRF897 1539, 1540 ativados em separado utilizando os sinais β e ε gerados no estádio anterior. Em conformidade, a primeira entrada β é ligada a um terceiro estádio compreendendo balun 1529, condensadores de bloqueio de CC 1531, 1532, transformadores de impedância 1535, 1536, transístor de potência 1539, indutores em série 1542, 1543 e comutadores de potência MOSFET 1541, 1544 que funcionam de acordo com os mesmos princípios dos componentes correspondentes descritos acima relativamente ao primeiro estádio. Igualmente, a segunda entrada ε é ligada a um terceiro estádio compreendendo balun 1530, condensadores de bloqueio de CC 1533, 1534, transformadores de impedância 1537, 1538, transístor de potência 1540, indutores em série 1546, 1547 e comutadores de potência MOSFET 1545, 1548. O par de saídas de coletor de cada um dos dois terceiros estádios mencionados acima é ligado a um respetivo quarto estádio com um transístor de potência compreendendo dois dos dispositivos 150 W MRF899. O quarto estádio para o par de saídas de coletor derivado da primeira entrada β compreende transformadores de impedância 1549, 1550, condensadores de bloqueio de CC 1553, 1554, transístor de potência 1557, indutores em série 1560, 1561 e comutadores de potência MOSFET 1559, 1562 que funcionam de acordo com os mesmos princípios dos componentes correspondentes descritos acima relativamente ao segundo estádio. Igualmente, o quarto estádio para o par de saídas de coletor derivado da segunda entrada ε compreende transformadores de impedância 1551, 1552, condensadores de bloqueio de CC 1555, 1556, transístor de potência 1558, indutores em série 1564, 1565 e comutadores de potência MOSFET 1563, 1566.

As saídas retiradas dos dois terminais de coletor do transístor de potência 1557 são ligadas aos transformadores de impedância 1567 e 1568, cuja função é transformar as saídas de coletor de baixa impedância na impedância de componentes de micro-ondas padrão e estruturas de linha de transmissão, isto é 50 Ω. A saída dos transformadores de impedância 1567 e 1568 é introduzida nos condensadores de bloqueio de CC 1571 e 1572, que são utilizados para remover qualquer nível de tensão de CC ou polarização de CC do sinal. As saídas dos condensadores de bloqueio de CC 1571, 1572 são introduzidas num balun 1575, cuja função é converter os sinais equilibrados produzidos pelas duas saídas de coletor do transístor de potência 1557 num sinal desequilibrado de extremidade única. A saída do balun 1575 é introduzida na porta de entrada do circulador de potência 1577, cuja terceira porta é ligada ao dispositivo de descarga de 50 Ω de potência 1578 para permitir que o mesmo efetue uma função semelhante ao circulador 1526 descrito acima.

Igualmente, os sinais equilibrados produzidos a partir dos dois terminais de coletor do transístor de potência 1558 são convertidos num sinal desequilibrado de extremidade única utilizando transformadores de impedância 1569, 1570, condensadores de bloqueio de CC 1573, 1574 e balun 1576. A saída do balun 1576 é introduzida na porta de entrada do circulador de potência 1579, cuja terceira porta é ligada ao dispositivo de descarga de 50 Ω de potência 1580 para permitir que o mesmo efetue uma função semelhante ao circulador 1526 descrito acima.

As duas saídas dos circuladores de potência 1577 e 1579 são ligadas às entradas do combinador de potência 1581, cuja função é adicionar as potências que surgem das duas saídas dos circuladores de potência 1577 e 1579 para produzir a soma das duas potências numa única porta de saída. Para esta disposição, a potência de saída máxima monitorizada na porta de saída do combinador de potência 1581 pode ser de 300 W. A porta de saída do combinador de potência de micro-ondas 1581 é ligada ao aplicador de plasma 300 através de um conjunto de cabos de micro-ondas de baixa perda (não ilustrado aqui) e esta potência é utilizada para acionar e manter o plasma. A Fig. 4c ilustra a disposição utilizada para implementar o segundo modulador 130 que fornece o sinal de controlo de porta (a) aos comutadores MOSFET de potência descritos acima. O segundo modulador compreende um gerador de formas de onda 129, p. ex. um gerador de formas de onda de CC a 20 MHz Agilent 33220A, que fornece uma fonte de formato de onda/frequência variável 131, um meio de controlo da amplitude e do desvio do sinal 132, e um circuito de amplificador/acionador. O amplificador/circuito de ativador amplifica o nível de tensão produzido pelo gerador 129 para permitir que os dispositivos MOSFET sejam imediatamente ligados para funcionarem como comutadores e para fornecer corrente suficiente para carregar as capacitâncias de porta, de modo a permitir que os dispositivos sejam ligados o mais rapidamente possível, isto é, o tempo de comutação dt=CdV/I, em que C corresponde à capacitância porta-fonte, dV corresponde à alteração na tensão da porta necessária para ligar imediatamente o dispositivo, e I corresponde à corrente disponível para carregar a capacitância porta-fonte. Será evidente que o único parâmetro que pode ser ajustado ou alterado é a corrente disponível para carregar a capacitância porta-fonte, por exemplo, se a capacitância porta-fonte for de 1000 pF e a excursão de tensão necessária for de 15 V, com uma corrente de 5 A disponível, o dispositivo será ligado em aproximadamente 3 ns segundos, ao passo que se a corrente disponível for apenas de 100 mA, o tempo de comutação será de 150 ns. A análise simples não tem em consideração a capacitância do efeito de Miller, o que irá igualmente atrasar o tempo de comutação, mas esta diminuição irá ocorrer em ambos os casos. O circuito de ativador utiliza um amplificador operacional de potência OPA548T 134, que é fabricado por Burr Brown. O amplificador operacional 134 é configurado como um amplificador não inversor, em que o ganho é determinado pelos valores dos resistores 138, 139. Neste caso, o ganho do circuito é de 8,5 (isto é, 1 + 15/2) . Os condensadores 135 e 136 são utilizados para desacoplar a fonte de alimentação de CC, e o condensador 137 é utilizado para impedir a entrada de qualquer ruído no dispositivo através do pino 7. O resistor de entrada 133 define a impedância de entrada verificada pela saída do gerador de formas de onda 129 para 1 kQ. Na disposição aqui ilustrada, o gerador de formas de onda 129 e o circuito de ativador podem modular a energia de micro-ondas numa frequência de, no máximo, 100 kHz. Foi verificado que a pluma de plasma mudou consoante a frequência, por exemplo, utilizando um ciclo de funcionamento de 20%, verificou-se que o plasma se encontrava mais quente quando a frequência de modulação era de 5 kHz em comparação com 500 Hz. Nesta disposição, o primeiro modulador 30 não foi utilizado. O segundo desenho ilustrado na Fig. 4c é uma disposição utilizada para permitir a introdução da mistura de gases no aplicador de plasma. A disposição inclui um cilindro de gás 410, que pode ser um dos gases inertes Ni, C02, Ar ou He na forma comprimida, um ajustador de fluxo 450 (válvula), e um controlador de fluxo 435. A saída do controlador de fluxo 435 é ligada ao cano de alimentação 470, que é ligado ao aplicador de plasma 300 (não ilustrado). Num exemplo, o tubo de alimentação 470 pode ser cortado, e uma peça em Y de união de introdução pneumática de 4 mm inserida com uma primeira entrada ligada ao cilindro de gás comprimido 410 através da válvula 450 e uma segunda entrada ligada ao gerador de ar comprimido 420. Esta disposição permitiu que o ar comprimido se misturasse com o hélio e que a mistura fosse introduzida no aplicador de plasma 300. A Fig. 5 é uma vista longitudinal em corte transversal através de um aplicador de plasma coaxial que pode ser utilizado com a invenção. O aparelho de esterilização por plasma não necessita de ser limitado à utilização com este tipo de estrutura. Na realidade, este exemplo é fornecido para explicar a teoria por detrás da utilização dos transformadores de tensão (ou transformadores de impedância) na geração de plasma no aplicador. Na verdade, pode ser possível gerar o plasma sem transformadores de tensão, especialmente se existir um adaptador de impedância. O aplicador de plasma 300 ilustrado na Fig. 5 é uma estrutura coaxial compreendendo três transformadores de impedância de quarto de onda, em que o diâmetro do condutor central é alterado para produzir três secções com diferentes impedâncias características. As impedâncias são escolhidas de modo a que a tensão na extremidade distai da estrutura seja muito mais alta do que a tensão na extremidade proximal (gerador) da estrutura.

Se o comprimento físico de cada secção for igual a um múltiplo ímpar do quarto de comprimento de onda elétrico, isto é

em que L corresponde ao comprimento em metros, n corresponde a qualquer número inteiro, e A corresponde ao comprimento de onda na frequência de interesse em metros, aplica-se a seguinte equação

em que Z0 corresponde à impedância característica da linha coaxial em Ω, ZL corresponde à impedância de carga verificada na extremidade distai da secção em Ω, e Zs corresponde à impedância da fonte verificada na extremidade proximal da secção em Ω. Através de manipulação algébrica desta equação, a impedância de carga pode ser expressada como

Por conseguinte, é possível verificar que, se a impedância característica da secção de transformador for elevada e a impedância da fonte for baixa, a impedância de carga pode ser transformada num valor muito elevado.

Uma vez que o nível de potência na extremidade do gerador da antena deve ser teoricamente igual ao da extremidade de carga, é possível formular o seguinte

o que significa que a tensão na extremidade distai pode ser expressada como

Deste modo, pode ser verificado que, se ZL corresponder ao valor mais elevado possível, o valor da tensão na extremidade distai da estrutura de antena VL também será muito elevado, o que implica que o campo elétrico será igualmente elevado. Uma vez que é necessário estabelecer um campo elétrico elevado para acionar o plasma, é possível verificar que esta estrutura pode ser utilizada para estabelecer as condições corretas para acionar o plasma.

Considerando a estrutura ilustrada na Fig. 5, o gerador de micro-ondas 3000 é indicado esquematicamente como tendo uma impedância da fonte (Zs) 308. A potência do gerador 3000 entra no aplicador 300 através do conjunto de cabos de micro-ondas (não ilustrado) utilizando o conetor de micro-ondas 340. O conetor 340 pode ser qualquer conetor de micro-ondas que seja capaz de funcionar na frequência preferida de funcionamento e possa controlar o nível de potência disponível na saída do gerador de potência 3000, p. ex. podem ser utilizados conetores de tipo N ou de tipo SMA. O conetor de micro-ondas 340 é utilizado para iniciar a potência de micro-ondas na região de geração de plasma, o que inclui uma estrutura de antena descrita abaixo. O primeiro estádio da estrutura de antena é uma secção coaxial de 50 Ω que consiste num condutor interior central com um diâmetro exterior b e um condutor exterior com um diâmetro interior a. O espaço entre os condutores interior e exterior existentes na primeira secção é cheio com um material dielétrico 342, que é aqui indicado como PTFE. A impedância característica da primeira secção da antena é aqui ilustrada como sendo igual à do gerador, isto é 50 Ω, e pode ser descrita conforme apresentado em seguida

em que er corresponde à permitividade relativa do material de enchimento, Z0 corresponde à impedância caracteristica da primeira secção e Zs corresponde à impedância da fonte (ou à impedância do gerador). A segunda secção corresponde ao primeiro transformador de impedância de quarto de onda 311 cuja impedância caracteristica Z0i é superior à da primeira secção e pode ser calculada utilizando

em que C corresponde ao diâmetro interior do condutor exterior 312. Uma vez que a segunda secção se encontra cheia com ar (ou, pelo menos, com o gás da alimentação de gás 470), a permitividade relativa ar é igual à unidade e, como tal, o termo da raiz quadrada desaparece da equação que descreve a impedância de uma linha de transmissão coaxial. Um exemplo prático da impedância da segunda secção pode ser b = 1,63 mm e c = 13,4 mm. Com essas dimensões, Zoi seria 126,258 Ω. A terceira secção corresponde ao segundo transformador de impedância de quarto de onda 310, cuja impedância caracteristica Z02 é inferior à da primeira secção e das segundas secções, e pode ser calculada utilizando

em que d corresponde ao diâmetro exterior do condutor interior. É desejável estreitar as extremidades de entrada e saída do condutor central, de modo a tornar a etapa entre a condição de elevada impedância e a condição de baixa impedância mais gradual para minimizar as desadaptações que ocorrem nas junções entre as duas impedâncias. Um ângulo adequado para o estreitamento é de 45°. Um exemplo prático da impedância para a terceira secção pode ser d - 7,89 mm e c = 13,4 mm. Com essas dimensões, Z02 seria 31,744 Ω. A quarta secção é a secção final e consiste num terceiro transformador de impedância de quarto de onda 320, cuja impedância característica Z03 é superior à da terceira secção, e pode ser calculada utilizando

em que e corresponde ao diâmetro exterior do condutor interior. É desejável que a extremidade distai do condutor interior seja aguçada e pontiaguda para maximizar a magnitude do campo elétrico produzido neste ponto. Um exemplo prático da impedância característica para a quarta secção pode ser e = 1,06 mm e c = 13,4 mm. Com essas dimensões, Z03 seria 152,048 Ω.

Para a disposição que utiliza três transformadores de quarto de onda conforme ilustrado na Fig. 5, a impedância de carga ZL verificada na extremidade distai da antena pode ser expressada como

Utilizando os valores da impedância característica calculada acima para os três transformadores, ZL seria 7314,5 Ω.

Se a potência de saída for de 300 W, a tensão na saída será de

O campo elétrico gerado na extremidade desta estrutura corresponderá assim a

Este campo elétrico elevado pode permitir que o plasma seja estabelecido utilizando um número qualquer de gases e misturas de gás. O condutor interior pode ser um único condutor cujo diâmetro muda de b para d para e entre a extremidade proximal e a extremidade distai. O condutor exterior tem o mesmo diâmetro interior c para o comprimento das três secções de transformador de impedância e é reduzido para a na primeira secção. O material utilizado para os condutores interior e exterior pode ser qualquer material ou compósito que tenha um valor elevado de condutividade, por exemplo, pode ser utilizado cobre, latão, alumínio ou aço inoxidável revestido com prata. O gás ou a mistura de gases é introduzido na estrutura utilizando o tubo de alimentação 470, e o gás enche o interior do conjunto coaxial. A Fig. 6 ilustra um aplicador de plasma 300 no qual é utilizada uma cavidade de guia de ondas para criar o campo para gerar o plasma. Nesta disposição específica, é utilizado um ciclo de campo H 302 para transferir a energia de micro-ondas do gerador de micro-ondas para a antena de guia de ondas, e a mistura de gases é introduzida na estrutura através da alimentação de gás 471, que é ligada ao tubo de alimentação 470. Talvez seja preferível que o ciclo de campo H tenha um comprimento físico que seja igual a metade do comprimento de onda na frequência de interesse ou no funcionamento, e que a extremidade distal do referido ciclo seja ligada à parede interior do condutor exterior. A ligação pode ser efetuada utilizando uma soldadura ou junta soldada.

Embora não ilustrado na Fig. 6, os transformadores de impedância também podem ser introduzidos para gerar campos elétricos elevados na extremidade distai do aplicador de uma forma semelhante à dos introduzidos utilizando as disposições coaxiais descritas acima. Por outras palavras, a antena de guia de ondas pode compreender diversas secções que têm um comprimento igual a um múltiplo ímpar do quarto de comprimento de onda carregado ou não carregado na frequência de interesse, isto é

Para reduzir as dimensões do guia de ondas (comprimento, largura ou diâmetro) , o guia de ondas pode ser cheio com um material dielétrico, magnético ou compósito, em que o comprimento de onda é reduzido por uma função do inverso da raiz quadrada da permitividade relativa, ou da permitividade relativa, ou do produto das duas. É possível introduzir uma quantidade de transformadores de impedância carregando uma ou várias das secções que formam o transformador. No caso em que a estrutura de guia de ondas é carregada com um material dielétrico ou magnético (ou combinação dos dois), talvez seja preferível que o material de carregamento seja poroso ou tenha uma diversidade de furos existentes no mesmo para permitir que o gás ou a mistura de gases circule no interior das secções de guia de ondas.

Para alterar a impedância do guia de ondas para produzir as transformações de quarto de comprimento de onda desejadas dentro da estrutura, é necessário efetuar ajustes à geometria da estrutura ou alterar o material de carregamento. Para um guia de ondas retangular, a impedância característica da cavidade de guia de ondas pode ser expressada como

em que ^ corresponde a

b corresponde à altura do guia (ou ao comprimento da parede curta), a corresponde à largura do guia (ou ao comprimento da parede longa), μΓ corresponde à permeabilidade relativa do material de carregamento magnético, ar corresponde à permitividade relativa do material de carregamento dielétrico, fc corresponde à frequência de corte do guia, e f corresponde à frequência de funcionamento.

Na Fig. 6 é ilustrado um material suplementar 360 adicionado à extremidade distal do guia de ondas. O material suplementar 360 pode ser um tubo de quartzo utilizado para aumentar o campo elétrico na extremidade distai da estrutura de antena. A Fig. 7 ilustra uma disposição semelhante, mas com a entrada 471 estando na mesma superfície do guia de ondas que a ligação de micro-ondas. Esta disposição é vantajosa quando o dispositivo é utilizado para introduzir plasma diretamente num orifício natural no corpo ou através de um endoscópio ou outro tubo que seja inserido no corpo para efetuar uma cirurgia endoscópica ou afins. A Fig. 8 fornece um diagrama detalhado de um conjunto de cabos de micro-ondas integrado e um aplicador de plasma. Nesta disposição, o conjunto de cabos de micro-ondas e gás integrado compreende uma disposição coaxial formada utilizando dois tubos. O primeiro tubo 314 é um tubo com uma parede relativamente grossa feito de um material dielétrico flexível e é revestido com uma camada de metal (p. ex. uma camada de metalização de alta condutividade, p. ex. feita de prata, cobre ou ouro) tanto na parede interior como exterior 318, 319 do mesmo. O segundo tubo 313 é um tubo com uma parede relativamente fina feito de um material flexível. O primeiro tubo 314 é suspenso no interior do segundo tubo 313 utilizando separadores 312 que possam ser feitos de um material metálico ou dielétrico, e tem de permitir que o gás circule dentro e ao longo do canal formado entre a parede exterior 318 do primeiro tubo e a parede interior do segundo tubo 313. 0 aplicador de plasma compreende dois transformadores de impedância 310, 320, uma passagem de alimentação de gás 315 do canal central do primeiro tubo 314 para dentro do aplicador, e uma passagem de extração de gás 316 a partir do aplicador ao longo de um canal formado entre a parede exterior do primeiro tubo e a parede interior do segundo tubo.

Uma primeira secção 321 do canal interior utilizado para introduzir gás no aplicador é sólida para permitir que o pino central dentro do conetor de micro-ondas 340 seja ligado eletricamente ao novo conjunto de cabos de micro-ondas. O conetor de micro-ondas de entrada pode ser qualquer conetor adequado para transportar potência de micro-ondas até 600 W CW na frequência de interesse, p. ex. podem ser utilizados conetores SMA ou de tipo N. O centro 311 do condutor interior 319 utilizado para formar o conjunto de cabos de micro-ondas coaxiais é oco devido ao facto de o campo de micro-ondas produzido na frequência de interesse apenas necessitar de uma pequena quantidade de espessura de parede para permitir que o campo se propague eficazmente ao longo do cabo ou guia de ondas e, como tal, a porção central 311 do condutor interior 319 pode ser transparente para o campo de micro-ondas. Critérios semelhantes aplicam-se à espessura do condutor exterior 318, isto é, é apenas uma camada fina 318 na superfície exterior do primeiro tubo 314 que desempenha um papel importante no campo de micro-ondas ou na propagação de ondas ao longo do canal de guia de ondas. O primeiro tubo 314 deve ser preferencialmente feito de um material dielétrico de baixa perda, p. ex. PTFE de baixa densidade, para garantir que a perda de potência ao longo da estrutura (a perda de inserção) é minimizada. A antena ou o aplicador integrado é formado no interior do segundo tubo 313 e forma uma parte integrante do conjunto de cabos. Esta funcionalidade é particularmente útil quando é pretendido inserir o aplicador num orifício natural de pequeno diâmetro, isto é, menos de 6 mm, ou quando é pretendido inserir o dispositivo por um endoscópio. 0 aplicador de plasma ilustrado na Fig. 8 consiste em duas secções de transformador de impedância de quarto de onda 310, 320. A primeira secção é uma secção de baixa impedância cuja impedância é determinada pela relação do diâmetro do condutor interior (g) e o diâmetro do condutor exterior (i) conforme descrito acima. O condutor exterior pode ser uma extensão do condutor exterior 318 dentro do conjunto de cabos de micro-ondas integrado utilizado para transportar a energia de micro-ondas do gerador para o aplicador. O gás no canal 311 é introduzido no aplicador através de um furo, uma ranhura ou um canal existente no condutor interior 311. A segunda secção de transformador é uma secção de elevada impedância cuja impedância é determinada pela relação do diâmetro do condutor interior (h) e o diâmetro do condutor exterior (i). O material utilizado para formar o condutor interior pode ser um material que seja capaz de aguentar uma elevada temperatura sem mudar a forma física ou a característica, p. ex. tungsténio.

Um tubo de quartzo 319 está situado na extremidade distal do aplicador entre os condutores interior e exterior. O tubo de quartzo reduz a probabilidade de movimento em arco e fomenta o acionamento do plasma na região de geração de plasma. Neste caso, a pluma de plasma 1000 é direcionada para fora da extremidade aberta do aplicador pelo fluxo de gás a partir do canal central 311. Uma fenda anular entre o tubo de quartzo e o condutor exterior conduz até ao canal exterior 316. Conforme explicado abaixo, este canal pode ser ligado a uma bomba para extrair o gás em excesso ou residual do local de tratamento . A Fig. 9 ilustra uma disposição para um sistema de controlo de fluxo de gás ligado ao conjunto de cabos integrado ilustrado na Fig. 8. 0 conjunto de cabos integrado ilustrado aqui permite que a potência de micro-ondas direta seja transferida para o aplicador e que qualquer potência de micro-ondas devolvida refletida seja transferida de volta ao longo do mesmo cabo para o gerador onde podem ser recolhidas medições. 0 conjunto de cabos integrado também permite que o mesmo cabo seja utilizado para permitir que o gás seja introduzido no aplicador ao longo de um primeiro canal e que o gás em excesso seja devolvido ao longo de um segundo canal para impedir o aumento de pressão quando o aplicador é inserido num sistema fechado ou num orifício natural, bem como para permitir que o gás não utilizado seja reciclado. Na disposição ilustrada na Fig. 9, qualquer gás em excesso é devolvido do aplicador (não ilustrado), ao longo de um canal anular 317 formado entre a parede interior do revestimento exterior 313 (isto pode ser feito de um material isolador ou condutor) e a parede exterior do condutor exterior 318. 0 gás extraído é introduzido num tubo de transferência e transferido de volta para o sistema de controlo de gás. Vários separadores 312 (p. ex. feitos de um material isolador, por exemplo, nylon, PTFE ou Teflon) são inseridos ao longo do comprimento do conjunto de cabos entre o revestimento exterior 313 e a parede exterior do condutor exterior 318 para garantir que o canal é mantido aberto ao longo do respetivo comprimento de modo a permitir a circulação do gás.

Esta invenção não é limitada à utilização da secção oca do condutor interior para transferir gás do abastecimento de gás para o aplicador e do canal formado entre o revestimento exterior 313 e a parede exterior do condutor exterior 318 para transferir gás de volta para o abastecimento de gás, isto é, os dois canos de alimentação ou tubos de transferência podem ser trocados. A impedância do conjunto de cabos de micro-ondas formado por esta estrutura é descrita formalmente abaixo, em que é igualmente fornecida uma análise das dimensões associadas ao conjunto integrado global. 0 sistema de controlo de gás consiste num cano de extração de gás 316, que é utilizado para transportar o gás em excesso de volta para o sistema. A extremidade distal do cano 316 é ligada a uma entrada da bomba 426, cuja finalidade é permitir que o gás em excesso seja aspirado de volta do aplicador ao longo do canal 317 e do cano 316 para dentro do reservatório 425. 0 fluxo ou a taxa de bombeamento no qual a bomba 426 funciona é determinado por um sinal de controlo fornecido a partir de um microprocessador ou uma unidade DSP dentro do gerador de micro-ondas controlável e sistema de controlo 2000. O sinal de controlo controla a velocidade do motor no interior da bomba, o que determina a quantidade de gás que pode ser aspirada de volta para dentro do reservatório de gás 425. A saída da bomba 426 é ligada a uma válvula unidirecional 428, cuja finalidade é garantir que o gás circula apenas numa direção, isto é, circula para dentro do reservatório de gás 425. A finalidade do reservatório de gás 425 é armazenar ou reter o gás em excesso que foi recolhido do aplicador. A saída do reservatório 425 é ligada à segunda válvula unidirecional 419, cuja finalidade é garantir que o gás apenas circula numa direção; neste caso, circula do reservatório para dentro da porta de entrada da segunda bomba 427. A finalidade da segunda bomba 427 é aspirar gás do reservatório 425 para permitir que o mesmo seja transportado de volta para o interior do aplicador, de modo a permitir a produção de mais plasma. O fluxo ou a taxa de bombeamento no qual a bomba 427 funciona é determinado por um sinal de controlo fornecido a partir de um microprocessador ou uma unidade DSP no interior do gerador de micro-ondas controlável e sistema de controlo 2000. O sinal de controlo controla a velocidade do motor dentro da bomba, que determina a quantidade de gás que pode ser aspirado do reservatório de gás 425 de volta para o interior do aplicador de produção de plasma. A saída da bomba 427 é ligada à terceira e quarta válvulas unidirecionais 418, 416 cuja finalidade é garantir que o gás apenas circula numa direção; neste caso, para garantir que o mesmo circula entre a porta de saída da bomba 427 e a porta de entrada do combinador de gás 422. A finalidade do combinador de gás 422 é combinar o gás reciclado com o gás fornecido a partir do cilindro de gás 410. O fluxo de gás a partir do cilindro 410 é controlado utilizando uma válvula ajustável 411, que pode ser controlada por meios mecânicos ou elétricos; nesta disposição, é escolhido um meio mecânico. Os indicadores 412 e 413 são ilustrados ligados à válvula 411. A finalidade destes indicadores é fornecer um meio de indicação da pressão de gás. A válvula unidirecional 414 é ligada entre a saída do cilindro de gás 410 e a entrada da válvula ajustável 411 para garantir que o fluxo de gás se encontra numa direção. Uma outra válvula unidirecional 415 é inserida entre a saída da válvula unidirecional 411 e uma das portas de entrada do combinador de gás 422 com o objetivo de garantir que o gás não é direcionado de volta para dentro do cilindro de gás 410 através da válvula ajustável 411. A porta de saída do combinador de gás 422 é ligada a uma outra válvula unidirecional 417, cuja finalidade é garantir que o gás circula numa direção, isto é, em direção ao aplicador. O funcionamento do combinador de gás 422 pode ser controlado por um sinal de controlo fornecido a partir de um microprocessador ou uma unidade DSP dentro do gerador de micro-ondas controlável e sistema de controlo 2000. A salda da válvula unidirecional 417 é ligada à porta de entrada do controlador de ajuste de fluxo 423, cuja finalidade é permitir que a taxa de fluxo do gás dentro do aplicador seja controlada por meios eletrónicos. O funcionamento do controlador de ajuste de fluxo 423 é determinado por um sinal de controlo fornecido a partir de um microprocessador ou uma unidade DSP dentro do gerador de micro-ondas controlável e sistema de controlo 2000. A saída do controlador de ajuste de fluxo 423 é ligada a uma outra válvula unidirecional 421, cuja finalidade é garantir que o gás circula apenas numa direção, isto é, em direção ao aplicador. A saída da válvula unidirecional 421 é ligada à porta de entrada do comutador de fluxo 424, cuja finalidade é controlar o fluxo de gás em direção ao aplicador. Talvez seja possível utilizar o controlador de ajuste de fluxo 421 para efetuar esta operação, bem como para ajustar a quantidade de gás que circula no sistema. Se for este o caso, o comutador de fluxo 424 pode ser omitido do sistema sem perda na funcionalidade. Algumas ou a totalidade das válvulas unidirecionais também podem ser omitidas sem perda na funcionalidade. O funcionamento do comutador de fluxo 424 é determinado por um sinal de controlo fornecido por um microprocessador ou uma unidade DSP dentro do gerador de micro-ondas controlável e sistema de controlo 2000. A porta de saída do comutador de fluxo 424 é ligada ao cano de alimentação de gás 315, cuja função é transferir o gás do sistema de controlo de gás contido nos instrumentos para dentro do aplicador ou conjunto de cabos.

Em seguida, é apresentada uma análise das considerações físicas para a formação de um fluxo de gás integrado e dispositivo de transferência de energia de micro-ondas.

Para um condutor sólido, a corrente concentra-se na superfície exterior. Por esta razão, quando a profundidade de penetração é superficial, o condutor sólido pode ser substituído por um tubo oco sem perda no desempenho. A profundidade de penetração pode ser calculada utilizando ou

em que õs corresponde à profundidade de penetração (m) , ω corresponde à frequência angular (Hz), σ corresponde à condutividade (S) , p corresponde à resistividade (Qm), f corresponde à frequência (Hz), μ corresponde à permeabilidade de espaço livre (H/m), isto é 4π X 1CT7 H/m, e π corresponde a 3,1415927. A Tabela 4 fornece valores de profundidade de penetração em frequências pontuais de 1 GHz e 10 GHz para materiais condutores geralmente utilizados. Esta tabela ilustra o benefício de utilizar frequências de micro-ondas altas quando é desejável manter a espessura de metalização num mínimo, por exemplo, em disposições coaxiais em que um condutor central oco e um condutor exterior com uma espessura de parede mínima são desejáveis para permitir que estas regiões dos conjuntos sejam utilizadas para efeitos que não o transporte da energia de micro-ondas para produzir o plasma para esterilização ou tratamento.

A percentagem de potência transferida como uma função de espessura de material pode ser expressada como

em que x corresponde à espessura da camada de metalização (m), e %P corresponde à percentagem da potência que circula na espessura de metalização (W) especifica. Esta equação prevê que para uma espessura de metalização de seis profundidades de penetração, serão transportados 99,75% da potência. Para as estruturas consideradas como sendo úteis neste caso, três materiais que podem ser utilizados são prata (Ag), cobre (Cu) e alumínio (Ai).

Se a frequência de escolha para a geração de plasma de micro-ondas for de 2,45 GHz, a Tabela 5 apresenta a profundidade de penetração onde se concentram 67% do campo de micro-ondas e a espessura de material necessária para que 99,75% do campo de micro-ondas sejam transportados para três materiais que foram considerados para este trabalho.

É possível verificar na Tabela 5 que a espessura necessária para as paredes dos condutores central e exterior é inferior a 10 pm para os três materiais escolhidos e, por conseguinte, ao considerar a necessidade de fornecer um nível de rigidez para os condutores, é possível utilizar uma espessura de cerca de dez vezes este valor, isto é, 0,1 mm. A impedância caracteristica (Z0) do conjunto de cabos de micro-ondas pode ser expressada como (consulte a Fig. 9)

em que arl corresponde à permitividade relativa do material dielétrico 314, k corresponde ao diâmetro interior do condutor exterior 318 e f corresponde ao diâmetro exterior do condutor interior 319.

Partindo do princípio de que a impedância caracteristica do conjunto de cabos de micro-ondas de interesse é de 50 Ω, e que o diâmetro exterior máximo do conjunto de cabos integrado que pode ser tolerado para permitir que o conjunto seja inserido num orifício natural é de 10 mm, uma conceção prática de conjunto de cabos pode considerar as seguintes etapas: assumir que a linha de transmissão coaxial é formada revestindo um primeiro tubo de material dielétrico de baixa perda com uma primeira camada de metalização na parede interior, e uma segunda camada de metalização na parede exterior; - assumir igualmente que um segundo tubo é utilizado para fornecer o segundo canal para a circulação do gás e que o primeiro tubo é suspenso no interior do referido segundo tubo utilizando uma diversidade de discos finos que contêm furos ou perfurações situados em intervalos regulares ao longo do comprimento da estrutura da linha de transmissão; - assumir igualmente que a espessura de metalização na superfície interior e na superfície exterior do tubo é de 0,1 mm (dimensões b e e na Fig. 9); assumir igualmente que o diâmetro do furo dentro do primeiro tubo é de 2 mm (dimensão f na Fig. 9); e, em seguida, que o canal disponível para a circulação do gás tem um diâmetro de 1,8 mm (dimensão C na Fig. 9); - assumindo que o diâmetro exterior do primeiro tubo é de 6 mm, a constante dielétrica do material utilizado para formar a linha de transmissão de 50 Ω utilizando o tubo pode então ser calculada conforme apresentado em seguida:

O material escolhido para o material dielétrico pode ser Nylon ou PTEE de baixa perda.

Uma vez que a camada de metalização fixada na parte exterior do tubo é de 0,1 mm, o diâmetro total da estrutura coaxial é de 6,2 mm (dimensão L na Fig. 9) . Se a espessura da parede do segundo tubo for de 0,3 mm e o diâmetro exterior do segundo tubo for de 10 mm (diâmetro exterior total), o canal disponível para a devolução do gás é de 1,6 mm (dimensão a na Fig. 9).

As Figs. 10a a lOe ilustram vistas axiais em corte transversal através de uma quantidade de disposições possíveis que utilizam o condutor central oco e/ou a passagem fora do condutor exterior para introduzir o gás no aplicador e devolver o gás do aplicador. A Fig. 10a ilustra o gás fornecido através de uma secção oca 311 do condutor central 319 apenas, a Fig. 10b ilustra o gás fornecido através de uma secção oca 311 do condutor central 319 e uma passagem 317 fora do condutor exterior 318, a Fig. 10c ilustra o gás fornecido através de uma passagem 317 fora do condutor exterior 318 apenas, a Fig. lOd ilustra o gás fornecido através de uma secção oca 311 do condutor central 319 e devolvido através de uma passagem 317 fora do condutor exterior 318, e a Fig. lOe ilustra o gás fornecido através de uma passagem 317 fora do condutor exterior 318 e devolvido através de uma secção oca 311 do condutor central 319.

Nas Figs. 10a a lOe, os canos de alimentação 315, 316 são preferencialmente feitos do mesmo ou de um material dielétrico semelhante ao utilizado para separar o condutor interior 319 do condutor exterior 318 para minimizar as descontinuidades ou reflexões causadas pela utilização de um material diferente. O material dielétrico 314 deve ser um material de baixa perda na frequência de funcionamento e deve fornecer um nível de flexibilidade para o conjunto de cabos, p. ex. poliuretano ou PTFE de baixa densidade. A passagem ou o canal 317 formado entre a parede exterior do condutor exterior 318 e a parede interior da blindagem 313 é suportado utilizando uma diversidade de separadores 312, que são preferencialmente feitos de um material que irá suportar o canal sem o mesmo se colapsar ou fechar para impedir o fluxo de gás quando dobrado ou torcido. Os separadores 312 têm de permitir que o gás circule ao longo do canal 317, pelo que os referidos separadores devem conter uma diversidade de furos ou perfurações adequados. 0 material utilizado para formar a blindagem exterior 313 pode ser um material metálico ou não metálico. É preferível que o referido material seja um material plástico ou de borracha, de modo a ajudar a garantir a flexibilidade total do conjunto para permitir que o mesmo seja manipulado por clínicos ou outros utilizadores. A Fig. 11 é um diagrama de blocos de um sistema de esterilização por plasma no qual ocorre a regulação automática para acionar, manter e adaptar o plasma no aplicador de plasma. Na disposição ilustrada, existem três stubs de regulação e um meio de ajuste dos stubs de regulação dentro do aplicador de plasma (que é uma unidade portátil).

Nesta disposição, um acionador eletromecânico 240 é utilizado para mover a posição de três stubs de regulação 250, 260, 270 dentro de uma cavidade de guia de ondas 280 no aplicador de plasma. O comprimento dos três stubs é determinado por sinais de controlo produzidos pelo controlador 140 existente dentro do gerador de micro-ondas 2000. O sinal de controlo enviado ao acionador eletromecânico 240 baseia-se na manipulação de sinais medidos nas portas acopladas de acopladores de potência direta e refletida 80 e 90 respetivamente. Na prática, apenas a potência refletida necessita de ser medida de modo a estabelecer a condição necessária para produzir o campo elétrico elevado dentro da cavidade que é necessário para acionar o plasma, para determinar a condição para sustentar o plasma, e para adaptá-lo ao estado variável da superfície ou do tecido ao qual o plasma está acoplado. Os sinais do acoplador de potência refletida 90 e do acoplador de potência direta 80 são introduzidos num detetor (ou recetor) 120 cuja função é converter o sinal de micro-ondas num formato que seja aceitável para o controlador 140 utilizar. Este sinal pode ser um sinal de tensão de CC ou de frequência mais baixa que contém informações de fase e magnitude. Os sinais de tensão de CC ou de fase e magnitude são processados utilizando o controlador 140 para determinar os sinais que necessitam de ser enviados ao acionador eletromecânico 240 para mover os três stubs de regulação 250, 260, 270 para a posição necessária para acionar ou manter o plasma. O detetor 120 pode assumir a forma de um detetor de díodos com um filtro passa-baixo (por exemplo, um díodo de túnel, ou um díodo Schottky e um filtro C-R unipolar simples) ou um detetor heteródino (ou um detetor homódino) utilizando um misturador de frequência de micro-ondas e sinal de oscilador local. Talvez seja preferível implementar o detetor heteródino (ou um detetor homódino) utilizando mais de um estádio de mistura de frequências, isto é, pode ser utilizado um recetor heteródino de IF dupla que utiliza dois misturadores de frequência de micro-ondas e dois osciladores locais.

Os componentes de micro-ondas no gerador 2000 que são dispostos para fornecer energia de micro-ondas ao aplicador de plasma são semelhantes às disposições descritas acima. Para descrever componentes iguais, são utilizados os mesmos números de referência. Nestas disposições, existem dois amplificadores 500, 501. Neste exemplo, o plasma pode ser fornecido sob controlo de comutador de pé, em que um jato de plasma é produzido quando um utilizador carrega num pedal de comutador de pé ligado ao instrumento. O comutador de pé pode fazer parte da interface de utilizador 150.

Os sinais testados produzidos por acopladores de potência direta e refletida 80, 90 também podem ser utilizados para garantir que não são irradiados níveis potencialmente elevados de potência de micro-ondas a partir da extremidade distal do aplicador de guia de ondas, no caso de não ter sido acionado um jato ou uma pluma de plasma devido a uma fuga ou um desligamento do abastecimento de gás. Uma sequência de segurança pode envolver o desligamento do gerador de micro-ondas se a impedância da cavidade de guia de ondas não tiver diminuído do estado de acionamento de elevada impedância para um estado de gás condutor de impedância mais baixa em 10 milissegundos ou 100 milissegundos depois de a energia de micro-ondas ter sido aplicada. A capacidade de ser capaz de medir continuamente a impedância da cavidade de guia de ondas também pode ser utilizada para desligar a fonte de micro-ondas oportunamente quando o cilindro de gás ficar vazio. É desejável que os três stubs de regulação 250, 260, 270 sejam definidos para um estado inicial onde seja garantido que uma cavidade ressonante será estabelecida, de modo a produzir um campo elétrico suficientemente elevado para acionar o plasma assim que a energia de micro-ondas é fornecida. Depois de iniciado o plasma, os três stubs de regulação 250, 260, 270 serão movidos para uma posição para permitir que a energia de micro-ondas seja adaptada à impedância da cavidade de guia de ondas 280 que contém o plasma 300, pelo que deve ser detetado um valor nulo ou mínimo na porta acoplada do acoplador de potência refletida 90 .

Um controlador PID pode ser utilizado entre o controlador 140 e o acionador eletromecânico 240 para controlar o ajuste dos stubs 250, 266, 270. Em alternativa, as funções de controlo PID podem ser controladas pelo controlador 140. Uma outra alternativa é a substituição do sistema de regulação mecânica por uma disposição de díodos varactor ou PIN de potência, em que a tensão de polarização aplicada aos díodos é utilizada para ajustar a camada de depleção no interior dos díodos para produzir uma variação de capacitância.

Os transístores de potência utilizados no estádio de saída do amplificador de potência de micro-ondas 501 são protegidos contra danos causados por níveis excessivos de potência refletida que regressa ao amplificador, causados por uma desadaptação de impedância no aplicador onde o plasma é gerado, por danos ao conjunto de cabos de micro-ondas 200, ou por o aplicador ou conjunto de cabos se desligar, utilizando o circulador de micro-ondas 50 e o dispositivo de descarga de potência 51 conforme descrito acima. O controlador 140 controla igualmente uma válvula eletricamente controlada 436, que é aberta para permitir a entrada do gás na cavidade de guia de ondas 280. É preferível garantir que o gás entra na cavidade antes de a energia de micro-ondas ser aplicada ou introduzida na cavidade, de modo a garantir que a radiação de micro-ondas não ionizante não é emitida a partir da extremidade distai do guia de ondas na pele ou noutro tecido biológico.

Igualmente, pode ser desejável controlar a taxa de fluxo de gás utilizando um medidor de fluxo eletricamente controlado (não ilustrado aqui). Ao conhecer o volume inicial de gás contido dentro do cilindro de gás 410 e o tempo e a taxa de fluxo, é possível determinar o volume de gás deixado ficar no cilindro a qualquer momento. Estas informações podem ser utilizadas para garantir que a fonte de energia de micro-ondas é desligada antes de o cilindro de gás ficar vazio. O sistema ilustrado na Fig. 11 ilustra três entradas que entram no aplicador de plasma: a linha de sinal de controlo 202 para o acionador eletromecânico, o conjunto de cabos de micro-ondas 200 que liga o gerador de energia de micro-ondas ao aplicador, e o tubo de alimentação de gás 470 para transportar o abastecimento de gás do cilindro de gás até à cavidade de guia de ondas. Talvez seja desejável colocar as três entradas dentro de um único revestimento para facilitar a utilização ou a manipulação do aplicador. 0 gás entra no aplicador de plasma através de uma abertura na parede 230 do guia de ondas 290. O conetor de micro-ondas de entrada 340 aqui ilustrado utiliza uma sonda de campo H 220 para acoplar a potência de micro-ondas no guia de ondas 290. Em alternativa, uma sonda de campo E pode ser utilizada para acoplar a energia de micro-ondas na estrutura. A interface de utilizador 150 fornece uma interface entre o utilizador (clínico ou cirurgião) e o sistema de tratamento (interface homem-máquina). Por exemplo, pode ser necessário introduzir o tipo de gás (ou tipos de gases) utilizado (He, C02, Ar, Ne, 02, etc.), a duração do tratamento e o nível de potência, e a taxa de fluxo. A dosagem de energia de plasma pode ser calculada a partir destas informações e pode ser apresentada. A interface de utilizador 150 também pode indicar condições de falha ou erro. A interface de utilizador pode assumir a forma de um visor LED/LCD e um teclado numérico, um visor de ecrã tátil ou afins. É utilizada uma fonte de alimentação de tensão de rede para tensão de CC 141 para fornecer a tensão/corrente necessária pelos componentes elétricos no interior do sistema. É preferível que a fonte de alimentação 141 seja uma fonte de alimentação em modo comutado para obter uma ótima eficiência de tensão de rede de CA para CC. A correção do fator de potência pode ser incluída na unidade para otimizar esta eficiência. A Fig. 12 ilustra outro aplicador de plasma que inclui o sistema de regulação automática. A disposição ilustrada utiliza apenas um stub de regulação 250 por motivos de conveniência, mas talvez seja preferível utilizar dois, três ou mais stubs na prática. O mecanismo de regulação automática funciona definindo o stub de distância 250 que se projeta para o interior da cavidade 290 até um comprimento Li determinado pelos sinais de ativação 242, 243 (representados como Vi/ii e V2/Í2) na entrada do acionador eletromecânico 240 utilizado para mover o stub de regulação 250 dentro da cavidade de micro-ondas 290. Um comutador unipolar de duas direções 241 é utilizado para selecionar um dos sinais de ativação 242, 243 para a transferência para o acionador 240. A posição do comutador Si ou S2 é determinada pelo sinal de linha de controlo Ci e sinal de reposição 244. Um dispositivo MOSFET ou um relê pode ser utilizado para implementar o comutador 241. No caso em que o comutador 241 tem apenas uma entrada de sinal de controlo, as funções de reposição e controlo podem ser fornecidas utilizando uma disposição de porta lógica, por exemplo, um circuito biestável (flip flop) tipo T ou uma disposição de portas lógicas. A Fig. 12 ilustra o comutador como um bloco com duas entradas e não ilustra a lógica de cola adicional que pode ser necessária.

Para detetar a magnitude do campo elétrico estabelecido dentro da cavidade de guia de ondas, um acoplador de ciclo de campo H 245 encontra-se junto à extremidade distai (isto é, a saída) do aplicador. Um conetor 246 (p. ex. um conetor SMA ou de tipo N) é utilizado para ligar o sinal de saída do acoplador de ciclo H 245 ao resto do circuito. Para ser possível detetar com êxito uma porção do sinal direto ou refletido, pode ser igualmente fornecida uma porta não acoplada (não ilustrada) . Uma sonda de campo E pode ser utilizada para detetar a magnitude do campo elétrico. O acoplador 245 deteta uma porção do campo estabelecido dentro da cavidade de guia de ondas 280. O sinal acoplado é introduzido no detetor 247, que pode ser um detetor de magnitude, um detetor de fase e magnitude ou um detetor de fase. O detetor 247 produz um sinal de tensão de CC ou CA de baixa frequência que é introduzido na entrada do comparador de limiar 248, cuja função é fornecer um sinal de controlo ao comutador 241 para alterar a posição do polo de acordo com o valor do campo elétrico estabelecido dentro da cavidade de guia de ondas 280 e determinar se a fonte de micro-ondas é ligada ou não (isto pode ser igualmente determinado pelo estado do sinal de reposição). A Fig. 12 ilustra uma disposição em que o stub 250 é definido para uma posição para produzir um campo elétrico máximo dentro da cavidade de guia de ondas 280, de modo a permitir que o plasma seja acionado quando um gás adequado é fornecido à cavidade de guia de ondas e a fonte de micro-ondas é ligada. Depois de o plasma ser acionado, o campo elétrico 249 será reduzido e isto será detetado por uma alteração na tensão Va encontrada utilizando o acoplador de deteção de campo H 245. A alteração na magnitude do campo elétrico 249 pode ser utilizada para alterar o estado da saída do comparador de limiar 248 para originar a alteração da posição do comutador para Si, de modo a permitir que o sinal de ativação 242 (Vi/ii) seja observado na entrada do acionador eletromecânico 240 para fazer com que o comprimento Li do stub 250 que se projeta para dentro da cavidade de guia de ondas 280 mude. A nova condição irá permitir que a impedância da energia de micro-ondas seja adaptada dentro da cavidade de guia de ondas 280 para sustentar o plasma e providenciar um fornecimento de energia eficaz com um nível mínimo de energia de micro-ondas refletida sendo devolvido à fonte de micro-ondas.

Para a realização prática desta disposição, pode ser desejável utilizar a alta tensão detetada quando o campo elétrico elevado 249 se encontra presente para acionar o comparador de limiar 248 para mover o stub 250 para a segunda posição necessária para sustentar o plasma. Se for assumido que o plasma será seguramente acionado assim que for estabelecido um campo elétrico suficientemente elevado 249, o comparador de limiar 248 pode ser acionado num momento predeterminado depois de o campo elétrico elevado 249 ter sido detetado (ou ter sido estabelecido) utilizando o acoplador de campo H 245. É possível introduzir um atraso de tempo no sistema utilizando um circuito monoestável repetidamente acionável ou um circuito de atraso L-C, C-R para permitir a ocorrência desta sequência de eventos.

Numa disposição prática, talvez seja desejável localizar a posição física do stub de regulação 250 mais próximo da extremidade distai do aplicador de plasma. A Fig. 13 é um diagrama que ilustra um exemplo da disposição de controlo de acionador descrita acima. A implementação aqui ilustrada utiliza o processamento de sinais analógicos para velocidade de funcionamento, facilidade de implementação e simplicidade. Não é necessário implementar um PIC ou microprocessador e componentes periféricos associados. Os dois sinais de ativação de acionador 242, 243 são obtidos utilizando amplificadores operacionais respetivos 251, 252 configurados como amplificadores não inversores. A tensão/corrente (Vj) aplicada ao acionador eletromecânico 240 para fazer com que o stub 250 seja movido para permitir a projeção do mesmo para dentro da cavidade 280 até um comprimento desejado Ll, de modo a permitir o estabelecimento de um campo elétrico elevado 249 para iniciar ou acionar o plasma, pode ser expressada como

em que Nx corresponde à tensão aplicada ao terminal de entrada não inversor do primeiro amplificador operacional 251, Ri corresponde à resistência do primeiro resistor de realimentação 720 ligado entre a saída do primeiro amplificador operacional 251 e a entrada de inversão do primeiro amplificador operacional 251, e R2 corresponde à resistência de um resistor 730 ligado entre a entrada de inversão do primeiro amplificador operacional 251 e o solo.

Igualmente, a tensão/corrente 1¾ aplicada para fazer com que o stub 250 seja movido pelo acionador eletromecânico 240 para permitir que o mesmo se projete para dentro da cavidade 280 até um comprimento L2 para permitir a manutenção do plasma pode ser expressada como

em que Vy corresponde à tensão aplicada ao terminal de entrada não inversor do segundo amplificador operacional 252, R3 corresponde à resistência do segundo resistor de realimentação 820 ligado entre a saída do segundo amplificador operacional 252 e a entrada de inversão do segundo amplificador operacional 252, e R4 corresponde à resistência de um resistor 830 ligado entre a entrada de inversão do segundo amplificador operacional 252 e o solo. O primeiro e o segundo amplificadores operacionais 251, 252 podem estar contidos num único circuito integrado embalado e podem ser fornecidos na forma de um pequeno dispositivo de montagem em superfície.

Nesta disposição, o detetor 247 compreende um díodo RF ou de micro-ondas Dl 610, um condensador de filtro Cl 620 e um díodo de fixação Zener D2 630. O sinal de entrada para o detetor 247 é a tensão Ra encontrada a partir do acoplador de campo H 245 contido dentro da cavidade de guia de ondas 280. O díodo 610 pode ser um díodo Schottky de polarização nula ou díodo de túnel, o condensador 620 pode ser um condensador de baixa perda, por exemplo, um COG de 0,1 pF, e o díodo 630 pode ser um díodo Zener de 4,7 V. O díodo Zener 630 é utilizado para garantir que a tensão de entrada que entra no terminal não inversor do amplificador seguidor de tensão (buffer) 253 não excede 4,7 V e, deste modo, este componente protege o resto do circuito depois da unidade de detetor 247.

Nesta disposição, o comparador de limiar 248 compreende um amplificador seguidor de tensão 253 e um amplificador operacional 254. 0 amplificador seguidor de tensão 253 é um amplificador operacional configurado como um amplificador de ganho unitário. 0 amplificador operacional 254 é configurado como um comparador de tensão. 0 sinal isolado produzido na saída do amplificador seguidor de tensão Vn é adiado utilizando uma disposição de filtro passa-baixo unipolar compreendendo um resistor ligado em série 520 e um condensador ligado em derivação 530. A tensão V0 na entrada não inversora do amplificador operacional 254 pode ser expressada como

em que τ corresponde à constante de tempo do circuito. A tensão aplicada à entrada de inversão do amplificador operacional 254 é fornecida pela saída do divisor potencial formado pela cadeia de resistores ligados em série 540, 550. A tensão de referência aplicada ao terminal de entrada de inversão pode ser expressada como

em que R6 corresponde à resistência de um primeiro resistor 540 ligado entre um abastecimento de +5V e o terminal de entrada de inversão do amplificador operacional 254, e i?7 corresponde à resistência de um segundo resistor 550 ligado entre o terminal de entrada de inversão do amplificador operacional 254 e o solo.

Depois de a tensão aplicada no terminal não inversor do amplificador operacional 254 atingir a tensão de limiar (determinada pela tensão de referência descrita acima), a saída do amplificador operacional 254 irá mudar a posição do polo do comutador MOSFET de SI para S2 para permitir que o stub 250 seja movido para uma segunda posição, de modo a permitir que uma condição de baixa impedância seja estabelecida dentro da cavidade de guia de ondas 280 para sustentar o plasma. Quando está presente um sinal de reposição 244, a posição do polo irá regressar a Sl. O acionador eletromecânico 240 é aqui ilustrado como um motor. O acionador eletromecânico 240 pode igualmente assumir a forma de um motor linear, ou um acionador linear, por exemplo, uma disposição de acionador linear à base de material magnetostritivo.

Uma sequência de eventos que representam o funcionamento do sistema ilustrado nas Figs. 11 a 13 pode ser conforme apresentado em seguida: reponha o sistema utilizando o sinal de reposição 244 para garantir que o comutador 241 se encontra na posição devida para assegurar que o stub 250 adota uma posição que irá criar um campo elétrico elevado 249 dentro da cavidade de guia de ondas 280 para permitir que o plasma seja acionado, ligue o abastecimento de gás utilizando o regulador 450 e a válvula 436 (utilizando o controlador 140) para garantir que o gás entrou na cavidade de guia de ondas 280, após um atraso predeterminado (para garantir que a cavidade 280 está cheia com o gás) , ligue a fonte de energia de micro-ondas utilizando sinais de controlo produzidos pelo controlador 140, o campo elétrico elevado 249 estabelecido na cavidade de guia de ondas 280 cheio com o gás apropriado faz com que um plasma seja iniciado ou acionado, após um curto atraso de tempo, mude a posição do polo do comutador 241 para permitir que o plasma seja mantido criando uma condição de baixa impedância dentro da cavidade de guia de ondas 280 para permitir que a impedância da potência de saída a partir da fonte de energia de micro-ondas seja adaptada ao gás condutor (o plasma), de modo a permitir o estabelecimento e a manutenção de plasma clinicamente útil. A implementação prática do circuito fornecida na Fig. 13 pode ser realizada utilizando componentes de montagem em superfície, por exemplo, dispositivos 0201 e 0603, de modo a manter o tamanho físico dos circuitos num mínimo para permitir o fabrico de uma conceção de peça manual compacta. Tanto os dispositivos ativos como passivos encontram-se agora disponíveis nestas pequenas embalagens e, como tal, é possível implementar os circuitos desta forma para permitir que o circuito seja incluído dentro da peça manual de uma maneira não intrusa.

Talvez seja desejável carregar os stubs de regulação 250, 260, 270 por meio de mola e utilizar um mecanismo de roquete para permitir que os três stubs sejam definidos apenas em duas posições. A primeira posição irá permitir que o plasma seja acionado e uma segunda posição irá permitir que o plasma seja mantido (o nível de reflexão é minimizado) conforme descrito acima. Nesta disposição especifica, pode não ser necessário um mecanismo de regulação automática. A distância entre os centros dos três stubs é preferencialmente um quarto ou três quartos do comprimento de onda de guia (são fornecidos mais detalhes sobre este aspeto específico abaixo), mas esta disposição não é limitada à utilização deste espaçamento, isto é, é igualmente possível utilizar um oitavo ou metade de comprimento de onda.

Noutro exemplo, a condição do plasma que é acionado pode ser detetada utilizando um sensor adequado, por exemplo, um acoplador direcional 80, 90 e um detetor, ou um dispositivo de medição de tensão. Os stubs podem ser móveis com base nesta medição. Ao utilizar este método de controlo, os comprimentos dos três stubs dentro da cavidade também podem ser alterados de acordo com a impedância variável da superfície ou do tecido ao qual o plasma está ser acoplado, isto é, a magnitude e/ou fase do sinal produzido pelo acoplador de potência refletida 90 irá mudar de acordo com a adaptação de impedância entre a pluma de plasma e a superfície, e este sinal pode ser utilizado para alterar a posição dos stubs para minimizar a mudança ou estabelecer uma condição de adaptação de conjugado, p. ex. utilizando uma rotina de otimização associada para garantir que a posição dos stubs de regulação coincide com um valor nulo ou mínimo no sinal refletido.

Uma vantagem específica da disposição descrita relativamente às Figs. 11 a 13 é que a cavidade ressonante pode não sofrer da redução em Q causada pela perda de inserção do conjunto de cabos inserido entre o gerador e o aplicador; esta redução em Q pode provocar a redução do campo elétrico gerado dentro da cavidade, o que pode limitar a capacidade do sistema para sustentar o plasma. A Fig. 14 ilustra uma disposição mecânica que pode ser utilizada para garantir que a temperatura do plasma não excede um limite seguro quando entra em contacto com o tecido do paciente. O limite seguro pode ser definido como sendo de cerca de 10 °C acima da temperatura ambiente ou uma temperatura que não possa causar queimaduras ou danos devido a calor no tecido do paciente. A disposição ilustrada na Fig. 14 compreende uma montagem fixa 381, que é permanentemente ligada ao corpo exterior 330 do aplicador de plasma 300, e uma secção móvel 382, que pode mover-se livremente ao longo do corpo exterior 330, e cuja posição é ajustada utilizando parafusos roscados 380. Para garantir que a posição do dispositivo de afastamento é fixa e não pode mudar, podem ser igualmente incluídas contraporcas. Pelo menos, dois suportes são ligados à secção móvel 382, e a extremidade distai destes suportes encontra-se em contacto com o tecido do paciente para impedir que a pluma de plasma fique em contacto direto com o tecido do paciente. Esta disposição pode ser utilizada para controlar a temperatura do plasma para garantir que a pluma não pode causar qualquer dano no tecido. Outros parâmetros, tais como nível de potência de micro-ondas, tempo ligado/desligado do impulso, frequências de modulação, mistura de gases e taxas de fluxo de gás determinam igualmente a temperatura do plasma relativamente à superfície da pele do paciente e, por conseguinte, a disposição de dispositivo de afastamento aqui fornecida pode ser utilizada como uma medida secundária para garantir que uma temperatura segura nunca possa ser excedida. Para além do controlo de temperatura, o dispositivo de afastamento ajustável também pode ser utilizado como outro meio de controlo da quantidade de energia de plasma que é fornecida ao tecido do paciente. Por exemplo, nos casos em que não seja necessário destruir totalmente determinadas bactérias, a energia de plasma necessária para ser fornecida ao tecido do paciente pode ser inferior à necessária para destruir totalmente as bactérias. A Fig. 15 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de esterilização por plasma com um aplicador de plasma compreendendo uma diversidade de regiões de geração de plasma. Na Fig. 15, o aplicador de plasma compreende sete jatos de plasma 300 a 306, em que cada um deles tem uma configuração semelhante aos aplicadores de plasma ilustrados na Fig. 3. O sistema é disposto para produzir uma diversidade de plumas de plasma simultaneamente de uma forma controlada que permita a emissão de uma camada de plasma. A disposição pode ser útil para o tratamento de uma área (p. ex. uma grande área) de uma maneira uniforme. 0 sistema ilustrado na Fig. 15 funciona de um modo semelhante ao ilustrado na Fig. 1. Os componentes que efetuam uma função igual ou semelhante têm os mesmos números de referência e não são descritos novamente.

Nesta disposição, o adaptador de impedância 100 é um filtro de regulação, p. ex. compreendendo um ou mais condensadores variáveis ou afins, controlado por um controlador de filtro 101 que recebe informações do controlador 140. A Fig. 15 ilustra igualmente uma fonte de potência 102 para fornecer fontes de potência V1 a V9 aos componentes no gerador. A principal diferença entre as disposições ilustradas nas Figs. 1 e 15 é a disposição de divisão de potência que permite que os diversos feixes de plasma sejam gerados de forma controlável substancialmente em simultâneo. Os sete jatos de plasma 300 a 306 são ligados em paralelo por uma unidade de divisão de potência (não ilustrada) à potência de saída do acoplador refletido 90. Nesta disposição, os jatos de plasma 300 a 306 são ligados em série à alimentação de gás 470, isto é, as regiões de geração de plasma em cada jato de plasma são ligadas por canos de fluxo de gás 472. É igualmente possível ligar as regiões de geração de plasma em paralelo, mas a disposição ilustrada é mais eficaz e poupa espaço. A Fig. 16 ilustra esquematicamente uma possível disposição para a unidade de divisão de potência 3000 num exemplo em que existem oito jatos de plasma 300 a 307 ligados em série à alimentação de gás, mas em paralelo relativamente à energia de micro-ondas. A unidade de divisão de potência 3000 compreende uma diversidade de amplificadores de sinal e divisores de potência. A potência de micro-ondas do gerador (isto é, da porta de saída do acoplador refletido 90) é introduzida no primeiro amplificador de sinal 560. A finalidade dos amplificadores de sinal é manter o sinal num nível de potência em que uma tensão suficientemente elevada possa ser criada em cada jato de plasma para permitir o acionamento de um plasma. A Fig. 16 ilustra um amplificador de sinal situado à frente de cada divisor. Na prática, isto não é essencial. A saída do primeiro amplificador de sinal 560 é introduzida no primeiro divisor de potência 3010 (p. ex. um divisor de potência de 3 dB convencional) que divide o sinal de entrada em duas saídas equilibradas. As duas saídas do primeiro divisor de potência são introduzidas no segundo e no terceiro amplificadores de sinal 561, 562 respetivamente. As saídas do segundo e do terceiro amplificadores de sinal 561, 562 são introduzidas no segundo e no terceiro divisores de potência 3020, 3030 respetivamente. As quatro saídas do segundo e do terceiro divisores de potência 3020, 3030 são introduzidas no quarto, quinto, sexto e sétimo amplificadores de sinal 563 a 566, cujas saídas são introduzidas no quarto, quinto, sexto e sétimo divisores de potência 3040 a 3070. O quarto, quinto, sexto e sétimo divisores de potência 3040 a 3070 fornecem oito saídas, uma para cada jato de plasma 300 a 307. Antes de ser introduzida no jato de plasma, cada saída do quarto, quinto, sexto e sétimo divisores de potência 3040 a 3070 é introduzida num respetivo amplificador de sinal 567 a 574. A Fig. 17 é um diagrama esquemático que ilustra como pode ser utilizado um sistema capaz de produzir uma diversidade de plumas de plasma. O diagrama ilustra uma armação retangular 1200 que define uma abertura 1202 adequada para a passagem de uma pessoa 1204. A armação pode ser um caixilho ou afins. A armação 1200 pode ser feita de dois painéis verticais 1206, 1208 e um painel de proteção 1210, em que cada um deles inclui uma diversidade de jatos de plasma (ilustrados esquematicamente como setas). Os jatos de plasma podem corresponder aos jatos de plasma do aplicador de plasma ilustrado nas Figs. 15 e 16. Os jatos de plasma são dispostos para direcionar as plumas de plasma para o interior, isto é, para dentro da abertura, de modo a que um objeto (p. ex. pessoa, acessórios ou afins) que passe pela abertura seja exposto ao plasma de esterilização. Os painéis podem ser móveis, p. ex. para alterar o tamanho da abertura para tamanhos diferentes de objeto. A Fig. 18 ilustra outro exemplo de um sistema de esterilização por plasma com uma diversidade de regiões de geração de plasma. Este exemplo encontra-se numa escala muito mais pequena do que o da Fig. 17, uma vez que todas as várias regiões de geração de plasma estão contidas numa unidade portátil, p. ex. um aplicador de "escova" ou "pente" de plasma. Neste caso, o aplicador de plasma tem uma diversidade de bocais dispostos para emitir plasma. 0 espaçamento entre os bocais é de modo a que o plasma pareça ser uma linha continua de plasma. 0 aplicador assume a forma de uma linha de transmissão coaxial 1220 compreendendo o condutor exterior 1230 e o condutor interior 1240. A energia de micro-ondas é introduzida na estrutura utilizando um conetor de micro-ondas 340. O condutor interior 1230 e o condutor exterior 1240 são materiais preferíveis que têm uma elevada condutividade. O condutor exterior 1240 também pode fornecer um nível de resistência mecânica necessário para suportar a estrutura de aplicador.

Na disposição ilustrada na Fig. 18, o condutor exterior 1240 é ligado ao, ou colocado em curto-circuito com o, condutor exterior 1230 na extremidade distal do dispositivo, e vários furos 1242 (ou ranhuras) são efetuados no condutor exterior 1230. É fornecida uma diversidade de bocais 1131 a 1135, cada um ligado a um respetivo furo 1242. Em utilização, é emitida uma pluma de plasma a partir de cada bocal 1131 a 1135. 0 gás é introduzido na estrutura coaxial 1220 através da alimentação de gás 470, que é dividida numa diversidade de abastecimentos, cada um alimentando uma válvula em miniatura 1231 a 1235 situada em frente do respetivo bocal 1131 a 1135. Cada válvula 1231 a 1235 pode ser ajustável de forma manual ou automática para permitir que o fluxo de gás nas imediações de cada bocal seja diferente e de modo a que as plumas de energia sejam iguais, isto é, a energia de plasma produzida por cada pluma é igual. Por exemplo, as válvulas 1231 a 1235 podem ser válvulas de solenoide que são controladas utilizando sinais produzidos pelo controlador 140. Em alternativa, as válvulas 1231 a 1235 também podem ser manualmente ajustadas utilizando um mecanismo tipo torneira ou parafuso. A condição de alta tensão necessária para causar a rutura por ionização do gás fornecido através das válvulas 1231 a 1235 é fornecida pelo gerador de alta tensão 1260, que produz impulsos de alta tensão ou picos baseados nos sinais de controlo fornecidos pelo controlador 140. O gerador de alta tensão 1260 pode assumir a forma de um gerador de baixa tensão com um transformador de tensão que tem uma grande relação de transformação (p. ex. 1:100, em que uma tensão primária de 10 V irá produzir uma tensão secundária de 1 kV) , um conversor elevador, um dispositivo de ignição piezoelétrico ou afins.

Depois de ocorrer a rutura por ionização, o plasma será mantido utilizando a energia de micro-ondas produzida pelo gerador de micro-ondas controlável 2000. A potência de micro-ondas do gerador estabelece um campo de micro-ondas dentro do aplicador para garantir a emissão de plasma a partir de cada um dos cinco bocais.

As Figs. 19a a 19c ilustram uma estrutura de aplicador de plasma na qual a energia de micro-ondas da fonte é utilizada para acionar o plasma na diversidade de bocais, isto é, em que não é necessário um gerador separado de alta tensão. A Fig. 19a ilustra uma estrutura que pode ser utilizada para permitir que a energia de micro-ondas produzida pelo gerador de micro-ondas inicie o plasma em cada um dos quatro bocais 1131 a 1134. Esta disposição ilustra a extremidade distal do condutor exterior 1230 colocado em curto-circuito com o condutor interior 1240 utilizando a placa ou extremidade em curto-circuito 1262. O centro do primeiro bocal 1134 é colocado a uma distância de um quarto de comprimento de onda na frequência de funcionamento relativamente à referida placa de extremidade em curto-circuito 1262 para fornecer os máximos de um primeiro campo E (uma vez que uma rotação de quarto de comprimento de onda de um curto-circuito produz um circuito aberto), que é a condição preferida para a ocorrência de uma descarga por ionização ou acionamento de plasma. A distância entre o primeiro bocal e o segundo bocal é então uma metade de comprimento de onda na frequência de funcionamento para permitir que os máximos do segundo campo E sejam posicionados no centro do segundo bocal 1133 (uma rotação de metade de comprimento de onda produz a mesma condição, isto é, uma primeira condição de circuito aberto para uma segunda condição de circuito aberto). A posição de bocais subsequentes segue o mesmo padrão para permitir que os máximos de campo E se situem no centro de cada bocal restante 1132, 1131. O gás é introduzido na estrutura utilizando uma disposição de válvulas semelhantes às ilustradas na Fig. 18.

As descargas por ionização ocorrem no centro dos bocais 1131 a 1134, e as taxas de fluxo de gás variável ao longo do comprimento da estrutura ajudam a garantir que uma linha uniforme de plasma seja produzida ao longo do comprimento da disposição de "escova" ou "pente". As distâncias entre os centros de bocais adjacentes podem ser reduzidas aumentando a frequência de funcionamento e/ou introduzindo material de carregamento magnético ou dielétrico na estrutura de modo a reduzir a metade de comprimento de onda.

Conforme mencionado acima, a potência de micro-ondas pode ser modulada numa frequência e num ciclo de funcionamento que irão permitir que um plasma seja continuamente acionado e emitido a partir dos bocais 1131 a 1134, p. ex. a fonte de micro-ondas pode ser modulada numa frequência de 1 MHz com um ciclo de funcionamento entre 10% e 80% para produzir uma gama de efeitos de esterilização.

Em cada abertura (ranhura) na estrutura coaxial, um stub de regulação 1241 a 1244 pode ser fornecido, p. ex. para regular com exatidão a impedância para garantir que o campo elétrico é suficientemente concentrado para causar o acionamento de um plasma. A Fig. 19b ilustra uma estrutura semelhante à ilustrada na Fig. 19a, mas em que o comprimento da secção de extremidade em curto-circuito é variável. Nesta disposição, é montada uma tampa metálica 940 na extremidade da estrutura coaxial. A tampa 940 tem uma aba que é inserida sobre o condutor exterior 1230 e um tubo central que desliza sobre o condutor central 1240. Por conseguinte, a tampa efetua a função de colocação em curto-circuito na parede de extremidade. A parede exterior da secção de extremidade 940 é revestida com um material magnético 930, que ajuda no movimento da referida secção de extremidade 940 quando está presente uma força magnetizante F. Por conseguinte, a secção de extremidade 940 forma o êmbolo ou a haste de uma disposição de válvula de solenoide. Os restantes componentes da disposição de solenoide são duas bobinagens solenoidais fixas 911 e 912 e um formador não magnético fixo 920. As duas bobinagens 911, 912 são colocadas de modo adjacente uma em relação à outra e enroladas no cimo do formador não magnético 920. A secção de extremidade revestida 940 irá mover-se fisicamente quando a corrente da fonte de corrente 900 for aplicada a uma das duas bobinagens 911, 912. Conforme ilustrado, a primeira bobinagem 912 é acionada pela fonte de corrente 900, que estabelece uma força magnetizante, que por sua vez estabelece uma força física F para mover a secção de extremidade 940 numa direção que se estende por todo o comprimento do aplicador, de modo a que a distância entre a parede de extremidade em curto-circuito distai e o centro do primeiro bocal 1134 seja três quartos de um comprimento de onda na frequência de funcionamento. Isto permite que os máximos do campo E existam nos centros de cada um dos quatro bocais 1131 a 1134, o que permite o acionamento do plasma em cada um dos quatro bocais. A ativação do primeiro solenoide 912 baseia-se no campo escolhido pelo acoplador de ciclo 1264. A amplitude do campo é detetada utilizando o detetor 1266, que pode ser um detetor de díodos, e o sinal produzido pelo detetor 1266 é introduzido no comparador de limiar 1268, o que pode ser um amplificador operacional com uma referência de tensão e um circuito de histerese. O nível de tensão produzido pelo comparador de limiar 1268 é utilizado para controlar a posição do comutador unipolar-bipolar 910, que é utilizado para canalizar a corrente produzida pela fonte de corrente 900 para uma das duas bobinagens solenoides 911, 912. A fonte de corrente 900 pode ser uma fonte de corrente controlada por tensão, em que um nível de tensão produzido por um DAC contido no microprocessador (não ilustrado aqui) pode ser utilizado para controlar o nível de corrente introduzido numa das bobinagens 911, 912, o que irá determinar a força mecânica produzida e o movimento da secção de extremidade 940. A fonte de corrente 900 pode ser um circuito baseado em MOSFET ou transístor bipolar, ou uma disposição utilizando um amplificador operacional de potência. A Fig. 19c ilustra uma estrutura semelhante à ilustrada na Fig. 19b, mas em que o comprimento da secção de extremidade em curto-circuito foi ajustada para fornecer a condição de baixa impedância necessária para permitir que o plasma seja sustentado. Neste caso, o acoplador de ciclo 1264 detetou a presença de um campo E elevado dentro do aplicador coaxial, e são utilizadas informações para dar a entender que o plasma foi acionado. A tensão produzida pelo detetor 1266 alterna a saída do comparador de limiar 1268, e um sinal de controlo é enviado ao comutador unipolar-bipolar 910 para mover o contacto que encaminha a saída da fonte de corrente 900 para permitir a circulação de corrente no segundo solenoide 911. Depois de acionado o segundo solenoide, o mesmo irá produzir uma força magnetizante, juntamente com uma força física, que se encontra na direção oposta à anteriormente estabelecida para permitir que a secção em curto-circuito móvel se mova para uma posição, de modo a que a impedância no centro dos bocais 1131 a 1134 seja reduzida para permitir que o plasma seja sustentado. Na disposição ilustrada na Fig. 19c, a nova distância entre a parede de extremidade distai que coloca em curto-circuito os condutores interior e exterior em conjunto e o centro do primeiro bocal 1134 é igual a uma metade de um comprimento de onda na frequência de funcionamento, o que irá rodar o curto-circuito 180° no diagrama de Smith de volta para um curto-circuito, de modo a fornecer a condição de baixa impedância necessária para sustentar o plasma. O espaçamento fixo de metade de comprimento de onda entre os centros dos bocais subsequentes garante que é estabelecida a mesma condição no centro de cada um dos quatro bocais 1131 a 1134 para permitir que as plumas de plasma sejam sustentadas. A Fig. 20 é um diagrama de blocos que ilustra esquematicamente uma forma de realização da invenção que se parece com uma "escova" ou "pente" de plasma. Nesta forma de realização, é utilizado um separador ou divisor de potência 1600 para dividir a potência de micro-ondas produzida pelo gerador de micro-ondas (ou fonte) 2000 numa diversidade de níveis de potência mais pequenos que são de amplitude igual e que são, cada um deles, utilizados para ativar um dispositivo separado que pode produzir plasma. O divisor de potência 1600 pode assumir a forma de um separador de potência de microfita ou de linha de fita, um divisor de potência de quarto de onda ou uma estrutura de micro-ondas semelhante que pode ser utilizada para dividir a potência de micro-ondas numa diversidade de partes iguais. Nesta forma de realização, o divisor de potência 1600 divide a potência entre oito aplicadores de plasma 360 a 367. Cada aplicador de plasma é uma linha de transmissão coaxial ligada ao divisor de potência 1600 utilizando um conetor 341 a 348, que pode ser um conjunto de conetores de tipo SMA ou de tipo N, ou afins. Cada conetor 341 a 348 tem um acoplador de ciclo de campo H 331 a 338 associado ao mesmo para transferir ou acoplar a energia de micro-ondas na saída do divisor de potência 1600 para, ou nos, aplicadores de plasma coaxiais individuais. A invenção não está limitada à utilização desta disposição de acoplamento específica, isto é, pode ser preferível utilizar dispositivos de lançamento de sonda de campo E ou acoplar os acopladores coaxiais diretamente às saídas do divisor de potência 1600 utilizando estruturas de microfita ou linha de fita. O condutor interior de cada aplicador coaxial pode ser disposto para transformar a impedância verificada no dispositivo de lançamento ou no divisor de potência 1600 numa impedância mais elevada ou mais baixa, de modo a criar ou manter o plasma na extremidade distal do aplicador. Para a disposição ilustrada na Fig. 20, um ou mais transformadores de impedância de quarto de onda podem ser fornecidos em cada aplicador de plasma. Os transformadores de impedância de quarto de onda podem transformar a impedância de gerador verificada nas saídas do divisor de potência 1600 numa impedância mais baixa que se adapta ao estado do plasma depois de o mesmo ser acionado, isto é, a estrutura é estabelecida para manter o plasma, mas não para permitir que o mesmo seja inicialmente gerado ou acionado. O acionamento de plasma ou a rutura inicial do gás pode ser produzido pelo gerador de alta tensão 1260 e os dispositivos de ignição 1101 a 1108, que são acoplados nos condutores exteriores dos aplicadores coaxiais 360 a 367, de modo a que um campo elétrico elevado seja gerado entre os condutores interior e exterior quando o gerador de alta tensão 1260 é ativado por um sinal de controlo produzido pelo controlador 140. O elemento de alta tensão de cada dispositivo de ignição 1101 a 1108 pode ser um condutor pontiagudo que pode aguentar temperaturas altas e alta tensão sem ficar danificado, p. ex. fio ou haste de tungsténio. O sistema utilizado para gerar os picos ou impulsos de alta tensão também pode ser um conversor elevador que utiliza um oscilador de baixa frequência, um dispositivo de comutação (MOSFET ou BJT) e uma bobina ou indutor, ou um transformador cuja tensão primária é ligada a um circuito de oscilador de baixa tensão com um ativador adequado, uma disposição de bobina de ignição ou um dispositivo de ignição piezoelétrico.

Um abastecimento de gás (ou mistura de gases) é introduzido em cada um dos oito aplicadores através do controlador de fluxo de gás 400 e cano de alimentação de gás 470. Nesta forma de realização, a alimentação de gás situa-se em paralelo. A Fig. 21 ilustra uma disposição para um instrumento flexível ou aplicador que pode ser inserido no corpo através do canal de instrumento de um endoscópio, através de um tubo ou inserido diretamente num orifício natural para esterilizar estruturas de tecido ou itens (inserções) colocadas dentro do corpo utilizando um plasma gerado na ponta distal do instrumento a partir de um campo de micro-ondas e um gás adequado (ou combinação de gases). Para este dispositivo, é preferível que o diâmetro exterior do conjunto de cabos a seja inferior a 3 mm e mais preferencialmente inferior a 2 mm para permitir que o mesmo seja inserido pelo canal de instrumento de um endoscópio cirúrgico padrão. 0 instrumento consiste num conjunto de cabos coaxiais, que é preferencialmente um conjunto flexível, com um condutor exterior 2230, um condutor interior 2240 para formar os condutores de retorno e ativo respetivamente, e um material dielétrico 2220 utilizado para separar os dois condutores 2230, 2240 um do outro e fornecer uma impedância característica constante ao longo do comprimento do conjunto de cabos. O conjunto de cabos é utilizado para transportar energia de micro-ondas do gerador 2000 para a extremidade distal do aplicador onde o plasma é gerado. O condutor interior 2240 é oco para permitir que um gás (ou mistura de gases) seja transportado ao longo do conjunto de cabos coaxiais até à extremidade do aplicador onde o plasma é gerado. A secção de extremidade contém uma disposição de transformadores de impedância 2221 a 2224 que são utilizados para aumentar a tensão e o campo elétrico disponíveis no gerador de micro-ondas 2000 para um valor que possa ser utilizado para causar a descarga por ionização do gás (ou mistura de gases) na extremidade da estrutura para permitir a produção de plasma adequado.

Nesta disposição, os transformadores de impedância 2221 a 2224 não contêm nenhuns materiais de carregamento dielétricos ou magnéticos. Isto significa que o respetivo comprimento é somente dependente da frequência de funcionamento de micro-ondas. É preferível que o comprimento total da secção de extremidade do instrumento seja o mais pequeno possível, pelo que é desejável utilizar transformadores que correspondam a um quarto do comprimento de onda carregado ou descarregado na frequência de funcionamento para implementar cada um dos quatro estádios do transformador. Note que os comprimentos que podem ser utilizados são regulados pela fórmula

em que L corresponde ao comprimento físico do transformador, n corresponde a qualquer número inteiro e A0 corresponde ao comprimento de onda na frequência de funcionamento. Em conformidade, λ0/4 irá fornecer o comprimento de transformador mais pequeno que pode ser utilizado.

Talvez seja necessário que a frequência de funcionamento seja o mais alta possível, considerando a relação entre a perda de relação da linha de transmissão e a frequência de funcionamento de micro-ondas. Tipicamente, a perda de inserção aumenta com a frequência. Se a frequência de funcionamento escolhida for de 24 GHz, o quarto de comprimento de onda será de 3,125 mm. 0 gás (ou mistura de gases) é introduzido na estrutura coaxial utilizando o cano de alimentação 470, que é ligado ao condutor central 2240 para permitir que o gás entre na estrutura e seja transportado ao longo do cabo. Talvez seja preferível que o tubo de alimentação seja feito do mesmo material do material dielétrico que enche a fenda entre o condutor central 2240 e o condutor exterior 2230, de modo a minimizar qualquer descontinuidade ou desadaptação produzida no ponto de alimentação. Talvez seja necessário incluir um stub de regulação para introduzir uma reactância que tenha uma magnitude igual, mas com o sinal oposto a qualquer reactância que possa ser produzida pelo cano de alimentação 470 sendo introduzido na estrutura. Num exemplo, o gás pode ser introduzido no condutor central 2240 utilizando uma diversidade de canos de alimentação, isto é, 2 ou 4, em que os canos de alimentação são posicionados de modo a que a reactância produzida por um cano seja anulada posicionando o segundo cano para produzir uma adaptação de conjugado. Igualmente, pode ser necessário introduzir o gás na estrutura utilizando mais de um cano para permitir que o gás circule ao longo do condutor central e alcance a extremidade, isto é, as forças dentro do condutor central e as taxas de fluxo têm de ser levadas em consideração ao conceber o condutor central oco.

Assumindo que as secções de transformador não são carregadas com um material dielétrico e/ou magnético, as impedâncias características Z1-Z4 dos transformadores 2221 a 2224 ilustrados na Fig. 21 podem ser calculadas conforme apresentado em seguida e

em que b corresponde ao diâmetro da superfície interior do condutor exterior 2230, C corresponde ao diâmetro da superfície exterior do condutor interior no segundo e no quarto transformadores 2222, 2224, e d corresponde ao diâmetro da superfície exterior do condutor interior alargado 2270, 2280 no primeiro e no terceiro transformadores 2221, 2223.

Partindo do princípio de que a impedância do gerador Z s se move para a extremidade de entrada do primeiro transformador de impedância, isto é, Zs é ligado a Zlf a impedância de carga ZL pode ser expressada como

Partindo do princípio de que o comprimento da linha de transmissão que inclui ou contém as quatro secções de transformador não tem perdas, isto é, ignorando a perda de potência ao longo do comprimento da estrutura, a potência de entrada que entra na estrutura é igual à potência de saída que sai na extremidade da estrutura, e o campo elétrico E estabelecido na extremidade distai do quarto transformador de impedância, utilizado para criar a descarga por ionização, pode ser expressado como

em que PSaída corresponde à potência de saída e ( corresponde à distância entre a ponta do condutor central contido dentro do quarto transformador e a parede interior do condutor exterior do aplicador (que, neste caso, corresponde a ^ ).

Um exemplo prático pode ser conforme apresentado em seguida: diâmetro interior do condutor exterior b = 1,97 mm - diâmetro exterior do condutor interior c para a segunda e quarta secções de quarto de onda = 0,4 mm - diâmetro exterior do condutor interior d para a primeira e terceira secções de quarto de onda =1,8 mm de acordo com as equações indicadas acima, Zi = Z3 = 5,4 Ω e Z2 = Z4 = 95,6 Ω assumindo que a impedância da fonte Zs é 50 Ω e dado que t é 0,7 85 mm e Psaída é 2 5 W: - ZL = 4,9 ΜΩ - Tensão de saída VL = 11 kV, e - E = 14 MV/m. É possível verificar a partir desta análise que esta disposição pode ser utilizada para criar campos elétricos extremamente grandes para permitir que descargas por ionização adequadas de ar e uma quantidade de gases (ou misturas de gases) sejam criadas em pequenas estruturas de aplicador para permitir a produção de plasma na extremidade de conjuntos de cabos flexíveis que tenham um diâmetro exterior suficientemente pequeno e um comprimento suficientemente longo para serem inseridos pelo canal de instrumento de endoscópios cirúrgicos padrão ou dispositivos semelhantes. O facto de existir uma linha de transmissão entre a impedância de gerador Zs e o primeiro transformador Z1 significa que uma porção da potência produzida pelo gerador 2000 irá perder-se no momento em que chega ao primeiro transformador, mas uma vez que a impedância de gerador Zs é igual à impedância característica da linha de transmissão Z0, não existirá nenhuma desadaptação de impedância ou onda estacionária a levar em consideração. Por exemplo, se a impedância do gerador e a impedância característica da linha de transmissão for de 50 Ω, a potência disponível do gerador é de 47 dBm (50 W) , e se a perda de inserção da linha de transmissão for de 3 dB, a potência na extremidade da linha de transmissão (ou a existente na entrada do primeiro transformador) será de 44 dBm (25 W), e a impedância verificada neste ponto será igualmente de 50 Ω. É preferível que as extremidades das secções de transformador de baixa impedância (os cilindros de grande diâmetro) sejam cónicas para minimizar as descontinuidades dentro da estrutura de micro-ondas, ou para efetuar a transição da primeira impedância para a segunda impedância da forma mais gradual possível. É preferível que os materiais utilizados para os condutores interior e exterior da linha de transmissão 2230, 2240 respetivamente e para as secções de transformador 2221 a 2224 tenham uma baixa perda de condutor na frequência de funcionamento. Os materiais adequados incluem: cobre prateado, latão, ouro ou alumínio. O corpo exterior destas secções pode ser revestido com materiais de alta condutividade até uma espessura de cerca de cinco profundidades de penetração na frequência de funcionamento, em que a maioria da energia de micro-ondas será transportada. É preferível que o material dielétrico utilizado seja de baixa perda na frequência de funcionamento, isto é, pode ser utilizado PTFE de baixa densidade.

Um conjunto de cabos adequado que pode ser utilizado para implementar a invenção atual é o cabo Multiflex_86 de Huber & Suhner. A Tabela 6 fornece dados de perda de inserção e manipulação de potência CW máxima para o conjunto de cabos numa gama de frequências de funcionamento distintas.

Talvez seja preferível modular, ou produzir impulsos para, a energia de micro-ondas para permitir que níveis de potência máxima mais elevados se encontrem disponíveis na extremidade do conjunto de cabos para ativar o aplicador, isto é, pode ser possível aumentar o nível de potência CW máxima de 29 W em 24 GHz para 290 W se for utilizada uma modulação de impulsos com um ciclo de funcionamento de 10%.

Outra forma de realização da invenção pode fornecer um sistema de higiene das mãos compreendendo um compartimento para a receção de um par de mãos, um ou mais jatos de plasma situados no compartimento, e um ou mais sensores de proximidade dispostos para detetar um objeto no compartimento, em que a fila de jatos de plasma é disposta para se mover sobre a superfície do objeto. Os jatos de plasma podem ser dispostos para passar em duas ou três dimensões. Em alternativa, pode ser fornecida uma fila de jatos que passa numa dimensão. É possível fornecer duas ou mais filas. O sistema pode incluir um sensor de temperatura disposto para medir a temperatura na superfície da mão e utilizar estas informações num ciclo de controlo para ajustar o sistema, p. ex. potência fornecida pelo plasma ou pela distância entre o aplicador e a mão. Em alternativa, um separador físico pode ser fornecido no compartimento para fixar uma separação mínima entre a mão e os jatos de plasma.

APLICABILIDADE CLÍNICA

Clínicos, médicos e o inventor identificaram uma quantidade de potenciais aplicações clinicamente relacionadas para a atual invenção.

Uma das aplicações identificadas destina-se às feridas abertas e tem como finalidade limpar bactérias das feridas ou dos leitos das feridas antes da colocação de um enxerto de pele num paciente ou da colocação de uma cobertura sobre a ferida, tal como pele de tecido manipulado. Neste caso, a invenção é utilizada para "pulverizar" plasma sobre a zona onde será colocada a pele nova, de modo a garantir que a ferida é limpa e livre de bactérias. Nesta aplicação, o plasma tem de erradicar totalmente ou matar ou destruir todas as bactérias que existem na ferida. Se a pele de tecido manipulado se destinar a ser utilizada para substituir a pele natural, poderá igualmente ser possível utilizar a atual invenção para remover bactérias ou uma infeção virai dos materiais utilizados para criar a estrutura da pele de tecido manipulado.

Resumidamente, a invenção pode ser utilizada conforme apresentado em seguida para esta aplicação específica: o sistema de plasma controlado pode ser utilizado para remover bactérias do leito da ferida; sistema de plasma controlado pode ser utilizado para esterilizar ou limpar os materiais utilizados para criar a pele artificial, de modo a remover bactérias ou vírus antes de o material ser fixado ao leito da ferida.

Além disso, a invenção pode ser aplicada na esterilização do leito da ferida, na morte de bactérias que se manifestaram em cortes que não foram devidamente tratados, no tratamento pré-operatório e pós-operatório, p. ex. para remover bactérias da superfície do corpo (p. ex. utilizando um aplicador em forma de vareta) antes de abrir um paciente, e na pulverização para o interior do corpo antes de fechar o paciente, de modo a garantir que não entraram nenhumas bactérias durante a operação, e na limpeza de equipamento cirúrgico, p. ex. na pulverização de plasma sobre as luvas do cirurgião antes de este tocar no paciente.

Uma segunda aplicação destina-se ao tratamento de doenças sexualmente transmissíveis, em que um pequeno jato de plasma pode ser inserido dentro de um orifício natural, por exemplo, na boca, na vagina ou no pénis, e o plasma pode ser utilizado para reduzir significativamente as bactérias causadas pela doença. Esta solução de tratamento pode superar as desvantagens do tratamento com antibiótico atualmente utilizado para a gonorreia, em que a doença se tornou resistente a vários tratamentos com antibióticos que foram desenvolvidos. A atual invenção pode igualmente ser utilizada para matar as bactérias existentes em úlceras (chagas) . Esta funcionalidade pode ser particularmente útil para pessoas que se encontram hospitalizadas. Se for possível remover as bactérias de uma úlcera, a úlcera poderá começar a sarar e o paciente poderá ir para casa para junto da sua família, onde poderá ser tratado (isto não seria possível se as bactérias permanecessem na úlcera). A atual invenção pode ser útil para o tratamento de pé de atleta, em que o plasma é utilizado para matar o fungo que se forma na superfície da pele e, em particular, entre os dedos. A atual invenção também pode ser utilizada para tratar dermatite de contacto e pé de atleta. Por exemplo, é possível utilizar uma fonte de micro-ondas de 866 MHz que produz até 300 W de potência com uma frequência de modulação de 400 KHz e um ciclo de funcionamento de 20% para estabelecer um plasma atmosférico no interior de uma estrutura coaxial que consiste em dois transformadores de adaptação de impedância de quarto de onda. Nos testes preliminares, foi obtido um resultado positivo quando o plasma foi administrado num pé humano que estava infetado com pé de atleta e presumível dermatite de contacto. Foram realizados dois tratamentos em dois dias consecutivos, e cada tratamento durou cerca de 60 segundos. O paciente não sentiu qualquer dor ou desconforto, e verificou-se uma melhoria significativa após o segundo tratamento.

Foi identificado que a atual invenção também pode ser utilizada para esterilizar áreas ou locais em que as bactérias se desenvolvem ou em que existem vírus, por exemplo, enfermarias de hospital ou salas de operações. A invenção pode ser particularmente interessante para o tratamento da bactéria designada por Clostridium difficile. A atual invenção pode ser igualmente útil para o tratamento do vírus MRSA. Em particular, a invenção pode ser utilizada para reduzir ou destruir todas as bactérias MRSA que existem dentro das narinas de pacientes diagnosticados, ou funcionários do hospital, visitantes ou outras pessoas que possam ser portadoras das bactérias. É sabido que até um terço da população é portador do vírus MRSA, mas este encontra-se na maior parte dos casos no estado benigno. A atual invenção também pode ser utilizada para matar germes ou tratar vírus que se manifestam em zonas do corpo ou externamente, onde é difícil limpar utilizando métodos de limpeza convencionais, por exemplo, utilizando detergente ou outros produtos líquidos de limpeza. A atual invenção pode ser utilizada num ambiente hospitalar, numa clínica ou numa cirurgia de ambulatório para uma esterilização ou descontaminação eficaz das seguintes áreas externas: superfícies gerais, camas, secretárias, cadeiras, anotações do médico, canetas, instrumentos médicos (mecânicos e elétricos) e pisos. A atual invenção pode ser realizada numa forma em que seja possível colocar itens dentro da unidade para a esterilização, isto é, canetas, etc. A atual invenção também pode ser utilizada para matar bactérias nas mãos e, em particular, dentro das unhas onde as bactérias ou os germes podem manifestar-se e são difíceis de aceder utilizando métodos de limpeza convencionais. Isto pode ser particularmente interessante para o tratamento de MRSA, que parece transmitir-se através do toque e de objetos utilizados pelos cirurgiões, tais como canetas e blocos de notas. A atual invenção pode ser particularmente útil para o tratamento de bactérias e doenças virais que existem ou se manifestam em orifícios naturais dentro do corpo humano, por exemplo, na boca, nas narinas, no ouvido, na vagina, na cavidade uterina, no pénis e no ânus ou ainda mais no interior do reto. Nestas zonas do corpo, é necessário que uma determinada quantidade das bactérias esteja presente e, como tal, neste caso, a invenção deverá ser utilizada para destruir apenas uma porção das bactérias, por exemplo, 95%. A atual invenção pode ser utilizada para o tratamento eficaz de doenças sexualmente transmissíveis (DST) ou infeções sexualmente transmissíveis (1ST). Nesta aplicação, será necessário determinar a quantidade de bactérias que o sistema deve destruir, uma vez que, para esta aplicação, é provável que o sistema seja utilizado para reduzir o nível de bactérias presentes em vez de tentar erradicar todas as bactérias. Neste caso, a capacidade para controlar com precisão a quantidade de plasma fornecida ao tecido ou à superfície do tecido será da mais alta importância. A utilização de uma fonte de estado sólido controlável que pode ser modulada até e mais que 100 KHz pode ser uma funcionalidade altamente desejável para implementar um sistema que seja adequado para a utilização nesta aplicação. A atual invenção pode ser utilizada para higiene pessoal, por exemplo, pode ser utilizada em casas de banho para esterilizar sanitas, lavatórios e urinóis. Além disso, pode ser vantajosa para as pessoas terem a sua própria unidade, de modo a poderem utilizar as respetivas funcionalidades de esterilização quando viajam para países estrangeiros ou regiões onde não é dada tanta ênfase à higiene pessoal. A atual invenção também pode ser utilizada para limpar água poluída, por exemplo, numa piscina ou um sistema de tratamento de água.

Um ponto de interesse específico da atual invenção é o facto de poder ser utilizada para garantir que as bactérias ou os vírus são tratados (reduzidos) ou completamente destruídos de uma maneira localizada ou seletiva.

Uma aplicação específica para a esterilização hospitalar destina-se aos visitantes dos doentes com leucemia, que devem esterilizar as mãos e os pés antes de entrar no ambiente de salas limpas onde esses pacientes se encontram. A atual invenção também pode ser utilizada para o tratamento de tumores de pele benignos ou malignos. Para uma utilização eficaz desta aplicação, é preferível que o plasma seja gerado de modo a criar temperaturas na superfície da pele superiores a 10 °C acima da temperatura ambiente. A atual invenção pode ser disposta de modo a que diversos jatos pequenos de plasma, por exemplo, 12 jatos com um diâmetro exterior de 2,5 mm, formem um pente ou uma escova, e que o referido pente ou escova seja passado sobre a superfície do couro cabeludo ou da pele para tratar a dermatite seborreica. Esta aplicação pode ser de particular interesse para as pessoas de uma certa idade utilizarem no seu cabelo. O plasma pode ser utilizado para tratar bactérias na superfície da pele causadas por acne ou dermatite seborreica. A atual invenção pode ser utilizada para tratar alopecia, quando for necessário estimular os folículos capilares. Nesta aplicação, talvez seja desejável que a energia penetre numa profundidade inferior a 1 mm, por exemplo, 100 pm. Para o tratamento eficaz nesta aplicação, é altamente desejável conseguir controlar o fornecimento de energia ao tecido. Isto pode ser alcançado controlando o nível de potência de micro-ondas, a frequência de modulação (tempos ligado/desligado do impulso), a frequência de micro-ondas e a combinação de mistura/fluxo de gás. A atual invenção também pode ser utilizada para alterar a pigmentação das células ou para corrigir os defeitos da pigmentação. Os melanócitos são responsáveis pelo fornecimento da cor da pele, e estes encontram-se na camada inferior da epiderme, pelo que talvez seja praticamente possível utilizar o sistema de tratamento por plasma controlado para afetar estas células. A atual invenção pode ser utilizada para a limpeza de bolhas ou para o tratamento de doenças vesiculares, tais como nevos congénitos. A atual invenção também pode ser utilizada para o tratamento da síndrome de Rendu-Osler. A doença de Rendu-Osler ou a telangiectasia hemorrágica hereditária é uma herança autossómica dominante, que é caracterizada pelo desenvolvimento de telangiectasias na pele, na mucosa e nos órgãos internos com hemorragias recorrentes. Os aplicadores de plasma desenvolvidos para a atual invenção podem ser inseridos em zonas do corpo onde a mucosa é produzida ou dentro de vários órgãos internos. Esta aplicação pode recorrer à capacidade de produzir aplicadores com diâmetros exteriores inferiores a 5 mm.

Outros aplicadores clínicos nos quais foi identificado que a atual invenção pode ser útil são: granuloma de aquário, em que as bactérias são soltas como um corpo estranho na pele e causam inflamação da pele; para descontaminar zonas de banhos públicos e água que possam estar contaminadas e onde é sabido que pessoas contraíram a doença do legionário, que pode provocar pneumonia e é um grande problema social; para o potencial tratamento de gripe das aves em que o plasma pode ser utilizado para tratar as aves antes de as mesmas voarem para fora da gaiola.

Algumas das potenciais utilizações descritas acima são consideradas abaixo mais detalhadamente.

Aplicação no leito da ferida A atual invenção pode ser utilizada para limpar uma ferida ou um leito da ferida em zonas do corpo onde a pele que foi removida do corpo por acidente ou devido a doença deve ser substituída através da realização de enxertos de pele ou substituindo a pele em falta por pele de tecido manipulado.

Qualquer perda de pele de espessura completa de mais de 4 cm de diâmetro não irá cicatrizar sem a realização de um enxerto de pele. Nos casos em que são necessárias quantidades consideráveis de pele, a abordagem padrão é escolher enxertos de espessura dividida que contenham toda a epiderme, mas apenas partes da derme. Estes são removidos de áreas saudáveis do corpo e utilizados para tratar as áreas danificadas. Se existirem células epidérmicas suficientes na derme residual, será regenerada uma epiderme nos pacientes a partir dos locais de origem. A atual invenção pode ser utilizada não só para "limpar" o leito da ferida que será coberto pela pele retirada do enxerto de pele, com também para garantir que as bactérias não entram nas zonas onde a pele foi retirada.

Antes de a pele de tecido manipulado estar disponível para substituir grandes áreas de pele, os cirurgiões têm de evitar piorar a condição do paciente ao remover demasiada pele saudável.

As queimaduras agudas continuam a ser um grande problema dos serviços de saúde nos países em vias de desenvolvimento. Por outro lado, no mundo desenvolvido, a esperança de vida e a riqueza aumentaram de forma tão marcante que as feridas crónicas, associadas ao envelhecimento e à diabetes, começaram a tornar-se significativas. Os enxertos de pele repetidos ou o tratamento de pele de tecido manipulado são dispendiosos para o sistema de saúde e para o paciente. Uma substituição da pele que não funcione devido a bactérias que residem sob a nova camada de pele pode causar um considerável desconforto ao paciente e, em muitos casos, é sabido que provoca a morte do paciente. A pele compreende diversos tipos de célula diferentes. Os querat inócitos são o tipo de célula mais comum na epiderme e são utilizados para formar a camada de superfície. Os melanócitos existem na camada inferior da epiderme e são responsáveis pelo fornecimento da cor da pele. Os fibroblastos formam a camada dérmica inferior e são utilizados para fornecer resistência e resiliência. A aplicação de células da pele, tais como queratinócitos ou fibroblastos, autólogos (do paciente) ou alogénicos (de um dador), oferece algum beneficio a feridas crónicas que não cicatrizam em termos de as induzir a reiniciar a cicatrização. As células cultivadas estão a ser utilizadas como "fábricas" biológicas para ajudar nos mecanismos de cicatrização do próprio corpo.

As bactérias também podem entrar na pele aberta durante a cirurgia reconstrutora ou a revisão de cicatrizes, pelo que a atual invenção pode ser utilizada antes de estes tratamentos serem realizados. A maioria da pele de tecido manipulado é criada expandido as células da pele no laboratório a uma velocidade muito superior em relação a quando esse procedimento é efetuado num paciente. Estas células são então utilizadas para restaurar a função de barreira, que é o principal objetivo no tratamento de queimaduras em pacientes, ou para iniciar a cicatrização de feridas, p. ex. em úlceras crónicas que não cicatrizam.

Outros exemplos da utilização de pele de tecido manipulado são: acelerar a cicatrização, reduzir a dor em queimaduras superficiais, e corrigir condições em que a cicatrização não foi perfeita. A pele tem de ser capaz de regenerar-se, pelo que, embora possam ser utilizados temporariamente materiais sintéticos para fornecer uma barreira, uma matriz dérmica ou um mecanismo de transferência, para uma cicatrização a longo prazo, todos os materiais sintéticos têm de ser eliminados e substituídos por um crescimento natural de células da pele vivas.

Qualquer material de células cultivadas tem o risco de transmitir uma infeção virai ou bacteriana. Alguns materiais de suporte, tais como colagénio bovino, também podem ter o risco de doença. A atual invenção também pode ser utilizada para "limpar" os materiais para garantir que a pele de tecido manipulado não pode ser a portadora de infeção virai ou bacteriana quando introduzida no paciente.

Por conseguinte, a atual invenção pode ajudar a fomentar a utilização de pele de tecido manipulado, uma vez que a esterilização adequada dos materiais utilizados irá ajudar a reduzir o risco de infeção para o paciente e isto pode ser o fator de suporte para a respetiva utilização.

Antes de ser possível utilizar a pele de tecido manipulado, tem de ser claro que os materiais podem fornecer benefícios ao paciente. Uma das características essenciais da pele de tecido manipulado é o facto de cicatrizar bem; para tal, a pele de tecido manipulado tem de fixar-se bem ao leito da ferida, ser suportada pela nova vasculatura, não ser rejeitada pelo sistema imunitário e ser capaz de reparar-se automaticamente ao longo da vida do paciente.

Doenças sexualmente transmissíveis A atual invenção pode ser utilizada para reduzir ou matar seletivamente as bactérias ou as doenças virais que existem num ambiente situado no interior do corpo humano, e uma aplicação particularmente útil para esta funcionalidade é tratar uma quantidade de doenças sexualmente transmissíveis. Nestas aplicações, é necessário inserir o aplicador dentro de vários orifícios naturais existentes no interior do corpo humano, p. ex. vagina, reto, pénis ou boca, em que o plasma pode ser utilizado para reduzir significativamente, ou destruir completamente, as bactérias causadas pela doença. Numa aplicação assim, é possível que a pressão aumente dentro da cavidade do corpo, e é altamente indesejável que esta pressão causada pelo gás (ou mistura de gases) aumente, uma vez que isto pode causar danos no órgão de interesse, pelo que é necessária alguma forma de sistema de extração ou exaustão. Esta invenção pode ser particularmente adequada para o tratamento de clamídia ou gonorreia, em que é preferível destruir completamente ou matar as células. Nesta aplicação, a solução de tratamento pode superar as desvantagens dos tratamentos com antibióticos atualmente utilizados, em que a doença se tornou resistente a vários tratamentos com antibióticos que foram desenvolvidos pelas principais empresas de fármacos.

As doenças sexualmente transmissíveis (DST) ou as infeções sexualmente transmissíveis (1ST) são doenças que podem ser transmitidas através de contacto corporal durante o sexo. Estas são causadas por vírus, bactérias e parasitas. Existem, pelo menos, 25 DST diferentes e estas são causadas por muitos tipos diferentes de bactérias e vírus. Todas têm uma característica comum que é o facto de se disseminarem por contacto sexual através da vagina, da boca ou do ânus.

As DST mais comuns são clamídia, gonorreia, herpes genital (Herpes genitalis), verrugas genitais e sífilis.

Para o tratamento de algumas destas doenças, é necessário destruir completamente as bactérias, ao passo que, para outras, pode ser altamente desejável reduzir significativamente os níveis de bactérias em vez de as eliminar completamente, devido ao facto de isso poder destruir a flora natural do corpo.

Limpeza das enfermarias de hospital A atual invenção também pode ser utilizada para matar bactérias que possam existir num ambiente que é definido como estando situado fora do corpo animal ou humano, por exemplo, numa enfermaria de hospital, numa sala de operações, numa cirurgia de ambulatório ou dentro de casa. A atual invenção pode ser utilizada para matar bactérias que existem nestes ambientes. Uma aplicação para a atual invenção é matar bactérias ligadas a infeções associadas aos cuidados de saúde (IACS). Existe uma preocupação crescente de que as IACS estejam a aumentar. Atualmente, o tratamento de IACS é de elevada prioridade e um grande problema não só no Reino Unido, como também noutros países em todo o mundo. Com as IACS, não só estão comprometidos o bem-estar e a segurança dos pacientes, como os recursos consumidos pelas infeções potencialmente evitáveis estão sempre a crescer.

Algumas formas das IACS são mutantes e estão a tornar-se mais resilientes ao calor e aos agentes de limpeza, sendo, por isso, muito boas em estabelecer-se a si mesmas nos hospitais. 0 tratamento de pacientes com antibióticos tem o efeito adverso de exacerbar a força das IACS. Geralmente, as IACS são disseminadas através de infeção humana cruzada ou através de um ambiente contaminado em redor de um paciente. Com determinadas IACS, a bactéria assume a forma de esporos excretados nas fezes do paciente, o que pode assim contaminar a área geral em torno da cama do paciente. Com estirpes agressivas, isto pode originar um grande surto hospitalar, em que os pacientes e as enfermarias têm de ser completamente isolados, sobrecarregando ainda mais os recursos do hospital que já são limitados e atualmente esticados até ao limite. Vários métodos de prevenção e controlo são utilizados ou estão a ser considerados para prevenir o início de IACS. Estes incluem a limpeza das enfermarias durante a noite quando o movimento é consideravelmente inferior, o isolamento de pacientes infetados, a lavagem das mãos, a utilização de luvas e aventais, e a utilização de melhores métodos e agentes de limpeza. Os métodos de limpeza convencionais utilizando detergentes normais podem ter o efeito prejudicial de disseminar as IACS e, por isso, este procedimento deve ser evitado. Uma IACS especifica que está atualmente a ser alvo de grande interesse é a infeção Clostridium difficile (C. difficile) . C. difficile é agora reconhecida como o principal agente causador de colite (inflamação da bexiga) e diarreia que pode ocorrer a seguir ao consumo de antibióticos. A infeção C. difficile representa uma das infeções hospitalares mais comuns presentes em todo o mundo. Só nos E.U.A., provoca atualmente cerca de três milhões de casos de diarreia e colite por ano. As bactérias associadas a C. difficile são essencialmente adquiridas em hospitais e em instalações de cuidados a doentes crónicos a seguir à terapia com antibióticos que abrange uma vasta variedade de bactérias e é a causa mais frequente de diarreia em pacientes hospitalizados.

Uma caracteristica da colite e da diarreia associadas a C. difficile é a elevada prevalência entre pacientes hospitalizados, pelo que C. difficile contribui significativamente para duração da estadia nos hospitais e pode estar associada, em alguns adultos de certa idade, a diarreia crónica e outras consequências potencialmente fatais. As infeções por bactéria C. difficile implicam temporadas extensas e prolongadas no hospital e podem até ser fatais se a doença progredir desfavoravelmente.

Alguns hospitais recorrem à limpeza por vapor a alta pressão combinada com substâncias tóxicas. Contudo, isto necessita que todas as enfermarias sejam evacuadas e isoladas com todas as fendas entre portas seladas. Mesmo com estas medidas de limpeza apropriadas, os esporos não são necessariamente destruídos por completo, mas simplesmente lavados das superfícies duras. Infelizmente, estes métodos de limpeza não se aplicam a acessórios hospitalares à base de tecido macio, que pode assim continuar infetado. A atual invenção será eficaz para a utilização em acessórios em tecido. A atual invenção também supera muitos dos problemas indicados acima e pode oferecer uma solução viável alternativa. A atual invenção aqui detalhada pode ser utilizada para erradicar as IACS visando as bactérias localmente. A atual invenção pode ser utilizada para descontaminar ambientes medicamente controlados, por exemplo enfermarias de hospital, cirurgias de ambulatório, etc. A atual invenção também pode ser utilizada para tratar determinadas infeções bacterianas, por exemplo, Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA), que não respondem ou que se tornaram menos recetivas a determinados antibióticos, em que MRSA é um tipo de bactéria geralmente encontrado na pele e/ou nas narinas de pessoas saudáveis. Embora seja habitualmente inofensiva nestes locais, pode ocasionalmente entrar no corpo, por exemplo, através de irregularidades na pele, tais como escoriações, cortes, feridas, incisões cirúrgicas ou cateteres interiores, e provocar infeções. Estas infeções podem ser pouco graves resultando em borbulhas ou furúnculos, ou mais sérias, por exemplo, podendo ocorrer uma infeção da corrente sanguínea, dos ossos ou das articulações. 0 tratamento de infeções devido a Staphylococcus aureus foi revolucionado nos anos 40 do século XX através da introdução da penicilina antibiótica. Infelizmente, a maioria das estirpes de Staphylococcus aureus são agora resistentes à penicilina. Isto acontece porque Staphylococcus aureus "aprendeu" a criar uma substância designada por /3-lactamase, que degrada a penicilina, destruindo a respetiva atividade antibacteriana.

Alguns antibióticos relacionados, tais como meticilina e flucloxacilina, não são afetados por /3-lactamase e podem continuar a ser utilizados para tratar muitas infeções devido a estirpes de Staphylococcus aureus que produzem β-lactamase. Contudo, infelizmente, determinadas estirpes de Staphylococcus aureus, conhecido como MRSA, tornaram-se agora mais resistentes ao tratamento com meticilina e flucloxacilina.

Embora outros tipos de antibióticos possam continuar a ser utilizados para tratar infeções causadas por MRSA, estes fármacos alternativos não estão habitualmente disponíveis em forma de comprimido e têm de ser administrados através de uma infusão intravenosa lenta.

Na maior parte das vezes, as infeções por MRSA ocorrem em pacientes nos hospitais e raramente se verificam entre o público geral. Tal como com estirpes comuns de Staphylococcus aureus, alguns pacientes albergam MRSA na própria pele ou no próprio nariz sem perigo (esses pacientes são referidos como estando "colonizados") , ao passo que outros pacientes podem desenvolver infeções. Alguns pacientes encontram-se em elevado risco de desenvolver infeção; estes incluem: os que têm irregularidades na pele devido a feridas (incluindo as causadas por cirurgia), cateteres interiores ou queimaduras, e os que têm certos tipos de deficiência no respetivo sistema imunitário, tais como números baixos de glóbulos brancos no sangue.

Quando o MRSA se espalha de um local inicial de colonização para um local onde causa infeção no mesmo paciente, isto é, dissemina-se do nariz colonizado para uma ferida, a infeção resultante é descrita como "endógena".

Além de causar infeções endógenas, o MRSA pode disseminar-se entre pacientes, habitualmente por contacto físico direto ou indireto. Por exemplo, os funcionários do hospital que estão a tratar de um paciente colonizado ou infetado podem, eles mesmos, ficar contaminados ou colonizados com MRSA (talvez apenas por um curto período de tempo). Em seguida, podem disseminar as bactérias para outros pacientes com os quais possam subsequentemente ter contacto. Estes pacientes podem, por sua vez, ficar colonizados e/ou infetados. A disseminação de MRSA, ou outras bactérias, entre pacientes é conhecida como infeção cruzada, e as técnicas para impedir a ocorrência da mesma irão oferecer uma vantagem significativa.

Algumas estirpes de MRSA que são particularmente bem-sucedidas na disseminação entre pacientes também podem disseminar-se entre hospitais, quando os pacientes colonizados, ou os funcionários, são transferidos de um hospital para o outro. Estas estirpes são conhecidas como MRSA epidémico (ou EMRSA).

Os aplicadores e as fontes de plasma desenvolvidos para a utilização na atual invenção podem ser utilizados para destruir a bactéria MSRA através da introdução da energia no corpo de forma não invasiva utilizando orifícios naturais ou de forma minimamente invasiva produzindo um orifício ou canal artificial. As antenas ou os aplicadores adequados podem ser introduzidos neste orifício. A atual invenção também pode ser utilizada para "desinfetar" as pessoas com um alto risco de atrair MSRA, por exemplo, pacientes ou enfermeiros, através da exposição de determinadas zonas do corpo, por exemplo, as mãos ou o nariz, ao plasma concentrado, onde é preferível que a temperatura máxima atingida no local de tratamento do tecido biológico seja limitada a menos de 10 °C acima da temperatura ambiente.

Um outro ponto que deve ser referido é o facto de, com a utilização de técnicas de esterilização convencionais, isto é desinfetantes, ser muito difícil, se não impossível, esterilizar itens gerais que necessitam de ser manuseados diariamente, por exemplo, blocos de papel, documentos, papel-moeda, pastas de arquivo, canetas, livros e listas de relatórios. A atual invenção pode ser utilizada para esterilizar estes itens antes ou depois da utilização. A atual invenção também pode ser utilizada para esterilizar vários acessórios hospitalares, tais como cortinas das janelas, cortinas das enfermarias e tabuleiros de comida.

Para esta aplicação, a atual invenção pode ser implementada como uma diversidade de jatos de plasma situados em redor de uma porta ou entrada para uma enfermaria de hospital, de modo a esterilizar as pessoas à medida que elas passam.

As formas de realização da atual invenção que podem ser adequadas para esta aplicação incluem uma diversidade de jatos de plasma que assumem a forma de uma vassoura ou um dispositivo que possa ser passado pelas superfícies. Os requisitos de potência de micro-ondas para a implementação de dispositivos que são adequados para esta aplicação podem ser maiores em relação aos necessários para implementar as outras aplicações, por exemplo, podem ser necessários níveis de potência superiores a 10 kW. Este requisito pode ser cumprido utilizando uma diversidade de fontes de estado sólido, ou podem ser consideradas fontes de cavidade ressonante ou tubo de micro-ondas.

Devido à natureza do ambiente de funcionamento para esta aplicação específica, talvez seja desejável utilizar o plasma em temperaturas elevadas, isto é, acima da temperatura corporal. Neste caso, o requisito será garantir que os materiais que estão a ser esterilizados não são danificados de forma alguma pelo feixe ou pluma de plasma. DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • US 20070193517 A [0016] • US 20050269199 A [0017] • EP 1765044 A [0018] • WO 2006014862 A [0019] • US 6969487 B [0020] • US 4207286 A [0021]

Lisboa, 10 de Dezembro de 2015

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho de esterilização por plasma compreendendo: uma diversidade de aplicadores coaxiais (360 a 367), cada um dos diversos aplicadores coaxiais (360 a 367) tendo um região de geração de plasma fechada (350) e uma saída para direcionar o plasma para fora da região de geração de plasma (350) em direção a uma superfície a ser esterilizada; um gerador de radiação de micro-ondas (2000) ligado para fornecer energia de micro-ondas; um divisor de potência (1600) ligado para dividir a energia de micro-ondas do gerador de micro-ondas entre a diversidade de aplicadores de plasma coaxiais (360 a 367), o gerador de radiação de micro-ondas compreendendo um controlador (140) disposto de forma ajustável para controlar a energia de micro-ondas fornecida à diversidade de aplicadores de plasma coaxiais (360 a 367); e uma alimentação de gás (470) ligada para fornecer gás a cada um dos diversos aplicadores de plasma coaxiais (360 a 367) , em que cada um dos diversos aplicadores coaxiais (360 a 367) compreende um condutor exterior, um condutor interior e um acoplador (331 a 338) situado numa extremidade de entrada do mesmo para acoplar a energia de micro-ondas do divisor de potência (1600), e caracterizado por o aparelho compreender ainda um gerador de alta tensão (1260) ligado a uma diversidade de dispositivos de ignição (1101 a 1108), cada dispositivo de ignição (1101 a 1108) sendo acoplado ao condutor exterior de um respetivo aplicador de plasma coaxial (360 a 367) de modo a gerar, com base num sinal de controlo do controlador (140), um campo elétrico elevado entre os condutores interior e exterior do respetivo aplicador coaxial para acionar um plasma não térmico para o fornecimento fora do aplicador de plasma coaxial, o controlador (140) sendo disposto para controlar o gerador de radiação de micro-ondas (2000) para fornecer energia de micro-ondas para manter o plasma não térmico depois de o mesmo ser acionado.
2. Aparelho de esterilização por plasma de acordo com a reivindicação 1, em que é utilizada uma radiofrequência (RF) ou uma fonte de frequência média ou baixa frequência para acionar o plasma.
3. Aparelho de esterilização por plasma de acordo com a reivindicação 1, em que o controlador (140) inclui um modulador de sinal de micro-ondas (30) disposto para modular a energia de micro-ondas fornecida à diversidade de aplicadores de plasma coaxiais (360 a 367).
4. Aparelho de esterilização por plasma de acordo com a reivindicação 1, em que o gerador de radiação de micro-ondas (2000) inclui um amplificador (500) e o controlador (140) inclui um atenuador variável (20) disposto para controlar um nível de potência de uma entrada de sinal de micro-ondas para o amplificador (500) .
5. Aparelho de esterilização por plasma de acordo com a reivindicação 4, em que o controlador inclui um modulador de sinais de amplificador (130) disposto para modular um sinal de ativação para o amplificador (500).
6. Aparelho de esterilização por plasma de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações incluindo um controlador de fluxo (450) disposto para controlar de forma ajustável o fluxo de gás na alimentação de gás (470) .
7. Aparelho de esterilização por plasma de acordo com a reivindicação 1, em que os diversos aplicadores de plasma coaxiais (360 a 367) se encontram situados numa armação que define uma abertura, o aplicador de plasma sendo disposto para direcionar os plasmas para o interior a partir da armação para fornecer uma camada de plasma para os itens que passam pela armação.
8. Aparelho de esterilização por plasma de acordo com a reivindicação 7 incluindo um ou mais sensores de proximidade dispostos para detetar se um objeto se encontra dentro dos limites de uma distância de limiar, em que os diversos aplicadores de plasma coaxiais (360 a 367) são dispostos para fornecer uma camada de plasma direcionada para um objeto detetado como estando dentro dos limites da distância de limiar. Lisboa, 10 de Dezembro de 2015