(57)【要約】【課題】制御されたガス組成物を利用したパッケージ内部での殺菌剤の生成【解決手段】選択された処理ガス及び被処理物を有する密封コンテナ中で非平衡大気プラズマ（ＭＡ）を発生させる装置及び方法が記載される。有効性の尺度として試料の滅菌を用い、変数の有効範囲を確立するために、様々なイオン化勾配、電圧及びＡＮＥＰカラム長の範囲と組み合わせて、空気、Ｏ2、Ｎ2、ＣＯ2、Ｈｅ及びＡｒなどの様々な処理ガスを調査した。処理ガス、電圧勾配、電圧及びＡＮＥＰカラム長の特定の組み合わせが、より効果的であることが見出された。本アプローチは、食品、医療機器、又は反応性ガス雰囲気を用いた処理が効果的であるその他被処理物に使用され得る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を含むための大きさ及び容積を有する保存ボリューム内の処理ガス中に、大気圧非平衡プラズマ（ＡＮＥＰ）が発生するように構成された装置を含む、製品を処理するシステムであって、該保存ボリューム内のイオン化ボリュームに印加される電圧勾配が、該処理ガスのイオン化電圧勾配の約１．４倍超である、システム。
【請求項２】
前記ＡＮＥＰカラム長が約２．０ｃｍ超である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
一対の電極を更に含み、該電極間に印加される電圧が約５０ｋＶ  ＲＭＳ超である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
一対の電極を更に含み、該電極間に印加される電圧が約５０ｋＶ  ＲＭＳ超、約８０ｋＶ
ＲＭＳ未満である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記被処理物が約１５秒未満の間印加される電圧勾配で滅菌され、その後保存期間となるように、前記ＡＮＥＰカラム長、電圧勾配、及び処理ガスが選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記被処理物がＡＮＥＰカラム内にあるように配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記被処理物がＡＮＥＰカラム外にあるように配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記保存ボリュームが誘電体である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記誘電体がフレキシブルパッケージである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記誘電体が複数の誘電体層を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の誘電体層が気密層、及び高密度ポリエチレン繊維から形成された層を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記装置が、少なくとも一対の電極の一方とＡＮＥＰが作り出される保存ボリュームの一部との間に配置される誘電体表面を有する、相隔てられた一対の電極を含む、誘電体バリア装置である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記誘電体表面が、一対の電極の各々とＡＮＥＰが作り出される保存ボリュームの一部との間に配置される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ＤＢＤ装置が交流電圧源を更に含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ＤＢＤ装置の少なくとも一対の電極間で前記被処理物が自由に配置可能となるように、前記保存ボリュームが自由に配置可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ＤＢＤ装置の一対の電極の間にないように、前記被処理物が自由に配置可能となるように、前記保存ボリュームが自由に配置可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
開口部が開いた配置にあるとき、前記保存ボリュームが前記被処理物を入れられるように構成された密封可能な開口部を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記保存ボリュームがプラスチックシートで密封したポリエチレントレイである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記処理ガスが空気である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記処理ガスが空気、Ｎ2、Ｏ2、ＣＯ2、Ｈｅ、又はＡｒから選ばれる少なくとも２種のガスから構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記処理ガスが選択可能な量の水蒸気を更に含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ＡＮＥＰを約１５秒以下の間生じさせる、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ＡＮＥＰを６０秒以下の間生じさせる、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
被処理物を処理する方法であって：
誘電体バリア放電（ＤＢＤ）装置を提供すること；
被処理物を実質的に完全に入れるのに適したコンテナを提供すること；
該コンテナに該被処理物を入れること；
実質的に大気圧下で該コンテナを処理ガスで満たすこと；
反応種がＤＢＤ装置により該コンテナ内で生成するように、ＤＢＤ装置に対して該コンテナの一部を配置すること；及び
電圧勾配を印加することにより第一期間の間、ＤＢＤ装置を動かすこと；を含み、
該ＤＢＤ装置に印加される電圧勾配が該処理ガスのイオン化電圧勾配のおよそ１．４倍超である、方法。
【請求項２５】
前記第一期間が約１５秒以下である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第一期間が約６０秒以下である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記処理ガスが空気である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記処理ガスが空気、Ｎ2、Ｏ2、ＣＯ2、Ｈｅ、又はＡｒから選ばれる少なくとも２種のガスから構成される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記被処理物が前記第一期間の終了後の第二期間の間、前記コンテナ内にとどまる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記第一期間と前記第二期間との合計が、前記被処理物の汚染除去をもたらすように選択される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第一期間と前記第二期間との合計が、前記被処理物の滅菌をもたらすように選択される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
コンテナ内の被処理物がＤＢＰ装置の電極板同士の間に配置される領域で、ＡＮＥＰを生じさせる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
コンテナ内の被処理物がＤＢＰ装置の電極板同士の間に配置されない領域で、ＡＮＥＰを生じさせる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
被処理物を処理する方法であって：
被処理物を含まないコンテナボリュームが実質的に大気圧下にて処理ガスで満たされる、実質的に誘電体である密閉コンテナ中で被処理物を包装すること；
大気圧非平衡プラズマ（ＡＮＥＰ）を発生させる装置内に、包装された被処理物を置くこと；
一定期間、コンテナの少なくとも一部の内部でＡＮＥＰを発生させるために装置を動かすこと；及び
該装置から該コンテナを取り出すこと；を含み、
該処理ガスに印加される電圧勾配が該処理ガスのイオン化電圧勾配の少なくとも約１．４倍である、方法。
【請求項３５】
前記装置に印加される電圧が少なくとも約５０ｋＶ  ＲＭＳである、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記装置に印加される電圧が約８０ｋＶ  ＲＭＳ未満である、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１１年３月１１日に出願された、米国仮出願番号：６１／４５１，９７５［参照することにより本明細書に組み込まれるものであって、２０１０年８月２３日に出願された、米国一部継続出願１２／８６１，１０６（参照することにより本明細書に組み込まれる）であり、並びに２０１０年２月２２日に出願された、米国仮出願番号：６１／３０６，７７４、及び２００９年３月２４日に出願された、米国仮出願番号：６１／１６２，７８５の優先権を主張する２０１０年３月１７日に出願された、米国一部継続出願番号：１２／７２６，０９７（現在放棄された）（その各々は参照することにより本明細書に組み込まれる）である］の優先権を主張するものである。
【０００２】
本願は、胞子及び毒素を含む、ウィルス、バクテリア、イースト菌、及びカビからの望ましくない汚染を減少させるために、包装された製品を処理する装置及び方法、又は反応性ガス雰囲気を使用した他の処理用の装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
生物的汚染除去及び表面滅菌は社会全体：命にかかわる生物学的作用物質にさらされた設備や施設の汚染除去などの軍事用途、又は医学的用途、食糧生産及び消費財などの広範囲の民間用途で極めて重要である。化学薬品、熱、高エネルギー電子線、Ｘ線又はγ線照射システムは、現在商用処理で使用されている；しかし、これらのシステムの利用は費用、効率性、非可動性、電力要件、有毒廃棄物、人為的危険及びアイテムを除去するのに必要な時間のために、実用的ではないかもしれない。
【０００４】
過去１０年で、多くの研究が、表面の汚染除去方法として大気圧プラズマを使用して行われている。大気圧プラズマは、優れた放射線分解プロファイルをもたらす能力を有する。研究は、大気圧プラズマに晒された生物的汚染物質が数秒から数分で滅菌され得ることを示している。大気圧プラズマは製造するのは実に簡単であり；そして必要な設備は比較的安価である。有害廃棄物はなく、また気体副産物を局所的に制御可能である。現時点まで、大気圧プラズマの利用は、密閉されたチャンバー及び密閉したノズルを介して行われている。
【０００５】
大気圧、非平衡プラズマ（ＡＮＥＰ）は非加熱処理法の一例である。このようなプラズマを製造する方法に対する専門用語には広いばらつきがある。文献では、大気グロー放電、表面バリア放電（ＳＢＤ）、誘電体バリア放電（ＤＢＤ）、単一誘電体バリア放電（ＳＤＢＤ）及び表面プラズマ化学プロセス（ＳＰＣＰ）などの現象を記載するのに、様々な専門用語が用いられる。本明細書では便宜上、本明細書の技術の記述のために特定の専門用語を選択することにより、言外のメカニズムを生成する任意のＡＮＥＰプラズマを排除することを意図することなく、用語“誘電体バリア放電（ＤＢＤ）”を使用する。
【０００６】
図１は、周囲空気環境でＡＮＥＰを製造するのに使用され得るＤＢＤ配置の簡単な例を示す。高電圧発生装置１０は、被処理物が設置され得る領域５０を形成するために互いに相隔てられた、一対の金属板２０、３０に交流電位を印加する。少なくとも一つの誘電体層４０は、第一プレート２０と第二プレート３０との間に配置される。このように誘電体層の効果は、大電流アークの形成を妨げるために、プレート２０，３０との間に形成される任意のフィラメント状放電の電流を制限することである。領域５０における放電は、このようにエネルギーが制限され、そして様々な反応種がガス（Ｈｅ、Ｏ2、Ｎ2、ＣＯ2及び水蒸気）並びに／又は包装された製品との相互作用から形成され得るＡＮＥＰをもたらす。図１Ａは、電極２０に接して置かれた一つの誘電体層４０を有する配置を示す。図１
Ｂは、誘電体プレート４０が電極２０に接して置かれ、別の誘電体プレート６０が第二の電極３０に接して置かれる例を示す。電力消費を推定するために電圧波形と組み合わせて使用され得る板上の電荷蓄積は、従来のコンデンサー７５の両端に発生する電圧を測定することによって測定され得る。図１Ｃは、ＡＮＥＰが製造され得る２つの領域５０が存在できるように、単一の誘電体層５０が電極２０、３０との間に配置される状況を示す。
【０００７】
プレート２０、３０との間に直接形成するアークの可能性が存在するために、誘電体の周囲の空気の経路によって、少なくとも１つの電極は、多くの場合、絶縁体に完全に囲まれる；また、露出した電極を接地させ得る。絶縁体は誘電体４０、６０に使用されるのと同じ材料であってもよいが、２つの材料は異なる特性を有していてもよい。例えば、誘電体プレートは石英であり得、絶縁材料は成形可能な材料であり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
被処理物を含むための大きさ及び容積を有する密閉した保存ボリューム内の処理ガスを使用して大気圧非平衡プラズマ（ＡＮＥＰ）を生じさせるように構成された装置などの、被処理物を処理するシステムが開示される。処理ガスに印加される電圧勾配は、該処理ガスのイオン化電圧勾配の約１．４倍超であり得る。
【０００９】
一つの側面では、ＡＮＥＰカラム長は約２．０ｃｍ超である。別の側面では、装置の電極に印加される電圧は約５０ｋＶ  ＲＭＳ超であり得る。
【００１０】
処理ガスは、具体的な被処理物によって、空気、Ｏ2、Ｎ2、ＣＯ2、Ｈｅ、Ａｒ、又はこれらのガスの組み合わせから選ばれ得る。被処理物はＡＮＥＰカラム内又はＡＮＥＰカラム外に配置され得る。
【００１１】
この技術は密封されたパッケージ中に反応性ガス種を生成する。パッケージが低透過性フィルムから設計されている場合、病原性微生物種の大幅な減少をもたらすこととなる、生成された反応性ガス種と被処理物との間の数分から数時間の接触時間が実現される。技術はまた、所望の効果が表面汚染物又は表面とイオン化種の反応である場合に、被処理物を処理するのに使用され得る。
【００１２】
パッケージとして使用される、多くの一般的な包装材料は、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴ、ボール紙、クラフト紙、タイベック（高密度ポリエチレン繊維）及びガラスを含めて、この技術に適している。
【００１３】
以下の工程を含む、被処理物を処理する方法が開示されている；誘電体バリア放電（ＤＢＤ）装置を提供すること；被処理物を実質的に完全に入れるのに適するパッケージを提供すること；
該パッケージに該被処理物を入れること；実質的に大気圧下で該パッケージを処理ガスで満たすこと；ＤＢＤ装置により該パッケージ内で反応種が製造されるように、ＤＢＤ装置に対して該パッケージの一部を配置すること；及び、電圧勾配を印加することにより第一期間の間、ＤＢＤ装置を作動させること。
【００１４】
ＤＢＤ装置に印加される電圧勾配は、処理ガスのイオン化電圧勾配のおよそ１．４倍超である。一つの側面では、第一期間は約１５秒未満であり得る。別の側面では、第一期間は約６０秒未満であり得る。被処理物は、生成された反応種が被処理物と接触することを可能にするように、第二期間の間、処理ボリューム内に保持され得る。
【００１５】
一つの側面では、被処理物に反応種のよりむらのない適用をもたらすために、コンテナ
が操作され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（先行技術）は、（Ａ）単一誘電体バリアを有するＤＢＤ装置；（Ｂ）２つの誘電体バリアとＤＢＤ電荷を測定するための補助コンデンサーを有するＤＢＤ装置；及び、（Ｃ）２つの導電性プレートの間に配置された誘電体とＤＢＤ装置を示す。
【図２】図２は、（Ａ）被処理物を有するコンテナが装置のプレートの間に配置されたＤＢＤ装置の一部；（Ｂ）被処理物が装置のプレートの間に配置されないように、被処理物を有するコンテナが装置のプレートの間に配置されたＤＢＤ装置の一部；及び、（Ｃ）図２Ａの装置の一部の上面図を示す。
【図３】図３は、ＰＫ−１  ＤＢＤイオン化システム（１３．５ｋＶ  ＲＭＳ）を使用して生成させたガス濃度データを示す。
【図４】図４は、ＰＫ−２  ＤＢＤイオン化システム（８０ｋＶ  ＲＭＳ）を使用して生成させたガス濃度データを示す。
【図５】図５は、ＰＫ−１  ＤＢＤイオン化システム（１３．５ｋＶ  ＲＭＳ）を使用した処理による胞子の減少データを示す。
【図６】図６は、ＰＫ−２  ＤＢＤイオン化システム（８０ｋＶ  ＲＭＳ）を使用して生成させた胞子の減少データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示的な実施態様は、図面を参照してさらによく理解され得る。同一又は異なる図面において、同様の番号が付けられた要素は、同等の機能を果たす。
【００１８】
明瞭にするために、実施例の所定の特徴がすべて本明細書に記載されているとは限らない。任意のそのような実際の実装の開発において、多数の実装時の個々の決定は、システム、規制およびビジネス関連の制約の検討といった、開発者の特定の目的を達成するためになされなければならないことがもちろん理解されるであろう。これらの目的は一つの実装から別のものに変化するであろう。
【００１９】
大気圧“コールド”プラズマは、食品試料の表面細菌汚染の減少又は排除において有効であることが示されている。用語“コールドプラズマ”は、約１気圧の圧力及び大気温度付近で発生する非平衡プラズマ（ＡＮＥＰ）であり得るプラズマ放電を言い表すことを意図している。これは、大気温度より数百又は数千度高いバルクガス温度で操作する熱プラズマ放電から、ＡＮＥＰを区別する。“コールドプラズマ”では、大気圧で電子はイオン種及び中性種より著しく高温になり得る；しかしながら処理ガスのバルク温度は大気温度に対して著しく上昇しない。これに関連して、用語“コールド”は、本明細書に記載された汚染除去又は処理機能を実行するのに冷凍又は他の冷却を必要とするものと解釈されるべきではない；しかしながらこれは冷凍又は冷却を含み得る、適温で被処理物の処理又はそれに続く保存を除外するものではない。大気温度付近でガスを保持することは、被処理物への熱損傷の回避に寄与し得る。
【００２０】
大気圧非平衡プラズマを発生させる１つの技術は、放電電流を制限することにより、グロー放電からアーク放電への移行を抑制する間に、イオン化されるボリュームに対して高電圧を印加することである。これは、例えば、誘装置の少なくとも１つの電極を誘電体層で被覆することにより行われ得る；抵抗層もまた使用される。放電電流は、誘電体表面上に蓄積された電荷により自己限定的となる。概して、励起電圧の周波数はｋＨｚの範囲であるが、電力線周波数から無線周波数の範囲とし得る。出力電圧が可変電圧変圧器でその入力電圧を制御することにより容易に調整され得るところの高電圧変圧器の有用性のために、本明細書に示す実験データは６０Ｈｚの周波数を使用した。
【００２１】
誘電体バリア放電（ＤＢＤ）は、名目上大気圧環境中で形成され得る交流高電圧気体放電の一種である。電極間の誘電体層の存在は、放電によりガス中に発生した電荷が、導電性電極表面の少なくとも一方に到達するのを防止する。多くの場合、誘電体層が両電極に適用される。駆動電圧波形の各半周期の範囲内で、ガスに印加される電圧勾配が絶縁破壊に要するものを超える際、せまいイオン化放電フィラメントの形成は、より正の電極に向かって電子伝導を開始し、またより負の電極に向かってイオン伝導を開始するが、電子の移動度はイオンの移動度より大きい。電荷は各イオン化フィラメントの端で誘電体層上に蓄積する；そして、電圧が放電維持レベルを下回るまで、イオン化フィラメントの両端の電圧降下は低減し、その結果、放電が消滅する。フィラメント状放電の期間は極めて短いとみられている：ほぼ１００ナノ秒以下程度である。しかしながら、得られた反応種は著しく長い寿命を有し得る。誘電体表面に沿った低い電荷移動度は、ギャップ電圧が減少される側面領域をも制限し、従って複数のフィラメントは互いに近接して形成され得る。
【００２２】
特定の電圧、周波数、及び配置で操作されるとき、ＤＢＤにおけるオゾン及び他の反応種の生成が、２つの電極間で生じる。空気中、Ｏ2とＮ2との混合物中、又はＯ2単独中において、オゾンの形成をもたらす酸素分子と同様に互いに反応する活性酸素種が生成される。Ｎ2、若しくはＣＯ2、Ｈ2Ｏ又はＣｌのような他のガスが存在するとき、他の反応種が生じる。空気及び酸素ガス中で最も多い酸化種としてはオゾン（Ｏ3）、一重項酸素（Ｏ又はＯ-）、スーパーオキシド（Ｏ2-）、過酸化物（Ｏ22-又はＨ2Ｏ2）、及びヒドロキシ基（ＯＨ）が挙げられる。これらの種の大部分は、半減期が非常に短い（ミリ秒の範囲内である）；しかしながら、オゾンは、場合によって、数分から数日の非常に長い半減期を有する。食品に対するガス状オゾンの効果は、以前に有望な結果をもって研究されており、またオゾンは塩素などの標準的な殺菌剤に比べ、より低い濃度及び処理時間でより効果的であることが示されている。現在、オゾンの使用は包装されていない製品の処理に制限されている。
【００２３】
本明細書に記載されたシステム及び方法の有効性は、密封されたパッケージ中で反応性ガス種を生成する能力の程度による。もしパッケージが低透過性フィルムから製造される場合、微生物個体群の大幅な減少をもたらすこととなる、反応性ガス種とバクテリアとの間の数分から数時間の接触時間が実現される。保存期間中、パッケージ内のオゾン及び窒素酸化物は、もとの単純な酸素分子及び窒素分子へ変質するだろう；そして最終目的地（例えば、食料品店又は医療用品販売店）に届けられると、パッケージ中の反応性ガス種はもとの始めのガス組成物（空気又は調整雰囲気）へ変質するだろう。
【００２４】
具体的には、被処理物は、密閉コンテナ又は実質的に密閉なコンテナで包まれてもよい。要求される汚染除去のレベルが、別の発生源からの次の汚染を回避させるべき状態でない限り、該コンテナは気密である必要はない。低透過性コンテナは長寿命の反応種を保有し、そしてそれは効果的な処理時間を延ばし得、また得られる汚染除去結果を改善し得る。非密閉コンテナは、試料の次の再汚染がパッケージングの特性によって予防される用途で、使用され得る。非密閉コンテナは空気、及びＡＮＥＰによって製造される他の組成ガス又はラジカル又は反応種にある程度透過性であってもよい。すなわち、パッケージングはガスが浸透性であってもよいが、腐敗又は病原性材料がパッケージへ侵入することを阻止し得る。コンテナの構成はＴＹＧＯＮ、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ＴＹＶＥＫ、又はポリスチレンなどのプラスチックである；しかしながら、ガラス、ワックス、ボール紙、紙、ホイル、卵の殻、低誘電率材料などの、様々な他の実質的に誘電性の材料が使用され得る。ホイルは薄い金属被膜を有するプラスチックであってもよい。これはホイルパッケージ内、又はホイルライナーを有する者の中に保存される被処理物の処理を可能にし得る。
【００２５】
試料を処理する装置を図２に示す。被処理物２００は、実質的に閉じられた誘電体コンテナ又はパッケージ１００に置かれる。コンテナは剛性又は可撓性であり、またジップロック（ＺＩＰＬＯＣ）閉鎖、熱、きっちり閉まるキャップ、又は同様な効果を有する他のメカニズムによって密封され得る。コンテナは、特定の処理工程に十分な時間の間、生成されたＡＮＥＰプラズマの残留物である反応種を実質的に保持する能力を有する必要がある。処理ガス（空気であってもよい）、又は調整雰囲気パッケージング（ＭＡ）混合物は、処理前にコンテナ１００に導入され得る。得られるガス混合物を制御するために、コンテナ１００は処理ガスで満たす前にパージされ得る。コンテナは処理前に                
恒久的に又は一時的に密封され得る。
【００２６】
ＡＮＥＰが生成し得る、コンテナ内の領域が選択される。これは半剛体の又は剛体のコンテナの特定の形成領域であり得、又はガス圧がコンテナに変形可能な形状を与えるフレキシブルコンテナを操作することにより形成され得る。剛体コンテナでは、ガス圧は大気圧に満たなくてもよく、一方、フレキシブルコンテナ中のガス圧は大気圧又はそれ以上である。これは、例えば、真空パックが使用される状況を除くものではなく、また処理ガスは処理目的で導入され得る。
【００２７】
図２Ａは被処理物が装置の板の間に配置された状態を説明し、一方、図２Ｂは、対向する面の間にギャップを有する、小さな厚みの保存バッグが、装置のプレートの間に配置できるように、被処理物が配置された状態を説明する。図２Ｂの状態に関して、ＡＮＥＰは保存コンテナの部分の内側で生じる；しかしながら、被処理物は活性ＡＮＥＰに直接晒されない（“領域の外”配置）。もっと正確に言えば、残留反応種は被処理物を有するコンテナのボリューム内で、拡散又は循環され得る。電極間の距離が被処理物の厚さに比べて縮小され得るために、この配置はＡＮＥＰを確立するのに必要な電圧を減少させ得る。さらに、被処理物自体におけるプラズマフィラメントの停止が望ましくない場合は、そのような状態は回避される。
【００２８】
一方、図２Ａの配置は、被処理物を電極間に配置する；該被処理物はそれ自体、一種以上の電極に使用されるものと同じように、誘電体として振る舞い得る。この状況において、ＡＮＥＰを作り出すフィラメントは、電極から、又は、電極上の誘電体バリアから、或いは誘電体バリアなしの電極から、被処理物の表面にまで及び得る；そして活性なＡＮＥＰもまた被処理物を取り囲み得る（“フィールド内”配置）。ＡＮＥＰ中で生じた電子及びイオンは、直接被処理物の表面に作用する。同様に図２Ｂの配置において、被処理物は、活性相のＡＮＥＰ生成が完結した後も、ＡＮＥＰ副生成物に晒され続け得る。各プロセスは、必要であれば、繰り返され得、被処理物又は保存バッグ又はコンテナは活性副生成物をよりよく分布させるように、或いは被処理物の他の部分をプラズマ又はＡＮＥＰ生成物に晒すように、操作される。導電性対象物もまた処理され得る。
【００２９】
図２Ａに示すように、処理ガス３００及び被処理物２００を有するコンテナ１００は、ＤＢＤ装置２のプレート間に配置され得る。プレート２０、３０は、被処理物２００を含むコンテナ１００の少なくとも一部を収容できるように、相隔てられている。プレート間の距離は、必要であれば、プレート２０、３０の間にコンテナ１００が都合よく位置し得るように、機械的手段によって制御され得、そして、コンテナ１００内にＡＮＥＰ生成のための適切なギャップ間隔を獲得するように、コンテナを部分的に圧縮するために、プレート間の間隔が次に調整される。この配置において、トッププレート２０の誘電体表面４０と被処理物２００における対向する表面との間に、そしてボトムプレート３０と被処理物２００との間に、フィラメント状放電が起こり得る。ＡＮＥＰはまた、プレート上の誘電体層を介して、一つのプレートから別のプレートに直接流れる電流によっても生じ得る。他の機械的配置もまた適用され得る。
【００３０】
被処理物が一般的な誘電材料の特性を有する場合、フィラメントが被処理物においてその一端を終了し得ることを除いては、フィラメントは導入される被処理物のないＤＢＤ装置中で起こるものと同様の挙動を示すであろう。そして、被処理物は、ＡＮＥＰを生成するフィラメント状放電、並びに、活性処理相の間に生成する短い寿命及び長い寿命の反応種に、直接晒されるであろう。フィラメントの表面密度は電解分布、並びに、被処理物の形状及び電気特性によって支配されるために、被処理物の表面全体は、直接処理と同程度の強度の対象になり得ない。より均一な処理が望まれる場合、被処理物２００は、被処理物の他の部分が直接処理されるべく晒されるように操作され得る。
【００３１】
高電圧はしばしば正弦波であり、送電網に接続された高圧変圧器、増幅器に接続された信号発生器などによって生成され得る。ノコギリ歯状、台形状、パルス状、対称、非対称、又はＤＣ（直流）から変位されたものなど、他の電圧波形状が使用され得る。振幅電圧は、例えばＶＡＲＩＡＣ変圧器によって、或いは、信号発生器の振幅出力又は増幅器利得を制御することによって、装置の運転の間、制御され得る。運転周波数は固定或いは可変であり得る。本明細書に記載の実施例において、実験装置を構成するのに好都合であり、そしてコストの考慮から、現地の送電線周波数（６０Ｈｚ）を使用した。ＡＮＥＰプラズマはまた、抵抗層が電流制限器又はバラストとして使用されるＤＣ（直流）を用いて生成可能である。
【００３２】
グロー放電が形成される電圧勾配は、電極間に存在する構成ガス、様々な配置条件、及びガス圧力の関数である。構成ガスは、所望の濃度及びイオン化粒子種を得るべく変更され得る。さらに空気に加え、用途に応じて、不活性ガス及び希ガスを含む、Ｏ2、Ｎ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｃｌ及び他の混合物、又は純ガスが、使用可能である。
【００３３】
図２Ｂに示すように、プラスチック保存バッグであり得るフレキシブルコンテナ１００が使用される際、低電圧でＡＮＥＰの生成を促進するためのより僅かなギャップを形成するために、コンテナの一部がプレート２０、３０の間に圧縮され得るように、ガス充填レベルが選択され得る。ここで、ＡＮＥＰが生じ得る領域内にコンテナ１００の部分が一時的に形成され得るように、コンテナは、コンテナ１００の部分１１０がＤＢＤ装置３の電極間に位置された状態にあることが示される。ＡＮＥＰを生成するフィラメントは、誘電体表面４０と別の電極プレート３０の間に形成され、従って被処理物２００は、それらの間には配置されない。ＡＮＥＰが形成される領域を形成するように、配置されたコンテナ表面の部分は、内部圧力によって、誘電体４０とプレート３０に接して保持され得る。それらの電極及び誘電体４０によって電荷分布は支配される可能性が高いため、コンテナ表面の誘電体層の影響は小さくあり得る。
【００３４】
図２Ｃは、図２ＢのＤＢＤ装置３の上面図を示す。誘電材料は漂遊放電を抑制するように伸ばされ、そして電極は、ちょうど保存ボリュームの一部分のみに対向して配置され得る。
【００３５】
電極は図示されるように平面であり得る；けれども、例えばボックス、ピルボトル、ジャー、又は別の形状といった他の形状が、コンテナに適合するように使用され得る。成形された電極が、プラズマジェットの形成を促進するため、又は、誘起対流を用いて反応生成物をよりよく分布させるために使用され得る。例えば、大きなボール紙コンテナが９０°角に向けられ、そしてひとつ以上の端に添って位置される一対の電極を用いて処理され得る。同様の配置が、他の材料及び形状の大きなパッケージに使用され得る。
【００３６】
用語“パッケージ”は、筐体、バッグ、コンテナ、被処理物が処理されそして続いて保存されるところの処理ボリューム又は保存ボリュームを意味するために使用されている。少なくともパッケージの一部分は、処理プロセスに適合する誘電材料から組み立てられ、
そして、例えばボトル、バイアル、薄い透明フィルムで密封された不透明なプラスチック食品トレーなどであり得る。被処理物は誘電体である必要はなく、金属対象物が同様に晒され得る。本明細書に記載の装置及び技術は、手術器具、シリンジ、消費財又は他の処理可能な対象物及び材料といった医療用品などの被処理物の滅菌又は汚染物質の除去に使用され得る。それらは処理後、使用する直前まで、パッケージングから除去する必要はない。汚染物質又は病原体のさらなる抑制のため、パッケージングの開封の前に、病院又は医師の事務所にて、或いは、販売又は流通の場で、滅菌プロセスを繰り返してもよい。コンテナを形成する材料の誘電特性が、ＤＢＤの誘電体バリアとして使用され得、それらの誘電特性が誘電破壊を防止することをもたらすことに注目すべきである。
【００３７】
本発明者らは、ガス組成及びパッケージタイプに加えて、相対湿度、電圧勾配、電極形状、及び電圧といったプロセス又は装置のパラメーターが、滅菌又は汚染物質の除去用途における性能に重要な影響を持ち得るという予想外の結果を見出した。
【００３８】
本明細書に示すデータは、被処理物が密封パッケージ内にあり、そしてプラズマ場の内外いずれにも配置されている、様々なプラズマ発生電圧（〜１３ｋＶ、５０ｋＶ、８０ｋＶ  ＲＭＳ）、電場勾配（１２．５−２０ｋＶ／ｃｍ）、ギャップ距離（１．０、２．５及び４．５ｃｍ）及びガス組成（空気、ＭＡ）下で、生物学的汚染物質の代表として枯草菌胞子の死滅に関する装置の使用及び方法を説明する。あるプロセスパラメーターを適合させる場合に予想外の性能改善を得る。
【００３９】
装置（ＰＫ−１）は、誘電体バリア放電（ＤＢＤ）プロセスに基づくものであり、３０ｍＡ、６０Ｈｚで１８ｋＶ  ＲＭＳ（最大）の仕様を有する電源装置に接続された、絶縁導体から構成される平板電極を備える。試料パッケージはそれらの対向する側が絶縁高圧電極と接触するように配置され、電極間に誘電体バリアがもたらされ、それにより、試料パッケージを通る電流フローが制限され、処理のための所要電力が制御される。わずか４０−５０Ｗの電力が４Ｌ（公称）の再密封可能なプラスチック（ＬＤＰＥ）バッグ内の空気雰囲気をイオン化するのに必要とされる。平板、平巻コイルなどであり得る電極を絶縁化する他の手法は、電極とパッケージ間に配置される誘電シート、或いは、電極周辺に形成される誘電体層が挙げられる。
【００４０】
電極に印加される高電圧は、試料を含むパッケージ内の電場内にて、混合ガスであり得るガスをイオン化し得る。試料は、例えば、食品又は医療用具、又は滅菌、汚染除去、或いはプラズマ処理すべき他の被処理物であり得る。ＤＢＤプロセスにより生じたイオン化は、著しい試料表面温度の増加なしに、数分で１％を超えるオゾン濃度を含む、有意な濃度の反応分子の生成をもたらす。目的の胞子又はバクテリア減少に要する具体的な処理時間は、試料の汚染、包装材料、ガス組成、そしてパッケージ／電極配置によって決まる。パッケージ内イオン化プロセスは、ボール紙、ガラス、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＰＥＴ、ポリスチレン、ＴＹＧＯＮ、ゴムなどの様々なプラスチックといった種々の一般的な包装材料で実施される。
【００４１】
異なるパラメーターの調査が可能となるように、第二の類似の装置（ＰＫ−２）もまた組み立てられ、２０ｍＡ、６０Ｈｚで１３０ｋＶ  ＲＭＳ（最大）の仕様を有する。ＰＫ−２システムは、最大で約１０ｃｍの電極ギャップにて、密封されたパッケージの空気をイオン化できる。
【００４２】
ＰＫ−１及びＰＫ−２システムは、試料がプラズマ場の内側又は外側に配置され、空気又は様々なＭＡ（調整雰囲気）を含むパッケージ内で、枯草菌胞子の減少を調査することによって、病理学的有機体の減少を相対的に判断した。
【００４３】
２つの電圧条件を利用した２×３×１×１×２×３  実験シリーズデザインを選択した：１３．５ｋＶ  ＲＭＳ／４４Ｗ／１．０ｃｍギャップ（ＰＫ−１イオン化システム）及び８０ｋＶ  ＲＭＳ／１５０Ｗ／４．５ｃｍギャップ（ＰＫ−２イオン化システム）；３種の処理条件：フィールド内イオン化、フィールド外イオン化、及び非イオン化；処理時間  それぞれ３００秒（ＰＫ−１）及び１２０秒（ＰＫ−２）；室温；２種のパッケージガスタイプ：空気（７８％Ｎ2、２２％Ｏ2）及び調整雰囲気ＭＡ（６５％Ｏ2、３０％ＣＯ2、５％Ｎ2）；及び３回再現。
【００４４】
空気（７８％Ｎ2、２２％Ｏ2）及び調整雰囲気（ＭＡ）ガス（６５％Ｏ2、３０％ＣＯ2、５％Ｎ2）は、分析証明書付き指定の濃度にて、現地サプライヤーから購入した。次にこれらガス組成物を、ステンレス鋼ボールを備えた遮蔽フローメーター（Ｇｉｌｍｏｎｔ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社、バリントン、イリノイ州、米国）を用いて２．１Ｌ／分速度で密封パッケージ内に計量し、平均充填時間４５秒にて、最終充填ボリューム１．５Ｌを得た。
【００４５】
透明な、３．７８Ｌジップロック（Ｚｉｐｌｏｃ（登録商標）（ＳＣ  ジョンソンアンドサン社、ラシーヌ、ウィスコンシン州、米国）ヘビー−デューティ  フリーザーバッグを、現地の食料品店から調達した。バッグは、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）製であり、１．６ｍｍ壁厚さを有していた。
【００４６】
サイズ３．２ｃｍ×０．６ｃｍを有し、それぞれ菌数１．５−２．５×１０6／ストリップ又は６．１８−６．４０  ｌｏｇ10を含む、枯草菌ｖａｒ．ｎｉｇｅｒ（Ｂ．ａｔｒｏｐｈａｅｕｓ）胞子ストリップ（ＮＡＭＳＡ，ノースウッド、オハイオ州、米国）を、処理パッケージ内の開口滅菌ペトリ皿に載せ、実験に使用した。ＰＫ−１システムを用いるフィールド内イオン化に関して、処理前に、電極ギャップスペース内で、保存バッグの内側に、各胞子ストリップの一方の端を透明テープで固定した。
【００４７】
ＰＫ−１システムを、４４Ｗ、６０Ｈｚにて１３．５ＫＶ  ＲＭＳで運転し、電極間（１．０ｃｍギャップ）に１３．５ｋＶ  ＲＭＳ／ｃｍの勾配を発生させた。電極を処理領域５１ｃｍ2（８．５ｃｍ×６ｃｍ）の平らな誘電体被処理物の周囲に巻かれたワイヤのコイルから構成した。ＰＫ−２システムを、円形のステンレス鋼電極（直径１５ｃｍ、４．５ｃｍギャップ、１７．８ｋＶ  ＲＭＳ／ｃｍの電圧勾配）間で、１５０Ｗ、６０Ｈｚにて８０ｋＶ  ＲＭＳにて動作させた。ＰＫ−２の高電圧変圧器はフェニックステクノロジーズ、アクシデント、ＭＤより入手した。
【００４８】
胞子試料を含む保存バッグを処理ガス（空気又はＭＡ）で満たし、バッグ内のガスの純度を確保するために３回パージした。所望のギャップ距離を獲得することが必要であれば、プラズマ電極の配向が可能となるように、少量の、均一量のガスをバッグから排出した。電極を、それらの間に、およそ１．０ｃｍ（ＰＫ−１）及び４．５ｃｍ（ＰＫ−２）のギャップ距離にて配置させたバッグで、互いに対向させた。各システムを、３００秒（ＰＫ−１）又は１２０秒（ＰＫ−２）の処理時間、活性化させた。室温（２２℃）で２４時間保存のための二重袋詰の前に、バッグ内のガスをより均一に分布させることができるように、処理が一度完結した時点でバッグ内のガスボリュームを手動で（バッグを前後に軽く押すことにより）撹拌した。
【００４９】
電極温度及び処理される保存バッグ温度を、赤外線放射温度計（オメガ  エンジニアリング社、スタンフォード、コネティカット州、米国）を用いて、処理前及び処理直後に測定した。処理される試料のすべての保存バッグ温度を、両システムの処理後に室温で記録した。オゾン及び一酸化窒素濃度を、ＤＲＡＥＧＥＲ  ショートタームデテクターチューブ（Ｄｒａｅｇｅｒ  Ｓａｆｅｔｙ  ＡＧ＆ＣＯ、リューベック、ドイツ国）を用いて、
３００秒または１２０秒の処理直後、並びに２４時間保存後に測定した。一酸化炭素濃度もまた、２４時間保存期間後に測定した。チューブを所定の実験設定における使用のし易さ及びそれらの迅速な測定能力の観点から選択した。チューブは、特定のガスと接触する際に色が変わる試薬を含み、特定のサンプリング量に対して較正する。チューブをベローズハンドポンプ、Ａｃｃｕｒｏ  Ｇａｓ  デテクター  ポンプ（Ｄｒａｅｇｅｒ  ｓａｆｅｔｙ  ＡＧ＆ＣＯ、リューベック、ドイツ国）に接続し、１回のポンプアクションがガス１００ｍＬと等しくなるように較正した。オゾンチューブ（パートＮｏ．ＣＨ２１００１）は、２０−３００ｐｐｍの指示範囲を有していた。亜酸化窒素（パートＮｏ．２４００１）チューブは２０−５００ｐｐｍ間の指示範囲を有していた。１０００ｐｐｍオゾンあたり５０ｐｐｍＮＯｘの交差感度が確認された。一酸化炭素チューブ（パートＮｏ．３３０５１）は２５−３００ｐｐｍ間の指示範囲を有していた。
【００５０】
一酸化炭素チューブがオゾンとの干渉を有する点が認められた。よって、一酸化炭素測定は、オゾンの存在下では実施できない。非常に高濃度を測定する際にオゾン値を決定するために、より少量のガス試料ボリュームを５ｍＬまたは２０ｍＬシリンジに集めた。シリンジをフレキシブルチューブ手段で、検出チューブに接続した。シリンジボリュームを検出チューブ内に注入し、総流量１００ｍＬが発生するように除去した。観測されたガス濃度に、シリンジボリューム分の検出チューブボリュームの体積比率を乗じた。ＤＲＡＥＧＥＲポータブルガス検出システムは±１５％の正確性を有していた（Ｄｒａｅｇｅｒ  ｓａｆｅｔｙ  ＡＧ＆ＣＯ、リューベック、ドイツ国）。
【００５１】
胞子回収及び無菌方法は、枯草菌胞子ストリップの個体群検査に関する製造業者の指示書（ＮＡＭＳＡ、ノースウッド、オハイオ州、米国）に従った。イオン化処理及び２４時間保存後、各ストリップを無菌状態でバッグから取り出し、１０ｍＬの０．１％滅菌ペプトンを含む２０×１５０ｍｍの滅菌試験チューブに移した。続いて７〜１０個の６ｍｍ滅菌ガラスビーズを、各試験チューブに加えた。各試験チューブを高スピードで１２０秒、或いは胞子ストリップが完全に柔らかくなりほぐれた繊維になるまでボルテックスした（モデルボルテクサー５９、Ｄｅｎｖｉｌｌｅ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、メタチェン、ニュージャージー州、米国）。続いて、試験チューブを９０℃に加熱された水３００ｍＬを含む５００ｍＬビーカー中に入れることにより、熱ショックを与え、１０分間８０−８５℃に維持した。試験チューブを冷えた水道水浴につかの間（２分間）移し、そして氷水浴に移し、試験チューブを０−４℃に迅速に冷却した。試験チューブを、続いて、氷浴から取り出し、さらに、ポジティブ（＋）対照群の処理又は回収に基いて１０-2、１０-3、１０-4及び／又は１０-5といった、連続希釈を実施した（菌数：１．５−２．５×１０6／ストリップ、６．１８−６．４０  ｌｏｇ10）。連続希釈に対応する所要のアリコートボリュームを、続いて、胞子コロニーの計測のためにＤｉｆｃｏマニュアルスペシフィケーションズで調製された、滅菌トリプシン大豆寒天培地（ＴＳＡ）を含む各ペトリ皿（１００×１５ｍｍ）に入れた。ＴＳＡプレートを３０−３１℃でインキュベートし、コロニーの成長及び回収を２４時間、４８時間、及び７２時間モニターした。
【００５２】
保存バッグ内の相対湿度及び温度を、０時間及び２４時間保存にて記録する、Ｓｐｒｉｎｇｆｉｅｌｄ（登録商標）Ｐｒｅｃｉｓｅ  Ｔｅｍｐ（登録商標）相対湿度センサー（テイラープレシジョンプロダクツ社、オークブルック、イリノイ州、米国）を用いて測定した。
【００５３】
図３及び図４は、１３．５ｋＶ及び８０ｋＶの双方に関する、所定時間に対するパッケージ内イオン化の間に発生した活性酸素種を記録する。これらのデータより、高レベルの活性酸素種が空気とＭＡガスの双方で発生可能であることがみてとれる。１３．５ｋＶにて、空気及びＭＡガスにてそれぞれ１，２００及び１，５００ｐｐｍ／分のオゾン発生速度を観測した。８０ｋＶにて、空気及びＭＡガスにてそれぞれ３，７５０ｐｐｍ及び６，
２５０ｐｐｍ／分のオゾン発生速度を観測した。これらの結果は、イオン化電圧の増加が、活性酸素種の発生速度を増加させることを示唆する。空気中で、亜硝酸ガス濃度は、イオン化電圧とともには顕著に変化しなかった。空気雰囲気で、双方の電圧（１３．５ｋＶ及び８０ｋＶ）とも、約１，０００ｐｐｍの最大亜硝酸ガス濃度を獲得した。しかしながら、ＭＡガス亜硝酸ガス濃度は、イオン化電圧の増加に伴い顕著に高いレベルに達した。８０ｋＶでの亜硝酸ガス濃度は、処理時間１２０秒で、４，０００ｐｐｍにも達した。
【００５４】
オゾン発生速度及び高電圧で得られる濃度の増加のうち少なくとも一部は、いくつの実施例において８０ｋＶを使用する際の４．５ｃｍ電極スペースに起因する、より長いイオン化経路に原因があり得る。しかしながら、増加の一部はまた、まだ測定されていない他の反応種をも発生させ得るより高い電圧勾配が原因であり得る。各構成ガスは大気圧で異なるイオン化ポテンシャルを有する。これらの要因が相互に作用し、そしてそのため、これらパラメーターを最適化するために異なる実施例が実施される。
【００５５】
オゾン及び亜酸化窒素の双方のレベルは、処理２４時間以内にゼロに減衰した。しかしながら、ＭＡガス中、２４時間処理後で、それぞれ処理時間３００秒及び１２０秒にて、１３．５ｋＶ及び８０ｋＶで２００ｐｐｍ及び４００ｐｐｍレベルの測定可能な一酸化炭素濃度が存在した。現在の一酸化炭素測定方法は、オゾンの存在下での測定を可能としていない。（例えばゼロ時間）
【００５６】
図５及び図６は、ＡＮＥＰ処理で得られた胞子減少を説明する。パッケージ内イオン化において、１３．５ｋＶ及び８０ｋＶにて、イオン化フィールドの内側及び外側の双方は、枯草菌胞子を排除し得る。１３．５ｋＶにて、ＭＡガス胞子排除に要する処理時間は、外側及び内側フィールドの位置で、それぞれ、１８０秒及び３００秒であった。１３．５ｋＶにて、空気雰囲気に関する処理時間にて、イオン化フィールドの外側でわずかな胞子減少（＜１．２  ｌｏｇ）を伴い、胞子排除が３００秒でイオン化フィールドの内側で起こった。
【００５７】
一方、８０ｋＶにて、空気とＭＡガス間で胞子減少速度に測定可能な違いなしに、胞子の完全排除は１５秒以下で得られた。試料をフィールド内に配置した際、高電圧の処理時間は、２４時間と比較して、４８時間で、増加した胞子数（＞２  ｌｏｇ）の回収を示した；しかしながら、７２時間ではさらなる有機体の回収はなかった。これらの結果は、８０ｋＶパッケージ内イオン化プロセスを用いると、空気又はＭＡガスが枯草菌胞子の完全な排除を１５秒以下でもたらすことができることを示した。これらの研究に関して、乾燥空気が使用され、すべての試料は室温で相対湿度２０％から３０％の間に保たれた。高められた湿度は、より一層の胞子減少速度を提供し得る。
【００５８】
大気又はＭＡプラズマは、表面から微生物を素早く除去するのに有利であり得る。これら実施例の結果は、枯草菌胞子に関するパッケージ内イオン化の滅菌能力を明確に示すものであり、他の微生物にて得られるはずの結果を示すものである。高イオン化電圧、電圧勾配及びＭＡガスを用いるパッケージ内イオン化プロセスの使用は、より短い滅菌時間をもたらす。胞子の完全な滅菌は、８０ｋＶで、空気及びＭＡガスにて、１５秒以下にて観測される。さらに、１３．５ｋＶでは、胞子の滅菌は、ＭＡ及び空気を用いて３００秒以下で獲得され得る。
【００５９】
さらに別の態様で、パッケージ内プラズマベースの滅菌の有効性における、電圧勾配と異なるＭＡパッケージ雰囲気の結果を更に理解するために、さらに２段階の実施例を実施した。段階Ｉにおいて、空の密封パッケージ内で、１６種のガス混合物に関してパッケージ内イオン化を実施し、反応性ガス種の濃度を測定した。これらのガス混合物の組成は、一般的なガス（酸素、窒素、二酸化炭素、ヘリウム及びアルゴン）から幅広い範囲を網羅
するように選択し、表１に示した。
【００６０】
これらのデータは、測定された反応性ガス種（例えばオゾン、一酸化窒素、一酸化炭素）の高い濃度を得る３種のガス混合物を特定するために使用され、そして空気とともに、段階ＩＩで殺胞子処理に使用した。特定のガス混合物の選択は、一種以上の混合物を詳細に探索試験するよりも、広い範囲の様々なデータを収集する、調査実験に適していた。そのようにして、使用されたガス混合物、電圧及び電圧勾配の選択は、特定の状況で望ましいとされ得るＭＡ混合物の範囲及びプロセスパラメーターを限定するものとしてよりはむしろ、異なるパラメーター間の、比較可能な殺胞子処理データを提供するものとして理解されるべきである。
【００６１】
この実施例シリーズの段階Ｉは、１６×７×２実験を含む：Ｏ2、Ｎ2、ＣＯ2、Ｈｅ及びＡｒの１６種のガス混合物を設定し（表１）、Ｃｒｙｏｖａｃ  Ｂ２６３０  高バリアパッケージ内に密封されているパッケージ内にセットした。密封されたパッケージ（２２ｃｍ×３０ｃｍ）を、較正されたフローメーターを用いて、選択されたガス混合物１．７６Ｌで満たし、室温（２２℃）で保存した。すべてのパッケージを、深さ２．５ｃｍ、５０ｋＶ  ＲＭＳ（０．５−０．８ｍＡにて、６５−７５Ｗ）で、ＰＫ−２イオン化システムを用いて、二重に処理した。約７．５ｃｍ×１１．５ｃｍのワイヤコイルの長方形ラッピングから構成されるイオン化電極を、パッケージの中央の上下に直接配置した。パッケージの下部はタイベック層（０．１９０５ｍｍ）と、パッケージと下部電極間に挟まれた赤いポリプロピレン層（１．９４ｍｍ）であった。タイベックは医療用具パッケージングの使用に好ましい材料であり、該材料は気密性でなく、そのため、気密性のポリエチレン又はこれらの実施例において使用されるその他のバッグと組み合わせられるとみられるため、タイベック層は、２種の異なる材料の層を有するバッグをシミュレートすることを意図したものであった。
【００６２】
使用される処理時間は：０秒、１５秒、３０秒、６０秒、１５０秒、３００秒及び６００秒であった。オゾン及び酸化窒素ガス測定は、ＤＲＡＥＧＥＲガス分析システムを用いて、処理直後及び２４時間室温保存後に実施した。ＤＲＡＥＧＥＲシステムを用いる一酸化炭素測定は、干渉のために高濃度オゾンの存在下では実施できず、２４時間後のみ実施した。相対湿度及び温度もまた記録した。
【００６３】
要約すると、段階Ｉの結果は、すべての選択されたガス混合物が、イオン化して殺菌性分子（例えばオゾン、一酸化窒素、及び一酸化炭素）を発生することができた。概して、希ガス（これらの実施例において、アルゴン又はヘリウム）がガス混合物に添加される場合を除いて、より高濃度のオゾンは、より高い酸素含有量を有するガス混合物で観測された。希ガスをガス混合物に加えた場合、イオン化に必要な最小電圧が減少した；但し、増加した反応性ガス種の発生させるための希ガスを添加する恩恵はまぜこぜであった。いくつかのガス混合物はオゾン濃度の増加を示したが、一方、他のものはオゾン濃度の減少を示した。
最大オゾン濃度は、ガス混合物＃１２で得られた−１５０秒で１６，０００ｐｐｍ、並びに６００秒で１８，７５０ｐｐｍ。１，５００−２，０００ｐｐｍの最大一酸化窒素を有する他のガス混合物（＃１０、＃１１及び＃１６）とともに、ガス混合物＃１２にて最大一酸化窒素濃度４，５００ｐｐｍが発生した。高濃度の一酸化窒素及びオゾンによる測定干渉のために、一酸化炭素測定は、２４時間後にのみ適用可能である。２４時間保存後、最大一酸化炭素レベル３７５ｐｐｍがガス混合＃９にて６００秒処理で得られた。
【００６４】
この実施例シリーズの段階ＩＩにおいて、４×５×２×２例を実施した。著しい濃度の反応性ガス種を有する、段階Ｉで確認した４つのガス混合物を選択した（表１の太字を参照）。活性プラズマ処理時間は：０秒、１５秒、３０秒、６０秒及び１２０秒であった。
密封バッグ内及びバッグ内の右側（間接暴露）において、枯草菌ｖａｒ．ｎｉｇｅｒの単一胞子ストリップ（１．５−２．５×１０6ｃｆｕ）を開口ペトリ皿の中央に入れた。パッケージ（２２ｃｍ×３０ｃｍ）を続いて密封し、較正されたフローメーターを用いて２リットルの選択ガス（＃７、＃９、＃１２、＃１６）で満たし、室温（２２℃）で保存した。すべてのパッケージを、深さ２．５ｃｍ、５０ｋＶ  ＲＭＳ（０．５−０．８ｍＡにて、６５−７５Ｗ）で、ＰＫ−２イオン化システムを用いて、二重に処理した。すべての処理パッケージを２４時間保存し、その後、前述に記載した一般的な微生物学的手法を用いて、細菌胞子回収を実施した。さらに、再生が無いことを確認するために７２時間回収を実施した。
【００６５】
要約すると、段階ＩＩに関して、直接及び非直接暴露の双方に関する全ての処理において、２４時間保存後に細菌胞子の完全な排除が記録された。完全な排除（６  ｌｏｇ減少を超える）に要する時間は、ガス混合物によって様々であった。胞子排除に要した最短時間は、ガス混合物＃９及び＃１６における直接及び非直接処理の双方ともに６０秒であった。最長時間は、ガス混合物＃７（空気）及び＃１２に関して１２０秒であった。処理時間における更なる短縮は、電場電圧の増加、電極ギャップの減少、及び電極形状などのプロセスパラメーターのさらなる調整により獲得できるとみられる。本結果は、パッケージ内イオン化が、直接又は非直接暴露であろうとなかろうと、医療パッケージの内側から細菌胞子を排除でき、そして、これらの製品のための代替的なの非加熱滅菌方法を提供することを潜在的に示している。
【００６６】
【表１】
2014514140.tif 000003
【００６７】
この第二シリーズ実験の手順は、第一実施例のものと同様であり、手順の顕著な違いのみ示す。
【００６８】
１６種の異なる組成物を有するガスタンクを、現地ガスサプライヤーから、指定の濃度
にて購入した。次にこれらガス組成物を、フローメーター（モデル２２６０、Ｇｉｌｍｏｎｔ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社、バリントン、イリノイ州、米国）を用いて、２．１１２Ｌ／分速度で密封パッケージ内に計量し、平均充填時間５０秒にて、最終充填ボリューム１．７６Ｌを得た。酸素濃度を確認するために酸素アナライザーを用いてガス組成物を確認した。
【００６９】
ＰＫ−２システムによって処理を実施した。処理領域８６．２５ｃｍ2（７．５ｃｍ×１１．５ｃｍ）を有する平らな誘電体の周囲に巻かれたワイヤのコイルから電極を形成し、処理距離をもって（この場合２．５ｃｍ又は４．５ｃｍ）相隔てた。胞子試料を含む保存バッグを処理ガスで満たし、そしてバッグ内のガスの純度を確保するために３回パージした。
【００７０】
電極の温度を、赤外線放射温度計（オメガ  エンジニアリング社、スタンフォード、コネティカット州、米国）を用いて、処理前及び処理直後に測定した。処理温度条件を均一にするために処理の間に電極を室温（２３−２５℃）に到達するまで冷却した。保存バッグ内の相対湿度及び温度を、０時間及び２４時間保存にて記録する、Ｓｐｒｉｎｇｆｉｅｌｄ（登録商標）Ｐｒｅｃｉｓｅ  Ｔｅｍｐ（登録商標）相対湿度センサー（テイラープレシジョンプロダクツ社、オークブルック、イリノイ州、米国）を用いて測定した。試験されたすべての試料に関して、相対湿度は毎日変化し、２０−２５％の範囲となった。オゾン及び一酸化窒素濃度を、前述の方法を用いて、処理直後及び２４時間保存後に測定した。
【００７１】
サイズ３．２ｃｍ×０．６ｃｍを有し、それぞれ１ストリップあたり菌数１．５−２．５×１０6コロニー形成単位を含む、枯草菌ｖａｒ．ｎｉｇｅｒ（Ｂ．ａｔｒｏｐｈａｅｕｓ）胞子ストリップ（ＮＡＭＳＡ，ノースウッド、オハイオ州、米国）を、試料パッケージ内の開口滅菌ペトリ皿に載せ、イオン化処理に用いた。胞子回収及び無菌方法は、前述したように、枯草菌胞子ストリップの個体群検査に関する製造業者の指示書（ＮＡＭＳＡ、ノースウッド、オハイオ州、米国）に従った。
【００７２】
ガス濃度及び枯草菌数をＳＡＳバージョン９．２（スタティスティカルアナリシスソフトウェア、カリー、ノースカロライナ）で分析した。平均比較をＧＬＭプロシージャ及びチューキー多重平均比較を用いてｐ＜０．０５にて実施した。
【００７３】
１６種のすべてのガス混合物は、特定の条件下で、測定可能なレベルのオゾン、一酸化窒素及び一酸化炭素が発生するようにイオン化され、結果を表２に示した。概して、Ａｒ又はＨｅガスをガス混合物に加えた場合を除き、より濃いオゾン濃度が、より高い酸素濃度を有するガス混合物において観測された。これらの希ガスは低イオン化エネルギー要件を有し、他のガスを混合したとき、必要とされる最小イオン化電圧勾配を減少させる。希ガスを２２％酸素ガス混合物に混合したとき、最大オゾン濃度は増加した。これは、ガス＃７（空気−希ガスを含まない類似の酸素組成（２２％））が約３０秒要したのに対し、ガス混合物＃８及び＃９（８％希ガス）が１５秒のイオン化で１１２５ｐｐｍのオゾンを得たという結果に示される。更にガス＃７は、最大オゾン濃度２，７５０ｐｐｍに達した一方で、ガス混合物＃８及び＃９は最大８，０００ｐｐｍに達した。
【００７４】
【表２】
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【００７５】
興味深いことに、評価したすべてのガス混合物の中で、最大オゾン濃度は、希ガスを含まないガス混合物＃１２（６５％Ｏ2−５％Ｎ2−３０％ＣＯ2）で得られた。１５０秒で１５，０００ｐｐｍ、６００秒で最大１８，７５０ｐｐｍのオゾン濃度を獲得した。この１５０秒で１５，０００ｐｐｍの濃度は、他のあらゆるガス混合物に比べて２．５倍高い。希ガスを６５％Ｏ2ガス（＃１３及び＃１４）に混合した場合、オゾン濃度の減少となった。これは、ヘリウムイオンが優先的にイオン化され、より少ないオゾンと一酸化窒素を順に生じさせる低エネルギー電子を生成するためとみられる。さらに、酸素含有量を増加（８０％Ｏ2）し、希ガスを添加したガス＃１５及び＃１６において、オゾン濃度は非常に高いレベル（＞１０，０００ｐｐｍ）に再度増加した。プラズマダイナミクスの詳細について完全にはまだ理解されていない。しかしながら、有効な効果が得られるガス及び電圧パラメーターの範囲は、既に確認されている。
【００７６】
処理直後の一酸化窒素濃度を表３に示す。１，５００−２，０００ｐｐｍの最大一酸化窒素濃度を有する複数の他のガス混合物（＃９、＃１１及び＃１６）とともに、ガス混合物＃１２にて、最大一酸化窒素濃度４，２５０ｐｐｍが６００秒で発生した。２４時間後に測定可能な濃度のオゾン又は一酸化窒素は存在しなかった。高濃度のＮＯｘ及びＯ3からの測定干渉のために、一酸化炭素測定は２４時間後にのみ可能であった。２４時間保存後、最大一酸化炭素測定値３７５ｐｐｍＣＯが６００秒処理のガス混合物＃９で得られた（表４）。
【００７７】
【表３】
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【００７８】
【表４】
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【００７９】
段階ＩＩの結果は、試料の直接及び非直接暴露の双方に関する全ての処理パラメーターに対して菌胞子の完全排除を示し、表５に結果を示す。胞子の完全排除（６  ｌｏｇ減少を超える）に必要な時間は、ガス混合物によって異なった。胞子排除に要する最も短い時間は、直接及び非直接処理の双方とも、ガス混合物＃９及び＃１６において６０秒であった。最も長い時間はガス混合物＃７（空気）及び＃１２に関して１２０秒であった。
【００８０】
【表５】
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【００８１】
電場電圧、電極ギャップ及び電極形状といったプロセスパラメーターをさらに調整することによって、処理時間の更なる短縮が得られ得る。本研究の結果は、パッケージ内イオン化処理を用いて、直接又は非直接暴露を問わず、菌胞子をパッケージ内部で除去し得、医療用品の非加熱滅菌を提供する可能性を示すものである。
【００８２】
約１２．５ｋＶ／ｃｍの電圧勾配が、希ガスによるもの以外でおよそ最も低いイオン化ポテンシャル値を示すため、この値は、効果的である電圧勾配の下限について示している。しかしながら、低電圧下での反応種の比較的低い生成率は、効果的な殺胞子効果を得るためのより長いＡＮＥＰ発生時間を反映している。多くの生産プロセスが処理量を重視するように、より高い電圧と電圧勾配で獲得することができるプロセス時間の短縮が有益で有り得る。選択されるＭＡのタイプは、処理すべき特定の対象物によって決定得る：そして、被処理物の酸化に対する感受性は、望ましいＯ2の百分率組成に制限をかけ得る。二酸化炭素ＭＡパッケージングガスは、選択的にＣＯを生成し得、そしてこの反応物は特定の食品を加工するのに効果的で有り得る。
【００８３】
より高い電圧及び電極間のより長いＡＮＥＰカラム長は、その効果が処理時間の短縮にみられるであろうより高い発生率に、そしておそらく他の反応物の発生の双方に寄与している。電圧勾配が酸素のイオン化ポテンシャルの約１．４倍となるように処理電圧を上昇させることは、広範囲のＭＡガス組成にわたって効果的であることが示されている。電圧勾配とコンテナボリュームに対してＡＮＥＰプラズマカラム長を増加させる組み合わせが、効果的であることが示されている。
【００８４】
【表６】
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【００８５】
開示された方法が本明細書に記載され、そして特定の順番で実施された特定の工程に関して示されているが、同等の方法を形成するために、本発明の教示から逸脱することなく、これらの工程は組み合せられ得、さらに分割され得、或いは、整理し直され得る。従って、本明細書に特に示されていない限り、工程の順序及びグループ分けは、本発明を限定するものではない。
【００８６】
この発明のいくつかの例のみが先に詳細に記載されているが、当業者であれば、本発明の新たな教示及び有利点から実質的に離れることなく、多くの変更が可能であることは、容易に理解されるであろう。従って、そのようなすべての変更が、以下のクレームに定義される本発明の範囲内に含まれることを意図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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