IT201800006094A1 - Metodo di sterilizzazione al plasma - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"METODO DI STERILIZZAZIONE AL PLASMA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un metodo di sterilizzazione al plasma per sterilizzare oggetti, sfusi oppure confezionati, ad esempio nel settore farmaceutico o alimentare. In particolare, il trovato si riferisce ad un metodo di sterilizzazione tramite plasma non-termico, nell’ambito di un trattamento di tipo indiretto, nel quale gli oggetti da sterilizzare sono collocati ad una certa distanza dal plasma.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti nella tecnica già da lungo tempo metodi di sterilizzazione al plasma.

La domanda di brevetto intemazionale WO-A 1-81/02809 descrive un metodo di sterilizzazione tramite plasma di articoli confezionati entro una confezione porosa che permette la sterilizzazione degli articoli in essa racchiusi.

Apparati e metodi di sterilizzazione al plasma sono descritti, inoltre, dai documenti brevettuali WO-A2-96/21463, WO-A2-02/22180, US-A-5.288.460 e KR-A-20 1700 16809.

Tali soluzioni note nella tecnica presentano diversi inconvenienti. Un inconveniente dei metodi di sterilizzazione noti nella tecnica è che non sono adatti ad essere utilizzate su scala industriale poiché prevedono procedure lunghe e laboriose.

Ad esempio, il documento KR-A-20 1700 16809 descrive un metodo in cui è previsto sterilizzare un oggetto contenuto entro un sacchetto flessibile in cui è previsto creare il vuoto, ove il plasma viene convogliato direttamente. È evidente che una tale soluzione è laboriosa e complessa dal punto di vista impiantistico e delle procedure per la sua attuazione, e quindi non è adatta ad essere impiegata su scala industriale. Un altro inconveniente dei metodi di sterilizzazione noti nella tecnica è che essi prevedono condizioni di generazione del plasma che possono generare effetti collaterali sugli oggetti da sterilizzare.

Ad esempio, i documenti WO-A2-96/21463, WO-A2-02/22180 descrivono metodi in cui è previsto introdurre nella camera di sterilizzazione rispettivamente vapore acqueo e gas umido e applicare poi un’energia adeguata entro la camera stessa.

L’umidità presente nella camera di sterilizzazione determina l’inconveniente che gli oggetti da sterilizzare possono subire fenomeni corrosivi da parte degli acidi formati dalla scarica in presenza di vapore acqueo, in particolare se comprendono parti metalliche.

Un altro inconveniente di questi metodi è dovuto al fatto che l’energia utilizzataper la generazione del plasma è applicata direttamente nella camera di sterilizzazione ove sono collocati gli oggetti, i quali possono essere soggetti a shock termici o elettromagnetici molto significativi, che possono danneggiarli.

Infine, il documento US-A-5.288.460 descrive un metodo di sterilizzazione al plasma a temperatura controllata che necessita di un apparato costoso e ingombrante. Tra le altre cose, l’apparato richiede mezzi di raffreddamento dei gas per ridurne la temperatura, e una particolare disposizione di condotti in grado di agevolare la dissipazione del calore dai gas coinvolti nel processo.

Come noto nella tecnica, l’ottenimento del plasma è influenzato da molti diversi fattori. Tra i principali vi sono la tensione applicata agli elettrodi, la geometria stessa degli elettrodi, la forma d’onda della tensione, il suo valore e frequenza, il suo tempo di applicazione, e la composizione del gas di partenza.

Un inconveniente dei metodi di sterilizzazione al plasma noti nella tecnica è che la generazione del plasma è una fase complessa e delicata che richiede di regolare i diversi fattori sopradetti in modo ottimale per ottenere l’effetto sterilizzante desiderato senza creare condizioni che possano danneggiare gli oggetti che devono essere sterilizzati.

Infatti, è noto che l’impiego di taluni gas che sono idonei ad ottenere l’effetto di sterilizzazione desiderato, come ad esempio l’etilenossido (EtO), comporta notevoli inconvenienti.

Un primo inconveniente legato all’utilizzo di questo gas è quello di essere tossico, avendo in particolare effetti cancerogeni. Quando la sterilizzazione è ottenuta impiegando etilenossido, in presenza o in assenza di scariche, sono state rinvenute tracce significative di questo gas sulle superfici degli oggetti sterilizzati. Di conseguenza, il suo impiego è da evitare poiché è evidente che può essere dannoso per la salute delle persone che entrano in contatto con gli oggetti.

Un altro inconveniente legato all’uso di questo gas è che esso è altamente infiammabile. Stoccare grandi quantità di questo gas è dunque estremamente pericoloso, e vi sono notevoli rischi per la sicurezza degli operatori che lavorano negli impianti di sterilizzazione. Inoltre, la corretta gestione di questo materiale è costosa poiché deve rispettare le normative di riferimento di sicurezza personale ed ambientale.

Esiste pertanto la necessità di perfezionare i metodi di sterilizzazione al plasma noti nella tecnica, così da superare almeno uno degli inconvenienti della tecnica nota.

È uno scopo del presente trovato quello di mettere a punto un metodo di sterilizzazione al plasma affidabile che consenta di sterilizzare gli oggetti efficacemente con cicli di sterilizzazione di durata ridotta.

Un altro scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un metodo di sterilizzazione al plasma in grado di adattarsi a impianti e strutture pre-esistenti, senza la necessità di eseguire lunghe, complicate e costose operazioni di adeguamento strutturali.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un metodo di sterilizzazione al plasma sicuro, che non preveda l’impiego di gas pericolosi.

E pure uno scopo del presente trovato quello di mettere a punto un metodo di sterilizzazione al plasma che sia economico, sia per quanto riguarda i gas utilizzati, che per quanto riguarda la struttura di un apparato idoneo ad attuare il metodo.

Un altro scopo ancora del presente trovato è quello di mettere a punto un metodo di sterilizzazione al plasma che sia adatto ad essere utilizzato nell’ambito di processi di sterilizzazione su scala industriale.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a punto un metodo di sterilizzazione al plasma che non sia inquinante poiché nessun gas tossico o inquinante è immesso in atmosfera.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, è previsto un metodo di sterilizzazione al plasma per sterilizzare oggetti, comprendente le seguenti fasi: introdurre gli oggetti da sterilizzare in una camera di sterilizzazione definita da ambiente chiuso, portare la camera di sterilizzazione a pressioni inferiori rispetto alla pressione atmosferica, attivare un dispositivo generatore di plasma disposto su almeno un condotto di adduzione sfociante nella camera di sterilizzazione e configurato per generare uno o più composti gassosi comprendenti una miscela di specie reattive dell’ossigeno (ROS, “ Reactive Oxygen Species ”) e dell’azoto (RNS, “ Reactive Nitrogen Species ”), alimentare aria deumidificata lungo il condotto di adduzione e porre in comunicazione quest’ultimo con la camera di sterilizzazione cosicché l’aria deumidificata sia il fluido vettore che veicola i composti gassosi dal condotto di sterilizzazione alla camera di sterilizzazione. Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, il metodo comprende una fase di controllo, in cui è previsto controllare, tramite un’unità di controllo, la potenza elettrica impiegata per produrre il plasma durante la fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma, in funzione della composizione e/o della quantità di specie reattive presenti nella camera di sterilizzazione, rilevate tramite idonei mezzi sensori.

In una forma di realizzazione, il dispositivo generatore di plasma comprende uno o più elettrodi, disposti su pareti del condotto di adduzione, secondo una configurazione in grado di ottimizzare l’effetto elettro-idrodinamico così da incrementare la quantità di specie reattive prodotte nell’unità di tempo.

In una forma di realizzazione, il condotto di adduzione presenta sezione trasversale quadrata, circolare o rettangolare, e sono previsti elettrodi, sulle pareti del condotto.

In una forma di realizzazione, ciascun elettrodo presenta forma circolare o poligonale definente una configurazione di simmetria rispetto ad un asse di simmetria centrale.

Secondo forme di realizzazione qui descritte, durante la fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma, in corrispondenza di ciascun elettrodo, si origina un getto della miscela di specie reattive che è orientato in modo da svilupparsi, almeno in parte, coassialmente all’asse di simmetria centrale, essendo diretto in allontanamento dall’elettrodo, verso un asse di sviluppo longitudinale del condotto di adduzione, secondo una direzione sostanzialmente perpendicolare a quest’ultimo. In una forma di realizzazione, durante la fase di attivazione, ciascuno degli elettrodi è soggetto ad un campo elettrico, opportunamente regolato durante la fase di controllo, che è compreso tra 10 e 10 Volt/metro, preferibilmente tra 106 e 107 Volt/metro.

Secondo forme di realizzazione, terminata la fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma, è prevista una fase di disattivazione di quest’ultimo, in cui è previsto di interrompere l’alimentazione elettrica degli elettrodi.

In una forma realizzativa, la fase di disattivazione prevede di interrompere il collegamento di flusso tra il condotto di adduzione e la camera di sterilizzazione e, successivamente, di attendere un tempo di deposizione durante il quale la miscela di specie reattive si deposita sugli oggetti da sterilizzare per assolvere alla loro funzione sterilizzante, e una volta trascorso tale tempo di deposizione, di rimuovere i gas esausti per asportare le specie reattive ed i prodotti di reazione presenti.

In una forma di realizzazione, i gas esausti sono reintrodotti nel condotto di adduzione per essere alimentati nuovamente alla camera di sterilizzazione.

In un’altra forma di realizzazione, i gas esausti sono trattati chimicamente così da ridurre, o addirittura eliminare, possibili sostanze inquinanti, prima di reimmetterli in atmosfera.

Secondo un altro aspetto del presente trovato, è previsto un apparato per sterilizzare oggetti, in particolare oggetti sfusi o confezionati in blister o sacchetti o buste, idoneo ad attuare il suddetto metodo di sterilizzazione al plasma, e comprendente: una camera chiusa di sterilizzazione degli oggetti, un condotto di adduzione per convogliare aria verso la camera di sterilizzazione, un dispositivo generatore di plasma per generare uno o più composti gassosi comprendenti una miscela di specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto e disposti nel condotto di adduzione, organi pompanti e gruppi valvolari configurati per controllare il flusso dell’aria e dei composti gassosi da e per la camera di sterilizzazione, mezzi sensori configurati rilevare una quantità delle specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto presenti all’intemo della camera di sterilizzazione, e un’unità di controllo configurata per controllare almeno la potenza elettrica impiegata per produrre il plasma durante la fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma.

Un vantaggio del metodo di sterilizzazione al plasma secondo il presente trovato è essere affidabile e sicuro, oltre che economico.

Un altro vantaggio del metodo di sterilizzazione secondo il presente trovato è quello di essere rispettoso dell’ambiente.

Tali vantaggi sono principalmente correlati al fatto che il metodo secondo il presente trovato prevede di utilizzare aria come gas di reazione che coopera con il plasma prodotto dal dispositivo generatore di plasma. Grazie a quest’ultimo, l’aria viene sostanzialmente “attivata”, cioè arricchita di composti gassosi comprendenti una miscela di sostanze reattive, in particolare dell’ossigeno e dell’azoto.

E evidente che l’aria è un gas non inquinante e assolutamente economico in quanto disponibile liberamente in grandi quantità.

Si noti che tali vantaggi ricorrono anche nelle forme di realizzazione previste in accordo con varianti realizzative della presente descrizione, in cui l’aria non è aria atmosferica, ma sia, invece, la cosiddetta aria “sintetica”, cioè aria pre-trattata e avente una determinata formulazione chimica priva di impurità e inquinanti atmosferici. È chiaro che in questo caso, il metodo richiede l’acquisto di bombole contenenti aria sintetica, che non viene quindi prelevata dall’atmosfera, ma ciò risulta comunque più economico rispetto all’acquisto di altri gas particolari.

Inoltre, il metodo di sterilizzazione secondo il presente trovato è vantaggiosamente molto sicuro per la sicurezza e la salute, sia degli operatori, sia degli utenti finali. Infatti, il fatto che non vengano impiegati gas tossici, come ad esempio l’etilenossido (EtO) utilizzato in molti metodi noti nella tecnica, garantisce sia la sicurezza degli impianti di sterilizzazione, e quindi degli operatori che vi lavorano, sia quella degli utenti finali che dovranno afferrare e manipolare gli oggetti sterilizzati (ad esempio, blister di compresse o pastiglie). Al contrario di quanto accade tipicamente nello stato dell’arte, grazie al fatto che nel metodo secondo il presente trovato non vengono utilizzati gas tossici persistenti nel tempo, non vi è il rischio che sugli oggetti sterilizzati si depositino residui di tali gas, che possono nuocere - anche gravemente -alla salute umana.

Grazie al fatto che il metodo di sterilizzazione secondo il presente trovato impiega aria deumidificata, un altro vantaggio è quello di non danneggiare gli oggetti da sterilizzare tramite fenomeni corrosivi che potrebbero essere innescati dall’umidità presente nell’aria atmosferica.

Un ulteriore vantaggio del metodo di sterilizzazione secondo il presente trovato è che esso è facilmente attuabile su scala industriale, per sterilizzare, attraverso cicli di sterilizzazione aventi una durata compatibile con altre fasi di lavorazione degli oggetti, grandi quantità di oggetti, eventualmente disposti su bancali o palette (pallet) o altri supporti simili.

Un altro vantaggio ancora del metodo secondo il presente trovato è quello di presentare una vantaggiosa configurazione del dispositivo generatore di plasma che permette di ottimizzare l’aspetto elettroidrodinamico del flusso formato dai composti gassosi (comprendenti la miscela di specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto) e dall’aria. In questo modo, grazie alla conformazione degli elettrodi, alla loro disposizione relativa rispetto al condotto di adduzione, e ai suddetti valori del campo elettrico al quale gli elettrodi sono soggetti, è possibile produrre un maggior numero di specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto nell’unità di tempo, e il loro trasferimento verso la camera di sterilizzazione è più rapido ed efficace.

Un ulteriore vantaggio del presente trovato è che esso consente di attuare il metodo di sterilizzazione sopra descritto tramite un apparato di sterilizzazione semplice ed economico.

Infatti, l’apparato di sterilizzazione secondo il presente trovato può essere vantaggiosamente adattato con facilità a soluzioni impiantistiche o a macchine già esistenti e comunemente utilizzate nell’ambito di processi di sterilizzazione industriale o sperimentale, senza richiedere complicate e costose operazioni di adattamento strutturale delle stesse.

Questi ed altri aspetti, caratteristiche e vantaggi della presente divulgazione saranno meglio compresi con riferimento alla seguente descrizione, alle tavole di disegno e alle annesse rivendicazioni. Le tavole di disegno, che sono integrate e facenti parte della presente descrizione, illustrano alcune forme di realizzazione del presente oggetto e, unitamente alla descrizione, si propongono di descrivere i principi della divulgazione.

I vari aspetti e caratteristiche descritte nella presente descrizione possono essere applicati individualmente, dove possibile. Questi aspetti individuali, ad esempio aspetti e caratteristiche presenti nella descrizione oppure nelle rivendicazioni dipendenti allegate, possono essere oggetto di domande divisionali.

Si fa notare che qualsiasi aspetto o caratteristica che si trovi essere già nota durante la procedura di brevettazione si intende non essere rivendicata ed essere l’oggetto di un disclaimer.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fomite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui: - la fig. 1 è un diagramma a blocchi di una forma di realizzazione di un apparato in grado di attuare un metodo di sterilizzazione al plasma secondo il presente trovato;

- la fig. 2 è una vista prospettica, schematica, di una forma di realizzazione di un apparato in grado di attuare un metodo di sterilizzazione al plasma secondo il presente trovato ;

- le figg. 3a e 3b sono viste in sezione, schematiche, di una porzione dell’apparato di fig. 2;

- le figg. 4a e 4b sono varianti realizzative di un dettaglio ingrandito compreso nell’apparato di fig. 2;

- la fig. 5 è un grafico che mostra l’andamento della concentrazione di ozono nella camera di sterilizzazione compresa nell’apparato di fig. 2 in funzione del tempo di applicazione della scarica elettrica agli elettrodi. Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE

Forme di realizzazione qui descritte si riferiscono ad un metodo di elaborazione dati, di cui verranno di seguito descritte alcune particolari forme realizzative, a titolo di esempio non limitativo.

Le diverse forme di realizzazione di seguito descritte in dettaglio si riferiscono ad un metodo e ad un apparato di sterilizzazione per oggetti, ad esempio blister contenenti una pluralità di pastiglie o compresse o pillole.

E del tutto evidente che il metodo e l’apparato secondo il presente trovato possono essere vantaggiosamente impiegati anche in qualsiasi altro settore, diverso da quello farmaceutico, senza per queste fuoriuscire dall’ambito di tutela del presente trovato.

Con riferimento alla fig. 1, è mostrato uno schema a blocchi rappresentativo del funzionamento di un apparato di sterilizzazione secondo il presente trovato, indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10.

L’apparato di sterilizzazione 10 comprende un dispositivo abbattitore di umidità 11 , di tipo noto nella tecnica.

L’apparato di sterilizzazione 10 comprende inoltre un dispositivo generatore di plasma 12, che verrà descritto con maggior dettaglio nel seguito con particolare riferimento alle figg. 3a-3b e 4a-4b, e una camera di sterilizzazione 13 configurata per ricevere gli oggetti da sterilizzare. Nella camera di sterilizzazione 13 sono disposti uno o più sensori 14, di tipo noto nella tecnica, configurati per rilevare la presenza di specie reattive, la loro quantità e la rispettiva composizione chimica. Ad esempio questi sensori 14 possono comprendere sensori ottici, ad assorbimento, ecc...

I sensori 14 sono operativamente collegati ad una unità di controllo 15, configurata per comandare la regolazione del dispositivo generatore di plasma 12, sulla base delle informazioni ricevute dai sensori 14.

L’apparato di sterilizzazione 10 comprende un dispositivo abbattitore di inquinanti 16, associato alla camera di sterilizzazione 13 in un’opportuna posizione tale per cui esso viene attraversato dai componenti gassosi “esausti” destinati a lasciare la camera di sterilizzazione 13 per essere immessi in atmosfera. In particolare, il dispositivo abbattitore di inquinanti 16 è configurato per abbattere In una forma di realizzazione, il dispositivo abbattitore di inquinanti 16, di tipo noto nella tecnica, esercita un’azione meccanica e comprende uno o più filtri aventi aperture di opportune dimensioni in base alla natura delle particelle delle sostanze inquinanti da trattare.

In un’altra forma di realizzazione, il dispositivo abbattitore di inquinanti 16, di tipo noto nella tecnica, esercita un’azione di tipo chimica, grazie alla quale gli inquinanti interagiscono con idonei reagenti in grado di abbattere la loro carica inquinante.

L’apparato di sterilizzazione 10 comprende inoltre una pluralità di organi pompanti ed elementi valvolari, di tipo noto nella tecnica e non raffigurati, che sono opportunamente disposti sui condotti di ingresso dei componenti gassosi, e i condotti di uscita degli stessi, nella/dalla camera di sterilizzazione 13 così da permettere opportunamente un isolamento a tenuta che sigilli ermeticamente la camera di sterilizzazione stessa.

Con riferimento alla fig. 2, è mostrato un esempio di un apparato di sterilizzazione 10 in cui la camera di sterilizzazione 13 configurata come un vano chiuso di grandi dimensioni. In questa forma realizzativa, la camera di sterilizzazione 13 ha dimensioni paragonabili a quelle di una stanza, o di un ambiente, ad esempio, fino ad alcuni metri per ciascun lato.

E evidente che, in altre forme di realizzazione del tutto equivalenti, possono essere previste camere di sterilizzazione 13 aventi dimensioni molto più estese o ridotte, ad esempio paragonabili a quelle di un dispositivo appoggiato su un banco da laboratorio.

Nella forma di realizzazione di fig. 2, idonea ad un’attuazione del metodo secondo il presente trovato su scala industriale, entro la camera di sterilizzazione 13 è disposta una pluralità di oggetti 100, disposti ordinati su quattro bancali 101, o palette (pallet). Ad esempio, gli oggetti 100 possono essere disposti in maniera ordinata su una pluralità di livelli, sopra a ciascun bancale 101.

In questa forma realizzativa, la camera di sterilizzazione 13 comprende mezzi di accesso richiudibili a tenuta, non raffigurati, che sono opportunamente dimensionati in modo da consentire l’accesso alla camera di sterilizzazione 13 di veicoli di carico idonei a trasportare i bancali 101.

L’apparato di sterilizzazione 10 comprende almeno un condotto di adduzione 17, configurato per immettere gas nella camera di sterilizzazione 13.

Nella forma di realizzazione illustrata sono previsti, a titolo di esempio non limitativo, tre condotti di adduzione 17 a sezione quadrata (fig. 3a), disposti in parallelo.

E evidente che in altre forme realizzative, del tutto equivalenti, può essere previsto un singolo condotto di adduzione 17, oppure una pluralità di condotti di adduzione 17, in numero diverso da tre.

Secondo una forma di realizzazione alternativa, i condotti di adduzione 17 possono essere disposti secondo una configurazione in parallelo, in cui è previsto un unico collettore dei gas, dai quali si dipartono i diversi condotti di adduzione 17.

In altre forme di realizzazione del tutto equivalente, i condotti di adduzione 17 possono presentare una sezione trasversale di forma differente da quella quadrata, ad esempio di forma circolare.

Secondo forme di realizzazione, in prossimità della connessione tra i condotti di adduzione 17 e la camera di sterilizzazione 13 sono previsti idonei elementi valvolari, di tipo noto nella tecnica e non raffigurati, in grado di separare selettivamente il rispettivo condotto di adduzione 17 dalla camera di sterilizzazione 13.

Ad ogni condotto di adduzione 17 è associato un rispettivo dispositivo generatore di plasma 12 in prossimità della camera di sterilizzazione 13, che sono stati schematizzati con dei rettangoli tratteggiati in fig. 2.

Secondo forme di realizzazione qui previste, l’apparato di sterilizzazione 10 comprende un condotto di uscita 18 configurato per far fuoriuscire i gas “esausti” dalla camera di sterilizzazione 13 che può essere selettivamente posto in collegamento di flusso con quest’ultima. Secondo forme di realizzazione qui descritte, l’apparato di sterilizzazione 10 comprende una pompa da vuoto 19, di tipo noto nella tecnica, idonea a portare la camera di sterilizzazione 13 in una condizione di depressione, o condizione di “vuoto”, cioè ad una pressione inferiore rispetto a quella atmosferica, secondo modalità note nella tecnica.

Il dispositivo generatore di plasma 12 comprende una pluralità di elettrodi 20. Ad esempio, ciascun dispositivo generatore di plasma 12 comprende quattro elettrodi 20.

In una forma realizzativa, ciascun elettrodo 20 è disposto su una rispettiva parete 17A, 17B, 17C, 17D del condotto di adduzione 17.

Ciascun elettrodo 20 è collegato a mezzi di alimentazione elettrici, secondo modalità note nella tecnica, che applicano una certa tensione per generare un adeguato campo elettrico.

In una forma di realizzazione preferita, gli elettrodi 20 sono del tipo descritto nella pubblicazione scientifica di G. Neretti et. al dal titolo “ Geometry optimization of linear and annular plasma synthetic jet actuators ” sul Journal of Physics D: Appi. Phys. 50 (2017) 015210 (9pp), da considerarsi qui interamente incorporata per riferimento.

Vengono di seguito descritte due varianti realizzative di un elettrodo 20 in accordo con forme di realizzazione previste secondo il presente trovato, rispettivamente con riferimento alle figg. 4a e 4b.

In fig. 4a è raffigurato un elettrodo 20 disposto su una piastra 21 di materiale dielettrico, ad esempio realizzata con un materiale scelto nella famiglia dei policlorobifenoli (PCB), avente ad esempio uno spessore di circa 1,6 mm. L’elettrodo 20 è configurato come un elemento anulare realizzato in rame avente uno spessore di circa 35 micron, un diametro interno di circa 30 mm e un’ampiezza di circa 5 mm.

In fig. 4b è raffigurato un elettrodo 20 disposto su una piastra 21 di materiale dielettrico, ad esempio realizzata in polivinilcloride (PVC) oppure in vetro. L’elettrodo 20 è configurato come un elemento di forma ottagonale realizzato in rame avente uno spessore di circa 35 micron, un’ampiezza di circa 5 mm, e una lunghezza interna di ciascun lato di circa 12 mm.

Si noti che in entrambe queste configurazioni l’elettrodo 20 è conformato in modo da definire una configurazione di simmetria rispetto ad un asse di simmetria centrale Y (indicato nelle figg. 3a e 3b).

L’applicazione di una tensione differenziale tra l’elettrodo 20 e la faccia inferiore della piastra 21 permette di generare un plasma, secondo modalità note nella tecnica, che si sviluppa, internamente all’elettrodo 20, su un’area che ricalca la forma dell’elettrodo, che è stata tratteggiata nelle figure ed è indicata con il numero di riferimento 22.

Come noto, il plasma 22 genera una miscela di specie reattive che si allontanano dall’elettrodo 20 secondo un getto che è schematizzato con la combinazione di quattro frecce ricurve, ed è indicato nel suo complesso dal numero di riferimento 23.

Grazie alla peculiare geometria degli elettrodi 20 sopra descritta, il getto 23 è orientato in modo da svilupparsi, almeno in parte, coassialmente all’asse di simmetria centrale Y. In particolare, il getto 23 è diretto in allontanamento dall’elettrodo 20 verso un asse di sviluppo longitudinale X del condotto di adduzione 17, secondo una direzione sostanzialmente perpendicolare a quest’ultimo.

Viene di seguito descritto il metodo di sterilizzazione al plasma secondo il presente trovato.

Inizialmente il metodo prevede di introdurre gli oggetti 100 nella camera di sterilizzazione 13, che, dopo essere stata chiusa ermeticamente, viene posta in depressione.

Successivamente, il metodo di sterilizzazione al plasma prevede di attivare il dispositivo generatore di plasma 12. L’attivazione di quest’ultimo consente di generare uno o più composti gassosi comprendenti una miscela di specie reattive dell’ossigeno (ROS, “ Reactive Oxygen Species ”) e dell’azoto (RNS, “Recidive Nìtrogen Species<'>”). In particolare, le specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto generate dal plasma comprendono ozono (O3), ossido di diazoto (N2O), pentossido di azoto (N2O5) e acido nitrico (HNO3).

Secondo forme di realizzazione qui previste, l’attivazione del dispositivo generatore di plasma 12 consente inoltre di generare ioni liberi, in forma stabile, che rimangono stabili abbastanza a lungo per raggiungere la camera di sterilizzazione 13. Si è osservato, in particolare, che gli ioni liberi comprendono particelle aventi carica positiva, come ad esempio l’ossonio (H3O<+>). Test sperimentali hanno permesso di verificare che la presenza di queste particelle a carica positiva consente di incrementare l’efficacia dell’azione sterilizzante del plasma. In altre parole, se - in aggiunta ai composti gassosi comprendenti la miscela di specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto - sono presenti i suddetti ioni liberi in forma stabile, allora è possibile sterilizzare in minor tempo la medesima quantità di oggetti 100, a parità di efficacia dell’azione di sterilizzazione.

Con riferimento alla fig. 5, il grafico mostra l’andamento della concentrazione di ozono in funzione del tempo di scarica, per quattro diversi valori di tempo di attivazione del dispositivo generatore di plasma 12 (rispettivamente al 35%, 50%, 65% e 75%). Tali curve sono rispettivamente state ottenute alimentando elettricamente l’elettrodo 20 per una frazione di tempo durante il quale il dispositivo generatore di plasma 12 è attivo pari rispettivamente al valore percentuale indicato.

Prove sperimentali hanno rilevato che la curva al 50% è il miglior compromesso che consente di ottenere una concentrazione ottimale di ozono.

Si rileva che le prove sperimentali condotte hanno dato ottimi risultati. Infatti, i valori di concentrazione dell’ozono si mantengono circa pari, o superiori, a 1,5xl1<16 >cm<-3 >nel periodo dai 10s fino ai 180s del tempo di scarica, per la curva al 50%.

Questi valori di concentrazione sono vantaggiosamente molto superiori, da tre a dieci volte, rispetto alle tipiche concentrazioni di altre specie reattive generate dal dispositivo generatore di plasma 20.

Il metodo prevede quindi di alimentare aria lungo il condotto di adduzione 17, che viene posto in comunicazione con la camera di sterilizzazione 13.

Secondo una forma di realizzazione preferita, è previsto alimentare aria deumidificata lungo il condotto di adduzione 17.

In una forma di realizzazione, l’aria deumidificata è ottenuta a partire da aria ambiente che attraversa il dispositivo abbattitore di umidità 11 , disposto a monte del condotto di adduzione 17.

In una forma di realizzazione, l’aria deumidificata è ottenuta da contenitori in pressione (ad esempio bombole) di aria sintetica, direttamente connessi con il condotto di adduzione 17.

L’aria deumidificata percorre il condotto di adduzione 17 nel verso indicato dalle frecce F in fìg. 3b, cioè parallelamente all’asse longitudinale di sviluppo X.

Il flusso di aria deumidificata definisce il fluido vettore che veicola i composti gassosi, cioè le suddette specie reattive ed eventualmente i suddetti ioni liberi presenti, verso la camera di sterilizzazione 13. Si è osservato che la configurazione sopra descritta, in cui i getti 23 sono orientati sostanzialmente ortogonali rispetto al flusso di aria deumidificata, è vantaggiosa poiché permette di ottimizzare l’effetto elettro-idrodinamico così da incrementare la quantità di specie reattive prodotte nell’unità di tempo.

Secondo forme di realizzazione, il metodo prevede di mantenere comunicazione di flusso tra il condotto di adduzione 17 e la camera di sterilizzazione 13 per un determinato intervallo di tempo, tale da consentire ai suddetti composti gassosi di entrare nella camera di sterilizzazione e di distribuirsi omogeneamente in quest’ultima. In una forma realizzativa, tale determinato intervallo di tempo è, ad esempio, pari o superiore al tempo durante il quale il dispositivo generatore di plasma 12 rimane attivo. In altre parole, il determinato intervallo di tempo deve essere sufficiente a consentire la sostanziale saturazione della camera di sterilizzazione con i suddetti composti gassosi.

Secondo forme di realizzazione del metodo secondo il presente trovato, è previsto controllare, tramite l’unità di controllo 15, la potenza elettrica impiegata per produrre il plasma in funzione della composizione e/o della quantità di specie reattive presenti nella camera di sterilizzazione 13, rilevate dai sensori 14.

Prove sperimentali hanno permesso di individuare valori ottimali della potenza elettrica con la quale alimentare gli elettrodi 20 durante la fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma 12 per massimizzare la quantità di specie reattive prodotte nell’unità di tempo.

In una forma di realizzazione, tali valori ottimali prevedono di sottoporre ciascun elettrodo 20 a un campo elettrico che è compreso tra 10<5 >e 10<8 >Volt/metro, preferibilmente compreso tra 10<6 >e 10<7 >Volt/metro. Secondo forme di realizzazione, tali valori di campo elettrico possono essere ottenuti applicando agli elettrodi 20 valori di tensione compresi tra 1 V e 100 kV e frequenze comprese tra 1 Hz e 20 MHz.

Una volta terminata la fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma 12, è previsto interrompere l’alimentazione elettrica degli elettrodi 20, disattivando così il dispositivo generatore di plasma 12. La fase di disattivazione del dispositivo generatore di plasma 12 prevede di interrompere il collegamento di flusso tra il condotto di adduzione 17 e la camera di sterilizzazione 13 azionando opportuni elementi valvolari e, successivamente, attendere un tempo di deposizione durante il quale la miscela di specie reattive, ed eventualmente gli ioni liberi, si deposita/no sugli oggetti 100 da sterilizzare per assolvere alla loro funzione sterilizzante. Una volta trascorso il tempo di deposizione, il metodo prevede una fase di rimozione dei gas esausti per rimuovere le specie reattive e gli eventuali ioni liberi ancora presenti nella camera di sterilizzazione 13, nuovamente riportata in una condizione di vuoto tramite la pompa da vuoto 19.

In una forma di realizzazione, la fase di rimozione dei gas esausti prevede di reintrodurre i gas nel condotto di adduzione 17, a monte del dispositivo generatore di plasma 12 (fig. 1).

In un’altra forma di realizzazione, alternativa o attuabile insieme alla precedente, la fase di rimozione dei gas esausti prevede di immettere i gas in atmosfera tramite il condotto di uscita 18, dopo aver eseguito opportuni trattamenti per ridurre, o addirittura eliminare, possibili sostanze inquinanti in modo da rispettare i limiti di legge previsti (fig. 1).

Infine, prima che l’operatore prelevi gli oggetti 100 sterilizzati, il metodo prevede di riportare la camera di sterilizzazione 13 alla pressione atmosferica.

È chiaro che al metodo e all’apparato di sterilizzazione fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di fasi o parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di un metodo e di un apparato di sterilizzazione, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di sterilizzazione al plasma per sterilizzare oggetti (100), comprendente le fasi di: - introdurre gli oggetti (100) da sterilizzare in una camera di sterilizzazione (13) definita da un ambiente separato ermeticamente rispetto - portare detta camera di sterilizzazione (13) a pressioni inferiori rispetto alla pressione atmosferica tramite una pompa da vuoto (19), - attivare un dispositivo generatore di plasma (12) disposto su almeno un condotto di adduzione (17) sfociante in detta camera di sterilizzazione (13) cosicché uno o più composti gassosi comprendenti una miscela di specie reattive dell’ossigeno (ROS, “ Reactive Oxygen Species ”) e dell’azoto (RNS, “ Reactive Nitrogen Species”), ed opzionalmente ioni liberi a carica positiva, siano generate/i dal dispositivo generatore di plasma (12) e convogliate/i verso detta camera di sterilizzazione (13), - alimentare aria lungo detto almeno un condotto di adduzione (17) e porre in comunicazione quest’ultimo con detta camera di sterilizzazione (13) per un determinato periodo di tempo per consentire a detti composti gassosi di entrare in detta camera di sterilizzazione (13) e di distribuirsi in maniera sostanzialmente omogenea in quest’ultima, detto periodo di tempo essendo ad esempio pari o superiore al tempo di attivazione di detto dispositivo generatore di plasma (12), detta aria essendo il fluido vettore che veicola i composti gassosi in detta camera di sterilizzazione (13), - controllare, tramite un’unità di controllo (15), la potenza elettrica impiegata per produrre il plasma durante detta fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma (12) in funzione della composizione e/o della quantità di specie reattive presenti in detta camera di sterilizzazione (13), rilevate tramite idonei mezzi sensori (14).
2. 2. Metodo come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo generatore di plasma (12) comprende uno o più elettrodi (20), alle pareti (17A, 17B, 17C, 17D) di detto condotto di adduzione (17), secondo una configurazione in grado di ottimizzare l’effetto elettroidrodinamico così da incrementare la quantità di specie reattive prodotte nell’unità di tempo.
3. 3. Metodo come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti elettrodi (20) presenta forma circolare o poligonale definente una configurazione di simmetria rispetto ad un asse di simmetria centrale (Y).
4. 4. Metodo come nella rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che durante detta fase di attivazione di detto dispositivo generatore di plasma (12), in corrispondenza di ciascuno di detti elettrodi (20), si origina un getto (23) di detta miscela di specie reattive che è orientato in modo da svilupparsi, almeno in parte, coassialmente a detto asse di simmetria centrale (Y), essendo diretto in allontanamento da detto elettrodo (20), verso un asse di sviluppo longitudinale (X) di detto condotto di adduzione (17), secondo una direzione perpendicolare a quest’ultimo.
5. 5. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che durante detta fase di attivazione, ciascuno di detti elettrodi (20) è soggetto ad un campo elettrico, regolato durante la fase di controllo, che è compreso tra 105 e 108 Volt/metro, essendo in particolare compreso tra 10<6 >e 10<7 >Volt/metro.
6. 6. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che, terminata detta fase di attivazione di detto dispositivo generatore di plasma (12), è prevista una fase di disattivazione di quest’ultimo, in cui è previsto di interrompere l’alimentazione elettrica di detti elettrodi (20).
7. 7. Metodo come nella rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che, detta fase di disattivazione di detto dispositivo generatore di plasma (12) prevede di: interrompere il collegamento di flusso tra detto condotto di adduzione (17) e detta camera di sterilizzazione (13) e, successivamente, attendere un tempo di deposizione durante il quale la miscela di specie reattive si deposita sugli oggetti (100) da sterilizzare per assolvere alla loro funzione sterilizzante, e una volta trascorso detto tempo di deposizione, rimuovere i gas esausti per rimuovere le specie reattive presenti in detta camera di sterilizzazione (13), nuovamente riportata a pressioni inferiori rispetto a quella atmosferica.
8. 8. Metodo come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che durante detta fase di rimozione dei gas esausti è previsto reintrodurre composti gassosi, in particolare comprendenti detta miscela di specie reattive, in detto condotto di adduzione (17), oppure è previsto trattare i composti gassosi così da ridurre, o addirittura eliminare, possibili sostanze inquinanti, prima di reimmetterli in atmosfera.
9. 9. Metodo come nella rivendicazione 7, oppure 8, caratterizzato dal fatto che, dopo detta fase di rimozione dei gas esausti, è previsto riportare detta camera di sterilizzazione (13) alla pressione atmosferica, prima che un operatore prelevi gli oggetti sterilizzati.
10. 10. Apparato per sterilizzare oggetti (100), in particolare oggetti sfusi o confezionati in blister o sacchetti o buste, idoneo ad attuare un metodo di sterilizzazione al plasma secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e comprendente: una camera di sterilizzazione (13) per gli oggetti (100) configurata per essere separata ermeticamente rispetto alTesterno, un condotto di adduzione (17) per convogliare aria verso detta camera di sterilizzazione (13), un dispositivo generatore di plasma (12) per generare uno o più composti gassosi comprendenti una miscela di specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto e disposti in detto condotto di adduzione (17), organi pompanti e gruppi valvolari configurati per controllare il flusso dell’aria e dei composti gassosi da e per detta camera di sterilizzazione (13), mezzi sensori (14) configurati per rilevare una quantità e/o una composizione di dette specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto presenti all’interno di detta camera di sterilizzazione (13), e un’unità di controllo (15) configurata per controllare almeno la potenza elettrica impiegata per produrre il plasma durante detta fase di attivazione del dispositivo generatore di plasma (12).