Caratteristiche di sterilizzazione di tubi stretti mediante ossidi di azoto generati nel plasma d'aria a pressione atmosferica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6947 (2023) Citare questo articolo

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Sono state studiate le caratteristiche di sterilizzazione delle specie attive generate da un plasma a scarica con barriera dielettrica atmosferica utilizzando aria e ossigeno sulla superficie interna del tubo in silicone. Un dispositivo al plasma con torcia a scarica con barriera dielettrica è stato installato a un'estremità del tubo e ha generato specie attive a lunga vita che fluivano nel tubo. Un indicatore biologico del tipo a striscia con una spora batterica di 105 cellule è stato posizionato all'estremità opposta del tubo da 60 cm. La sterilizzazione è stata completata entro 30 minuti dalle particelle attive generate dal plasma d'aria. I principali fattori che contribuiscono alla sterilizzazione mediante plasma ad aria sono stati HNO3 e N2O5. Quando i materiali organici (cheratina, acido aspartico e acido dipicolinico) che riflettevano i componenti della spora batterica, venivano trattati mediante la procedura di sterilizzazione, si verificava uno scarso effetto sull'acido dipicolinico. La cheratina è stata ossidata dall'ozono e dagli NOx generati rispettivamente dai plasma di ossigeno e aria. L'acido aspartico ha subito pochi cambiamenti nella composizione dall'ozono generato dal plasma di ossigeno, mentre i gruppi nitro (NO2), nitroso (NO) e aldeide (CHO) sono stati formati dall'ozono e dagli NOx generati dal plasma d'aria.

La sterilizzazione delle apparecchiature mediche è una procedura importante negli ospedali che facilita il riutilizzo delle apparecchiature. I tubi di plastica medicale hanno una forma lunga e stretta ed sono difficili da sterilizzare. Pertanto, a causa del suo uso frequente, i tubi medicali vengono consumati in grandi quantità. Sebbene sarebbe auspicabile sterilizzare e riutilizzare i tubi per ridurre i costi sanitari, non sono disponibili metodi di sterilizzazione efficaci. Il riutilizzo delle attrezzature mediche è importante anche nello spazio dove la quantità di attrezzature da trasportare è limitata. I metodi di sterilizzazione attualmente utilizzati nella pratica medica applicabili alla sterilizzazione dei tubi includono la sterilizzazione con gas ossido di etilene (EOG) e la sterilizzazione con perossido di idrogeno (H2O2). Tuttavia, queste sostanze chimiche sono tossiche e relativamente stabili e lasciano residui difficili da rimuovere dai tubi di plastica stretti1,2. In genere, è necessario circa 1 giorno per rimuovere l'EOG dai dispositivi medici dopo la sterilizzazione. I residui chimici tossici e/o cancerogeni possono mettere in pericolo i pazienti, gli operatori della sterilizzazione e i professionisti medici. Recentemente, sono stati studiati metodi di sterilizzazione al plasma a causa del potenziale di bassa tossicità e di tempi di sterilizzazione ridotti2,3,4,5,6. Sebbene molti metodi di sterilizzazione al plasma siano stati applicati ai tubi di plastica, metodi di sterilizzazione efficaci devono ancora essere sviluppati a causa del calore e dei danni causati al materiale dei tubi7,8,9,10.

Quando si verifica una scarica elettrica nell'aria, nell'ozono (O3)11,12,13,14 e negli ossidi di azoto (NOx)15,16,17, come monossido di azoto (NO), biossido di azoto (NO2) e pentossido di diazoto (N2O5 ), si ottengono a pressione atmosferica. Possono essere generati anche radicali di breve durata come NO3 e specie attive dell'ossigeno derivate da NOx e ozono. Queste specie di azoto e specie di ossigeno attivo sono altamente reattive e subiscono la decomposizione o modificano i biomateriali, come proteine, amminoacidi e DNA. In particolare, queste specie reattive stabili vengono generate in un plasma a temperatura ambiente. Pertanto, è improbabile che la sterilizzazione tramite ozono e NOx induca deterioramento termico o danni superficiali ai tubi di plastica.

Negli ultimi anni sono stati fatti tentativi per sterilizzare la parete interna di tubi lunghi e stretti con plasmi di ossigeno10; tuttavia, questi approcci hanno richiesto tempi di elaborazione lunghi. La combinazione di un plasma di ossigeno con l'irradiazione di luce ultravioletta (UV) ha ottenuto la sterilizzazione delle pareti interne di tubi lunghi e stretti in un tempo relativamente breve. Tuttavia, qualsiasi ostruzione della sorgente di luce UV può limitare questo approccio di sterilizzazione. In questo studio, la sterilizzazione di tubi stretti è stata studiata sulla base di specie attive a lunga vita generate da un plasma con torcia a scarica di barriera dielettrica atmosferica (DBD) utilizzando ossigeno e aria come gas di alimentazione. Sono stati studiati gli effetti della sterilizzazione al plasma su materiali organici comprese le spore batteriche. Questa ricerca dimostra che sia la sterilizzazione della parete interna di un tubo lungo e stretto con lunghezza sufficiente per uso medico e sufficiente compatibilità dei materiali può essere ottenuta mediante il plasma utilizzando ossigeno e aria, e sono state studiate le specie di particelle che contribuiscono alla sterilizzazione. I risultati ottenuti contribuiranno notevolmente alla dimostrazione di un metodo di sterilizzazione della parete interna del tubo lungo e stretto.