Características de esterilização de tubos estreitos por óxidos de nitrogênio gerados em plasma de ar à pressão atmosférica

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6947 (2023) Citar este artigo

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As características de esterilização de espécies ativas geradas por um plasma de descarga de barreira dielétrica atmosférica usando ar e oxigênio na superfície interna de tubos de silicone foram investigadas. Um dispositivo de plasma de tocha de descarga de barreira dielétrica foi instalado em uma extremidade do tubo e gerou espécies ativas de vida longa que fluíram para o tubo. Um indicador biológico tipo tira com um esporo bacteriano de 105 células foi colocado na extremidade oposta do tubo de 60 cm. A esterilização foi concluída em 30 min por partículas ativas geradas a partir do plasma de ar. Os principais fatores que contribuíram para a esterilização por plasma a ar foram HNO3 e N2O5. Quando materiais orgânicos (queratina, ácido aspártico e ácido dipicolínico) refletindo componentes do esporo bacteriano, foram tratados pelo procedimento de esterilização, houve pouco efeito sobre o ácido dipicolínico. A queratina foi oxidada por ozônio e NOx gerados a partir dos plasmas de oxigênio e ar, respectivamente. O ácido aspártico sofreu pouca mudança na composição do ozônio gerado a partir do plasma de oxigênio, enquanto os grupos nitro (NO2), nitroso (NO) e aldeído (CHO) foram formados a partir do ozônio e NOx gerados do plasma do ar.

A esterilização de equipamentos médicos é um procedimento importante em hospitais facilitando a reutilização de equipamentos. O tubo de plástico médico tem uma forma longa e estreita e é difícil de esterilizar. Assim, devido ao seu uso frequente, os tubos médicos são consumidos em grandes quantidades. Embora seja desejável esterilizar e reutilizar os tubos para reduzir os custos de saúde, não existem métodos de esterilização eficazes disponíveis. A reutilização de equipamentos médicos é importante mesmo no espaço sideral, onde a quantidade de equipamentos a serem transportados é limitada. Os métodos de esterilização atualmente usados ​​na prática médica que são aplicáveis ​​à esterilização de tubos incluem esterilização com gás óxido de etileno (EOG) e esterilização com peróxido de hidrogênio (H2O2). No entanto, esses produtos químicos são tóxicos e relativamente estáveis, deixando resíduos difíceis de remover de tubos de plástico estreitos1,2. Normalmente, é necessário aproximadamente 1 dia para remover o EOG de dispositivos médicos após a esterilização. Substâncias químicas tóxicas e/ou cancerígenas residuais podem colocar em risco pacientes, operadores de esterilização e profissionais médicos. Recentemente, métodos de esterilização por plasma têm sido estudados devido ao potencial de baixa toxicidade e tempos de esterilização reduzidos2,3,4,5,6. Embora muitos métodos de esterilização por plasma tenham sido aplicados a tubos de plástico, métodos eficazes de esterilização ainda precisam ser desenvolvidos devido ao calor e danos causados ​​ao material do tubo7,8,9,10.

Quando ocorre uma descarga elétrica no ar, ozônio (O3)11,12,13,14 e óxidos de nitrogênio (NOx)15,16,17, como monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de nitrogênio (NO2) e pentóxido de dinitrogênio (N2O5 ), são obtidos à pressão atmosférica. Radicais de vida curta, como NO3 e espécies ativas de oxigênio derivadas de NOx e ozônio, também podem ser gerados. Essas espécies de nitrogênio e espécies ativas de oxigênio são altamente reativas e sofrem decomposição ou modificam biomateriais, como proteínas, aminoácidos e DNA. Notavelmente, essas espécies reativas estáveis ​​são geradas em um plasma à temperatura ambiente. Portanto, é improvável que a esterilização por ozônio e NOx induza deterioração térmica ou danos à superfície dos tubos de plástico.

Nos últimos anos, foram feitas tentativas de esterilizar a parede interna de tubos longos e estreitos com plasmas de oxigênio10; no entanto, essas abordagens exigiram longos tempos de processamento. A combinação de um plasma de oxigênio com irradiação de luz ultravioleta (UV) conseguiu a esterilização das paredes internas de tubos longos e estreitos em um tempo relativamente curto. No entanto, qualquer obstrução da fonte de luz UV pode limitar esta abordagem de esterilização. Neste estudo, a esterilização de tubos estreitos foi investigada com base em espécies ativas de vida longa geradas a partir de plasma de tocha de descarga de barreira dielétrica atmosférica (DBD) usando gás oxigênio e ar como gases de alimentação. Os efeitos da esterilização por plasma em materiais orgânicos, incluindo esporos bacterianos, foram investigados. Esta pesquisa demonstra que tanto a esterilização da parede interna de um tubo longo e estreito com comprimento suficiente para uso médico e compatibilidade de material suficiente pode ser alcançada pelo plasma usando gás oxigênio e ar, e as espécies de partículas que contribuem para a esterilização foram investigadas. Os resultados obtidos contribuirão muito para a demonstração de um método de esterilização de parede interna de tubo longo e estreito.