O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia da esterilização por plasma, utilizando como sensor o indicador biológico, esporos deBacillus subtilis. Nesse estudo foram utilizados reatores constituídos de acoplamento capacitivo modo RIE (Reactive Ion Etching) e acoplamento indutivo modo ICP (Inductively Coupled Plasma),sendo esse último classificado em dois tipos, cilíndrico e Planar. A diferença entre esses equipamentos está basicamente na forma de geração do plasma, sendo que no sistema RIE a potência de RF é aplicada nos eletrodos. No sistema ICP cilindrico, a potência é aplicada em uma bobina. No sistema planar que pode ser considerado como um sistema híbrido, a potência de RF é aplicada na bobina e nos eletrodos, fazendo assim com que se obtenha um plasma de alta densidade. Todos os experimentos envolvendo plasma foram desenvolvidos à temperaturas mais baixas quando comparadas com os processos esterilizantes a calor (por volta de 55 ºC), o que garante a possibilidade de aplicação em materiais poliméricos e ópticos (endoscópios, etc.). Os estudos de letalidade dos processos foram realizados utilizando esporos de Bacillus subtilis, veiculados em lamínulas de vidro, os quais foram submetidos a combinações de parâmetros de processo, permitindo a obtenção de dados comparativos quanto a sua letalidade e resistência, e, conseqüentemente, informações quanto à efetividade do processo de esterilização por plasma. Na utilização do sistema RIE os resultados obtidos mostraram-se bastante promissores, quando se utilizou potência de 150 W, pressão de 100 mTorr, vazão de 200 sccm, e tempo de 20 minutos, reduzindo a carga microbiana para próximo de zero nesse intervalo de tempo. Para potência de 100 W, utilizando todos os outros parâmetros, a carga microbiana foi reduzida com tempo de 60 minutos, não sendo este um resultado ideal, porém, ainda aceitável. Para o sistema ICP cilíndrico, os resultados foram também promissores, visto que se conseguiu reduzir a carga microbiana para próximo de zero, com 20 minutos de processo, sob pressão de 330 mTorr, potência de 350 e 400 W, e vazão do gás de 100 sccm. No sistema ICP Planar os resultados também foram muito bons, pois se conseguiu reduzir a carga microbiana para próximo de zero em 12 minutos, utilizando potência de 150 W, pressão de 100 mTorr, e vazão de 200 sccm. Esses resultados alcançados tanto para O2 puro quanto para O2 + H2O2, mostram a possibilidade da aplicação de ambos sistemas na esterilização de materiais hospitalares em geral, sendo entretanto necessários maiores estudos. Os resultados obtidos no trabalho possibilitarão projetar sistemas específicos que podem ser empregados em ambiente hospitalar e em estações de processamento de material cirúrgico. / The objective of this work was to evaluate the effectiveness plasma of the sterilization, using the biological indicators with spore\'s sensors Bacillus subtilis.. For this, the reactors of capacitive constituted of coupling had been used way RIE (Reactive Ion Etching) and inductive coupling was ICP (Inductively Coupled Plasma) which being the last classified in two types, cylindrical and glide. The differences between this equipment are basically in generation of plasma form, being these in systems RIE the RF power is applied in a coil. In the to glide system it can be considered with a hybrid systems, the RF power are applied in the bobbin and the electrodes which make with that it gets a high density of plasma. All the experiments involving plasma had been developed to the temperature near environment (for return of 55º C), which the possibility of application in polymeric and optic materials (the possibility of application in polymeric and optics materials (endoscopies, etc.). The studies of mortality of the process had been carried using the biological indicators constituted with spore\'s sensors Bacillus subtilis, together in blade of glass, which had been subdue the combinations of parameters process, allowing get information comparative such as mortality and resistance, and consequently effectiveness process the of the sterilization information. In the use of RIE systems the results had get showed many promising when it used 150W power, 100 mTorr pressure, 200 sccm leak, 20 minutes time, reducing the microbial load near at zero in this interval time. For 100 W powers, using all the other parameters, microbial load were reduced at 60 minutes times, this results are not being ideal, but can be acceptable. To ICP cylindrical systems, the results had been promising, since it was get to reduce the microbial load near to zero, with 20 minutes of process, under 330 mTorr pressure, 350 e 400 W power and 100 sccm gas leak. In ICP glide systems the results also had been very good, because it was obtained to reduce the microbial load near to zero at 12 minutes, using 150 W power, 100 mTorr pressure and 200 sccm leak. These results reached in such way for 02 pure and to 02 + H202, in general both of the sterilization systems of hospital environment showed the possibility of the application, however was being necessary greater studies. The results will make possible the project of specific systems that can be used in hospital environment and stations of processing of surgical material

O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia da esterilização por plasma, utilizando como sensor o indicador biológico, esporos deBacillus subtilis. Nesse estudo foram utilizados reatores constituídos de acoplamento capacitivo modo RIE (Reactive Ion Etching) e acoplamento indutivo modo ICP (Inductively Coupled Plasma),sendo esse último classificado em dois tipos, cilíndrico e Planar. A diferença entre esses equipamentos está basicamente na forma de geração do plasma, sendo que no sistema RIE a potência de RF é aplicada nos eletrodos. No sistema ICP cilindrico, a potência é aplicada em uma bobina. No sistema planar que pode ser considerado como um sistema híbrido, a potência de RF é aplicada na bobina e nos eletrodos, fazendo assim com que se obtenha um plasma de alta densidade. Todos os experimentos envolvendo plasma foram desenvolvidos à temperaturas mais baixas quando comparadas com os processos esterilizantes a calor (por volta de 55 ºC), o que garante a possibilidade de aplicação em materiais poliméricos e ópticos (endoscópios, etc.). Os estudos de letalidade dos processos foram realizados utilizando esporos de Bacillus subtilis, veiculados em lamínulas de vidro, os quais foram submetidos a combinações de parâmetros de processo, permitindo a obtenção de dados comparativos quanto a sua letalidade e resistência, e, conseqüentemente, informações quanto à efetividade do processo de esterilização por plasma. Na utilização do sistema RIE os resultados obtidos mostraram-se bastante promissores, quando se utilizou potência de 150 W, pressão de 100 mTorr, vazão de 200 sccm, e tempo de 20 minutos, reduzindo a carga microbiana para próximo de zero nesse intervalo de tempo. Para potência de 100 W, utilizando todos os outros parâmetros, a carga microbiana foi reduzida com tempo de 60 minutos, não sendo este um resultado ideal, porém, ainda aceitável. Para o sistema ICP cilíndrico, os resultados foram também promissores, visto que se conseguiu reduzir a carga microbiana para próximo de zero, com 20 minutos de processo, sob pressão de 330 mTorr, potência de 350 e 400 W, e vazão do gás de 100 sccm. No sistema ICP Planar os resultados também foram muito bons, pois se conseguiu reduzir a carga microbiana para próximo de zero em 12 minutos, utilizando potência de 150 W, pressão de 100 mTorr, e vazão de 200 sccm. Esses resultados alcançados tanto para O2 puro quanto para O2 + H2O2, mostram a possibilidade da aplicação de ambos sistemas na esterilização de materiais hospitalares em geral, sendo entretanto necessários maiores estudos. Os resultados obtidos no trabalho possibilitarão projetar sistemas específicos que podem ser empregados em ambiente hospitalar e em estações de processamento de material cirúrgico. / The objective of this work was to evaluate the effectiveness plasma of the sterilization, using the biological indicators with spore\'s sensors Bacillus subtilis.. For this, the reactors of capacitive constituted of coupling had been used way RIE (Reactive Ion Etching) and inductive coupling was ICP (Inductively Coupled Plasma) which being the last classified in two types, cylindrical and glide. The differences between this equipment are basically in generation of plasma form, being these in systems RIE the RF power is applied in a coil. In the to glide system it can be considered with a hybrid systems, the RF power are applied in the bobbin and the electrodes which make with that it gets a high density of plasma. All the experiments involving plasma had been developed to the temperature near environment (for return of 55º C), which the possibility of application in polymeric and optic materials (the possibility of application in polymeric and optics materials (endoscopies, etc.). The studies of mortality of the process had been carried using the biological indicators constituted with spore\'s sensors Bacillus subtilis, together in blade of glass, which had been subdue the combinations of parameters process, allowing get information comparative such as mortality and resistance, and consequently effectiveness process the of the sterilization information. In the use of RIE systems the results had get showed many promising when it used 150W power, 100 mTorr pressure, 200 sccm leak, 20 minutes time, reducing the microbial load near at zero in this interval time. For 100 W powers, using all the other parameters, microbial load were reduced at 60 minutes times, this results are not being ideal, but can be acceptable. To ICP cylindrical systems, the results had been promising, since it was get to reduce the microbial load near to zero, with 20 minutes of process, under 330 mTorr pressure, 350 e 400 W power and 100 sccm gas leak. In ICP glide systems the results also had been very good, because it was obtained to reduce the microbial load near to zero at 12 minutes, using 150 W power, 100 mTorr pressure and 200 sccm leak. These results reached in such way for 02 pure and to 02 + H202, in general both of the sterilization systems of hospital environment showed the possibility of the application, however was being necessary greater studies. The results will make possible the project of specific systems that can be used in hospital environment and stations of processing of surgical material

This diploma thesis is focused on studying of the effect of the dielectric barrier discharge (DBD) on eucaryotic microorganisms. Plasma sterilization is considered to be an alternative method to conventional sterilization processes. Contrary to standard decontamination methods it doesn´t stress exposed material by heat, pressure and chemicals. Plasma acts on eucaryotic and procaryotic systems by means of synergy of three inactivation mechanisms. They are various reactive species, UV radiation and heat. The Aspergillus niger has been chosen as a bio-indicator enabling to evaluate the effect of plasma assisted microbial inactivation. Plasma was generated in dielectric barrier discharge (DBD) at atmospheric pressure. Nitrogen and argon were used as working gases, paper and PET foil were used as carrying media. The influence of various working conditions on the sterilization effect was studied. Namely it was the influence of plasma exposition time, plasma power density, the type of operating gas and type of supporting medium. The effect of UV radiation in combination with temperature, temperature and direct plasma were studied separately. According to our results the efficiency of DBD increases with plasma power density, resp. plasma exposition time. When comparing sterilization efficiency of nitrogen and argon operating at the same conditions, the higher sterilization effect was observed in argon. The influence of the carrying medium on sterilization effectiveness was proved. It was caused by the different structure of surface. It was found out, that in our experimental setup the active species are probably the main inactivation mechanism. The influence of temperature on inactivation of microorganisms was negligible. The combination of UV radiation and temperature reached the decontamination level about 2 orders. The discharge parameters were studied by means of optical emmision spectroscopy. Scanning electron microscopy enabled to evaluate possible damage of exposed materials through DBD.

Em âmbito hospitalar é crescente o emprego de dispositivos confeccionados de distintos materiais termossensíveis. Assim, o emprego de metodologias esterilizantes compatíveis tem sido o foco de muitas pesquisas, dentre as quais destacam-se estudos envolvendo o plasma. O mecanismo de ação deste desenvolve-se com a aplicação de Rádio-Freqüência a gases precursores, resultando na inativação microbiana por espécies altamente reativas. Este método inovador caracteriza-se por não gerar riscos de toxicidade ocupacional e aos pacientes, e ser processado em temperatura próxima ao ambiente. Para análise comparativa foi utilizado o método de esterilização por óxido de etileno (agente químico na forma gasosa). Este gás apresenta características de elevada inflamabilidade, explosividade e toxicidade, por isso é usado diluído em gases inertes, além de deixar residual no material esterilizado, tendo que ter um controle rigoroso no processo de aeração; porém atualmente é um dos métodos mais utilizados para esterilização de materiais odonto-médico-hospitalares, particularmente os termossensíveis. O principal objetivo deste trabalho foi estudar diferentes parâmetros do processo e seus respectivos resultados, que influenciam na esterilização empregando plasma e compará-los com os obtidos empregando óxido de etileno. O equipamento utilizado para o estudo dos processos de esterilização por plasma foi o ICP (Inductively Coupled Plasma). Analisou-se assim para o plasma algumas distintas combinações de parâmetros, tais como: gases (oxigênio puro e mistura deste com peróxido de hidrogênio a 5,10 e 20%), pressão (330 mTor), vazão do gás (100sccm), temperatura (próxima ao ambiente), potência de rádio-freqüência (300, 350 e 400W), tempos de exposição (com intervalos de 3 a 60 min) e umidade relativa (80±5%). No ICP foram desenvolvidas duas fases planejadas para os processos, seguindo uma programação experimental, já no óxido de etileno foram realizadas três séries de exposições sub–letais utilizando mistura esterilizante Oxyfume® 2002 (10% Óxido de Etileno, 63% HCFC 124 e 27% HCFC 22), sendo os parâmetros padronizados: umidade relativa (40 a 60%), concentração do gás (450 mg/L), temperatura (55° C) e tempos de exposição (com intervalos de 3 a 15 min.). Todos os ciclos foram realizados em triplicata. Esporos de Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372 foram obtidos a partir de suspensões de microrganismos e inoculados em suportes na concentração de 107 UFC/suporte para serem utilizados nos estudos dos processos de esterilização. Empregou-se a técnica de Pour Plate (incubação em estufa por 24hs a 37 °C) para a quantificação dos esporos. Para o processo de esterilização por plasma os resultados obtidos forneceram valores D que variaram entre 8 e 3 min., dependendo dos parâmetros testados, e para o processo de esterilização por óxido de etileno o Valor D foi de 2,80 min. Concluiu-se que o processo de esterilização por plasma apresentou resultados interessantes e promissores e os melhores resultados foram obtidos com as potências maiores de 350 e 400W para o gás oxigênio puro, caracterizando o plasma como alternativa promissora de esterilização, devido às suas características positivas frente ao óxido de etileno, pois os valores D entre os dois processos de esterilização não apresentaram uma diferença significativa. / The gas Plasma sterilization technology has been emerging as an alternative to conventional low temperature processes since the advent of new therapies using heat sensitive materials in the healthcare field is greater than ever. The gas Plasma mechanism of action includes the generation of actives species by an electrical discharge, which is able to promote lethal effect on microorganisms. The sterilization techniques using gas plasma are under intense investigation and it has already been demonstrated by recent studies that this technology is simple, cost-effective, suitable for microbicidal activity and absent of toxic residuals. Ethylene oxide is the sterilization agent most widely applied to medical devices. However, its explosiveness, inflammability and toxicity led to the search for other sterilization methods at low temperature and it has been used associated to non active gases which inhibit these properties and it is necessary to have the control at the occupational safety and environmental monitoration. Therefore, the aim of this work was to explore possible microbicidal application of the gas plasma sterilization generated by an inductively coupled system and to compare this sterilization method with ethylene oxide (chemistry substance in gaseous form), observing their D value. It was used distinct combinations of process parameters to sterilization by plasma, as follows: radio-frequency powers (300, 350 and 400 watts), exposition times (in the range of 3 to 60 minutes), gas (pure oxygen and mixture with hydrogen peroxide 5,10 and 20%), gas flow (100 sccm), pressure (330 mTorr), temperature (close to the environmental one) and relative humidity 80±5%. For ethylene oxide, Oxyfume 2002® was used (mixture of ethylene oxide, HCFCs 22 and 124), under the concentration of 450mg/L, at the temperature of 55°C and relative humidity of 50±5% and it was submitted to a time of exposition between 3 to 15 minutes. Both processes were submitted to exposition cycles in triple. Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372 inoculated in a standard load of 107 spores per carrier was used as biological indicator. After the exposition, the biological indicator\'s spore survivors were counted by the \"Pour Plate\" technique (incubation temperature of 35 ± 2ºC for 24 hours). Significant microbial reduction was observed in some cases where the plasma D value was between 3 and 8 min and 3,08 min, 3,04 min. to 350 and 400W powers respectively. In the ethylene oxide process the D value was 2,80 min. These results evidenced the higher effectiveness of ethylene oxide comparatively to plasma. However the latter presents advantages that make it an interesting alternative to low temperature sterilization processes.

Recentes avanços nas ciências médicas têm contribuído significativamente para que novas tecnologias de materiais e processos tecnológicos ganhem espaço. No âmbito da esterilização de materiais poliméricos termossensíveis, empregados na fabricação de ampla gama de produtos médico-hospitalares, os processos que operam sob temperaturas compatíveis com estes materiais, gás óxido de etileno e radiação ionizante, agregam desvantagens importantes envolvendo, respectivamente, aspectos de toxicidade ocupacional, ambiental e ao paciente, bem como alterações intrínsecas aos mesmos. O processo inovador e potencialmente compatível por gás plasma representa promissora alternativa, onde o agente letal agrega entidades altamente reativas provenientes de gás ionizado por aplicação de descarga elétrica e originalmente desprovido de atividade microbicida. O presente trabalho teve por objetivo proceder a estudos que permitam conhecimento da eficácia esterilizante de processos empregando plasma de O2 puro e sua mistura com H2O2 em produtos médico-hospitalares de natureza polimérica, configuração tubular, longa extensão e calibre reduzido. Os lumens desses materiais foram preenchidos com suportes vítreos (lamínulas de 8 x 18mm) intencionalmente contaminados com biocargas restritas de Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372, que atuaram como biosensores, constituindo os monitores biológicos. Esses dispositivos foram submetidos a ciclos por plasma sob distintas combinações de parâmetros envolvendo distintos sistemas (RIE e ICP), potências de rádio-freqüência e tempos de exposição sub-letais. Após os ciclos esterilizantes, os monitores biológicos foram abertos e submetidos à análise microbiológica para a enumeração de possíveis esporos sobreviventes, usando o método do número mais provável (NMP), possibilitando o cálculo dos valores D (principal parâmetro de resistência de uma população microbiana). Adicionalmente, foram objeto de investigação polímeros distintos utilizados na confecção de produtos médico-hospitalares, a fim de esclarecer a influência do plasma sobre as características intrínsecas desses materiais. Foram selecionados o poli (cloreto de vinila) - PVC, polietileno de alta densidade (HDPE), polipropileno (PP), poliuretano (PUR) e policarbonato (PC). As amostras foram expostas em ambos sistemas de plasma (RIE e ICP) usando gás O2 puro e sua mistura gasosa O2/H2O2, potências de RF de 150W e 300W e tempo de exposição de 30 min. As amostras foram submetidas a espectroscopia fotoacústica no infravermelho, microscopia eletrônica de varredura, microanálise e perfilometria a fim de avaliar possíveis danos aos polímeros expostos, assim como citotoxicidade in vitro para esclarecer sobre a biocompatibilidade dos mesmos. Os resultados demonstraram que a eficácia esterilizante do plasma foi dependente do calibre dos monitores biológicos e das potências de RF aplicadas. Os menores valores D foram obtidos para os monitores biológicos de maior calibre (7mm) e potências de 150W/300W em ambos sistemas RIE e ICP, respectivamente. A mistura gasosa O2/H2O2 apresentou maior efeito microbicida quando comparada ao O2 puro em ambos sistemas de plasma. Paralelamente, a exposição ao plasma levou à modificação em nível superficial (oxidação e aumento da rugosidade) para todos os polímeros expostos. Foi observado efeito mais agressivo quando usando plasma gerado em sistema ICP usando mistura gasosa O2/H2O2. Os dados sugerem que a massa interna ou bulk de todos as amostras não foi afetada, assim como as alterações observadas não promoveram modificação na biocompatibilidade dos polímeros estudados. / The sterilization of heat sensitive materials like medical devices made of polymers has been under intense investigation regarding new technologies and sterilization agents, as far as mechanical problems and innocuity of currency processes such as ionizing radiation and ethylene oxide gas, respectively, are concerned. Plasma sterilization of medical devices is emerging as an attractive substitute to conventional sterilization technologies, once is recognized as an atoxic and low-temperature process. It uses different gases that are activated by an electrical discharge, generating reactive species which promote lethal effect on microorganisms. In this work, it was performed experimental studies to evaluate the sterilization effectiveness of pure O2 and O2/H2O2 mixture gas plasma against a standard load of 103 Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372 spores inoculated on 8 x 18mm glass carriers placed inside and in central position of PVC catheters 64cm long with internal diameters of 7mm and 1mm. These assemblages simulated the challenge of medical devices as biological monitors. The gas plasma sterilization efficiency was studied as a function of plasma systems (RIE and ICP), radio frequency powers and sub-lethal exposition times. After sterilization, the biological monitors were disassembled and the survivors were growth in trypticase soy broth using the most probable number (MPN) technique. Hence, it was possible to calculate the time D required to decrease a given population by a factor of 10 (90% reduction). On the other hand, there was a need to evaluate the safety of plasma sterilization in terms of polymer damage. Materials used in this study were: polyvinylchloride (PVC), high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), polyurethane (PUR) and polycarbonate (PC). Samples were exposed to pure O2 and O2/H2O2 plasma sterilization using both plasma systems (RIE and ICP), radio frequency powers of 150W/300W and exposition time of 30 minutes. Fourier transform infrared photoacoustic spectroscopy (FT-IR/PAS), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and profilometry, which are surface and bulk characterization techniques, were used to study plasma sterilization polymers compatibility, as well as \"in vitro\" citotoxicity to acess the biocompatibility of exposed polymers. The results demonstrated that plasma antimicrobial activity depended on the inside catheters diameter and radio frequency powers. The smallest D values were obtained when using biological monitors of 7mm of internal diameter and 150W/300W of RF powers, in, respectively, RIE/ICP systems. The mixture O2/H2O2 exhibited higher microbicidal efficacy than pure O2 in both plasma systems. In addition, both plasma systems led to near-surface layers modification, with the increase of roughness and surface oxidation of all the polymers studied. ICP system and O2/H2O2 mixture were more effective to induce the surface modifications observed. The bulk of all polymers showed not to be affected by all plasma conditions used and the surface alterations did not affected the biocompatibility of all the polymers studied.

Recentes avanços nas ciências médicas têm contribuído significativamente para que novas tecnologias de materiais e processos tecnológicos ganhem espaço. No âmbito da esterilização de materiais poliméricos termossensíveis, empregados na fabricação de ampla gama de produtos médico-hospitalares, os processos que operam sob temperaturas compatíveis com estes materiais, gás óxido de etileno e radiação ionizante, agregam desvantagens importantes envolvendo, respectivamente, aspectos de toxicidade ocupacional, ambiental e ao paciente, bem como alterações intrínsecas aos mesmos. O processo inovador e potencialmente compatível por gás plasma representa promissora alternativa, onde o agente letal agrega entidades altamente reativas provenientes de gás ionizado por aplicação de descarga elétrica e originalmente desprovido de atividade microbicida. O presente trabalho teve por objetivo proceder a estudos que permitam conhecimento da eficácia esterilizante de processos empregando plasma de O2 puro e sua mistura com H2O2 em produtos médico-hospitalares de natureza polimérica, configuração tubular, longa extensão e calibre reduzido. Os lumens desses materiais foram preenchidos com suportes vítreos (lamínulas de 8 x 18mm) intencionalmente contaminados com biocargas restritas de Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372, que atuaram como biosensores, constituindo os monitores biológicos. Esses dispositivos foram submetidos a ciclos por plasma sob distintas combinações de parâmetros envolvendo distintos sistemas (RIE e ICP), potências de rádio-freqüência e tempos de exposição sub-letais. Após os ciclos esterilizantes, os monitores biológicos foram abertos e submetidos à análise microbiológica para a enumeração de possíveis esporos sobreviventes, usando o método do número mais provável (NMP), possibilitando o cálculo dos valores D (principal parâmetro de resistência de uma população microbiana). Adicionalmente, foram objeto de investigação polímeros distintos utilizados na confecção de produtos médico-hospitalares, a fim de esclarecer a influência do plasma sobre as características intrínsecas desses materiais. Foram selecionados o poli (cloreto de vinila) - PVC, polietileno de alta densidade (HDPE), polipropileno (PP), poliuretano (PUR) e policarbonato (PC). As amostras foram expostas em ambos sistemas de plasma (RIE e ICP) usando gás O2 puro e sua mistura gasosa O2/H2O2, potências de RF de 150W e 300W e tempo de exposição de 30 min. As amostras foram submetidas a espectroscopia fotoacústica no infravermelho, microscopia eletrônica de varredura, microanálise e perfilometria a fim de avaliar possíveis danos aos polímeros expostos, assim como citotoxicidade in vitro para esclarecer sobre a biocompatibilidade dos mesmos. Os resultados demonstraram que a eficácia esterilizante do plasma foi dependente do calibre dos monitores biológicos e das potências de RF aplicadas. Os menores valores D foram obtidos para os monitores biológicos de maior calibre (7mm) e potências de 150W/300W em ambos sistemas RIE e ICP, respectivamente. A mistura gasosa O2/H2O2 apresentou maior efeito microbicida quando comparada ao O2 puro em ambos sistemas de plasma. Paralelamente, a exposição ao plasma levou à modificação em nível superficial (oxidação e aumento da rugosidade) para todos os polímeros expostos. Foi observado efeito mais agressivo quando usando plasma gerado em sistema ICP usando mistura gasosa O2/H2O2. Os dados sugerem que a massa interna ou bulk de todos as amostras não foi afetada, assim como as alterações observadas não promoveram modificação na biocompatibilidade dos polímeros estudados. / The sterilization of heat sensitive materials like medical devices made of polymers has been under intense investigation regarding new technologies and sterilization agents, as far as mechanical problems and innocuity of currency processes such as ionizing radiation and ethylene oxide gas, respectively, are concerned. Plasma sterilization of medical devices is emerging as an attractive substitute to conventional sterilization technologies, once is recognized as an atoxic and low-temperature process. It uses different gases that are activated by an electrical discharge, generating reactive species which promote lethal effect on microorganisms. In this work, it was performed experimental studies to evaluate the sterilization effectiveness of pure O2 and O2/H2O2 mixture gas plasma against a standard load of 103 Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372 spores inoculated on 8 x 18mm glass carriers placed inside and in central position of PVC catheters 64cm long with internal diameters of 7mm and 1mm. These assemblages simulated the challenge of medical devices as biological monitors. The gas plasma sterilization efficiency was studied as a function of plasma systems (RIE and ICP), radio frequency powers and sub-lethal exposition times. After sterilization, the biological monitors were disassembled and the survivors were growth in trypticase soy broth using the most probable number (MPN) technique. Hence, it was possible to calculate the time D required to decrease a given population by a factor of 10 (90% reduction). On the other hand, there was a need to evaluate the safety of plasma sterilization in terms of polymer damage. Materials used in this study were: polyvinylchloride (PVC), high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), polyurethane (PUR) and polycarbonate (PC). Samples were exposed to pure O2 and O2/H2O2 plasma sterilization using both plasma systems (RIE and ICP), radio frequency powers of 150W/300W and exposition time of 30 minutes. Fourier transform infrared photoacoustic spectroscopy (FT-IR/PAS), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and profilometry, which are surface and bulk characterization techniques, were used to study plasma sterilization polymers compatibility, as well as \"in vitro\" citotoxicity to acess the biocompatibility of exposed polymers. The results demonstrated that plasma antimicrobial activity depended on the inside catheters diameter and radio frequency powers. The smallest D values were obtained when using biological monitors of 7mm of internal diameter and 150W/300W of RF powers, in, respectively, RIE/ICP systems. The mixture O2/H2O2 exhibited higher microbicidal efficacy than pure O2 in both plasma systems. In addition, both plasma systems led to near-surface layers modification, with the increase of roughness and surface oxidation of all the polymers studied. ICP system and O2/H2O2 mixture were more effective to induce the surface modifications observed. The bulk of all polymers showed not to be affected by all plasma conditions used and the surface alterations did not affected the biocompatibility of all the polymers studied.

Em âmbito hospitalar é crescente o emprego de dispositivos confeccionados de distintos materiais termossensíveis. Assim, o emprego de metodologias esterilizantes compatíveis tem sido o foco de muitas pesquisas, dentre as quais destacam-se estudos envolvendo o plasma. O mecanismo de ação deste desenvolve-se com a aplicação de Rádio-Freqüência a gases precursores, resultando na inativação microbiana por espécies altamente reativas. Este método inovador caracteriza-se por não gerar riscos de toxicidade ocupacional e aos pacientes, e ser processado em temperatura próxima ao ambiente. Para análise comparativa foi utilizado o método de esterilização por óxido de etileno (agente químico na forma gasosa). Este gás apresenta características de elevada inflamabilidade, explosividade e toxicidade, por isso é usado diluído em gases inertes, além de deixar residual no material esterilizado, tendo que ter um controle rigoroso no processo de aeração; porém atualmente é um dos métodos mais utilizados para esterilização de materiais odonto-médico-hospitalares, particularmente os termossensíveis. O principal objetivo deste trabalho foi estudar diferentes parâmetros do processo e seus respectivos resultados, que influenciam na esterilização empregando plasma e compará-los com os obtidos empregando óxido de etileno. O equipamento utilizado para o estudo dos processos de esterilização por plasma foi o ICP (Inductively Coupled Plasma). Analisou-se assim para o plasma algumas distintas combinações de parâmetros, tais como: gases (oxigênio puro e mistura deste com peróxido de hidrogênio a 5,10 e 20%), pressão (330 mTor), vazão do gás (100sccm), temperatura (próxima ao ambiente), potência de rádio-freqüência (300, 350 e 400W), tempos de exposição (com intervalos de 3 a 60 min) e umidade relativa (80±5%). No ICP foram desenvolvidas duas fases planejadas para os processos, seguindo uma programação experimental, já no óxido de etileno foram realizadas três séries de exposições sub–letais utilizando mistura esterilizante Oxyfume® 2002 (10% Óxido de Etileno, 63% HCFC 124 e 27% HCFC 22), sendo os parâmetros padronizados: umidade relativa (40 a 60%), concentração do gás (450 mg/L), temperatura (55° C) e tempos de exposição (com intervalos de 3 a 15 min.). Todos os ciclos foram realizados em triplicata. Esporos de Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372 foram obtidos a partir de suspensões de microrganismos e inoculados em suportes na concentração de 107 UFC/suporte para serem utilizados nos estudos dos processos de esterilização. Empregou-se a técnica de Pour Plate (incubação em estufa por 24hs a 37 °C) para a quantificação dos esporos. Para o processo de esterilização por plasma os resultados obtidos forneceram valores D que variaram entre 8 e 3 min., dependendo dos parâmetros testados, e para o processo de esterilização por óxido de etileno o Valor D foi de 2,80 min. Concluiu-se que o processo de esterilização por plasma apresentou resultados interessantes e promissores e os melhores resultados foram obtidos com as potências maiores de 350 e 400W para o gás oxigênio puro, caracterizando o plasma como alternativa promissora de esterilização, devido às suas características positivas frente ao óxido de etileno, pois os valores D entre os dois processos de esterilização não apresentaram uma diferença significativa. / The gas Plasma sterilization technology has been emerging as an alternative to conventional low temperature processes since the advent of new therapies using heat sensitive materials in the healthcare field is greater than ever. The gas Plasma mechanism of action includes the generation of actives species by an electrical discharge, which is able to promote lethal effect on microorganisms. The sterilization techniques using gas plasma are under intense investigation and it has already been demonstrated by recent studies that this technology is simple, cost-effective, suitable for microbicidal activity and absent of toxic residuals. Ethylene oxide is the sterilization agent most widely applied to medical devices. However, its explosiveness, inflammability and toxicity led to the search for other sterilization methods at low temperature and it has been used associated to non active gases which inhibit these properties and it is necessary to have the control at the occupational safety and environmental monitoration. Therefore, the aim of this work was to explore possible microbicidal application of the gas plasma sterilization generated by an inductively coupled system and to compare this sterilization method with ethylene oxide (chemistry substance in gaseous form), observing their D value. It was used distinct combinations of process parameters to sterilization by plasma, as follows: radio-frequency powers (300, 350 and 400 watts), exposition times (in the range of 3 to 60 minutes), gas (pure oxygen and mixture with hydrogen peroxide 5,10 and 20%), gas flow (100 sccm), pressure (330 mTorr), temperature (close to the environmental one) and relative humidity 80±5%. For ethylene oxide, Oxyfume 2002® was used (mixture of ethylene oxide, HCFCs 22 and 124), under the concentration of 450mg/L, at the temperature of 55°C and relative humidity of 50±5% and it was submitted to a time of exposition between 3 to 15 minutes. Both processes were submitted to exposition cycles in triple. Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372 inoculated in a standard load of 107 spores per carrier was used as biological indicator. After the exposition, the biological indicator\'s spore survivors were counted by the \"Pour Plate\" technique (incubation temperature of 35 ± 2ºC for 24 hours). Significant microbial reduction was observed in some cases where the plasma D value was between 3 and 8 min and 3,08 min, 3,04 min. to 350 and 400W powers respectively. In the ethylene oxide process the D value was 2,80 min. These results evidenced the higher effectiveness of ethylene oxide comparatively to plasma. However the latter presents advantages that make it an interesting alternative to low temperature sterilization processes.

This master´s thesis is focused on the utilization of the sterilization effects of low temperature plasma towards the bacterial microorganisms that occur mainly on the human skin. The plasma sterilization process is fast efficient, non-toxic, environmentally friendly, cost-effective and safe for the operating staff as well as for the patient. Another advantage of using low temperature plasma is to support cell proliferation and wound healing. By combining these advantages, an effective method can be obtained, which would sterilize the wounds sparingly with regard to the surrounding healthy tissue and support the regeneration of the damaged tissue at the same time. In the experimental part, gram positive and gram negative bacteria were used to prove the sterilization effects with respect to different cell wall structure. Staphylococcus epidermidis and Propionibacterium acnes, which cause purulent skin inflammations, were used as gram-positive microorganisms. Serratia marcescens and Escherichia coli were selected from gram positive bacteria. These model organisms were inoculated at various concentrations on culture broths and treated by plasma at a distance of 1 mm from the agar surface. The microwave discharge was generated in argon at a power of 9 W, a gas flow rate of 5 l / min and water cooling to avoid thermal effects on the treated surface. Subsequently, model skin cells of HaCaT were exposed to low temperature plasma and tested for plasma cytotoxicity to demonstrate its healing effects. The obtained results make it possible to state that the sterilizing effects of low-temperature plasma in all tested gram-positive and gram-negative bacterial strains are verified in this work. Finally, tests were demonstrated using a suitable method of the treatment on human skin cells, where the safety and usefulness of the tested low-temperature plasma was demonstrated when applied to shorten the healing process.

O presente trabalho verificou a alteração dimensional dos guias cirúrgicos confeccionados em resina acrílica para cirurgia ortognática quando submetidos à esterilização por meio de plasma de peróxido de hidrogênio. Foram utilizados 15 corpos de prova confeccionados em resina acrílica quimicamente ativada a partir de moldes metálicos em três espessuras: 1,5 mm, 3,0 mm e 5,0 mm, em um total de 45. A imagem de cada corpo de prova foi digitalizada antes e após o processo de esterilização e processada pelo programa Photoshop® CS2. Foi realizada a vetorização das imagens pelo programa Corel Trace ® 12 para mensuração pelo programa Corel Drawn ® 12. Os resultados foram submetidos ao teste estatístico dos postos sinalizados de Wilcoxon, ao nível de significância de 0,05%. Os resultados obtidos foram que nos corpos de prova de 1,5 mm de espessura não houve diferença estatisticamente significante entre as mensurações realizadas antes e após o processo de esterilização (P>0,05), porem, nas espessuras de 3,0 mm e 5,0 mm houve pelo menos uma das medidas estatisticamente diferentes (p=0,011 e p=0,017, respectivamente). Fato este que nos levou a acreditar que o processo de esterilização não leva a alteração dimensional, porem em volumes maiores provavelmente houve uma contração de polimerização diretamente proporcional. / Dimensional alterations in surgical splints made of acrylic resin used in orthognathic surgery were evaluated after hydrogen peroxide gas plasma sterilization. Fifteen specimens of resin acrylic was made by a metal model master with three different thickness: 1,5 mm, 3,0 mm and 5,0 mm, totally 45 specimens. Specimens digital image was acquired before and after sterilization and process by Photoshop® CD2 software. The images were transformed in vector form by Corel Trace® 12 software. The measures were performed by Corel Draw® 12 software. The results were submitted to Wilcoxon statistic method, 0.05 level of confidence. The results showed no statistical differences in 1.5 mm specimens (p0,307) before and after sterilization process but, in 3.0 and 5.0 mm, there was at least one measure statistically different (p=0,011 and p=0,017, respectively). It was possible to conclude that the sterilization process did not lead to dimensional alteration but, in higher thickness probably had happen a proportional polymerization contraction.

O presente trabalho verificou a alteração dimensional dos guias cirúrgicos confeccionados em resina acrílica para cirurgia ortognática quando submetidos à esterilização por meio de plasma de peróxido de hidrogênio. Foram utilizados 15 corpos de prova confeccionados em resina acrílica quimicamente ativada a partir de moldes metálicos em três espessuras: 1,5 mm, 3,0 mm e 5,0 mm, em um total de 45. A imagem de cada corpo de prova foi digitalizada antes e após o processo de esterilização e processada pelo programa Photoshop® CS2. Foi realizada a vetorização das imagens pelo programa Corel Trace ® 12 para mensuração pelo programa Corel Drawn ® 12. Os resultados foram submetidos ao teste estatístico dos postos sinalizados de Wilcoxon, ao nível de significância de 0,05%. Os resultados obtidos foram que nos corpos de prova de 1,5 mm de espessura não houve diferença estatisticamente significante entre as mensurações realizadas antes e após o processo de esterilização (P>0,05), porem, nas espessuras de 3,0 mm e 5,0 mm houve pelo menos uma das medidas estatisticamente diferentes (p=0,011 e p=0,017, respectivamente). Fato este que nos levou a acreditar que o processo de esterilização não leva a alteração dimensional, porem em volumes maiores provavelmente houve uma contração de polimerização diretamente proporcional. / Dimensional alterations in surgical splints made of acrylic resin used in orthognathic surgery were evaluated after hydrogen peroxide gas plasma sterilization. Fifteen specimens of resin acrylic was made by a metal model master with three different thickness: 1,5 mm, 3,0 mm and 5,0 mm, totally 45 specimens. Specimens digital image was acquired before and after sterilization and process by Photoshop® CD2 software. The images were transformed in vector form by Corel Trace® 12 software. The measures were performed by Corel Draw® 12 software. The results were submitted to Wilcoxon statistic method, 0.05 level of confidence. The results showed no statistical differences in 1.5 mm specimens (p0,307) before and after sterilization process but, in 3.0 and 5.0 mm, there was at least one measure statistically different (p=0,011 and p=0,017, respectively). It was possible to conclude that the sterilization process did not lead to dimensional alteration but, in higher thickness probably had happen a proportional polymerization contraction.