FR2701862A1 - Procédé de nettoyage, de stérilisation, et d'implantation de matières utilisant des fluides denses de hautes énergies. - Google Patents

Abstract

L'invention propose un procédé de nettoyage, stérilisation, et dépôt ou implantation pour matières, ou substrats, utilisés en environnements critiques. Ses étapes sont a) nettoyer au préalable et/ou stériliser, soit par des processus établis, soit dans la chambre de processus selon la séquence suivante: mettre au contact dudit substrat un fluide dense à pression égale ou supérieure à la pression critique, en deçà de la température critique; et le soumettre à une source de haute énergie de rayonnement acoustique ou un champ d'énergie électrostatique non uniforme; b) introduire dans le fluide dense un agent physique ou chimique; c) les soumettre simultanément à une manipulation des paramètres provoquant la précipitation, la dissociation, la dissolution ou l'activation de l'agent afin d'induire son dépôt ou son implantation; et d) soumettre des substrats, entre les étapes, à un vide élevé à température modérée pour enlever des contaminants résiduels ou des agents en excès.

Description

i La présente invention concerne de façon générale l'utilisation de gaz

liquéfiés ou supercritiques, appelés

fluides denses dans ce qui suit, pour le nettoyage préala-

ble et la stérilisation de substrats De façon plus particulière, la présente invention concerne un procédé d'utilisation de fluides denses, ou de mélanges de fluides denses, excités de manière sonore et chimique combinée ou de manière électrostatique afin d'effectuer simultanément le nettoyage préalable et une stérilisation de diverses matières inorganiques et organiques, y compris des matières biologiques, et afin de préparer lesdites matières en vue d'un processus de traitement ultérieur des matières pour le dépôt ou l'imprégnation tant des surfaces externes que des interstices de ladite matière au moyen d'agents chimiques ou physiques afin de conférer des caractéristiques de préservation à long terme ou de performances améliorées des matières. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un procédé de traitement de matières (appelées ici substrat) par dépôt ou implantation d'agents physiques ou chimiques caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) nettoyer au préalable ou stériliser au moyen de processus établis ledit substrat qui peut contenir un ou plusieurs contaminants, ou le nettoyer au préalable ou le stériliser dans la chambre de processus selon la séquence suivante: 1) mettre au contact dudit substrat contenant lesdits contaminants un fluide dense à une pression égale ou supérieure à la pression critique et à une température inférieure à la température critique d'un dit fluide dense; et 2) soumettre de façon simultanée ou en séquence ledit fluide dense à une source de haute énergie de

rayonnement acoustique ou à un champ d'énergie électrostat-

ique non uniforme, et maintenir le contact dudit fluide

dense excité avec ledit substrat contenant lesdits contami-

nants pendant un laps de temps prédéterminé au-dessus de la pression critique et au-dessous de la température critique dudit fluide dense dans un processus appelé électro-extraction acoustique, dans lequel il est créé de façon simultanée une large plage d'environnements de solvants selon un processus appelé formation de phases multiples dans lequel la solubilité du contaminant et son transport à partir de substrat sont réalisés afin d'enlever

selon un seul processus continu ledit ou lesdits contami-

nants dudit substrat; puis b) introduire dans le fluide dense un agent physique ou chimique par des processus d'injection, de solution, ou de réaction; et c) soumettre simultanément ledit fluide dense et un agent physique ou chimique introduit dans le fluide dense à une manipulation des paramètres du processus (par exemple un rayonnement acoustique de haute énergie, une intensité de champ électrique non uniforme, une température du substrat ou des milieux fluides denses, etc) et mettre au contact ledit substrat pendant un laps de temps prédéterminé avec ledit fluide dense excité afin de provoquer la précipitation, la dissociation, la dissolution ou l'activation de l'agent physique ou chimique afin d'induire le dépôt de l'agent physique ou chimique sur le substrat, ou son implantation dans des interstices du substrat, d) soumettre des substrats à un vide élevé ( 1, 339 x 10 Pa ou 0,0001 Torr) et à une température modérée ( 60 degrés Celsius) pour enlever des contaminants résiduels ou des agents physiques ou chimiques en excès entre les étapes de traitement constituées par le nettoyage

préalable, la stérilisation, et l'implantation.

Ledit rayonnement acoustique de haute énergie peut être appliqué tandis que la température interne est maintenue au-dessous de la température critique dudit

fluide dense.

Il peut être permis à ladite température de monter à la température critique ou au-dessus, ladite température étant ramenée ensuite audessous de la

température critique.

Ladite énergie acoustique peut être pulsée à une puissance comprise entre 200 et 400 watts pendant plusieurs minutes. On peut faire varier ladite énergie acoustique

entre 20 et 40 kilohertz.

Ledit rayonnement acoustique peut être lancé dans des gaz liquéfiés et être arrêté dès lors que la

température critique dudit fluide dense a été atteinte.

Ledit champ électrostatique non uniforme peut être dérivé d'une combinaison d'une plaque chargée qui est parallèle à une plaque de charge opposée située à une

distance finie et qui est plus petite que celle-ci.

De préférence, ledit champ électrostatique non uniforme est, dans ce cas, chargé entre + 10 000 volts/cm

en courant continu et 10 000 volts/cm en courant continu.

Ledit champ électrostatique non uniforme peut être continuellement en fonction pendant les opérations acoustiques. Dans le cas de la solution préférée mentionnée plus haut, ledit champ électrostatique non uniforme peut être continuellement en fonction sous un vide élevé et à des températures modérées afin d'améliorer l'enlèvement des

contaminants volatils.

Ledit fluide dense peut être choisi dans un groupe constitué par des produits inorganiques comme le gaz carbonique, l'oxyde nitreux, le krypton, le xénon, l'argon, l'oxygène, l'hélium, l'azote, et l'ammoniac et des mélanges

de ceux-ci.

Ledit fluide dense peut alors être choisi à partir d'un mélange de gaz carbonique et d'oxyde nitreux ou

d'autres mélanges appropriés de fluides denses.

En variante, ledit fluide dense peut être mélangé avec des agents chimiques pour améliorer le rendement de

nettoyage du fluide dense.

Ledit agent physique ou chimique peut être choisi dans un groupe constitué par des produits organométalliques, des biocides, des agents tensioactifs, des alcools, des colorants, des réducteurs, des oxydants,

des stéroïdes, et des produits odorants.

Ledit mélange de fluide dense et d'agent chimique peut consister en gaz carbonique liquéfié et en peroxyde

d'hydrogène, ou eau oxygénée.

Ledit agent physique ou chimique peut être introduit pour modifier les propriétés inhérentes de la matière, par exemple la compatibilité selon les critères biologiques, la stérilité résiduelle à long terme, et des propriétés chimiques dudit substrat, y compris des attributs tels que la résistance chimique, la conductivité, le dégazage ou la volatilité, des propriétés mécaniques comme la résistance à l'usure, la résistance électrique, ou

l'apparence, ou l'odeur.

Les buts, particularités et avantages précédents

de la présente invention ainsi que d'autres ressortiront mieux de la description de modes de réalisation préférés de

l'invention prise en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: La FIG 1 est un graphe représentant les effets d'une variation de température sur la teneur en énergie

interne du gaz carbonique en phase dense.

La FIG 2 a est un graphe représentant l'effet d'un rayonnement acoustique sur le comportement en solubilité du gaz carbonique en phase dense, mesuré en35 termes de teneur en énergie cohésive en fonction du temps, mesuré en microsecondes, d'application du rayonnement acoustique. La FIG 2 b est un graphe représentant l'effet d'une pression isostatique (P) sur l'intensité de pression acoustique (Pa) ou énergie de cavitation. La FIG 3 est un schéma représentant l'effet d'un champ électrique pulsé non uniforme sur des contaminants,

des particules, et des molécules de fluide dense.

La FIG 4 a et la FIG 4 b sont des schémas illustrant les séquences, données à titre d'exemple, de cycles acoustiques et électrostatiques utilisées pour produire la formation de phases multiples du gaz en phase dense et les effets de nettoyage par électro-extraction

selon la présente invention.

La FIG 5 est un graphe représentant les composants majeurs et l'intégration des systèmes préférés de nettoyage préalable, de stérilisation et d'injection d'agent chimique, y compris l'utilisation d'un ordinateur,

pour une utilisation conforme à la présente invention.

Les FIG 6 a et 6 b sont des vues en coupe partielle, respectivement, de la chambre de nettoyage préalable et de stérilisation, et du système d'injection d'agent chimique, l'un et l'autre préférés et donnés à titre d'exemple, à utiliser pour le procédé selon la

présente invention.

La FIG 7 a, la FIG 7 b, la FIG 7 c, la FIG 7 d et la FIG 7 e sont différentes vues d'un chargeur représenté à titre d'exemple à utiliser afin de charger et de supporter les substrats à préparer pour une implantation ou un dépôt

selon la présente invention.

La FIG 8 est une vue en coupe partielle d'une enceinte de réglage de l'environnement, représentée à titre d'exemple, utilisée pour loger le système préféré de nettoyage préalable, de stérilisation et d'implantation et pour mettre en oeuvre le procédé conforme à la présente invention. La FIG 9 a, la FIG 9 b et la FIG 9 c sont des schémas logiques représentant les procédés de nettoyage préalable et de stérilisation (préparation des matières) et d'implantation (traitement des matières), respectivement,

selon la présente invention.

Dans le premier mode de réalisation de la présente invention, une matière contenant sur des surfaces internes ou externes une substance indésirable, par exemple des contaminants biologiques, est exposée à un environnement d'un fluide dense à haute énergie Les fluides denses adaptés à une utilisation dans le présent procédé comprennent des gaz, soit supercritiques, soit liquéfiés, et des matières ajoutées, ou agents, chimiques dissous dans le fluide dense ou les mélanges de fluides denses A la différence des solvants classiques comme l'eau, l'hexane, l'alcool isopropylique ou le tétrachlorure de carbone, les fluides denses présentent une chimie unique, par exemple une capacité d'agir comme solvants, ou solubilité, variable pour des substances diverses, un effet spontané de mouillage et une capacité puissante de pénétration Un fluide dense est un gaz ou un mélange de gaz comprimé à des états supercritiques, liquéfiés ou en phases multiples afin de parvenir à des densités semblables

à celles des liquides.

Les gaz les plus adaptés à une utilisation dans la présente invention incluent des gaz inorganiques comme le gaz carbonique, l'argon, le krypton, le xénon, l'oxyde

nitreux, l'oxygène, l'hélium et des mélanges de ceux-ci.

D'autres gaz comme des hydrocarbures et des hydrocarbures halogénés peuvent servir de moyens porteurs d'agents nettoyants ou chimiques dans des conditions normales de fluides denses, mais ces gaz se dégradent en sous-produits dangereux dans des environnements de haute énergie et ils ne sont donc pas adaptés à une utilisation dans la présente invention De préférence, le gaz ou le mélange de gaz adapté est conditionné au préalable afin d'en enlever des impuretés gazeuses comme des hydrocarbures, l'humidité et des particules microscopiques d'un diamètre de 0,2

micromètre ou davantage.

Pour les phases de nettoyage de précision, de stérilisation et d'implantation ou de dépôt de la présente invention, un fluide dense ou un mélange de fluides denses est choisi pour présenter des chimies de solubilité qui seront compatibles, au cours de l'excitation, avec une dissolution, un enlèvement, un transport, une implantation, un dépôt, ou une dégradation chimique des résidus indésirables visés et qui seront les plus efficaces à cet effet Des paramètres de solubilité ou des paramètres d'énergie cohésive sont utilisés dans la présente invention pour fournir un procédé de corrélation et de prévision des propriétés d'énergie cohésive de contaminants, substrats, des solubilités d'agents chimiques et les gaz en phases denses ou fluides denses La FIG 1 représente le type de courbe de spectres de solubilité, engendrées en utilisant l'équation de Giddings (J C Giddings, et al, "High Pressure Gas Chromatography of Nonvolatile Species" c'est-à-dire Chromatographie de gaz à haute pression d'espèces non volatiles, SCIENCE, 162, 567, 1968) pour la phase critique et par l'équation de Hildebrand pour le gaz carbonique liquéfié, pour le gaz carbonique en phase liquide et en phase supercritique en fonction de la

température à la pression critique ou au-delà de celle-ci.

Les valeurs d'énergie cohésive de fluides sous-critiques ou liquéfiés peuvent être calculées en utilisant les calculs classiques de Hildebrand sur la base de données de pression de vapeur directement disponibles (K L Hoy, "New Values of the Solubility Parameters from Vapor Pressure Data", c'est-à-dire Nouvelles valeurs de paramètres de solubilité à partir de données de pression de vapeur, JOURNAL OF PAINT

TECHNOLOGY, Volume 42, numéro 541, Février 1970).

Finalement, des valeurs d'énergie cohésive pour des surfaces massives ou des matières à densités supérieures à celle des liquides peuvent être calculées sur la base de données de tensions superficielles directement disponibles (L Jackson, "Surface Characterization Based on Solubility Parameters" c'est-à-dire Caractérisation de surface sur la base de paramètres de solubilité, ADHESIVES AGE, Octobre

1976).

Comme représenté à la FIG 1, une augmentation de la température du gaz carbonique en phase dense de 2981 K ( 25 degrés Celsius) à 3501 K ( 77 degrés Celsius) à la pression critique du gaz carbonique ( 7,397 M Pa ou 73 atm) change la teneur en énergie interne du fluide dense

112 112

d'environ 22 M Pa à environ 8 M Pa Cette variation d'énergie est accompagnée par une variation de l'état du fluide dense 14, de la phase liquide 10 à la phase supercritique 12, dès lors que la température de 3051 K ( 32 degrés Celsius) est atteinte Cette variation d'énergie cohésive interne est accompagnée par une modification d'ensemble des propriétés de solubilité dipôle-dipôle (spectre de solvants) du gaz carbonique en phase dense, à l'exclusion de contributions de liaisons d'hydrogène et d'énergie polaire que le gaz carbonique en phase dense ne possède pas Cependant, les recherches des inventeurs ont montré que le gaz carbonique supercritique ou sous-critique est un solvant médiocre dans certaines applications de traitement de matières Ainsi, selon la présente invention, le fluide dense ou le mélange de fluides denses (peut être modifié par des contributeurs polaires et de liaisons

d'hydrogène) est excité de façon acoustique et électrique pour produire simultanément un spectre de solubilité en créant des zones fluides supercritiques localisées à35 l'intérieur du fluide sous- critique (sites de cavitation).

Dans cette approche, divers contaminants ou agents chimiques, qui diffèrent en chimie de solubilité, reçoivent des environnements de solvants appropriés dans un fluide

dense ou un mélange de fluides denses unique.

En variante, des mélanges oxyde nitreux-gaz carbonique, xénon-gaz carbonique et argon-gaz carbonique apportent une capacité porteuse de soluté accrue en modifiant ou en décalant la plage de chimie de solubilité, et donc la plage de sélectivité de contaminants ou d'agents

chimiques.

Selon un deuxième mode de réalisation, des matières sont emballées au préalable dans des membranes semi-perméables, par exemple en TYVEK (une marque déposée de produits de E I Du Pont de Nemours Co) et traitées15 selon le procédé de la présente invention Des matières emballées au préalable présentant de longues espérances de vie, peuvent être manipulées directement après le traitement et sont prêtes à une utilisation dès l'ouverture, par exemple pour des applications d'implants chirurgicaux Des stéroïdes peuvent aussi être implantés dans le substrat emballé au préalable pour des applications biomédicales Le substrat éluera, cependant un long laps de temps après l'implantation, les stéroïdes qui agiront ensuite pour réduire des gonflements, une agglomération de protéines, une réactivité d'ordre biologique ou pour augmenter la adhérence au sens biologique du terme et le

contact cellulaire.

Un rayonnement acoustique adapté à la mise en oeuvre de la présente invention est réalisé par un générateur ultrasonique de haute puissance qui convertit une énergie électrique en énergie mécanique, ou rayonnement acoustique, au moyen d'un transducteur piézoélectrique Le transducteur est couplé à une surface de titane métallique qui transmet le rayonnement acoustique vers un milieu dense, par exemple des liquides, en créant d'intenses ondes de pression acoustique hautes et basses Cet effet est illustré à la FIG 2 a Comme représenté à la FIG 2 a, des différentiels intenses de pression amènent la formation de cavités d'implosion 16 de fluide supercritique, un processus appelé cavitation supercritique dans la présente invention Ainsi, en 100 microsecondes environ, le cycle de cavitation est soumis à un passage de l'état liquide 18 à un état supercritique 20 et revient à un état liquide 22 à la suite de cycles d'expansion et d'implosion de cavités (cavitation) Cette variation d'état est accompagnée d'une variation totale supérieure à 10 M Pa 1/2 de l'énergie cohésive. Selon la présente invention, un gaz liquéfié ou un mélange de gaz liquéfiés et d'additifs d'agents chimiques est soumis à un rayonnement acoustique à une pression supérieure à sa pression critique (Pc) et à une température inférieure à sa température critique (T) Les molécules de gaz denses absorbent une énergie acoustique, en élevant les températures de cavitation au-delà de la20 température critique, et donc la teneur en énergie interne dans ces régions Puisque le gaz ou le mélange de gaz liquéfié ne peut pas s'évaporer dans les conditions de pression du présent procédé, la chaleur de dilatation provoque des environnements de dimensions microscopiques de fluide supercritique dans ces régions localisées La chaleur dans ces régions est dissipée rapidement et il se produit une nouvelle liquéfaction du gaz Cet échauffement et ce refroidissement du fluide dense pour former simultanément deux phases est appelé formation de phases multiples dans la présente invention Si un rayonnement acoustique est appliqué en continu sans réglage de température interne, la température du fluide dense dans son ensemble augmente de façon constante au-delà de la température critique en formant une phase fluide supercritique unique Ainsi, il est produit une large plage il de chimies de solvants en utilisant un fluide dense ou un mélange de fluides denses Cet effet est réglé afin de favoriser une décontamination de substrat et d'implanter des agents chimiques dans les matières Des pressions modérées de gaz en phases denses ou pressions isostatiques présentes dans la présente invention améliorent les effets

de pénétration d'un rayonnement acoustique.

La FIG 2 b est un graphe représentant l'effet général d'une pression isostatique sur une énergie de cavitation Comme représenté à la FIG 2 b, l'énergie de cavitation augmente considérablement avec la pression isostatique 24 Une augmentation de l'énergie de cavitation favorise la pénétration de fluides denses dans des micro-cavités à extrémités fermées, comme celles que l'on

trouve classiquement dans des polymères amorphes.

Cependant, une pression acoustique doit être maintenue pendant un laps de temps égal à 2 à 4 fois celui du maintien d'une pression isostatique pour que l'effet soit maximal Ceci est réalisé en augmentation la sortie de

puissance de l'amplificateur acoustique pour fournir une pression acoustique additionnelle sur le cornet en titane.

Dans la présente invention, la formation de phases multiples est réglée en faisant varier la sortie d'énergie acoustique (pression acoustique) et par un compensateur de25 température interne; une surface thermique refroidie ou chauffée en boucle fermée par de l'eau ou par un gaz amené de l'extérieur, située dans la chambre de traitement, sert aussi de collecteur de champ électrique/d'ions et de piège cryogénique dans la présente invention Un réglage de l'intensité du rayonnement acoustique et du compensateur de température crée des gradients de température depuis le fluide dense environnant vers le puits thermique Le processus de formation de phases multiples est plus prononcé lorsque des mélanges liquéfiés de fluides denses appropriés, par exemple de l'oxyde nitreux et du gaz carbonique ou du xénon et du gaz carbonique, sont soumis à un rayonnement acoustique En raison des différences entre les températures critiques des composants individuels du mélange, des régions à deux phases et à deux composants de fluide dense sont créées pendant les cycles acoustiques, en accroissant la plage de solubilité de contaminants, donc

les qualités de nettoyage du mélange de fluides denses.

Ainsi, la formation de phases multiples élimine la nécessité de réaliser des environnants spécifiques compatibles solvants/solutés en réalisant simultanément en un processus continu une plage d'environnements de solvants

dans un fluide dense ou dans un mélange de fluides denses.

Selon une autre particularité de la présente invention, le compensateur de température interne sert de collecteur de contaminants ou piège cryogénique Le compensateur de température condense et piège des contaminants enlevés de la matière pendant le nettoyage et les opérations électrostatiques thermiques sous vide de la présente invention, en empêchant un transfert en retour ou un nouveau dépôt de contaminants sur des surfaces de substrats pendant les cycles d'électro- extraction

acoustique et de réduction de la pression de la chambre.

Un champ électrique ionisant non uniforme employé dans la présente invention est utilisé pour faciliter l'enlèvement de contaminants de substrats ainsi que l'implantation ou le dépôt d'agents chimiques sur ces substrats par un mouvement d'électrophorèse Un effet produit par le champ ionisant non uniforme est une agglomération de charge de particules de dimensions inférieures au micron et une migration des contaminants agglomérés vers une plaque de collecteur interne mise à la masse Un orifice d'évacuation est situé près de la plaque mise à la masse afin de faciliter l'enlèvement, hors de la chambre de nettoyage, de contaminants collectés Un autre effet produit par le champ électrique non uniforme est une électro-migration de contaminants concentrés situés dans des pores internes vers le fluide dense plus dilué entourant la matière en cours de traitement, un processus appelé électrophorèse de zone Les gradients de champ électrique augmentent encore le nettoyage en provoquant une migration des contaminants ioniques chargés depuis les pores internes de la matière vers la plaque mise à la masse Le champ électrique est pulsé pour réaliser des gradients chargés tant positivement que négativement dans

le fluide dense et la matière en cours de traitement.

La FIG 3 représente l'effet d'un champ électrique non uniforme sur des contaminants, des particules, et des molécules de fluides denses dans un champ électrique non uniforme Comme représenté à la FIG. 3, le champ électrique est concentré en 34 près de la plaque de collecteur 26 On y parvient, en utilisant un générateur 36 de champ électrostatique à commutation pulsée, par une charge électrostatique d'une plaque de source 28 de champ qui est plus grande que la plaque de collecteur 26 mise à la masse Ceci favorise l'attraction, par polarisation, des espèces 30 chargées tant positivement que négativement vers la plaque de collecteur 36 en créant

un gradient 32 de champ d'énergie de champ électrostatique.

Même des particules et des espèces chimiques neutres se déplacent dans ce champ électrique non uniforme et, de façon indépendante du signe, des espèces chargées négativement et positivement migrent dans un mouvement unidirectionnel dans le sens du champ électrostatique concentré 34 Cet effet est analogue à une sédimentation de particules ou de macromolécules dans un champ de gravitation. Les propriétés des milieux diélectriques entre les plaques chargées en sens opposés exerce un effet important sur la mobilité par électrophorèse d'espèces, soit dissoutes soit suspendues dans les milieux ou dans la matière en cours de traitement Des milieux d'électro-extraction à résistance disruptive élevée et à faible viscosité maximisent la mobilité par électrophorèse ou la vitesse de migration dans un champ électrique non uniforme Des formules scientifiques utilisées pour recalculer la mobilité par électrophorèse d'espèces dissoutes ou suspendues dans divers milieux (BIOCHEMISTRY, L Stryer, W H Freeman and Co, 1981, p 90) montrent que des milieux fluides denses à résistance diélectrique élevée et à faible viscosité utilisés pour mettre en oeuvre la présente invention réalisent des mobilités de contaminants extrêmement élevées Ainsi, une matière suspendue dans un fluide dense ou dans un mélange de fluides denses entre des plaques de chargées opposées dans un champ électrique non uniforme est purgée de divers contaminants internes par un processus appelé électro-extraction par fluides denses dans la présente invention Des contaminants migrent depuis des surfaces internes de la matière vers le fluide dense qui l'entoure et sont, soit piégés sur le compensateur de température interne, soit évacués hors de la chambre de nettoyage pendant les opérations de réduction de la pression. Un champ électrique ionisant non uniforme à utiliser pour la mise en oeuvre de la présente invention est obtenu en utilisant une plaque hémisphérique d'émission formant source d'ions/de champ et une plaque hémisphérique de mise à la masse (collecteur d'ions/de champ) situées sur des côtés opposés de la matière en cours de traitement La surface plate d'émission d'ions/de champ est beaucoup plus grande que la surface de collecteur afin de créer, pendant l'opération de polarisation de champ électrostatique, la densité non uniforme de champ électrique Une charge électrostatique pulsée de 100 à + 10.000 volts par centimètre (volts/cm) en courant continu (DC) est appliquée à la plaque d'émission Des molécules de fluide dense et des contaminants sont chargés ou ionisés dans le champ électrostatique et migrent vers la plaque de

collecteur mise à la masse.

L'application simultanée d'énergies acoustique et électrostatique crée l'environnement de haute énergie nécessaire pour le nettoyage de précision et la stérilisation de matières complexes ou disposées de façon compliquée pour la préparation aux processus ultérieurs de dépôt ou d'implantation Puisque les effets des énergies acoustique et électrostatique se propagent à travers des matières complexes, ces effets se produisent à l'intérieur des matières, en favorisant une décontamination rapide par des mécanismes de solubilité et d'électro- migration décrits ci-dessus La FIG 4 a et la FIG 4 b illustrent respectivement les séquences acoustique et électrostatique préférées utilisées pour produire l'environnement à phases multiples à haute énergie de la présente invention Comme représenté à la FIG 4 a, un rayonnement acoustique pulsé est appliqué selon des cycles par tout-ou- rien 40 pendant plusieurs minutes en combinaison avec un réglage de température interne afin de modifier la chimie de solubilité d'ensemble du fluide dense pour réaliser, pour divers contaminants de substrats, des conditions optimales de transport et de nettoyage de contaminants et d'agent chimiques ainsi que de dépôt ou d'implantation Comme représenté àla FIG 4 b, un champ électrostatique pulsé est appliqué en alternance, pendant la séquence des cycles acoustiques, selon des cycles 42 de chargement positif et négatif entre + 5000 volts/cm en courant continu et -5000 volts/cm en courant continu La combinaison d'une énergie acoustique et d'un champ électrostatique non uniforme réalise une solubilité de contaminant et d'agent chimique dans une large plage ainsi qu'un enlèvement unidirectionnel du contaminant et qu'une mobilité ou une immobilité (dépôt)

d'agent chimique.

Des agents chimiques peuvent, selon les processus de la présente invention, être implantés dans des matières afin de modifier leurs propriétés Il est, par exemple, possible de produire des matières sûres vis-à-vis des effets électrostatiques en implantant des produits organiques, tels que des agents tensioactifs, qui dissipent

l'électricité statique.

Ainsi, des sources à haute énergie sont employées dans le cadre de la présente invention pour créer, en combinaison, des environnements d'énergies thermique, acoustique et électrostatique et des gradients de concentration de solutés Ces sources d'énergies sont appliquées selon un processus continu à des fluides denses, à des mélanges de fluides denses et à des gaz en conditions de dépression afin de réaliser des conditions optimales de préparation de matières pour enlever divers contaminants organiques et inorganiques, ioniques, en particules, et biologiques, et de déposer ou d'implanter ultérieurement les agents chimiques bénéfiques sur des surfaces internes20 et externes afin de conférer des caractéristiques de

performance améliorées au produit final.

De plus, la présente invention fournit un procédé de traitement de matières qui sont emballées au préalable dans des membranes semiperméables, ce qui empêche la contamination desdites matières à la suite d'un traitement

conforme aux processus de la présente invention.

Le peroxyde d'hydrogène est l'additif d'agent chimique préféré dans la mise en oeuvre des opérations de nettoyage préalable et de stérilisation selon la présente invention puisqu'il favorise les qualités de nettoyage du gaz carbonique dense dans les conditions d'énergie tant faible qu'élevée, que c'est un excellent biocide et qu'il se décompose en sous-produits inoffensifs au cours de la décomposition à haute énergie Le peroxyde d'hydrogène est hautement soluble dans des matrices tant organiques qu'inorganiques, et c'est donc un excellent additif pénétrant De plus, à la différence du gaz carbonique, le peroxyde d'hydrogène présente un fort dipôle et une faible résistance disruptive Ainsi, des mélanges de gaz carbonique et de peroxyde d'hydrogène selon des rapports divers possèdent une large plage de contributions d'énergies de liaison d'hydrogène, polaire et de dipôle, donc de chimies de solubilité Il s'est révélé au cours des recherches des inventeurs que des mélanges fluides gaz carbonique-peroxyde d'hydrogène possèdent une capacité de nettoyage remarquable pour de nombreux résidus organiques, inorganiques et ioniques dans les conditions de haute énergie employée Dans les conditions de haute énergie employées dans la présente invention, le peroxyde d'hydrogène se dégrade chimiquement en oxygène atomique de haute activité, en radicaux hydroxyle et hydrogène, en décomposant rapidement, en eau et en divers sous-produits gazeux, des contaminants biologiques et autres contaminants organiques Ainsi, le peroxyde d'hydrogène sert de modificateur de solvant de fluide dense, de solvant de nettoyage, d'oxydant et de biocide dans la présente invention. Finalement, comme illustré sur la FIG 5, un système d'ordinateur 68 utilisant un convertisseur analogique-numérique 70 et un logiciel 72 de pilotage de l'ordinateur, est intégré au système de nettoyage préalable, de stérilisation et d'implantation chimique représenté à titre d'exemple, avec son réseau de vannes, de capteurs, de pompes, de mélangeurs et de systèmes à hautes énergies Des informations telles que des calculs d'énergie de fluides denses et des paramètres de traitement liés aux processus spécifiques de nettoyage préalable et de stérilisation de la matière et d'implantation d'agents chimiques, en liaison avec des exigences du produit fini35 après traitement, seraient corrélées et mémorisées dans des librairies de logiciels d'ordinateurs prévues pour le traitement de matières afin de fournir un traitement complet et cohérent de matières et serviraient de base de données de référence pour de nouvelles applications de traitement de matières Tout le système de traitement décrit ci-dessus, à l'exclusion du système d'ordinateur 68, serait de préférence logé et mis en oeuvre dans une enceinte à environnement contrôlé (non représentée) pour empêcher une nouvelle contamination des matières traitées

selon la présente invention.

La FIG 6 a est un schéma détaillé d'une chambre de traitement de matières donné à titre d'exemple à utiliser pour mettre en oeuvre les processus de nettoyage préalable, de stérilisation, et d'implantation ou de dépôt d'agents chimiques selon la présente invention Comme représenté à la figure, ce système inclut un orifice d'injection 74 utilisé pour amener des mélanges de fluide dense et d'agents chimiques à l'intérieur 76 de la chambre 78 de traitement de matières o la matière 80 à traiter selon la présente invention est fixée dans un chargeur 82 et un orifice d'évacuation 84 pour réduire la pression ou pour éjecter des contaminants ou des agents chimiques en excès pendant les séquences, conformes à la présente invention, de réduction de la pression, de recharge en fluide dense-agent chimique, ou de traitement thermique électrostatique sous vide La chambre de traitement 78 de matières et la fermeture 86 utilisée pour assurer l'étanchéité de la chambre pendant une séquence de traitement, ainsi que tous les composants internes du système de haute énergie, sont composés de matières susceptibles de résister aux conditions de haute énergie, de température et de pression de la présente invention et, de plus, compatibles avec les fluides denses, les mélanges de fluides denses et les agents chimiques appropriés utilisés pour traiter les matières Le champ électrostatique non uniforme utilisé dans la présente invention est engendré en envoyant une charge pulsée en courant continu, par l'intermédiaire d'une liaison électrique et d'une traversée de haute pression 88, à une plaque hémisphérique interne d'émission d'ions 90 dont la surface est plus grande que celle de la plaque hémisphérique interne de collecteur d'ions 94 de charge opposée située sur le côté opposé de la chambre de nettoyage et de stérilisation qui est en concordance avec un système externe 92 d'amenée d'agents refroidissants ou chauffants, et qui est chauffée ou refroidie de cette manière, en utilisant un serpentin thermique à haute pression en circuit fermé 96 La plaque hémisphérique de collecteur d'ions plus petite 94 est reliée au serpentin thermique 96 de façon à servir de compensateur intérieur de température, de collecteur d'ions et de piège cryogénique selon les processus de la présente invention Un radiateur ou cornet en titane 98 est inséré à travers le bas de la chambre 78 de traitement de matières et est fixé à la chambre de traitement 78 en utilisant des joints de compression à haute pression pour apporter l'énergie acoustique nécessaire pour élever les niveaux internes d'énergie et pour produire les phases multiples selon la présente invention Le cornet en titane 98 est couplé à un ensemble transducteur 100 et à un générateur réglable de

haute puissance 102 à fréquence variable ( 20 à 40 K Hz).

Finalement, les surfaces internes de la chambre 78 de traitement de matières sont recouvertes ou revêtues d'un revêtement ou d'un manchon non contaminant électriquement isolant, par exemple du TEFLON (marque déposée de EI Dupont de Nemours Co) Des revêtements non conducteurs règlent la température et isolent contre des pertes de champs

électriques entre les plaques de champ électrostatique.

Finalement, le corps extérieur de la chambre de nettoyage et de stérilisation est équipé d'une bande chauffante en céramique (non représentée) à utiliser pour chauffer la chambre pendant les cycles de nettoyage préalable thermique électrostatique sous vide ou les cycles suivant

l'implantation selon la présente invention.

La FIG 6 b est un schéma détaillé d'un système d'injection d'agents chimiques représenté à titre d'exemple à utiliser pour mettre en oeuvre le mode de réalisation préféré de la présente invention Comme représenté à la figure, l'injecteur d'agents chimiques inclut un réservoir 104 d'agents chimiques qui contient l'agent chimique ou le mélange d'agents chimiques à ajouter dans une chambre d'injection chimique 106 et à mélanger à des milieux porteurs de fluides denses appropriés, à introduire à travers un orifice d'injection 108 qui est situé au-dessous15 d'un diffuseur d'injection 110 d'agents chimiques et à être ensuite transporté par une pompe à haute pression (non représentée) vers la chambre de traitement de matières (non représentée) L'ensemble de diffuseur 110 est utilisé pour disperser l'agent ou les agents chimiques dans la chambre de mélange d'injection 112 sous forme de fines gouttelettes afin d'aider à la dissolution d'une fraction molaire de

l'agent chimique dans le solvant porteur de fluide dense.

Des fluides denses utilisés dans les cycles de nettoyage préalable et de stérilisation des matières (préparation des matières) sont également utilisés comme solvants porteurs d'agents chimiques et sont pompés au moyen d'une pompe à haute pression (non représentée) vers la chambre de mélange d'injection 112 par l'intermédiaire de l'orifice d'injection 108, à la suite de quoi le mélange de fluide dense et d'agent(s) chimique(s) monte à travers une colonne de média d'épuration 114 en acier inoxydable à fines mailles, ou d'autres moyens d'épuration appropriés Le mélange saturé fluide dense-agent chimique monte verticalement à travers le chambre d'injection d'agents chimiques vers une zone de saturation 116, et l'agent chimique insoluble se sépare et se dépose au bas de la chambre d'injection 112 o il est pompé, par l'intermédiaire d'une ligne de retour 118 d'agent chimique, et renvoyé vers le réservoir 104 d'agents chimiques Le mélange saturé fluide dense-agent chimique est ensuite pompé à travers un orifice d'évacuation 120 et renvoyé vers la chambre de traitement de matières (non représentée) En variante, un mélangeur à entraînement magnétique (non représenté) ou un cornet acoustique (non représenté) peuvent être intégrés à la chambre d'injection pour aider à dissoudre et à disperser les agents chimiques dans les fluides denses appropriés dans la zone de mélange d'injection 112 De plus, des dispositifs refroidissants et chauffants, par exemple des serpentins chauffants (non représentés), des bandes chauffantes en céramique (non représentées) ou des générateurs de radiofréquences (micro-ondes) peuvent être intégrés à la chambre 106 d'injection d'agent chimique pour réaliser dans la chambre, sur la base de calculs d'énergie cohésive, les conditions internes d'énergie qui sont les plus appropriées pour dissoudre la fraction souhaitée d'agent chimique dans un fluide dense ou un mélange de fluides denses porteur La chambre d'injection est équipée d'une broche ou d'une fermeture boulonnée 122 qui permet une ouverture et un nettoyage périodique de la cavité de la chambre d'injection Toutes les surfaces internes et externes et les composants du système d'injection d'agents chimiques représentés à titre d'exemple sont en matières qui sont compatibles chimiquement et physiquement avec les pressions, les températures, les fluides denses appropriés et les agents chimiques appropriés utilisés pour mettre en

oeuvre la présente invention.

Les FIG 7 a, 7 b, 7 c, 7 d et 7 e sont des vues schématiques de devant, de derrière, de dessus, de dessous et des côtés d'un chargeur de traitement représenté à titre d'exemple, pour le chargement, la fixation et le déchargement de matières dans la chambre de traitement de

matières indiquée à titre d'exemple (non représentée).

Comme représenté à la FIG 7 a et la FIG 7 d, le chargeur donné à titre d'exemple inclut, dans ses côtés, des ouvertures pour loger les différentes dimensions de plaque hémisphérique d'émission d'ions 124 et de plaque hémisphérique de collecteur d'ions 125 (plaques non représentées) de la chambre de nettoyage et de stérilisation (non représentée) Comme représenté à la FIG. 7 e, un orifice circulaire 126 situé au bas du chargeur permet une insertion et une alimentation à travers le cornet en titane (non représenté) Le chargeur de chargement représenté ici à titre d'exemple ne comprend aucune étagère, mais des chargeurs à étagères prévus pour n'opposer aucune obstruction aux sources d'énergies acoustique et électrostatique peuvent être fabriqués pour permettre le traitement simultané de nombreuses matières. Il faut noter que de nombreuses autres configurations de20 chargeurs peuvent être développées pour loger des matières à configurations géométriques différentes Les chargeurs doivent être réalisés en matières qui sont compatibles chimiquement et physiquement avec les fluides denses, les mélanges fluides denses-agents chimiques, les pressions, les températures et les conditions d'énergies élevées présents dans l'invention Comme représenté à la FIG 7 b et à la FIG 7 c, le haut 128 du chargeur de traitement représenté à titre d'exemple est en matières électriquement et thermiquement isolantes et s'ajuste de façon étanche30 entre les parois isolées électriquement de la chambre de traitement de matières (non représentées) Le haut du chargeur 128 sert d'isolant électrique et thermique entre la fermeture de chambre (non représentée) et les plaques hémisphériques d'émission d'ions et de collecteur d'ions35 (non représentées) Finalement, comme représenté à la FIG. 7 b et à la FIG 7 c, le chargeur de traitement de matières donné à titre d'exemple comprend une poignée 130 fixée au sommet du chargeur 128 pour aider à charger le chargeur et les matières dans la chambre de traitement de matières (non représentée) et à les en décharger. La FIG 8 est une enceinte de réglage d'environnement donnée à titre d'exemple à utiliser pour loger le système préféré de nettoyage, de stérilisation et d'implantation d'agents chimiques Quand la matière a été traitée selon la présente invention, et que la fermeture de la chambre de nettoyage et de stérilisation est enlevée, les matières sont exposées à un environnement externe Les matières traitées peuvent être contaminées par des contaminants organiques et inorganiques portés par l'air, par exemple des vapeurs et des particules, s'ils ne sont pas emballés au préalable dans des membranes semi-perméables ou protégés par d'autres techniques Une enceinte à réglage d'environnement est préférée pour loger le système de nettoyage, de stérilisation et d'implantation donné à titre d'exemple et pour mettre en oeuvre les processus de la présente invention L'enceinte donnée à titre d'exemple protège de contaminants biologiques, organiques et inorganiques portés par l'air, des matières non emballées nettoyées avec précision, stérilisées et implantées lorsqu'elles ont été enlevées de la chambre de traitement de matières Comme représenté à la FIG 8, l'enceinte de réglage d'environnement donnée à titre d'exemple inclut un banc 132 à flux laminaire, à courant vertical ou horizontal, équipé d'un système de filtrage de particules (HEPA) 134 de haute efficacité pour assurer un enlèvement supérieur à 99 % des particules matérielles portées par l'air d'un diamètre de 0,25 micron ou supérieur, à l'intérieur de la station de travail 136, et une source 138 rayonnant une lumière ultraviolette dont la longueur d'onde principale de rayonnement de sortie est d'environ 3 nanomètres pour stériliser des surfaces de travail 140 en visibilité directe Finalement, l'intégration préférée de la chambre 142 de traitement de matières donnée à titre d'exemple avec l'enceinte de réglage d'environnement donnée à titre d'exemple est représentée à la FIG 8 Un système de commande par ordinateur (non représenté) serait situé près de l'enceinte

d'environnement ou à distance de celle-ci.

Après avoir décrit les composants du système de nettoyage, de stérilisation et d'implantation nécessaires pour la mise en oeuvre des divers modes de réalisation de la présente invention, on va maintenant décrire de façon détaillée les séquences de nettoyage préalable, de stérilisation et d'implantation, en se référant de façon

appropriée aux composants du système décrits ci-dessus.

A la FIG 9 a est représenté un schéma logique indiquant les étapes de la phase de nettoyage de matières de la présente invention Ce processus est effectué dans la chambre de traitement de matières qui contient la matière à traiter fixée dans le chargeur de charge de matières donné à titre d'exemple, et tout le système de nettoyage et de stérilisation protégé dans un environnement propre et stérile vis-à-vis des particules en utilisant une enceinte

de réglage d'environnement.

Comme représenté à la FIG 9 a, une matière est d'abord chargée et fixée dans la chambre de traitement de matières donnée à titre d'exemple, à la suite de quoi la chambre est fermée de façon étanche en utilisant la

fermeture préférée 86, FIG 6 a.

La chambre est ensuite purgée, d'abord plusieurs minutes à l'hélium ou à l'azote et puis 2 à 3 minutes avec le gaz de traitement choisi à une pression comprise entre 1,013 et 10,13 M Pa (entre 10 et 100 atm) La purge de gaz enlève de la chambre les impuretés volatiles comme l'humidité et met en condition préalable la matière avant la mise sous pression pour les opérations sous pression à pression critique ou au- dessus de celle-ci pour le gaz ou

le mélange de gaz de traitement choisi.

Après les cycles de purge, la chambre est mise sous pression à la pression critique au moyen du gaz ou du mélange de gaz de traitement choisi, à une température inférieure à la température critique du gaz ou du mélange de gaz denses. La matière est ensuite soumise simultanément aux cycles d'énergies acoustique et électrostatique représentés à la FIG 4 a et à la FIG 4 b, respectivement Pendant les cycles d'électro-extraction acoustique, la température de la chambre interne est maintenue pendant plusieurs minutes au-dessous de la température critique du fluide dense en utilisant le compensateur interne de température 94, FIG. 6 a Puis, on permet à la température interne de monter à la température critique du fluide dense ou du mélange de

fluides denses.

A la suite de ceci, la source d'énergie acoustique est arrêtée et la chambre est rechargée en fluide dense qui a été conditionné au préalable à une pression égale ou supérieure à la pression critique Le générateur de champ électrique alternatif non uniforme 56 représenté à la FIG 5 est en fonction de façon continue pendant les séquences de nettoyage et de stérilisation Le processus d'extraction électroacoustique et de recharge en fluide dense est répété selon les besoins pour atteindre le niveau de propreté souhaité, sur la base d'essais prédéterminés de performance ou sur la base de données30 provenant d'essais de fluide dense en chambre en temps réel en ligne, par exemple une chromatographie supercritique de gaz. Les substrats sont ensuite soumis à un vide élevé ( 1,339 x 10 î Pa ou 0,0001 Torr) et une température modérée ( 60 degrés Celsius) pour enlever des contaminants résiduels ou des agents physiques ou chimiques en excès entre les

étapes de nettoyage préalable et de stérilisation.

Après la séquence d'électro-extraction acoustique de nettoyage préliminaire, la pression de chambre est abaissée à la pression ambiante pour l'emballage, ou l'utilisation, ou pour les séquences ultérieures de stérilisation ou d'implantation Un schéma logique représentant les étapes de la phase de stérilisation est représenté à la FIG 9 b Le processus est effectué dans la même chambre que pour la

séquence de nettoyage ci-dessus.

Comme représenté à la FIG 9 b, la chambre est rechargée en un mélange de fluides denses de gaz carbonique et de peroxyde d'hydrogène ou d'un autre additif d'agent chimique approprié amené par l'intermédiaire de l'orifice d'évacuation du système à injection d'agent chimique 120, FIG 6 b, et on le laisse en contact avec la matière pendant

plusieurs minutes.

A la suite de ceci, les cycles d'électro-extraction acoustique sont répétés comme décrit dans la séquence de nettoyage ci-dessus, en utilisant des recharges périodiques d'additifs d'agents chimiques jusqu'à ce que soit atteint le niveau requis de stérilité des matières La fréquence des recharges en agents chimiques est basée sur l'expérimentation, mais il faut au moins, en raison de la rupture rapide du peroxyde d'hydrogène dans les conditions d'énergie élevée employées, une recharge d'agent chimique par cycle d'électro-extraction acoustique si l'on utilise le peroxyde d'hydrogène comme additif

chimique.

A la suite de la phase de stérilisation de matière, la chambre est rechargée en fluides denses pour enlever des résidus d'agents chimiques et elle ensuite purgée à l'azote

ou à l'hélium plusieurs minutes.

Les substrats sont ensuite soumis, comme à l'étape suivant le traitement de nettoyage préalable, à un vide élevé ( 1,339 x 10 Pa ou 0,0001 Torr) et à une température modérée ( 60 degrés Celsius) pour enlever des contaminants résiduels ou des agents physiques ou chimiques en excès entre les étapes de traitement constituées par la stérilisation et l'implantation. La chambre de nettoyage et la matière sont ensuite ramenées à la pression ambiante en évacuant lentement le fluide dense et le gaz résiduel à travers l'orifice d'évacuation 84, représenté à la FIG 6 a, en préparation pour la séquence ultérieure d'implantation ou de dépôt En variante, la chambre de traitement de matière peut rester sous pression de fluide dense pour les opérations ultérieures

d'implantation d'agents chimiques.

Un schéma logique représentant les étapes de la séquence d'implantation ou de dépôt acoustique est représenté à la FIG 9 c Le processus est effectué dans la même chambre de traitement de matière que la séquence de stérilisation

ci-dessus.

Comme représenté à la FIG 9 c, un mélange de gaz en phase dense et d'agents chimiques est injecté dans la chambre de traitement de matière, à une pression égale ou supérieure à la pression critique et à une température inférieure à la température critique du mélange d'injection, à la suite de quoi on laisse le mélange venir en contact avec la matière et la baigner plusieurs minutes pour assurer une répartition homogène dans la chambre de traitement et à l'intérieur de la matière. A la suite de la période de contact, les sources d'énergies acoustique et électroacoustique sont simultanément activées de façon cyclique comme décrit à la FIG 4 a et à la FIG 4 b, sans réglage interne de température. La température du mélange de fluide intérieur à la chambre35 monte rapidement la température critique pendant l'excitation, en abaissant la teneur en énergie cohésive totale (chimie de solubilité) du fluide ou des fluides porteurs denses, à la suite de quoi une fraction molaire de l'agent chimique est déposée sur des surfaces internes et externes de la matière Comme décrit précédemment, le niveau de dépôt d'agent chimique et la vitesse de dépôt peuvent être réglés en ajustant la pression de traitement, c'est-à-dire la pression à laquelle la source d'énergie acoustique est lancée en premier lieu au-delà de la pression critique De plus, une pulsation ou un ajustement de la sortie de puissance de l'amplificateur acoustique peut être utilisée pour régler le niveau et la vitesse de dépôt d'agent chimique Finalement, selon les différences des chimies des solubilités à diverses températures, le compensateur interne de température 94, FIG. 6 a, peut être alimenté en agents refroidissants ou chauffants pour ajuster la température du mélange fluide dense- agent chimique avant ou pendant les cycles d'énergies acoustique et électrostatique Dès lors que la température critique de ce mélange fluide dense-agent chimique est atteinte, les sources

d'énergies acoustique et électrostatique sont interrompues.

Le mélange fluide dense-agent chimique est ensuite refroidi au-dessous de la température critique en utilisant le compensateur interne de température en boucle fermée 94, FIG 6 a Dès lors que la température souhaitée est atteinte, selon la chimie de solubilité de l'agent chimique et du ou des fluides denses, l'alimentation en agent refroidissant du condensateur de température est arrêtée et les cycles d'énergies acoustique et électrostatique sont lancés à nouveau En utilisant cette séquence de température et30 d'énergie réglées, l'agent chimique est imprégné ou déposé sur des surfaces de la matière sous forme de revêtements

discrets ou de couches.

La chambre de traitement de matière est rechargée en mélange fluide dense-agent chimique, et le cycle de dépôt acoustique décrit ci-dessus est répété pour atteindre le

niveau de dépôt souhaité.

Lorsque le niveau nécessaire d'agent chimique est implanté dans la matière ou y est déposé, on ramène la pression de la chambre à la pression ambiante. Les substrats sont ensuite soumis, comme après les étapes de traitement constituées par le nettoyage préalable et la stérilisation, à un vide élevé ( 1,339 x 10-5 Pa ou 0,0001 Torr) et à une température modérée ( 60 degrés Celsius) pour enlever des contaminants résiduels ou des agents

physiques ou chimiques en excès après l'implantation.

La chambre est alors purgée à l'azote ou à l'hélium conditionné au préalable La matière peut ensuite être enlevée de la chambre, emballée ou utilisée selon les

besoins.

Selon une variante d'exécution de la présente invention, des matières peuvent être emballées au préalable dans des membranes semi-perméables et implantées au moyen

d'agents chimiques selon les processus décrits ci-dessus.

On va maintenant donner des exemples de mise en

oeuvre de la présente invention.

EXEMPLE 1

Cet exemple illustre l'utilisation d'un mode de réalisation de la présente invention pour enlever des contaminants organiques de vannes pour oxygène liquide Des vannes à oxygène peuvent être contaminées par des composés organiques et inorganiques comme des huiles et des particules S'ils ne sont pas enlevés de ces dispositifs critiques, ils peuvent conduire à un fonctionnement défaillant des joints d'étanchéité des vannes ou à une détonation induite par le contaminant dans le corps de vanne lorsqu'il est actionné On utilise, en combinaison avec des cycles d'énergies acoustique et électrostatique, un mélange de gaz carbonique et de peroxyde d'hydrogène en phase dense ( 90:10) pour le nettoyage de précision de la matière Les vannes sont chargées et fixées dans la chambre de nettoyage et de stérilisation qui est purgée plusieurs minutes au moyen

d'azote gazeux conditionné au préalable à 1 013 h Pa ( 10 atm).

Après la purge au gaz, la chambre est mise sous pression au moyen d'unmélange 90:10 en pourcentage volumique, ou en abrégé v:v, de gaz carbonique et de peroxyde d'hydrogène à une pression de 15,2 M Pa ( 150 atm) à 25 degrés Celsius On laisse les vannes plusieurs minutes en contact avec le mélange, à la suite de quoi la source d'énergie acoustique est lancée à 20 kilohertz et à environ 250 watts de puissance d'entrée sur le cornet en titane et la plaque d'émission

d'ions est pulsée à + 5000 volts/cm en courant continu et -

5000 volts/cm en courant continu pendant des intervalles de secondes Ceci est poursuivi jusqu'à ce que la température interne monte à 350 degrés Celsius, à la suite de quoi les sources d'énergies sont arrêtées et la pression dans la chambre est abaissée pour purger la chambre des contaminants extraits, et la chambre est ensuite rechargée en gaz carbonique/peroxyde d'hydrogène dense comme ci-dessus Le processus cidessus est répété plusieurs fois pendant 20 minutes Après les cycles d'électro-extraction acoustique, la chambre est rechargée au moyen d'un gaz carbonique en phase dense à 15,2 M Pa ( 150 atm) et à 25 degrés Celsius, et les cycles d'électro-extraction acoustique sont répétés comme25 ci-dessus, avec des recharges périodiques en gaz carbonique en phase dense pour enlever le peroxyde d'hydrogène résiduel et les sousproduits d'oxydation supercritique A la suite de ceci, la chambre est purgée à l'aide d'argon conditionné au préalable, et on abaisse la pression dans la chambre à 1,339 10 Pa ( 0,0001 Torr) en utilisant une pompe à vide élevé et elle est chauffée à 60 degrés Celsius en utilisant un élément chauffant à bande extérieure en céramique Une tension de + 5000 volts/cm en courant continu et 5000 volts/cm en courant continu est appliquée à la plaque d'émission d'ions (la plaque de collecteur d'ions est mise à la masse en série avec le générateur électrostatique), et le compensateur interne de température (plaque de collecteur d'ions) est refroidi à l'azote liquide à une température inférieure à degrés Celsius pendant 30 minutes Après les opérations électrostatiques et thermiques sous-vide, la pression dans la chambre est ramenée à la pression atmosphérique au moyen d'azote conditionné au préalable Des extractions ultérieures au solvant d'hexane des vannes à oxygène miniature n'ont révélé aucun contaminant détectable de type hydrocarbures

dans les vannes.

EXEMPLE 2

Cet exemple illustre l'utilisation des processus de nettoyage préalables de stérilisation de la présente invention pour nettoyer des pinces en titane emballées au préalable dans des membranes semi-perméables en TYVEK à utiliser pour attacher des os et des tissus dans des applications chirurgicales Une séquence de nettoyage de précision et de stérilisation identique au processus effectué dans l'exemple 1, avec une charge à 2 % de peroxyde d'hydrogène réalise des pinces en titane propres et un compte négatif de bactéries lors du traitement des pinces propres et stériles en titane selon des techniques classiques de culture

de microbiologie.

EXEMPLE 3

Cet exemple illustre l'utilisation des processus de nettoyage et de stérilisation de la présente invention pour préparer des dentures pour un usage humain Selon le processus de nettoyage préalable et de stérilisation de la présente invention, on soumet à un rayonnement acoustique et électrostatique de plusieurs cycles à 15,2 M Pa ( 150 atm) et degrés Celsius un mélange de gaz carbonique, d'oxyde nitreux et de sulfate de 2-éthylhexyl-sodium (Agent tensio-actif/Pénétrant) en phase dense selon un rapport

d'environ 85:10:5 en pourcentages volumiques, respectivement.

La température critique de l'oxyde nitreux est d'environ 37 degrés Celsius, et le mélange est donc excité selon les cycles d'électroextraction acoustique de la présente invention jusqu'à ce que la température du mélange atteigne degrés Celsius, à la suite de quoi le mélange est évacué et la chambre est rechargée et excitée à nouveau Ensuite, un mélange de gaz carbonique et de peroxyde d'hydrogène en phase dense 90:10 en pourcentages volumiques, à 15,2 MPA ( 150 atm) et 25 degrés Celsius, est utilisé en plusieurs cycles d'électro-extraction acoustique pour extraire des contaminants organiques résiduels et pour réaliser la stérilisation en profondeur Après ce traitement, les dentures sont visiblement propres et des tests bactériens de

culture ne révèlent aucune croissance de type microbiologie.

EXEMPLE 4

Cet exemple illustre l'utilisation des processus de nettoyage préalable, de stérilisation et d'implantation chimique de la présente invention pour préparer une prothèse vocale en silicone pour un usage biologique Une prothèse vocale en silicone est nettoyée et stérilisée selon une procédure identique à celle de l'exemple 2 sauf qu'un alcool n-octylique est implanté selon le procédé d'implantation décrit plus haut à la suite des séquences de nettoyage préalable et de stérilisation utilisant le mélange de gaz carbonique-peroxyde d'hydrogène à haute énergie Des essais de culture de type microbiologie sur des parties représentatives de la prothèse en silicone ne révèlent aucune activité biologique plusieurs semaines après le processus d'implantation.

EXEMPLE 5

Cet exemple illustre l'utilisation des processus de stérilisation et d'implantation de la présente invention pour traiter des produits botaniques, comme du séné et de la cannelle en vue d'un magasinage à long terme Un processus d'électro-extraction acoustique identique à l'exemple 1 est utilisé pour stériliser les produits botaniques en vrac, sauf qu'un mélange 95:5 en pourcentages volumiques de gaz carbonique et d'alcool n-octylique est employé Après le traitement de stérilisation de la présente invention, la procédure de dégazage thermique sous-vide de la présente invention est utilisée pour enlever des produits botaniques l'alcool n-octylique résiduel et le récupérer en vue d'une

nouvelle utilisation ultérieure.

EXEMPLE 6

Cet exemple illustre l'utilisation de processus de nettoyage préalable et d'implantation selon la présente invention pour traiter de la mousse de caoutchouc à utiliser dans des environnements o des propriétés de dissipation d'électricité statique sont nécessaires Des processus d'électro-extraction acoustique identiques à ceux de l'exemple 1 sont utilisés, sauf qu'un mélange de 90:10 en pourcentages atomiques de gaz carbonique liquide et d'oxyde nitreux liquide est utilisé pour le nettoyage préalable de la mousse de caoutchouc Ensuite, un mélange 95:5 en pourcentages atomiques de gaz carbonique liquide et d'agent tensioactif d'amine-tertiaire est utilisé pour implanter une fraction de l'agent tensioactif dans la mousse de caoutchouc selon le processus d'implantation de la présente invention afin de conférer des qualités de dissipation électrostatique

à la mousse de caoutchouc.

Les procédés de la présente invention possèdent de nombreuses applications pour la préparation et le traitement de matières Une large variété de matières peuvent être préparées pour des environnements biomédical, aérospatial, et de haute énergie o la propreté de la matière et les caractéristiques de performance du produit final sont importantes, y compris des matières biologiques, des prothèses, des vannes de précision et miniatures, des textiles chirurgicaux et des accessoires à application chirurgicale Les paramètres particuliers de traitement employés dans les processus ci-dessus varient selon la nature de la matière, le type de contaminants à enlever et le niveau de propreté et de stérilité souhaité Ce procédé est bien adapté à préparer des matières à géométries interne et externe complexes et compliquées et comprenant de nombreuses matières différentes dans leurs structures.

L'homme de l'art comprendra que les descriptions de modes de réalisation n'ont été données ici qu'à titre

d'exemples et que diverses autres alternatives, variantes, adaptations ou modifications peuvent être effectuées en10 restant dans le cadre de la présente invention.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 Procédé de traitement de matières (appelées ici substrat) par dépôt ou implantation d'agents physiques ou chimiques caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) nettoyer au préalable ou stériliser au moyen de processus établis ledit substrat qui peut contenir un ou plusieurs contaminants, ou le nettoyer au préalable ou le stériliser dans la chambre de processus selon la séquence suivante: 1) mettre au contact dudit substrat contenant lesdits contaminants un fluide dense à une pression égale ou supérieure à la pression critique et à une température inférieure à la température critique d'un dit fluide dense; et 2) soumettre de façon simultanée ou en séquence ledit fluide dense à une source de haute énergie de rayonnement acoustique ou à un champ d'énergie électrostatique non uniforme, et maintenir le contact dudit fluide dense excité avec ledit substrat contenant lesdits contaminants pendant un laps de temps prédéterminé au-dessus de la pression critique et au- dessous de la température critique dudit fluide dense dans un processus appelé électro-extraction acoustique, dans lequel il est créé de façon simultanée une large plage d'environnements de solvants selon un processus appelé formation de phases multiples dans lequel la solubilité du contaminant et son transport à partir de substrat sont réalisés afin d'enlever selon un seul processus continu ledit ou lesdits contaminants dudit substrat; puis b) introduire dans le fluide dense un agent physique ou chimique par des processus d'injection, de solution, ou de réaction; et c) soumettre simultanément ledit fluide dense et un agent physique ou chimique introduit dans le fluide dense à une manipulation des paramètres du processus (par exemple un rayonnement acoustique de haute énergie, une intensité de champ électrique non uniforme, une température du substrat ou des milieux fluides denses, etc) et mettre au contact ledit substrat pendant un laps de temps prédéterminé avec ledit fluide dense excité afin de provoquer la précipitation, la dissociation, la dissolution ou l'activation de l'agent physique ou chimique afin d'induire le dépôt de l'agent physique ou chimique sur le substrat, ou son implantation dans des interstices du substrat, d) soumettre des substrats à un vide élevé ( 1,339 x 10 î Pa ou 0,

0001 Torr) et à une température modérée ( 60 degrés Celsius) pour enlever des contaminants résiduels ou des agents physiques ou chimiques en excès entre les étapes de traitement constituées par le nettoyage préalable, la

stérilisation, et l'implantation.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rayonnement acoustique de haute énergie est appliqué tandis que la température interne est maintenue

au-dessous de la température critique dudit fluide dense.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est permis à ladite température de monter à la température critique ou au-dessus et que l'on ramène ensuite

ladite température au-dessous de la température critique.

4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite énergie acoustique est pulsée à une puissance

comprise entre 200 et 400 watts pendant plusieurs minutes.

5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on fait varier ladite énergie acoustique entre 20 et

kilohertz.

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rayonnement acoustique est lancé dans des gaz liquéfiés et est arrêté dès lors que la température critique

dudit fluide dense a été atteinte.

7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit champ électrostatique non uniforme est dérivé d'une combinaison d'une plaque chargée qui est parallèle à une plaque de charge opposée située à une distance finie et

qui est plus petite que celle-ci.

8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit champ électrostatique non uniforme est chargé entre + 10 000 volts/cm en courant continu et 10 000

volts/cm en courant continu.

9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit champ électrostatique non uniforme est continuellement en fonction pendant les opérations

acoustiques.

Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit champ électrostatique non uniforme est continuellement en fonction sous un vide élevé et à des températures modérées afin d'améliorer l'enlèvement des

contaminants volatils.

11 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluide dense est choisi dans un groupe constitué par des produits inorganiques comme le gaz carbonique, l'oxyde nitreux, le krypton, le xénon, l'argon, l'oxygène, l'hélium, l'azote, et l'ammoniac et des mélanges

de ceux-ci.

12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit fluide dense est choisi à partir d'un mélange de gaz carbonique et d'oxyde nitreux ou d'autres mélanges

appropriés de fluides denses.

13 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit fluide dense est mélangé avec des agents chimiques pour améliorer le rendement de nettoyage du fluide dense. 14 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit agent physique ou chimique est choisi dans un groupe constitué par des produits organométalliques, des biocides, des agents tensioactifs, des alcools, des colorants, des réducteurs, des oxydants, des stéroïdes, et des produits odorants. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit mélange de fluide dense et d'agent chimique consiste en gaz carbonique liquéfié et en peroxyde

d'hydrogène.

16 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit agent physique ou chimique est introduit pour modifier les propriétés inhérentes de la matière, par exemple la compatibilité selon des critères biologiques, la stérilité résiduelle à long terme, et des propriétés chimiques dudit substrat, y compris des attributs tels que la résistance chimique, la conductivité, le dégazage ou la volatilité, des propriétés mécaniques comme la résistance à l'usure, la

résistance électrique, ou l'apparence, ou l'odeur.