新型多功能復(fù)合消毒設(shè)備的研制

申廣浩，郭 偉，謝康寧，劉 娟，景 達，吳小明，羅二平

新型多功能復(fù)合消毒設(shè)備的研制

申廣浩，郭 偉，謝康寧，劉 娟，景 達，吳小明，羅二平

目的：研發(fā)一種新型復(fù)合型消毒設(shè)備，用于小型衛(wèi)生裝備的洗消。方法：利用精密機械、DSP、自動控制、傳感與信息處理等新技術(shù)設(shè)計研制一體化的復(fù)合消毒滅菌系統(tǒng)，并綜合采用臭氧、過氧化氫和低溫等離子等消毒方式，經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)合消毒功能。結(jié)果：新型消毒設(shè)備適用范圍廣，滅菌速度快，滅活率高，無殘留，無消毒死角，使用方便，智能化程度高。結(jié)論：有望解決以往防護裝備無法連續(xù)重復(fù)有效使用的難題，以提高軍隊戰(zhàn)地醫(yī)院的消毒滅菌水平，成為現(xiàn)行消毒滅菌裝備的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

消毒；設(shè)備；污染物；低溫等離子體；臭氧

0 引言

據(jù)報道，美國每年有1 500萬例次由于內(nèi)鏡清洗消毒不當而引起的醫(yī)院感染，其主要感染病菌是綠膿桿菌、結(jié)核分枝桿菌和乙型肝炎病毒。因此，如何通過物理和化學的方法將污染在腔道型設(shè)備內(nèi)的有機物、無機物和微生物清除到安全水平，對保證滅菌成功和控制交叉感染具有重要意義[1-3]。

1 殺菌技術(shù)概述

1.1 傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)

傳統(tǒng)的加熱殺菌是一種有效的殺菌方法，能夠殺死各種微生物，而且殺菌程度可以準確控制。熱殺菌方法雖然應(yīng)用廣泛，但該方法所需的高溫容易導(dǎo)致熱敏性成分分解和揮發(fā)性成分散失，而且能耗也較高，易損傷精密醫(yī)療儀器，會破壞設(shè)備的非金屬性腔道部件[4-5]。

1.2 非熱殺菌技術(shù)

（1）紫外線?？梢詺绺鞣N微生物，包括細菌繁殖體、芽孢、分枝桿菌、病毒、真菌、立克次氏體和支原體等，具有廣譜性。其殺菌原理是通過紫外線對細菌、病毒等微生物的照射，以破壞其機體內(nèi)去氧核糖核酸（DNA）的結(jié)構(gòu)，使其立即死亡或喪失繁殖能力。DNA對波長254 nm的紫外線吸收最強。紫外線光衰較大，壽命不長；殺菌效果與其照射強度和總的照射量有關(guān)。紫外線只能沿直線傳播，輻射能量低，穿透力弱，僅能殺滅直接照射到的微生物。由于紫外線輻射對人體具有傷害性，因此絕對不允許泄漏。

（2）環(huán)氧乙烷。廣譜滅菌劑，滅菌機理主要是其與細菌中分子相結(jié)合破壞菌體的細胞代謝。具有無死角、穿透力較強的優(yōu)點，缺點是易燃易爆、有毒、有殘留。

（3）臭氧。是一種廣譜殺菌劑，臭氧在空間擴散時，能迅速滲透到雜菌菌體和微生物的細胞壁，使其蛋白變性，破壞酶系統(tǒng)，終止代謝過程殺滅細菌。目前，臭氧在各行各業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。消毒環(huán)境溫度越高、濕度越小，臭氧越容易還原成氧氣，消毒效果越差；精密的小型醫(yī)療器械不能用臭氧消毒，極易腐蝕；臭氧的穿透力弱，對物體縱深處細菌殺滅能力低。

（4）過氧化氫。作用于微生物的機理與臭氧類似。一是氧化性使分子或原子電離，從而破壞細胞壁上脂鏈改變細胞壁通透性引起細胞死亡；二是過氧化氫進入菌體可與核酸中金屬離子反應(yīng)，產(chǎn)生毒性羥基，作用于DNA的磷酸二酯鍵使其斷裂，并對DNA的4種堿基成分具有破壞作用。溫度、濕度、有機物對過氧化氫的消毒效果都有影響。

（5）低溫等離子體滅菌技術(shù)。該技術(shù)是近年來消毒滅菌領(lǐng)域的一種新的物理滅菌技術(shù)。低溫等離子特別適用于非耐熱和對濕熱敏感的物品的滅菌。但是，低溫等離子也有其局限性，以下物品不宜使用低溫等離子滅菌：①一次性使用器械和物品；②液體或粉劑；③木質(zhì)器械；④棉織物；⑤紗布；⑥不完全干燥的物品。

綜上所述，由于不同的傳染病病原體對各種消毒滅菌因子的耐受性并不相同（見表1），一般消毒設(shè)備只針對某種器械或材料表面進行洗消，消毒滅菌裝備功能單一，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高，環(huán)境適應(yīng)性差，單一消毒因子很難實現(xiàn)腔道型設(shè)備的洗消[6-7]。

表1 常見消毒因子的性能對比

為了改進傳統(tǒng)消毒滅菌裝備的缺陷，通過環(huán)境參數(shù)閉環(huán)智能控制，研發(fā)了一體化消毒艙分時復(fù)用技術(shù)，并綜合利用低溫等離子、臭氧及過氧化氫等多種消毒方式，研發(fā)新型復(fù)合式消毒滅菌系統(tǒng)，以增強儀器的滅菌效果，擴大消毒滅菌范圍。

2 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)包括“臭氧”、“低溫等離子復(fù)合過氧化氫”2種消毒模式，智能化控制整個消毒過程，原理如下：

（1）臭氧消毒模式。系統(tǒng)自動降溫、加濕，通過氧氣源和高壓發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生高濃度臭氧，在艙內(nèi)可以實時監(jiān)測溫度、濕度和臭氧濃度。

（2）低溫等離子復(fù)合過氧化氫消毒模式。系統(tǒng)首先加熱、抽真空，注入過氧化氫滅菌介質(zhì)，在低壓、低溫（50℃）環(huán)境下，其氣態(tài)分子在真空狀態(tài)中被特定電磁波激發(fā)電離，形成低溫等離子體，并使等離子體均勻作用于器械，瞬間高速擊穿、蝕刻、氧化器械表面附著的微生物中的蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)，使其滅活達到滅菌目的。滅菌完成后，過氧化氫等離子體最終復(fù)合成少量水蒸氣，無有害物質(zhì)殘留，對醫(yī)護人員無損害、無污染[8-10]。復(fù)合消毒滅菌系統(tǒng)設(shè)計流程如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 復(fù)合消毒滅菌系統(tǒng)設(shè)計流程

系統(tǒng)硬件部分包括機架、艙體和氧源（如圖2所示），艙體頂部設(shè)有溫度、臭氧濃度和濕度傳感器，用于實時檢測艙體內(nèi)部的溫度、臭氧濃度和濕度。艙體底部設(shè)有氣壓傳感器，用于實時檢測艙體內(nèi)部的壓力狀況。超聲加濕器經(jīng)電磁閥通向艙體內(nèi)，主要用于加濕艙體內(nèi)部的氣體，使艙體的濕度達到預(yù)定的要求。氧氣源通過臭氧發(fā)生器經(jīng)電磁閥通向艙體，向艙體內(nèi)部彌散臭氧，達到臭氧消毒的目的。艙體外側(cè)設(shè)有加熱元件，主要在過氧化氫消毒前對艙體進行加熱，使艙體溫度達到過氧化氫激發(fā)等離子體的溫度要求。蠕動泵一端連通過氧化氫，另一端經(jīng)電磁閥通入艙體，向艙體內(nèi)部彌散過氧化氫。艙體內(nèi)壁兩側(cè)對置裝有高壓電極板，主要在艙體內(nèi)部產(chǎn)生高壓，激發(fā)產(chǎn)生過氧化氫等離子體。真空泵經(jīng)電磁閥與艙體相連（如圖3所示），其主要作用是對艙體內(nèi)部抽真空，使之達到過氧化氫等離子體產(chǎn)生的近真空環(huán)境。

圖2 復(fù)合消毒滅菌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 復(fù)合消毒滅菌艙體設(shè)計圖

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該系統(tǒng)綜合臭氧、過氧化氫和低溫等離子等3種方式（臨床上對醫(yī)用物品常用的3種洗消方法），采用可選擇的2種消毒模式，消毒過程智能化控制，自動化程度高，使用方便。

3 洗消效果驗證

3.1 臭氧消毒方式

采用篩孔式采樣器采樣，采樣時間10 min，采樣器置艙中央。分別于消毒前，消毒10、20、30min后采樣。采菌后的平板放入37℃溫箱中培養(yǎng)48 h。驗證實驗結(jié)果表明，艙內(nèi)臭氧消毒30 min，即可達到要求（見表2）。

表2 臭氧殺菌效果驗證實驗結(jié)果

消毒艙開機1 h后關(guān)機，采用ZX-01型紫外吸收式臭氧分析儀記錄臭氧殘余濃度，重復(fù)3次實驗。實驗結(jié)果證實，關(guān)機10 min后，系統(tǒng)洗消后的臭氧殘余量可完全消除（見表3）。

表3 洗消后臭氧殘余濃度實驗結(jié)果

3.2 過氧化氫低溫等離子體消毒方式

3.2.1 細菌實驗

把消毒樣本置于消毒艙中采用過氧化氫低溫等離子體殺菌30 min，在培養(yǎng)基上采樣，對照樣本和消毒樣本，在恒溫箱中培養(yǎng)24 h，通過檢驗大腸桿菌和金黃色葡萄球菌以及酵母菌菌落情況，驗證不同作用時間的滅菌效果。結(jié)果證實，開機40 min后，過氧化氫等離子體殺菌效果顯著（如圖4所示）。

圖4 過氧化氫低溫等離子體對細菌的滅殺結(jié)果

3.2.2 芽孢實驗

細菌芽孢是整個生物界中抗逆性最強的生命體，在抗熱、抗化學藥物和抗輻射等方面十分突出。因此，能否消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。菌種選用嗜熱脂肪桿菌芽孢（ATCC 7953），以不銹鋼絲（長40 mm、直徑0.5 mm）為載體。培養(yǎng)基為0.1%的Na2S2O3溴甲酚紫蛋白胨水，選用不銹鋼管（內(nèi)徑1 mm、長500 mm）和聚四氟乙烯導(dǎo)管（內(nèi)徑1 mm、長3 000 mm）作為染菌載體，以模擬腔道型衛(wèi)生裝備。

首先，將4段不銹鋼絲浸于芽孢液中，取出后晾干，30 min后重復(fù)1次。然后，將染菌后的不銹鋼絲放入模擬腔道中間的位置，活菌計數(shù)范圍為3.85×106～4.10×106CFU/載體（均數(shù)為3.96×106CFU/載體），團置放入等離子體滅菌包裝袋中，布置左上、左下、右上、右下共4個消毒位置。開機消毒進行一次45 min循環(huán)后，取出不銹鋼絲，分別放置于培養(yǎng)液中，在培養(yǎng)箱中置58℃培養(yǎng)7 d。取未經(jīng)滅菌處理的同批制備的染菌載體3個，直接放入培養(yǎng)液，作為陽性對照；將沒有放入染菌載體的培養(yǎng)液作為陰性對照，與實驗組樣本同時培養(yǎng)，并進行活菌計數(shù)。經(jīng)3次實驗結(jié)果表明，放置于復(fù)合消毒艙內(nèi)的染菌載體，經(jīng)低溫等離子體滅菌后均無菌生長，且無消毒死角（見表4）。

表4 過氧化氫低溫等離子體對芽孢的滅殺結(jié)果

4 結(jié)語

所研制的新型復(fù)合消毒滅菌系統(tǒng)與目前常規(guī)消毒設(shè)備對比，其優(yōu)勢見表5。

（????）（????）

Development of new composite disinfection equipment

SHEN Guang-hao,GUO Wei,XIE Kang-ning,LIU Juan,JING Da,WU Xiao-ming,LUO Er-ping
（School of Biomedical Engineering,the Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,China）

a new composite disinfection equipment for the decontamination of small medical devices.An automated compound sterilization system was developed using new technologies,such as precision machinery,DSP,automatic control,sensor and signal processing.With function recombination and design optimization,the function of composite disinfection was achieved involving ozone,hydrogen peroxide and low temperature plasma.This sterilization system was characterized by broad scope of application,effectiveness,no harm to equipment,no blind spot,easy operation and intelligence.The sytem can be used continuously and repeatedly,and thus can replace the existing decontamination equipment.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（12）：4-6，14]

disinfection;equipment;contaminant;low-temperature plasma;ozone

R318.6；TH771+.4

A

1003-8868（2014）12-0004-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.12.004

國家科技部支撐計劃（2012ZX10004801-003-013）

專 利：國家發(fā)明專利（ZL 201110318295.3）

申廣浩（1975—），男，副教授，主要從事野戰(zhàn)衛(wèi)生裝備的研發(fā)工作，E-mail：ghshen@163.com。

710032西安，第四軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程學院（申廣浩，郭 偉，謝康寧，劉 娟，景 達，吳小明，羅二平）

羅二平，E-mail：luoerping@fmmu.edu.cn