新型多功能复合消毒设备的研制

申广浩，郭 伟，谢康宁，刘 娟，景 达，吴小明，罗二平

新型多功能复合消毒设备的研制

申广浩，郭 伟，谢康宁，刘 娟，景 达，吴小明，罗二平

目的：研发一种新型复合型消毒设备，用于小型卫生装备的洗消。方法：利用精密机械、DSP、自动控制、传感与信息处理等新技术设计研制一体化的复合消毒灭菌系统，并综合采用臭氧、过氧化氢和低温等离子等消毒方式，经过功能组合和优化设计，实现系统的复合消毒功能。结果：新型消毒设备适用范围广，灭菌速度快，灭活率高，无残留，无消毒死角，使用方便，智能化程度高。结论：有望解决以往防护装备无法连续重复有效使用的难题，以提高军队战地医院的消毒灭菌水平，成为现行消毒灭菌装备的更新换代产品。

消毒；设备；污染物；低温等离子体；臭氧

0 引言

据报道，美国每年有1 500万例次由于内镜清洗消毒不当而引起的医院感染，其主要感染病菌是绿脓杆菌、结核分枝杆菌和乙型肝炎病毒。因此，如何通过物理和化学的方法将污染在腔道型设备内的有机物、无机物和微生物清除到安全水平，对保证灭菌成功和控制交叉感染具有重要意义[1-3]。

1 杀菌技术概述

1.1 传统热杀菌技术

传统的加热杀菌是一种有效的杀菌方法，能够杀死各种微生物，而且杀菌程度可以准确控制。热杀菌方法虽然应用广泛，但该方法所需的高温容易导致热敏性成分分解和挥发性成分散失，而且能耗也较高，易损伤精密医疗仪器，会破坏设备的非金属性腔道部件[4-5]。

1.2 非热杀菌技术

（1）紫外线。可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽孢、分枝杆菌、病毒、真菌、立克次氏体和支原体等，具有广谱性。其杀菌原理是通过紫外线对细菌、病毒等微生物的照射，以破坏其机体内去氧核糖核酸（DNA）的结构，使其立即死亡或丧失繁殖能力。DNA对波长254 nm的紫外线吸收最强。紫外线光衰较大，寿命不长；杀菌效果与其照射强度和总的照射量有关。紫外线只能沿直线传播，辐射能量低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物。由于紫外线辐射对人体具有伤害性，因此绝对不允许泄漏。

（2）环氧乙烷。广谱灭菌剂，灭菌机理主要是其与细菌中分子相结合破坏菌体的细胞代谢。具有无死角、穿透力较强的优点，缺点是易燃易爆、有毒、有残留。

（3）臭氧。是一种广谱杀菌剂，臭氧在空间扩散时，能迅速渗透到杂菌菌体和微生物的细胞壁，使其蛋白变性，破坏酶系统，终止代谢过程杀灭细菌。目前，臭氧在各行各业中应用最为广泛。消毒环境温度越高、湿度越小，臭氧越容易还原成氧气，消毒效果越差；精密的小型医疗器械不能用臭氧消毒，极易腐蚀；臭氧的穿透力弱，对物体纵深处细菌杀灭能力低。

（4）过氧化氢。作用于微生物的机理与臭氧类似。一是氧化性使分子或原子电离，从而破坏细胞壁上脂链改变细胞壁通透性引起细胞死亡；二是过氧化氢进入菌体可与核酸中金属离子反应，产生毒性羟基，作用于DNA的磷酸二酯键使其断裂，并对DNA的4种碱基成分具有破坏作用。温度、湿度、有机物对过氧化氢的消毒效果都有影响。

（5）低温等离子体灭菌技术。该技术是近年来消毒灭菌领域的一种新的物理灭菌技术。低温等离子特别适用于非耐热和对湿热敏感的物品的灭菌。但是，低温等离子也有其局限性，以下物品不宜使用低温等离子灭菌：①一次性使用器械和物品；②液体或粉剂；③木质器械；④棉织物；⑤纱布；⑥不完全干燥的物品。

综上所述，由于不同的传染病病原体对各种消毒灭菌因子的耐受性并不相同（见表1），一般消毒设备只针对某种器械或材料表面进行洗消，消毒灭菌装备功能单一，并且结构复杂、故障率高，环境适应性差，单一消毒因子很难实现腔道型设备的洗消[6-7]。

表1 常见消毒因子的性能对比

为了改进传统消毒灭菌装备的缺陷，通过环境参数闭环智能控制，研发了一体化消毒舱分时复用技术，并综合利用低温等离子、臭氧及过氧化氢等多种消毒方式，研发新型复合式消毒灭菌系统，以增强仪器的灭菌效果，扩大消毒灭菌范围。

2 系统原理及结构

2.1 系统原理

系统包括“臭氧”、“低温等离子复合过氧化氢”2种消毒模式，智能化控制整个消毒过程，原理如下：

（1）臭氧消毒模式。系统自动降温、加湿，通过氧气源和高压发生系统产生高浓度臭氧，在舱内可以实时监测温度、湿度和臭氧浓度。

（2）低温等离子复合过氧化氢消毒模式。系统首先加热、抽真空，注入过氧化氢灭菌介质，在低压、低温（50℃）环境下，其气态分子在真空状态中被特定电磁波激发电离，形成低温等离子体，并使等离子体均匀作用于器械，瞬间高速击穿、蚀刻、氧化器械表面附着的微生物中的蛋白质和核酸物质，使其灭活达到灭菌目的。灭菌完成后，过氧化氢等离子体最终复合成少量水蒸气，无有害物质残留，对医护人员无损害、无污染[8-10]。复合消毒灭菌系统设计流程如图1所示。

2.2 系统结构

图1 复合消毒灭菌系统设计流程

系统硬件部分包括机架、舱体和氧源（如图2所示），舱体顶部设有温度、臭氧浓度和湿度传感器，用于实时检测舱体内部的温度、臭氧浓度和湿度。舱体底部设有气压传感器，用于实时检测舱体内部的压力状况。超声加湿器经电磁阀通向舱体内，主要用于加湿舱体内部的气体，使舱体的湿度达到预定的要求。氧气源通过臭氧发生器经电磁阀通向舱体，向舱体内部弥散臭氧，达到臭氧消毒的目的。舱体外侧设有加热元件，主要在过氧化氢消毒前对舱体进行加热，使舱体温度达到过氧化氢激发等离子体的温度要求。蠕动泵一端连通过氧化氢，另一端经电磁阀通入舱体，向舱体内部弥散过氧化氢。舱体内壁两侧对置装有高压电极板，主要在舱体内部产生高压，激发产生过氧化氢等离子体。真空泵经电磁阀与舱体相连（如图3所示），其主要作用是对舱体内部抽真空，使之达到过氧化氢等离子体产生的近真空环境。

图2 复合消毒灭菌系统结构

图3 复合消毒灭菌舱体设计图

与现有技术相比，该系统综合臭氧、过氧化氢和低温等离子等3种方式（临床上对医用物品常用的3种洗消方法），采用可选择的2种消毒模式，消毒过程智能化控制，自动化程度高，使用方便。

3 洗消效果验证

3.1 臭氧消毒方式

采用筛孔式采样器采样，采样时间10 min，采样器置舱中央。分别于消毒前，消毒10、20、30min后采样。采菌后的平板放入37℃温箱中培养48 h。验证实验结果表明，舱内臭氧消毒30 min，即可达到要求（见表2）。

表2 臭氧杀菌效果验证实验结果

消毒舱开机1 h后关机，采用ZX-01型紫外吸收式臭氧分析仪记录臭氧残余浓度，重复3次实验。实验结果证实，关机10 min后，系统洗消后的臭氧残余量可完全消除（见表3）。

表3 洗消后臭氧残余浓度实验结果

3.2 过氧化氢低温等离子体消毒方式

3.2.1 细菌实验

把消毒样本置于消毒舱中采用过氧化氢低温等离子体杀菌30 min，在培养基上采样，对照样本和消毒样本，在恒温箱中培养24 h，通过检验大肠杆菌和金黄色葡萄球菌以及酵母菌菌落情况，验证不同作用时间的灭菌效果。结果证实，开机40 min后，过氧化氢等离子体杀菌效果显著（如图4所示）。

图4 过氧化氢低温等离子体对细菌的灭杀结果

3.2.2 芽孢实验

细菌芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热、抗化学药物和抗辐射等方面十分突出。因此，能否消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。菌种选用嗜热脂肪杆菌芽孢（ATCC 7953），以不锈钢丝（长40 mm、直径0.5 mm）为载体。培养基为0.1%的Na2S2O3溴甲酚紫蛋白胨水，选用不锈钢管（内径1 mm、长500 mm）和聚四氟乙烯导管（内径1 mm、长3 000 mm）作为染菌载体，以模拟腔道型卫生装备。

首先，将4段不锈钢丝浸于芽孢液中，取出后晾干，30 min后重复1次。然后，将染菌后的不锈钢丝放入模拟腔道中间的位置，活菌计数范围为3.85×106～4.10×106CFU/载体（均数为3.96×106CFU/载体），团置放入等离子体灭菌包装袋中，布置左上、左下、右上、右下共4个消毒位置。开机消毒进行一次45 min循环后，取出不锈钢丝，分别放置于培养液中，在培养箱中置58℃培养7 d。取未经灭菌处理的同批制备的染菌载体3个，直接放入培养液，作为阳性对照；将没有放入染菌载体的培养液作为阴性对照，与实验组样本同时培养，并进行活菌计数。经3次实验结果表明，放置于复合消毒舱内的染菌载体，经低温等离子体灭菌后均无菌生长，且无消毒死角（见表4）。

表4 过氧化氢低温等离子体对芽孢的灭杀结果

4 结语

所研制的新型复合消毒灭菌系统与目前常规消毒设备对比，其优势见表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

国家科技部支撑计划（2012ZX10004801-003-013）

专 利：国家发明专利（ZL 201110318295.3）

申广浩（1975—），男，副教授，主要从事野战卫生装备的研发工作，E-mail：ghshen@163.com。

710032西安，第四军医大学生物医学工程学院（申广浩，郭 伟，谢康宁，刘 娟，景 达，吴小明，罗二平）

罗二平，E-mail：luoerping@fmmu.edu.cn