键盘、鼠标灭菌仪的研制

余世准，王小溪，李义兵

键盘、鼠标灭菌仪的研制

余世准，王小溪，李义兵

目的：设计并研制一种键盘、鼠标灭菌仪，对键盘、鼠标等常用电子设备表面的常见细菌进行有效杀灭，从而改善计算机的鼠标和键盘的卫生状况。方法：该仪器主要利用电子电路来控制紫外线灯管发射的特定波长紫外线，发射的紫外线能够破坏和改变细菌的脱氧核糖核酸（DNA）的结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代。结果：该灭菌仪能够有效杀灭键盘和鼠标等电子设备的常见细菌,避免细菌在公用计算机（网吧、电子阅览室等场所的计算机）上的传播与交叉感染。结论：该灭菌仪实用性好，可普及性强，有效改善了公用计算机的卫生状况。

电子设备；灭菌；紫外线

0 引言

随着计算机在工业生产控制、自动化办公以及生活娱乐等领域的不断普及，人们的工作与生活越来越离不开计算机，使用计算机的频率也越来越高。而计算机日渐成为各种病菌新的传播载体，其附件上的卫生状况令人担忧。最近DE MONTFORT大学及DATAQUEST的研究发现，计算机尤其是公用计算机（网吧计算机、电子阅览室计算机）的键盘、鼠标等附属设备上的尘埃、细菌共存在包括有链球菌、葡萄球菌、烟曲霉、白喉杆菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、耻垢杆菌在内的 240种不同的微生物，同时键盘和鼠标上的细菌密度分别能够达到3 295个/in2（1 in2=6.451 6 cm2）和 1 276个/in2，要比马桶坐圈上的高出400多倍。而这些细菌绝大多数是有害病菌，可以通过计算机用户的汗液、唾沫等介质交叉传播，易使人致病，严重威胁其健康。针对以上情况，本文提出并设计了一种对计算机的键盘与鼠标进行杀菌的装置，该灭菌仪利用紫外线的杀菌特性来杀灭病菌[1]。

1 设计原理

1.1 紫外线作用于细菌遗传物质灭菌

紫外线灯管发射的是波长为200～275 nm的UVC波段的紫外线，又称为短波灭菌紫外线。而其中253.7 nm的紫外线杀菌力最强，当其在有效距离（约1.2 m）内照射细菌时，能诱导胸腺嘧啶二聚体的形成和DNA链的交联，使其DNA链断裂或结构发生变化，导致细菌不能复制蛋白质，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，以达到灭菌的目的[2]。

1.2 紫外线产生臭氧灭菌

波长为185 nm的紫外线的光子作用于氧气（O2）之后，会使氧气分子分解并聚合成臭氧分子（O3），大气层上空的臭氧层也是通过这种方式产生的。

其反应基本过程为：

其中，hr为紫外光量子；M为存在的任一惰性物体，如反应器器壁、氮、二氧化碳气体分子等。使用波长为185 nm的紫外光产生臭氧的光效率为130 g O3/（kW·h），这是比较高的。通过上述方法产生的臭氧是一种强氧化剂，能破坏和分解细菌的细胞壁，并快速地扩散进细胞内，分解细菌内部的葡萄糖氧化所必需的葡萄糖氧化酶，同时，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏细胞、核糖核酸（RNA），分解脱氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。

2 构造与方法

2.1 灭菌仪的外观结构

该灭菌仪主要由可收缩盒体、定时器、驱动电路、紫外线灯管4个部分组成，整体外观结构如图1所示。主体盒子的尺寸参数为：宽20 cm，高10 cm，拉伸时长度为50 cm，收缩时长度为25 cm，厚度

4 mm。盒子材料为4 mm厚的ABS树脂，可以阻挡较强的紫外线，防止使用时光线对周围环境中的人体造成辐射危害[3]。盒子的2个部分通过设计的收缩结构连接，可实现相对的拉伸和收缩，处于拉伸状态时可对较长的键盘表面进行杀菌；处于收缩状态时占用空间小，便于存放。灯管全长 14.5 cm，额定功率为 80 W，发射的紫外线的波长主要为253.7 nm，灯管安装在盒子的上表面中间位置。电路板、开关、定时器等部件安装在盒子的侧边，电源线从电路板上连出。

图1 灭菌仪整体外观结构示意图

2.2 灭菌仪的控制原理

灭菌仪的控制原理如图2所示。打开电源开关后，220 V交流电经机械旋钮式定时器输入到灯管驱动电路，电路部分开始工作，并激发紫外线灯管发光，发射的紫外线能有效杀灭收缩盒体内的键盘、鼠标等电子设备表面的细菌。灭菌时间到达后，定时器断开电路供电，消毒完成。

图2 灭菌仪的原理示意图

2.3 灭菌仪的驱动电路的工作原理

如图3所示，电路由整流滤波电路、功率开关与驱动电路、镇流器与紫外线灯丝负载回路3个部分组成。使用时，首先打开电源开关，通过机械旋钮式定时器设置灭菌时间（如30 min）后，220 V交流电源接通输入，经整流滤波后的310 V直流电压通过C3、R1并联再与R5串联，为VT2的基极提供一个窄电流脉冲，使VT2首先导通。在VT2导通期间，电流的流通路径是：+V→C5→灯管上端的灯丝→C6→灯管下端的灯丝→扼流圈L→变压器T3→VT2的集电极-发射极→地，形成回路，对谐振电容C6充电。由于变压器T的线圈T3对T1和T2的感应耦合作用，T1上的感应电压将使三极管VT1导通，而T2上的感应电压将使VT2截止。在VT1饱和导通期间，电流的流通路径是：谐振电容C6→灯管上端的灯丝→C5→VT1的集电极-发射极→变压器T3→扼流圈L→灯管下端的灯丝→C6，该电流的流向即为C6的放电回路。借助于变压器T的耦合作用，使三极管VT1、VT2交替导通，输出方波脉冲电压，此电压通过扼流圈L、灯丝电阻、C6组成串联谐振，在C6两端产生一个高压脉冲，将紫外线灯管中的汞蒸气电离击穿形成导电通路而将灯管点亮。电路起振后，电容C4将通过二极管D6和三极管VT2迅速放电，以防止VT2无法退出饱和导通的状态。当紫外线灯管被点亮后，其内阻急剧下降，因为该内阻并联于C6两端，故C6两端下降为正常的工作电压，维持紫外线灯管的稳定、正常发光。

当灭菌时间到达时，机械定时器断开220 V交流电源，停止为如图3所示的电路供电，紫外线灯管熄灭，灭菌完成。

3 灭菌效果验证

3.1 材料

（1）菌种。选用常见的病原菌：金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌及三者的混合菌4种菌种。（2）琼脂培养基。

3.2 仪器

（1）采用本课题所研制的键盘、鼠标灭菌仪，其发射的紫外线的波长为253.7 nm，输出功率为80 W，辐射强度为208 W/cm2。（2）医用恒温培养箱。（3）全自动菌落计数仪。

3.3 分组

将金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌及混合菌接种到培养基后，每一类细菌分为2组，即对照组（a组）与照射组（b组）[4]，每组设5个培养基盒，每一类细菌有10个培养基盒，全部实验共有40个培养基盒，各组编号见表1。

表1 不同细菌各个组别的编号

3.4 方法

采用一段浓度为105～106的细菌悬液，用接种环将金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌及混合菌以3区划分法均匀接种到直径为6 cm的圆形琼脂培养基上，立即将接种的琼脂培养基放入键盘、鼠标灭菌仪内给予30 min的紫外线照射，照射后即置入35～37℃的恒温培养箱中孵育，并在48 h后观察细菌的生长状况[5]，使用全自动菌落计数仪对菌落进行计数。

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Development of Sterilizer for Keyboard and Mouse

YU Shi-zhun1,WANG Xiao-xi1,LI Yi-bing2(1.Taihe Hospital Affiliated to Hubei University of Medicine,Shiyan 442000,Hubei Province,China;2.School of

ObjectiveTo design and develop a sterilizer for the keyboard and mouse.MethodsThe electronic circuit of the instrument made the ultraviolet lamp to launch ultraviolet rays of particular wavelength,which could make the bacteria die or disable to reproduce by destroying or changing their DNAS.ResultsThe instrument could sterilize the keyboard and mouse so as to eliminate the cross infection due to the bacteria.ConclusionThe sterilizer is practical,and can improve the sanitary condition of the public computer.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：18-19，22]

electronic equipment;sterilization;ultraviolet ray

R318.6；TH771.4

A

1003-8868（2014）01-0018-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.018Biomedical Engineering,Hubei University of Science and Technology,Xianning 437100,Hubei Province,China)

余世准（1986—），男，主要从事医院医用检验设备及内窥镜设备的管理与维护方面的研究工作，E-mail：yushizhun1314@163.com。

442000湖北十堰，湖北医药学院附属太和医院（余世准，王小溪）；437100湖北咸宁，湖北科技学院生物医学工程学院（李义兵）