汽化过氧化氢灭菌器及其在生物安全实验室的应用

孙蓓++赵四清

摘要：汽化过氧化氢生物消毒技术在很多科学研究机构和行业中得到认可。本文详细介绍了汽化过氧化氢灭菌器的工作原理，综述了两种灭菌器的差异，根据生物安全实验室的消毒需要，分析了灭菌器在生物安全实验室的应用情况。

关键词：汽化过氧化氢；灭菌器；生物安全实验室；消毒效果

Vapor Hydrogen Peroxide Sterilizer and Applications in Biosafety Laboratory

SUN Bei，ZHAO Si-qing

（Department of Science and Technology，Academy of Military Medical Sciences，Beijing 100850，China）

Abstract：Vapor hydrogen peroxide disinfection technology was accredited in many science design agencies and fields.Operational principle of vapor hydrogen peroxide sterilizer was introduced.Differences between two kinds of sterilizers were summarized.According to the disinfection demands of biosafety laboratory，applications of the vapor hydrogen peroxide sterilizer in biosafety laboratory were analyzed.

Key words：Vapor hydrogen peroxide；Sterilizer；Biosafety laboratory；Disinfection efficacy

1 汽化过氧化氢灭菌器的介绍

汽化过氧化氢（VAPOR HYDROGEN PEROXIDE，以下简称VHP）生物消毒技术在很多科学研究和行业中得到认可。过氧化氢气体是一种广谱杀菌剂，具有安全、无毒、无残留及快速杀孢子活性等优越性[1]。VHP灭菌器是通过将过氧化氢溶液转换成的蒸汽来达到消毒作用的机器，尤其是在生物技术、医药卫生、食品加工等行业起到了关键的作用。生物安全实验室引入VHP消毒技术，解决消毒工作中存在的问题，达到消毒效果，提高消毒效率[2]。

2 过氧化氢的杀菌机理

VHP灭菌器的消毒原理是通过过氧化氢蒸汽对房间及物体表面进行消毒。过氧化氢是一种重要的无机化工原料和精细的化工产品[3]。几乎无污染，被称为"最清洁"的化工产品[4]。过氧化氢为无色透明液体，分解产生的活性氧具有极强的氧化能力，可破坏微生物体内的原生质，杀灭微生物，也能破坏微生物的芽孢及病毒，具有广谱杀菌作用，从而达到消毒灭菌的目的[5]。

3 VHP灭菌器的工作原理

VHP灭菌器本身是一个消毒灭菌自动化系统，VHP灭菌器具有自己的PLC或电脑控制器，可以管理多个循环设置点和阶段参数，也可以连接任何需要消毒的房间或者容器[6]。以STERIS VHP 1000ED灭菌系统为例，灭菌器运行时一般有四个不同的阶段。这四个阶段是除湿、环境、灭菌、通风。对于具有用户交互界面的灭菌器，使用者可以根据对不同空间消毒的需求来设置这四个阶段的时间和风量参数，系统会自动根据设置的参数计算出整个灭菌过程所需要的过氧化氢溶液量，形成一个完整的消毒过程的程序。使用者只需要点击程序运行，系统就可以自动进行灭菌工作。灭菌程序运行后，系统首先按照计算的量将过氧化氢溶液泵入机器内的溶液桶。然后打开连接灭菌空间的管道阀门，接着就开始了四个阶段的运行过程。

3.1环境阶段 是第一个阶段，采用VHP消毒技术必须要求消毒空间的湿度降到一定范围，否则湿度过大，VHP会冷凝成液体附着在物体表面，不利于VHP的扩散，也容易腐蚀物体表面。在除湿阶段，系统通过排风和送风管道，将空间内的空气置换出来，经过系统内的高效过滤器和干燥器，使空间内湿度达到设定要求。

3.2加量阶段 是第二个阶段，系统通过提高过氧化氢注射率来迅速提高空间内的过氧化氢浓度到达要求低限。这个阶段相当于蒸汽应用的提升时间。如果没有此阶段，VHP缓慢充入空间，过氧化氢的高度不稳定性会导致空间内过氧化氢分解，无法达到消毒浓度。

3.3灭菌阶段 是第三个阶段，通过稳定的VHP注入速率以维持空间内的过氧化氢浓度。这个阶段灭活有机体，通常被简短的认为灭菌过程的过量灭活。这个阶段时间较长，目的是更好的实现消毒效果。

3.4通风阶段 是第四个阶段，目的是排空空间内的过氧化氢。灭菌器通过管道吸出空间内气体，经过系统内的高效过滤器和干燥器，将洁净的空气送入空间内，达到置换的目的。

最后，在程序运行结束后，需要及时的对干燥器再生，否则会影响其干燥效果。

4 两种设备运行差异[6]

Jim Fisher和Ross A.Caputo将STERIS VHP 1000ED灭菌系统和BioQuell的Clarus"C"过氧化氢气体发生器对隔离器的灭菌过程进行了比较，两种发生器有很多相似性，但不完全相同。两台都可以储存多个程序、提供打印输出、有报警和安全防护、可以发送和接收远程输入输出。两台机器运行中最大的区别是汽化方法和除湿过程、气流回路、气流参数可选性以及干湿循环的使用。

VHP 1000ED使用干燥器单元来吸收水分，运行干燥器再生循环时，加热干燥器排出带有水分的热空气。VHP 1000ED采用单回路的干灭菌循环，要求较高的VHP浓度和灭活率，因此在灭菌开始之前先干燥空气，可以实现在不冷凝的前提下达到较高的VHP浓度。

Clarus"C"采用制冷原理来减少空间里的水分，不需要特定的再生程序。Clarus"C"有两个气流回路，两个回路的区别在于是否使用催化剂和制冷剂来排出空气中的水分和VHP。其采用的是微冷凝的湿循环，过氧化氢的冷凝速度比水快，达到高过氧化氢浓度的冷凝环境。微冷凝可以产生极小的小液滴，充满整个空间表面，具有较高的灭菌效率。

5 VHP灭菌器在生物安全实验室的应用

近年来，国家对生物安全工作高度重视，相关主管部门和各级地方政府加强生物安全体系基础设施建设，相继投入大量资金用于生物安全实验室的建设，建立了比较完善的生物安全管理体系和SOP[7]。

5.1生物安全实验室消毒需要 生物安全实验室可持续性使用过程中最重要的保障之一，就是实验后可以做到安全有效的消毒。实验室内从生物安全柜到仪器设备，大到整个房间，小到肉眼看不到的尘埃，必须都要做到完全有效的消毒。生物安全实验室的消毒程序需要严格按实验室的等级和标准规范要求以及所实验的病原体类型来管控。做到每次实验后消毒、每日实验后消毒、每人实验后消毒。生物安全实验室大多都配备了较精密的硬件设施、仪器设备，面对如此频繁的消毒过程，对仪器设备的保护尤为重要。

5.2针对单个实验室房间的消毒 VHP灭菌器主要是针对密闭空间内的消毒。使用者可以根据房间的大小来设定相应的消毒参数，VHP灭菌器可根据参数自动运行消毒程序。VHP灭菌器通过两根通气管道来置换气体，不需要把灭菌器本身放置在污染空间内，只需要在房间内设置两个通气孔，就可以在污染空间以外完成消毒工作。这样既避免了实验者二次进入污染空间，也防止了进入房间时两个房间的瞬间联通而导致气溶胶扩散到其他区域。

5.3针对多个实验室房间的消毒 目前市场上的VHP灭菌器大多是可移动式的，有很大的灵活性。实验室内不需要每个房间配一台机器，而是通过设定不同的消毒程序，灵活的移动VHP灭菌器来分别对不同的房间进行消毒。VHP灭菌器还可以实现对多个房间同时消毒，方法是将房间的通风管道分别并联到VHP灭菌器的消毒管路上，将多个房间作为一个整体来消毒，设定参数时按照多个房间的空间大小总和来计算。这样可以提高消毒效率，见图1。

图1 消毒管路图

5.4针对较大实验室房间的消毒 有些实验室房间面积较大，或者角落里放满了仪器设备，这样都不利于VHP的扩散。针对这样的房间，可以在房间内放置排风扇，在消毒过程中，向各个方向吹散蒸汽过氧化氢，使其均匀的分布于整个房间，这样有利于整个房间及物品的充分消毒。

5.5针对实验室内特定仪器设备的消毒 VHP灭菌器除了可以对房间消毒，还可以实现对一些密闭仪器的消毒，例如隔离器、动物笼等。

5.6消毒效果验证[2] 以STERIS VHP 1000ED过氧化氢汽化低温灭菌器为例，验证其对生物安全实验室消毒效果。采用化学指示剂和生物指示剂方法，对该灭菌器用于生物安全实验室空气和物体表面消毒效果进行了检测。保持实验室温度在常温下，相对湿度40%～50%，空间分布过氧化氢浓度约640 mg/m3，作用90 min，所有化学指示卡均由蓝色变为米黄色，呈现合格的颜色。在相同条件下，连续4次生物检测，所有嗜热脂肪芽孢杆菌生物指示剂培养均呈阴性，所有试验组接种枯草杆菌黑色变种芽孢的平板无菌生长，阳性对照生长正常，生物监测全部合格。VHP灭菌器对实验室内空气和物体表面具有良好消毒效果。

6 小结

VHP除了对微生物广谱杀灭外，对建筑材料也有良好的顺应性，在正常浓度下不会腐蚀材料。VHP还可以通过系统内的催化单元分解为水和氧气，无有害残留，不容易扩散泄露，适合在生物安全实验室使用。

参考文献：

[1]葛忆琳，宦彭成.过氧化氢的消毒作用及其应用[J].上海预防医学杂志，1999，11（11）：517.

[2]赵四清，李纲，孙蓓.汽化过氧化氢低温灭菌器在生物安全实验室消毒效果观察[J]. 中国消毒学杂志，2009，26（5）：510.

[3]赵克，李书显.双氧水的生产方法与应用[J].氯碱工业，2000，11：22-25.

[4]刘建业.过氧化氢的应用和国内行业发展现状[J].牙膏工业，2004，3：41-42.

[5]石晶，王金美，孟娟，等.食品级过氧化氢及其在食品工业中的应用[J].中国食品添加剂，2009，4：62.

[6]Jim Fisher， Ross A. Caputo. Comparing and Contrasting Barrier Isolator Decontamination Systems[J]. Pharmaceutical Technology， 2004，11：67-70.

[7]陆兵，李京京，程洪亮，等.我国生物安全实验室建设和管理现状[J].实验室研究与探索，2012，31（1）：192.

编辑/成森