一种医用穿戴消毒柜的研制

朱晓红，哈小琴，杨江雄

（1.联勤保障部队第940 医院检验科，兰州730050；2.江苏派沃能源发展有限公司，江苏 无锡 214028）

0 引言

新型冠状病毒肺炎疫情使得平日里不起眼的医用穿戴消毒成了医护人员最为关注的焦点[1-2]。2020年7月10日，国家卫生健康委为落实《国务院应对新型冠状病毒感染肺炎疫情联防联控机制关于做好新冠肺炎疫情常态化防控工作的指导意见》（国发明电〔2020〕14 号）要求，紧急印发了《医疗机构新型冠状病毒核酸检测工作手册》。按照要求，一线高危工作的医护人员防护穿戴均为一次性使用。而对于其他医护人员的工作衣、帽、裤的日常消杀，实际上还是依赖传统清洗和高压锅消毒。

目前，国内医疗机构针对医护人员的防护穿戴消毒制度不够完善、管理不够严谨[3]，且现有的消毒设备存在着消毒不及时、占地面积大、需专人负责、便携性差的缺点。因此本文研制了一种医用穿戴消毒柜，能够较好地弥补以上不足。

1 设计要求及思路

1.1 设计要求

设计的医用穿戴消毒柜应满足以下要求：（1）能够充分利用医院现有的人事管理数据库读取医护人员相关的信息[4]，利用员工休息时间完成穿戴消杀工作。（2）能够满足医疗突发事件要求，即及时、便携、小体积、自动化。利用现有储物柜空间，实现穿戴随时消毒，降低因穿戴导致的感染的概率。（3）能够利用软件代替人工，严格执行制度和流程，自动完成穿戴的消杀工作。

1.2 设计思路

医用穿戴消毒柜通过交换机直接与医院现有网络联机，利用网络接口获取医护人员的相关信息[5]。将这些信息作为医用穿戴消毒柜管理系统的基础信息，匹配出合理的用户权限。一般用户只能操作自己的柜子，系统管理员能够操作指定编号范围的柜子。通过工业版的人机接口（human machine interface，HMI）触摸屏实现人机对话[6]，利用系统管理程序，督促医护人员执行医院制订的穿戴消杀流程，引导医护人员轻松完成穿戴的消杀工作。

消毒柜的最小单元可满足单人使用（单体柜），也可以将2 个或多个单元组合使用（如二连柜、三联柜等），方便扩展使用空间；柜体质量轻、强度高、不易生锈，移动方便，能够满足救援便携性的要求。

2 设计

2.1 机械结构

医用穿戴消毒柜由装有可开合门板的封闭柜体、反射板、LED 紫外线灯珠、臭氧发生器、系统控制单元组成。本文对二联柜的设计进行论述。二联柜正面视图、样机效果图如图1、2 所示。

图1 二联柜正面视图（单位：mm）

图2 样机效果图

二联柜可以同时放置工作大褂和工作外裤，二者分别使用各自的衣撑和裤撑。这样设计的优点是能够让穿戴获得比较宽松的间隙，有助于臭氧穿透，提升消杀效果。二联柜的承力框架使用厚度为1.2 mm的优质不锈钢冷轧板折弯焊接成型，其底部四角安装有带刹车的塑胶万向轮，能够较好地降低滚动的噪声。万向轮轮毂的直径为52 mm（标准规格），能够跨过电梯缝隙，满足日常搬运要求。其余扣板采用厚度为0.8 mm 的优质不锈钢冷轧板折弯成为结构件，在满足质量轻的前提下，保证了足够的刚性和强度。

二联柜的底板靠近地面的立面留有百叶窗，新鲜空气由此进入柜内，再流经柜内设置的网板、臭氧发生器，完成对臭氧气体的引导和均匀化。顶板留有出气口，并设置有小风扇，形成由下至上的气流通道。门板通过门轴和中柱连接。二联柜是通过门板上的电磁衔铁对可开合门板通断电，来实现门禁的功能。二联柜可开合门板上设有旋转拉手，只有获得开门许可时旋转拉手自动旋出，以方便用户使用；平时旋转进入，隐藏拉手，避免错误操作。

2.2 电器元件布局

在二联柜的底板舱内设置2 组臭氧发生器[7]，产生的臭氧在小风扇的作用下随气流缓缓上升，再经过上顶板孔，由风扇排出柜外，进入医院废气处理系统，从而完成对穿戴物品的臭氧消毒。

在柜内除去顶板、底板之外的4 个方向的柜板上（包括柜门）贴装镜面不锈钢板，其上布置有LED 紫外灯珠模块。利用波长为263 nm 左右的紫外线，配合镜面不锈钢板反射，实现穿戴的紫外线消毒。

在可开合门板上部距离地面约1.5 m 处安装HMI触摸屏。在背板的上部和下部分别预留AC 220 V电源接口和网络接口，可以满足用户现场不同的布线方式。

2.3 控制软件设计

软件的前端通过触摸屏显示设备名称、用户名称、消杀设定时长、消杀剩余时间、用户单位名称等信息，如图3 所示，也可显示报警信息、系统状态信息等。软件的后端设计有门禁、臭氧发生器、紫外线灯珠、门旋转拉手的控制运行程序[8]。二联柜控制器件的等级均为工业级[9]。消毒柜管理系统的接口能够从现有服务器中读取人力资源信息、相关制度和流程，从而引导用户注册以及使用。

图3 触摸屏首页设计示例及实物图片（单位：mm）

3 创新点

（1）消杀不占用正常的工作时间，可以完全利用医务人员下班或者休息的空闲时间完成穿戴的消杀工作。

（2）医护人员可以独自完成，无需专人负责操作。且消杀全自动完成，不像高压、高温等消毒过程需要专人值守。

（3）口袋里的物件无需拿出来，能够同时直接消杀，避免物件携带病菌。而传统的高温、水洗等消杀会损坏一些随身物品，如纸币、手机等，需要在消毒前清空。

（4）兼顾橱柜功能，一柜两用，节省办公空间。而且不需要单独空间，利用现有的衣橱位置配置电源和排气管道即可。

（5）采用紫外线和臭氧协同作业。

紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、分枝杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等，凡被上述微生物污染的表面均可采用紫外线消毒。采用紫外线照射消毒的目标微生物不详时，照射剂量不应低于100000 μW/cm2。根据医用穿戴消毒柜外形相关参数，计算出紫外线消毒时长不少于40 min，为了保证消毒效果，出厂设定值为60 min。

臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧是一种强氧化性的气体，流动性、穿透性强，能够很好地弥补紫外线消毒照射不到的盲区、死角。一般情况下用于空气消毒的臭氧质量浓度为5～10 mg/m3，作用时长30 min。考虑到医疗穿戴的编织结构，臭氧质量浓度范围设置为15～25 mg/m3。本消毒柜能够提供的臭氧的最大值为400 mg/min。二联柜的总空间约4 m3，臭氧质量浓度达到25 mg/m3需要15 s。安装在柜顶的小风扇总风量是2 m3/min，消毒柜换气周期约为120 s。

由于空气中的氧气分子在吸收了185 nm 波长的紫外线后会产生臭氧和原子氧，而臭氧在吸收了254 nm 波长的紫外线后又会分解为原子氧和氧气，所以本消毒柜利用波长263 nm 的紫外线，避免臭氧分解。

4 使用方法

将柜体固定，顶部的排气口与医院的废气系统连接，接通AC 220V 电源，400 mm×300 mm 的HMI触摸屏被点亮。首先以管理员身份登录医用穿戴消毒柜管理系统，按照提示输入用户身份、单位名称等信息，再按照提示完成初始化设置，保存后退出系统。然后以用户身份登录系统，设置消毒选项。可以选紫外线或者臭氧，单独消杀，也可以选择两者同时工作（不推荐）。通过问答向导完成参数设置，最后点击“保存”退出。

给穿戴消毒时，轻触屏幕退出待机画面，点击“开始消毒”按钮，然后拉开任意一个门，按照图4 所示挂入穿戴物品，如工作裤和工作大褂。关上柜门就可听见门禁[10]磁铁吸合的声音，同时门把手旋转缩进柜体里面，消毒柜开始按照用户设置进行消毒。屏幕的四周红色跑马灯[11]闪烁，屏幕显示5 min 的倒计时，并语音提示用户尽快撤离至5 m 之外。触摸屏显示倒计时结束后，显示消毒设置时长和剩余时间。此时杜绝任何操作，直到消毒完成。

图4 穿戴物品悬挂示意图（单位：mm）

当作橱柜使用时，轻触屏幕退出待机画面，选择“开柜”按钮，在弹出窗口中输入正确密码，就会听到门禁磁铁释放的声音，旋转把手自动旋出后，拉开柜门即可使用。需要锁定柜门时，同样轻触屏幕退出待机画面，选择“锁门”按钮，听到门禁磁铁吸合的声音，看见旋转把手自动旋进柜门后即可离开。

柜顶的排气小风扇仅在消毒时工作，以排出残留的臭氧，迫使消毒柜内形成微负压，避免臭氧外溢污染工作环境。另外，排气通道设置电磁阀，不用与医院废气管网隔离，避免了气体倒流。

5 应用效果

利用现有的个人衣柜位置，柜顶排气口用加筋软管与医院废气管网连接，并且配置好AC 220 V 电源，对消毒柜的消毒效果及臭氧对环境的污染进行测试。

（1）消毒效果测试：采用自然菌采样检测法。直接采取消毒对象（白大褂）消毒前自然菌与消毒后存活菌进行培养后计算，具体步骤如下：

选择具有代表性的部位（袖口部位），用铅笔画出10 cm×10 cm 的样方。消毒前后分别在相同部位用蘸取了0.03 mol/L 磷酸盐缓冲液的消毒拭子于采样方格中来回均匀涂抹，并将采样后的拭子放入装有5 mL 含中和剂的试管中，2 份取样均送至微生物实验室培养48 h 后，分别对菌落数进行计数，计算灭活率。灭活率计算公式为

对本消毒柜消毒效果每月抽查1 次，连续3 个月取样送检，3 次灭活率均为100%。

（2）臭氧对环境的污染测评：空气中臭氧质量浓度达0.01～0.02 mg/L 时人即可嗅知；达到1 mg/L 时，可引起人呼吸加速、胸闷等症状；达到2.5～5 mg/L 时，可引起人脉搏加速，疲倦、头痛，停留1 h 可发生肺气肿，甚至死亡。作业现场空气中容许的臭氧质量浓度阈限值为0.2 mg/m3。

本消毒柜采用密封条和微负压的协同作用。消毒工作期间，在柜体轮廓以外1 m 区域内设置4个空气取样点，分别在30、60 min 取样，每月抽查1次，连续3 个月取样。24 个取样中浓度最小值小于0.001 mg/m3，最大值为0.004 mg/m3，远小于作业现场空气中容许的阈限值0.2 mg/m3。但是为了保证人员安全，消毒工作期间，不建议人员停留在消毒柜周围5 m 之内。

6 结语

穿戴消毒不彻底，不仅影响医护人员自身的健康，还会引起交叉感染[12]。但是如果全部采用一次性防护，不仅会造成物资浪费，还不利于环境保护。显然，传统的高压锅消毒已经不能很好地满足疫情期间消杀的安全性和及时性的要求。本文研制的消毒柜采用紫外线、臭氧协同作业，消杀工作及时快捷，能够很好地解决这个问题，具备诸多优点，因此具有一定的推广价值。

本消毒柜也存在一些不足：不同材质的穿戴消杀的时长不同，需要用户自行验证；要求穿戴悬挂时留足间隙，以方便臭氧消杀，降低了箱体空间的利用率；不能清洁穿戴上的污物。因此，将本文研制的消毒柜与传统消毒方法科学合理地结合起来使用，才能够同时满足消杀清洁的要求，更好地为医护人员服务。