低溫汽化過氧化氫納米霧發(fā)生器的特點及應用效果

摘

要：目的：研制低溫汽化過氧化氫納米霧發(fā)生器并將其用于空間消毒。方法：從產(chǎn)品結構特點、霧化粒子的大小以及空間滅菌效果等方面進行研究。結果：低溫汽化過氧化氫納米霧發(fā)生器結構簡單，安裝、使用和維護管理方便，可用于空間消毒滅菌。結論：低溫汽化過氧化氫納米霧發(fā)生器在消毒滅菌領域具有廣闊的應用前景。關鍵詞：低溫汽化過氧化氫；納米霧；LT-VHP；空間消毒滅菌

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引言過氧化氫（H2O2）是一種應用于食品、飲料、醫(yī)療、器械和衛(wèi)生保健領域的天然存在的化學物質。醫(yī)用過氧化氫（俗稱雙氧水）常用濃度為3%，能破壞細菌菌體，殺滅細菌。過氧化氫殺滅細菌后的分解產(chǎn)物是水和氧氣，不會形成二次污染，也不會產(chǎn)生耐藥性。因此，醫(yī)用雙氧水是用于傷口消毒的理想消毒劑。但是，過氧化氫溶液用于殺滅高抗性微生物，如細菌芽孢和霉菌時需要較高的濃度和較長的接觸時間。美國FDA批準Reckitt&ColmanInc.生產(chǎn)的7.5%過氧化氫消毒液用于物體表面高水平消毒時，需要在20℃下浸泡6h。20世紀80年代，美國的研究人員首先發(fā)現(xiàn)汽態(tài)過氧化氫的滅菌能力大于液態(tài)過氧化氫達200倍以上。過氧化氫在汽態(tài)下僅需較低的濃度即可達到高濃度液態(tài)過氧化氫具備的殺孢子能力，并由此出現(xiàn)了兩種不同的利用過氧化氫氣體的消毒滅菌技術，即汽化過氧化氫滅菌技術和過氧化氫“干霧”消毒滅菌技術。1990年，汽化過氧化氫滅菌技術正式通過美國EPA核準，并很快在各個工業(yè)領域得到運用。汽化過氧化氫滅菌技術大多是利用閃蒸技術，將高濃度的過氧化氫溶液（一般大于30%）滴加至加熱的光滑金屬物體表面，使其瞬間汽化為2～6μm的顆粒。目前，汽化過氧化氫滅菌法已成為各國藥典、消毒滅菌技術規(guī)范所推薦的方法，滅菌工藝非常成熟，重復性好，有專門的化學指示劑和生物指示劑驗證過氧化氫氣體分布均勻情況和無菌保證水平，已廣泛應用于生物制藥、醫(yī)療衛(wèi)生、生物實驗室和動物研究實驗室等諸多領域。該技術的主要缺陷在于：（1）設備結構復雜，針對不同的空間大小，過氧化氫的濃度參數(shù)不易控制；（2）過氧化氫氣體輸送管道從發(fā)生器的出口開始到擴散至末端的整個管路必須要保持在60℃以上的溫度，否則過氧化氫汽化后會冷凝，達不到預期的消毒滅菌效果；

（3）設備價格比較昂貴；（4）若使用高濃度過氧化氫（一般大于30%），對普通的彩鋼板和環(huán)氧地面有一定的腐蝕性。過氧化氫“干霧”消毒滅菌技術是利用特殊的噴霧設備將過氧化氫消毒液霧化為粒徑小于10μm的小顆粒，這些小顆粒在空中可在短時間內將其水分迅速揮發(fā)成為干顆粒，即所謂的“干霧”技術。研究表明，霧化粒子越小，在空氣中懸浮的時間越長，就越有機會與空氣中的細菌充分接觸而達到消毒滅菌的目的。這種噴霧設備所用過氧化氫消毒液的濃度一般為5%～10%，生產(chǎn)成本較低。但是，目前市面上所有的噴霧設備均沒有設計標準的進氣口和連接管道，因此不適合小型密閉空間，如傳遞艙、隔離器、凍干機、生物安全柜、生物培養(yǎng)箱和氣閘間等的消毒滅菌。該消毒滅菌技術的霧化顆粒一般為5～10μm，顆粒較大，擴散效果并不理想，且由于霧化的顆粒含有大量水分，近距離對準被消毒物體霧化時，會潤濕物體表面而產(chǎn)生腐蝕，特別是對環(huán)氧地面和彩鋼板容易產(chǎn)生腐蝕，霧化時必須遠離墻壁、地面以及其他易腐蝕設施，因此不適用于較小的含有彩鋼板或環(huán)氧地面的空間使用。理想的過氧化氫滅菌技術應該是向低濃度、高擴散、不同介質參與的方向發(fā)展。為了解決現(xiàn)有汽化過氧化氫滅菌技術以及霧化過氧化氫滅菌技術存在的問題，特別是解決其腐蝕性和擴散性問題，過氧化氫納米霧技術，即過氧化氫（LT-VHP）納米霧發(fā)生器。LT-VHP納米霧發(fā)生器是一種將低溫汽化技術和霧化技術完美結合的產(chǎn)物，擁有多項專利技術。其工作原理：首先，將消毒液進行霧化、分離制成小于10μm的小顆粒；然后，利用高速風機產(chǎn)生的能量將小顆粒進行蒸發(fā)汽化，形成與細菌大小相當或更小的干燥小微粒（納米霧）；最后，在高速風機的作用下，將形成的納米霧通過噴霧或管道輸送至待消毒滅菌的空間進行消毒或滅菌。由于這種干燥的小微粒（納米霧）大部分與細菌大小相當或更小，能夠長時間懸浮在空氣中，并與空氣中的微生物充分接觸而達到滅菌目的，同時由于這種小微粒含水量較低，因此對消毒空間內的物體及其表面也沒有腐蝕性

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低溫汽化過氧化氫（LT-VHP）納米霧發(fā)生器的設計1.1

功能設計（1）利用文丘里（Venturi）原理，對過氧化氫消毒液進行霧化，形成粒徑小于10μm的液滴（濕顆粒）；（2）利用大小液滴的不同性質，對大小液滴進行分離：小顆粒有彈性，碰到光滑物體表面會反彈，反彈的小顆粒會被干燥濃縮，并被高速氣流吹至指定區(qū)域進行消毒滅菌，大顆粒則沒有彈性，碰到光滑物體表面會被吸附形成更大的液滴，回流至儲液器中進行再次霧化；（3）在室溫（低溫）條件下進行汽化：利用霧化系統(tǒng)中高速風機自身產(chǎn)生的風能對霧化分離后的顆粒進行汽化干燥，既能確保消毒劑不會因高溫分解（過氧化氫不穩(wěn)定，高溫極易分解），又能確保產(chǎn)生的消毒液蒸汽不會因溫度的降低而出現(xiàn)凝結；（4）將形成的納米霧注入可密閉空間進行消毒滅菌。1.2

結構設計低溫汽化過氧化氫（LT-VHP）納米霧發(fā)生器的主體結構如圖1所示，主要由過氧化氫消毒液噴霧系統(tǒng)、分離汽化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、過氧化氫分解檢測系統(tǒng)、管道連接系統(tǒng)和外接電動萬向噴霧頭6個部分組成。1.2.1

過氧化氫消毒液噴霧系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由過氧化氫儲液器、高速風機和專用噴霧頭3個部分組成。主要功能：利用系統(tǒng)文丘里（Venturi）原理，將過氧化氫消毒液噴霧成粒徑小于10μm的濕顆粒。1.2.2

分離汽化系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由多級分離汽化腔室組成。主要功能：利用大小液滴的性質不同，對大小液滴進行分離汽化，將小顆粒進行汽化干燥得到粒徑小于1μm的干顆粒（納米霧），將大顆粒吸附形成更大的液滴，回流至儲液器中進行再次霧化。1.2.3

控制系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由微電腦時間程序控制器組成。主要功能：對消毒滅菌過程進行程序控制。1.2.4

過氧化氫分解檢測系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由過氧化氫分解裝置和過氧化氫檢測裝置組成。主要功能：在對小型設備，如凍干機、傳遞窗和生物安全柜等進行循環(huán)滅菌時，對殘留過氧化氫進行分解破壞，并對過氧化氫的滅菌濃度和殘留濃度進行檢測。1.2.5

管道連接系統(tǒng)該系統(tǒng)是由一系列連接軟管和配套的接頭組成。主要功能：在對小型設備，如凍干機、傳遞窗和生物安全柜等進行循環(huán)滅菌時，用于將主機與相應的設備進行連接。1.2.6

電動萬向噴霧頭電動萬向噴霧頭是一個頂端帶有彎頭的可旋轉噴霧頭。主要功能：用于連接主機的出口。在用于大型空間消毒滅菌時，可使消毒劑均勻地向四面八方進行霧化，縮短滅菌時間。

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低溫汽化過氧化氫納米霧發(fā)生器的特點及應用領域2.1

與現(xiàn)有過氧化氫空間消毒滅菌設備比較低溫汽化過氧化氫納米霧發(fā)生器與現(xiàn)有過氧化氫空間消毒滅菌設備的比較如表1所示。2.2

產(chǎn)品特點低溫汽化過氧化氫納米霧發(fā)生器是一種可以在室溫條件下產(chǎn)生“納米霧”的汽化過氧化氫設備，主要特點如下：（1）采用獨有的過氧化氫汽化專利技術，使汽化后產(chǎn)生的過氧化氫微粒小于1μm（與細菌大小相當或更?。砷L時間懸浮在空氣中進行無規(guī)則的布朗運動，確保對復雜區(qū)域的滲透和滅菌效果；（2）低溫條件下利用高速風機產(chǎn)生的能量對霧化后的微粒進行汽化，避免了高溫汽化過氧化氫技術造成的過氧化氫分解破壞和遇冷凝結的現(xiàn)象；（3）可使用低濃度過氧化氫消毒液，避免了使用高濃度過氧化氫出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象；（4）低溫汽化產(chǎn)生的微粒（納米霧）比較干燥，在接觸物體表面后會產(chǎn)生反彈作用，不像大的濕顆粒會凝結在一起形成液膜或液滴，不會濕潤被消毒滅菌的物體表面而產(chǎn)生腐蝕；（5）采用高速風機送風系統(tǒng)，能使產(chǎn)生的納米霧微粒有效到達潔凈區(qū)的不同區(qū)域，并可應用于結構復雜的空間，如凍干機等設備的消毒滅菌；（6）配有標準的進氣口和出氣口，可自由選配相應的連接軟管和配件，使用靈活簡便，一臺發(fā)生器可對多種設備，如傳遞窗、凍干機和生物安全柜等進行消毒滅菌；（7）配有過氧化氫催化分解系統(tǒng)或過氧化氫濃度系統(tǒng)（選購件)，符合GMP驗證要求；（8）配有電動萬向噴霧頭，在用于大型空間（如房間）消毒時，可做到360°旋轉噴霧無死角，確保了產(chǎn)生的納米霧微粒均勻分布在消毒空間的每個角落；（9）單臺設備理論上可用于0～500m3的空間消毒，部分型號的設備可用于大于500m3的大型空間，在進行空間消毒的同時，還可對空間內的物體表面進行消毒；（10）消毒時間1～4h，較傳統(tǒng)的甲醛消毒時間大為縮短；（11）配有時間程序控制系統(tǒng)，確保每天按設定的程序對不同的空間進行消毒或滅菌，無需操作人員在場；（12）配有汽化速度調節(jié)系統(tǒng)，確保過氧化氫在室溫條件下充分汽化，并根據(jù)需要對汽化速度進行調節(jié)；（13）配有空氣凈化系統(tǒng)，避免消毒液被污染，并延長了高速電機的使用壽命；（14）無需外接氣源，獨有的專利噴嘴和消毒液過濾系統(tǒng)，消除了堵塞風險；（15）結構堅固，維護簡單，一年質保，終身維護。2.3

應用領域LT-VHP納米霧發(fā)生器可廣泛應用于可密閉空間和各種人造設備的消毒滅菌，是一種可以取代甲醛或臭氧等傳統(tǒng)消毒滅菌方法的理想設備。其應用領域：（1）制藥工業(yè)：無菌檢驗室、無菌藥品生產(chǎn)車間、隔離器、傳遞窗、凍干機等；（2）醫(yī)療系統(tǒng)：手術室、ICU、負壓病房、發(fā)熱門診、血液科病房、新生兒病房、急救車等；（3）食品工業(yè)：無菌檢驗室、食品生產(chǎn)和包裝區(qū)域等；（4）生物安全：P2/P3/P4實驗室、動物房等；（5）其他：可密閉和排風的中央廚房、中央空調系統(tǒng)、公共交通系統(tǒng)等。

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試驗及結果分析LT-VHP納米霧發(fā)生器霧化的試驗主要項是粒子大小的測定及分布。以6%荷普威活性過氧化氫消毒液為例，對LT-VHP納米霧發(fā)生器產(chǎn)生的粒子大小進行測定。由于該發(fā)生器所產(chǎn)生的過氧化氫粒子比較干燥且大部分粒徑小于1μm，因此不適合用常規(guī)的激光粒譜測試儀對其粒子大小進行測定（激光粒譜測試儀只適合測定粒徑大于1μm的粒子）。為此，我們采用專用的塵埃粒子檢測儀——CLJ-BII（D）型塵埃粒子計數(shù)器對其粒徑大小及分布進行了測定。3.1

試驗場地某GMP車間潔凈區(qū)房間，高2.8m、寬4.4m、長6.5m，空間總體積約80m3。3.2

試驗方法參照CLJ-BII（D）型塵埃粒子計數(shù)器使用說明書，開啟塵埃粒子檢測儀器電源開關，設置好相關參數(shù)（測試周期：60s，采樣量：28.3L/min），將塵埃粒子檢測儀器采樣管口分別放置于離LT-VHP納米霧發(fā)生器出口0.25m、0.5m和1m處，檢測過氧化氫消毒液霧化后所產(chǎn)生的粒子大小及分布情況。3.3

試驗結果分析表2為塵埃粒子計數(shù)器測定的不同地點霧化粒子大小分布統(tǒng)計結果。由表2可知：LT-VHP納米霧發(fā)生器對6%過氧化氫消毒液霧化后所產(chǎn)生的粒子絕大部分小于1μm（占60%以上），主要分布在0.3～0.5μm。隨著測定距離的增加，小粒子數(shù)有所增加，大粒子數(shù)有所減少，但當測定距離大于0.5m后，測定結果無明顯變化。這說明所用過氧化氫消毒液經(jīng)過LT-VHP納米霧發(fā)生器霧化后形成了真正意義上的干霧。理論上，當過氧化氫消毒液的濃度為10%時（含水90%），粒徑小于10μm的濕顆粒，經(jīng)過分離汽化系統(tǒng)濃縮干燥后即可形成粒徑小于1μm的干燥小微粒；當過氧化氫消毒液的濃度為1%時（含水99%），粒徑小于10μm的濕顆粒，經(jīng)過分離干燥系統(tǒng)濃縮干燥后即可形成粒徑小于0.1μm的干燥小微粒，即達到納米級微粒。由于最后霧化出口形成的干燥小微粒大部分與細菌大小接近，能夠長時間懸浮在空氣中，并與空氣中的微生物充分接觸而達到滅菌目的，同時這種小微粒所含水分較低，因此對消毒滅菌空間內的物體和表面也沒有腐蝕作用。4

應用實例以某潔凈生產(chǎn)車間為例，驗證NMW-1A型LT-VHP納米霧發(fā)生器用于房間（大型空間）的消毒方法及效果。4.1

使用流程（1）將設備帶入潔凈區(qū)前，先用沾有純化水或75%乙醇的濕抹布將設備表面的灰塵清除干凈；（2）測量待消毒區(qū)域的空間大小V（長×寬×高，m3），計算消毒液的使用體積V（mL），再根據(jù)消毒液的使用體積，測試本設備的汽化速度S（mL/min），最后計算所需噴霧時間t（min）；（3）通過消毒液加入口（納米霧輸出口）向設備中加入適量的6%荷普威活性過氧化氫消毒液（殺孢子劑），注意貯液系統(tǒng)中消毒液的總量不可超過2000mL；（4）檢測納米霧發(fā)生器運轉是否正常：手動開啟電子時間程序控制器開始噴霧，同時用移動式過氧化氫濃度檢測儀檢測出口處過氧化氫的濃度，如果出口處過氧化氫的濃度大于150ppm，表明設備運轉正常；（5）設置電子時間程序控制器的自動開機時間和關機時間或者程序開關方式；（6）將配備的電動萬向噴霧頭插入設備的霧化出口內，并連接好電源線；（7）在不同區(qū)域放置過氧化氫生物指示劑和化學指示劑（碘化鉀淀粉試紙）；（8）關閉房間內所有循環(huán)風機，所有門縫用膠帶密封，接通電子時間程序控制器的電源，當?shù)竭_設定的啟動時間后設備即開始自動噴霧消毒，電動萬向噴霧頭開始自動旋轉；（9）當?shù)竭_設定的關機時間后，設備即停止噴霧并自動關閉電源，密閉60～90min（具體的密閉時間需根據(jù)空間大小及復雜程度通過驗證確定）；（10）當達到規(guī)定的密閉時間后，開啟空調系統(tǒng)通風30min以上，排除殘留的消毒劑（用過氧化氫檢測儀檢測殘留量小于1ppm）；（11）檢查過氧化氫化學指示劑是否變色以及實際消耗的消毒液體積是否與計算所需消毒液的體積一致。4.2

效果驗證及方法4.2.1

試驗材料生物指示劑（嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子，孢子量104

CFU/片，含同一批號生物指示劑專用培養(yǎng)液）和TSA；6%荷普威活性過氧化氫消毒液（專用殺孢子劑）。4.2.2

試驗場地某GMP凈化車間，車間高2.8m、寬4.4m、長6.5m，空間大小約80m3。4.2.3

試驗方法用NMW-1A型納米霧發(fā)生器對上述80m3的GMP凈化車間進行消毒試驗。根據(jù)車間空間大小，按照上述使用流程，分別按照5mL/m3和10mL/m3的消毒液用量進行消毒（相當于使用400mL和800mL消毒液）。噴霧時，將設備置于車間正中間，5片生物指示劑和5片過氧化氫化學指示劑分別放置在車間中間（編號3）和四個不同角落（設備噴霧頭前方兩個角落編號分別為1和2，設備噴霧頭后方兩個角落編號分別為4和5），所有生物指示劑垂直放置，離地面的高度均為1m，并充分暴露于空氣中。當消毒液噴霧完畢后，將房間密閉60～90min后，再排風30min，除去殘留的消毒劑，使其達到安全水平（檢測空氣中過氧化氫濃度小于1ppm）。按無菌操作方法，取出生物指示劑（芽孢條），放入對應編號的嗜熱脂肪芽孢培養(yǎng)液中，按照所購生物指示劑的使用說明書，置于恒溫培養(yǎng)箱中，在55～60℃培養(yǎng)24h后觀察。同時，取同批生物指示劑1片作陽性對照。經(jīng)過24h培養(yǎng)，若培養(yǎng)液變渾濁，顏色由紫色變?yōu)辄S色則判定為陽性；若培養(yǎng)液澄清，顏色不變色則為陰性。繼續(xù)培養(yǎng)至第7天，如果培養(yǎng)液變?yōu)辄S色，則判定為消毒不合格；如果培養(yǎng)液仍為紫色，則判定為消毒合格。4.2.4

驗證結果4.2.4.1

對空間消毒效果的驗證結果表明：當6%荷普威活性過氧化氫消毒液的用量為5～10mL/m3，密閉時間為60～90min時，即可對80m3的房間進行消毒，并滿足消毒要求（即可殺滅104的孢子）。4.2.4.2

對表面消毒效果的驗證采用6%荷普威活性過氧化氫消毒液進行空間