医用悬浮床臭氧消毒装置设计

林虹,张明旭

1.中国人民解放军第一七四医院 骨科一病区,福建 厦门 361003;2.厦门市妇幼保健院 后勤保障部,福建 厦门 361003

医用悬浮床臭氧消毒装置设计

林虹1,张明旭2

1.中国人民解放军第一七四医院 骨科一病区,福建 厦门 361003;2.厦门市妇幼保健院 后勤保障部,福建 厦门 361003

目的设计一套医用颗粒悬浮床臭氧消毒装置,以减少悬浮床颗粒污染和消除异味.方法采用MCS-51单片机独立控制臭氧发生器,选用通用型10 g/h规格臭氧发生器,利用硬件串联气源管道和软件独立控制的柔性方式能兼容不同品牌型号悬浮床,单片机内部晶振模块能结合临床需求定时消毒.对装置使用前后分别采样,使用不同培养基分别进行细菌定量和菌种鉴定.分别进行紫外线消毒、清洗消毒与臭氧消毒,对比各方式消毒效率.结果未使用臭氧消毒前的床体颗粒污染严重,菌数达3.977X105cfu/g,病原菌检出率为70%,经过臭氧消毒处理后悬浮床颗粒单位菌量减少43.67%、病原菌检出数减少55%.相比紫外线消毒与清洗消毒,臭氧消毒效率更高.结论臭氧消毒装置成本低廉,能够有效得对悬浮床颗粒进行细菌灭杀,消除异味,提高临床使用效果.

医用悬浮床;臭氧消毒;细菌培养;单片机;晶振模块

引言

医用颗粒悬浮床中的复合颗粒由陶瓷粉、硅胶和碳酸钙粉组成,直径为55～150 μm,pH值一般在9.6左右.在烧伤治疗中,复合颗粒长期会受到烧伤患者渗出的渗液、血、尿等污染凝结成块,并在颗粒四周产生毛刺,造成颗粒细菌污染.临床使用中,对复合颗粒消毒还未形成规范,无专门的检测、消毒措施,目前针对颗粒的日常维护仅仅在于团块的清理[1],存在较大的感染风险与安全隐患.

臭氧作为一种安全的消毒剂[2],能杀灭多种微生物,刺激性低、作用快、无残留,亦可将臭氧直接用于烧伤残余创面消毒,能显著促进创面的愈合[3-4].采用臭氧对悬浮床颗粒进行消毒,能够避免二次污染,除杀菌外,还能消除床体异味,作用明显,值得临床推广使用.

1 材料和方法

1.1 臭氧原理

气态臭氧厚层带蓝色,有特殊臭味,浓度高时与氯气气味相像[5-6],应用高能量交互式电流作用空气中的氧气可使氧气分子电离而成臭氧.主要形成过程为干燥的氧气或含氧气体流过由内电和外电极组成的电晕放电区,放电区内施加数千伏的高频高压电能,将流入放电区的原料气电离生成臭氧.

1.2 硬件设计

臭氧消毒装置分为控制模块、电源模块与发生模块.控制模块采用MCS-51单片机控制,具有体积小、控制功能强、功耗低、抗干扰性强的特点.控制模块具有晶振模块,能起到定时作用.

电源模块是臭氧发生系统的核心部件之一,它提供高频高压电能驱动臭氧发生器,主要包括整流滤波电路、振荡电路、升压电路等[7].电源模块电路图,见图1,其工作流程主要如下:市电经D1-D4桥式整流和大电容C2储能滤波后经过电阻R5,变压器初级下端绕组Q1基射极,通过R3形成回路,使Q1开通.由于变压器上端初级电感限流,Q1处于饱和状态,这时,变压器初级下端的绕组提供Q1驱动电压,随着下端绕组电流增加到一定时,Q1进入放大区,初级绕组电压下降,Q1截止,之后次级工作.通过设定一定的变压器初级与次级匝数比例,可以在次级得到高电压.从而使得臭氧发生管工作在高压状态,产生臭氧.

发生模块包括臭氧发生器以及气源通道,气源通道与悬浮床床体动力系统相串联.臭氧发生器主要元件是臭氧管,它由外电极、内电极、介电体3部分组成.内外电极采用不锈钢材质,能够耐臭氧,经久耐用.臭氧管工作时产生较多热量,可利用悬浮床底部自带散热装置,根据不同型号悬浮床可分为水冷、风冷、风水双极冷却.安装结构,见图2.

单片机通过扫描键盘输入的指令,输出控制指令到悬浮床风机和臭氧电源,悬浮床风机产生的气体通过气源通道流经臭氧发生器,输送臭氧至悬浮床体进行消毒[8].硬件系统框图,见图3.

1.3 臭氧发生器选型

根据国家卫生部《医疗机构消毒技术规范2012版》[9-10].臭氧消毒的效率和决定臭氧消毒的浓度(C)物体表面消毒要求:在封闭空间内、无人状态下,相对湿度在70%以上,采用20 mg/m3(约10 ppm)浓度的臭氧,作用60～120 min.根据下列公式进行计算:

图1 电源模块电路图

其中,W为需要选择机器的臭氧发生量(g/h);c为臭氧浓度10 ppm,在工作状态下折算为19.63 mg/m3;S为臭氧传递工作1 h后臭氧自然衰退率0.62;V为悬浮床灭菌空间总体积,包括空间体积以及补充新风之和.

图2 安装结构图

图3 硬件系统框图

取颗粒舱、高压仓以及气源通道之和为2.8 m3.由于悬浮床系统属于半密闭状态,为了维持一定的悬浮力,需考虑保持正压补充的新风对臭氧造成的损失,其风量约为156 m3/h,则V=V1+V2=2.8 m3+156 m3=158.8 m3.

由公式(1)可得:W=8203.5 mg/h=8.2035 g/h.即需选择臭氧发生量为8.2 g/h的臭氧发生器.一般10 g/h小型臭氧发生器可满足要求.

1.4 软件设计

系统软件流程主要如下:系统上电初始化,单片机扫描键盘输入,根据设定时间启动定时器同时输出动作指令,动作指令包括:开启悬浮床风机,延时5 s后启动臭氧电源.定时器通过计数的晶体振荡器进行计时,本芯片采用4 MHz的晶体振荡器,计数频率为1/3 MHz.定时0.5 min,则计数10 M次.当计数到达时,输出停止动作指令,包括关闭臭氧电源,延时1 h后关闭悬浮床风机,输出消毒结束报警声.软件流程图,见图4.

图4 软件流程图

2 检测与结果

2.1 标本选取

随机抽取各台悬浮床各个采样点未经过臭氧消毒过颗粒8个样本,共计40个采样点.每台悬浮床抽取5个位于不同部位的采样点.严格无菌操作,在实验室里将每个采样点的采取的颗粒应用电子秤随机抽取1 g两份,将分别用于细菌定量与菌种鉴定.

在环境温度25℃,湿度70%条件下,对各台悬浮床采取臭氧消毒作用120 min,静置60 min.重复上述采样过程,抽取出臭氧消毒后采样样本.

2.2 细菌定量与菌种鉴定

选用普通琼脂培养皿进行普通细菌定量;选择生物梅里埃公司生产血平皿、中国蓝平皿进行菌种鉴定培养.

将各个培养皿置于无菌培养箱内,设置温度为37℃,放置48 h后计数每平方厘米细菌数量以及进行菌种鉴定.

按照临床检验操作规范使用VITEK全自动细菌分析仪对采样点颗粒进行常规菌种分析以及病原菌鉴定.

2.3 检测结果

消毒前后的各样本细菌定量,见表1.样本4复合颗粒使用年限达13年之久,其菌数达到7.292X105cfu/g,而样本2使用年限最短,仅3年,菌数达1.808X105cfu/g.可见,使用年限越长的复合颗粒所受污染相对而言更严重[11].

消毒前8个样本平均菌数为3.977X105cfu/g,消毒后样本平均菌数为2.24X105cfu/g,经过臭氧消毒后,菌数对比为消毒之前大大减少,平均菌数减少约43.67%.消毒前后的各样本菌种检出,见表2.

消毒毒前40个采样点有28个点存在各类病原菌,病原菌检出率达70%,其中G+菌在18个采样点中检出,铜绿假单胞菌只在一个采样点中检出.经过臭氧消毒后,仅在6个采样点检出病原菌,检出率为15%,对于大肠埃希菌[12]、白色念珠菌、表皮葡萄球菌、金黄色葡菌球菌[13]常见的烧伤感染病菌均有较强的杀灭作用[14-15].两者比较差异有统计学意义(Plt;0.01).

2.4 各方式消毒效率对比

另随机抽取一台悬浮床颗粒样本4份,分别进行臭氧消毒、普通紫外线灯消毒、清洗晾晒消毒.采样与检测过程与上述臭氧消毒一致,各方式消毒效果对比表,见表3.

表3 各方式消毒效果对比表

紫外线消毒选取普通直管式消毒灯,紫外线照射强度≥70 μW/cm2,照射120 min.清洗晾晒方式通过清水清洗后日光暴晒6 h.消毒效率=(消毒前菌落数-各方式消毒后菌落数)/消毒前菌落数.从表3中看出,臭氧消毒消毒效率为53.53%,远高于紫外线消毒和清洗晾晒方式.

表1 臭氧消毒前后细菌定量表(105 cfu/g)

3 讨论

臭氧是强氧化剂,其作用快速、无残留、具有广谱高效杀灭微生物的作用[16].由于悬浮床复合颗粒为堆积而成,普通紫外线灯消毒辐射能量低、穿透力弱、照射范围窄,只能作用于表层较难覆盖全部颗粒,消毒作用范围小,存在较多死角,操作不当会对人体产生伤害[17].清洗晾晒的消毒方法过于费工费时,并且大批量的晾晒方式场地要求高,日光不足或晾晒时间不充分,还会导致颗粒凝结成块,严重影响使用,临床反应较差.普通紫外线消毒灯消毒与清洗晾晒的消毒方式消毒效率相比臭氧低,利用臭氧进行消毒,配合风机运转使颗粒流动,覆盖范围广,作用明显,运用简单,消毒效率高.臭氧对设备有侵蚀的副作用,消毒时长应保持在120 min或以下,以避免设备塑料等部分受到氧化,加快老化速度.臭氧消毒时,悬浮床为半封闭状态,大量臭氧会从床体内溢出,应避免人员的出入,消毒过后需保持病房通风,以加快臭氧的扩散与降解.

臭氧消毒装置主要包括单片机控制模块、臭氧电源模块、臭氧发生器模块以及气道连接模块,系统精简耐用,稳定可靠.所采用硬件成本低廉,并能兼容大部分型号悬浮床,减少成本支出,较好的完善悬浮床产品的消毒维护功能.对采样样本检测,该装置能起到消毒杀菌,减少病原菌功能,较紫外线消毒与清洗晾晒消毒效率更高[18],此外能消除长期卧床带来的异味,提高使用舒适度,营造良好的治疗环境.

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本文编辑 袁隽玲

Design of Ozone Disinfection Device for Medical Suspension Bed

LIN Hong1, ZHANG Mingxu2
1.Orthopedic Disease Area, The 174thHospital of PLA, Xiamen Fujian 361003, China; 2.Department of Logistics Support, Xiamen Maternity and Child Care Hospital, Xiamen Fujian 361003, China

ObjectiveTo design a set of ozone disinfection device for medical suspended bed to reduce the pollution of suspended bed particles and eliminate odor.MethodsMCS-51 Single chip microcomputer was used to control the ozone generator. The ozone generator with an universal 10 g/h specifications was selected, and hardware was acted in series air source pipeline and software independent control of the flexible mode, which could be compatible with different brands of model suspension bed. In this case, the single chip microcomputer internal oscillator modules could be combined with the clinical needs of regular disinfection. Sampling before and after use of the device, the use of different culture media were quantitative and bacterial identification. Ultraviolet disinfection, cleaning disinfection and ozone disinfection were carried out respectively, and the efficiency of disinfection was compared.ResultsBefore the ozone disinfection, the bed body particles were polluted seriously, the number of bacteria reached 3.977X106cfu/g, the detection rate of pathogenic bacteria was 70%. After ozone disinfection, the amount of suspended particles in the suspended bed was reduced by 43.67%, and the number of pathogenic bacteria was decreased by 55%. Compared with ultraviolet disinfection and cleaning disinfection, ozone disinfection efficiency was higher.ConclusionOzone disinfection device cost is low,can effectively remove the particles of suspended particles to kill bacteria, eliminate odor and improve clinical use effect.

medical suspension bed; ozone disinfection; bacteria culture; single chip microcomputer; crystals module

TP216

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.10.011

1674-1633(2017)10-0044-04

2016-11-28

2016-12-13

作者邮箱:395165579@qq.com