外置注入式婴儿培养箱消毒装置的实现原理及设计

钟里明，曾广吾

广西壮族自治区桂东人民医院 1 设备科，2 骨科（广西梧州 543001）

婴儿培养箱是人为营造的一种类似母体子宫环境的医疗设备，可为早产儿生长发育提供恒温、恒湿的环境和洁净无菌的生活空间[1]；但各种临床护理操作和日常生活护理措施等[2]使婴儿培养箱被污染的风险较大，加之患儿各系统发育不全或抵抗力低，一旦发生污染，轻则增加患儿的痛苦和其家庭的经济负担，重则发生院内交叉感染，甚至危及患儿的生命安全。由此可见，婴儿培养箱的消毒工作是医院感控的一项重要工作[3]。目前，由于各院采用的消毒方式及操作方法不同，造成消毒效果有较大的差异。例如，王英等[4]报道，在用婴儿培养箱的合格率为31.25%，待用放置≥7 d 婴儿培养箱的合格率为16.67%；而张中翠等[5]发现，婴儿培养箱经终末消毒后 20 d 内各部位均未检测出细菌，效果虽好，但工序烦琐。为了提高婴儿培养箱的消毒效果及效率，本研究从臭氧的消毒机理展开讨论，根据婴儿培养箱的结构特点和臭氧消毒的优势，结合临床应用得到臭氧消毒的实现原理，提出一种外置注入式婴儿培养箱消毒装置的设计方法。

1 臭氧的消毒机理

臭氧与氧气是同素异形体，由单一化学元素组成，臭氧的化学式为“O3”，其消毒作用 通常是物理学、化学及生物学等方面的综合结果[6]。臭氧的消毒机理包括：（1）氧化细菌内部的酶；（2）直接破坏细菌的细胞器和DNA、RNA，损坏其新陈代谢系统；（3）直接进入细胞内部，使细菌畸变、溶解[7]。

2 婴儿培养箱臭氧消毒的实现原理

2.1 婴儿培养箱的结构特点

婴儿培养箱由上、中、下三层组成：上层为婴儿舱，是婴儿生活的地方；中层为机箱，是控制仪、加热器、循环对流风道及水槽等部件安装的地方；下层为机柜或机脚。婴儿培养箱的工作原理为：通过上层婴儿舱和中层机箱的组合形成一个相对独立的密闭空间，利用控制仪单片机对加热器进行热调节，并在轴流风机作用下使箱体内的空气产生微循环，从而营造一个对流循环、干净舒适的婴儿生活环境。

2.2 臭氧消毒的特点

臭氧具有渗透力强、扩散性好、浓度均匀、消毒彻底等特点，是一种高效广谱气体消毒剂，可以杀灭芽孢、真菌、病毒及细菌的繁殖体[8]。但臭氧的性质很不稳定，主要表现在两方面：（1）极易分解，分解以后的产物是氧气，不会形成任何有害的化学物质，不存在二次有害化学残留污染的问题；（2）不能储存和运输，必须通过臭氧发生装置现场制备现场使用，这也限制了臭氧的应用广度。

2.3 应用实例

刘正玲等[9]选用床单位臭氧消毒器来产生臭氧消毒气体，通过消毒前、后对床单位的检测对比，发现臭氧工作浓度＞200 mg/m3，环境泄漏＜0.2 mg/m3，消毒 30 min 后各床单位用具的细菌杀灭率高达98.56%～99.96%，消毒效果满意，达到 GB 15982-1995《医院消毒卫生标准》三类环境表面卫生学标准的要求。韦君[10]采用臭氧消毒器对婴儿培养箱进行消毒，结果显示，臭氧未发生泄漏。唐红装等[11]对床单位臭氧消毒器进行研究，发现臭氧工作浓度＞600 mg/m3，最低发生量＞2.5 g/h，消毒30 min 后检测发现臭氧能够对婴儿培养箱内部的床垫、用品及各部件、风道和接缝进行全面彻底的消毒，且消毒效果显著。

2.4 实现原理

由以上分析可见，婴儿培养箱是一个相对独立的密闭空间结构，可保证臭氧不泄漏；另外，臭氧具有渗透力强、扩散性好、浓度均匀及消毒无死角、无二次残留等显著优点，也使臭氧消毒在安全性和有效性上具有显著优势[12]。因此，婴儿培养箱采用臭氧消毒在原理上是可以实现的。

3 一种外置注入式婴儿培养箱消毒装置的设计

3.1 指导标准

婴儿培养箱是安全级别要求较高的医疗设备之一。为了确保箱体内所有的电气元件在各种极端条件下不会发生致命的电击和电火花事件，外置注入式婴儿培养箱消毒装置的各项技术指标和安全系数必须同时符合国家标准GB 9706.1-2007《医用电气设备 第1部分：安全通用要求》[13]和GB 11243-2008《医用电气设备 第2部分：婴儿培养箱安全专用要求》[14]。

3.2 技术背景

在目前缺少既安全又可靠的婴儿培养箱专用臭氧消毒装置的情况下，个别医院采用床单位臭氧消毒器对婴儿培养箱进行消毒，此方法解决了制备臭氧的难题，但使用麻烦，操作复杂，消毒效果难以控制。

一种内置式臭氧消毒装置[15]通过将消毒装置置于婴儿培养箱内部进行消毒，虽然解决了上述操作复杂等不足，但是其破坏了婴儿培养箱的原有内部安全结构，降低了婴儿培养箱的安全系数，不符合“电气元件与可能积聚氧气的舱室隔开”[14]和“可能产生火花或引起表面温度升高从而成为引燃源的电路应设计成不会发生点燃”[14]的要求，存在潜在的安全隐患和风险。

3.3 外置注入式婴儿培养箱消毒装置的设计

针对以上分析，我们设计了一种外置注入式婴儿培养箱消毒装置[16]，在不改变婴儿培养箱原箱体内部任何结构且不影响其安全系数的前提下，在箱体外底部的安全位置安装一个电子臭氧发生器，由该电子发生器产生臭氧消毒气体，通过输气管将臭氧消毒气体源源不断地注入婴儿培养箱箱体内，在一定浓度和时间的作用下达到消毒的目的。图1为该装置的结构组成，图2为该装置的工作原理，图3为实物图。

图1 结构组成

图2 工作原理

图3 实物图

如图所示，首先将电子臭氧发生器6安装在婴儿培养箱箱体1外底部安全位置，当婴儿培养箱需要消毒时，将快速转接接口3卡接在婴儿培养箱箱体进风口2上，快速连接并形成通路，然后将电子臭氧发生器6电源插头插到婴儿培养箱电源插座5上，在定时器7上设定好消毒时间，让电子臭氧发生器6开始工作，利用高压放电制取臭氧消毒气体，在电子臭氧发生器内部气泵作用下源源不断地将臭氧消毒气体送至输气管4，经快速转接接口3和婴儿培养箱箱体进风口2注入婴儿培养箱箱体内，在一定浓度和时间的作用下快速杀灭细菌、病毒，从而完成婴儿培养箱箱体内的全面消毒工作；当到达设定时间时，定时器7切断电子臭氧发生器6的工作电源，电子臭氧发生器6停止工作，将快速转接接口3从婴儿培养箱箱体进风口2上分离并取下，消毒工作结束，婴儿培养箱复原待用。

综上所述，臭氧可被用于婴儿培养箱的消毒中，利用电子臭氧发生器现场制取臭氧可解决臭氧不能储存和运输的难题，外置注入式婴儿培养箱消毒装置可在确保婴儿培养箱箱体内部结构和安全系数不变的前提下，实现臭氧的现场制取和现场使用，为婴儿培养箱消毒提供了一套安全有效、简单实用的臭氧消毒方法，具有设计合理、创意新颖、制作简单、操作方便，以及消毒无死角、无二次残留污染等优点。该装置经广西壮族自治区科学技术情报研究所科技查新未见广西区内有开展上述外置注入式婴儿培养箱消毒效果研究的公开文献报道[17]，同时获得全国医疗器械创新赛三等奖和国家知识产权局实用专利。