醫用懸浮床臭氧消毒裝置設計

林虹,張明旭

1.中國人民解放軍第一七四醫院 骨科一病區,福建 廈門 361003;2.廈門市婦幼保健院 后勤保障部,福建 廈門 361003

醫用懸浮床臭氧消毒裝置設計

林虹1,張明旭2

1.中國人民解放軍第一七四醫院 骨科一病區,福建 廈門 361003;2.廈門市婦幼保健院 后勤保障部,福建 廈門 361003

目的設計一套醫用顆粒懸浮床臭氧消毒裝置,以減少懸浮床顆粒污染和消除異味.方法采用MCS-51單片機獨立控制臭氧發生器,選用通用型10 g/h規格臭氧發生器,利用硬件串聯氣源管道和軟件獨立控制的柔性方式能兼容不同品牌型號懸浮床,單片機內部晶振模塊能結合臨床需求定時消毒.對裝置使用前后分別采樣,使用不同培養基分別進行細菌定量和菌種鑒定.分別進行紫外線消毒、清洗消毒與臭氧消毒,對比各方式消毒效率.結果未使用臭氧消毒前的床體顆粒污染嚴重,菌數達3.977X105cfu/g,病原菌檢出率為70%,經過臭氧消毒處理后懸浮床顆粒單位菌量減少43.67%、病原菌檢出數減少55%.相比紫外線消毒與清洗消毒,臭氧消毒效率更高.結論臭氧消毒裝置成本低廉,能夠有效得對懸浮床顆粒進行細菌滅殺,消除異味,提高臨床使用效果.

醫用懸浮床;臭氧消毒;細菌培養;單片機;晶振模塊

引言

醫用顆粒懸浮床中的復合顆粒由陶瓷粉、硅膠和碳酸鈣粉組成,直徑為55～150 μm,pH值一般在9.6左右.在燒傷治療中,復合顆粒長期會受到燒傷患者滲出的滲液、血、尿等污染凝結成塊,并在顆粒四周產生毛刺,造成顆粒細菌污染.臨床使用中,對復合顆粒消毒還未形成規范,無專門的檢測、消毒措施,目前針對顆粒的日常維護僅僅在于團塊的清理[1],存在較大的感染風險與安全隱患.

臭氧作為一種安全的消毒劑[2],能殺滅多種微生物,刺激性低、作用快、無殘留,亦可將臭氧直接用于燒傷殘余創面消毒,能顯著促進創面的愈合[3-4].采用臭氧對懸浮床顆粒進行消毒,能夠避免二次污染,除殺菌外,還能消除床體異味,作用明顯,值得臨床推廣使用.

1 材料和方法

1.1 臭氧原理

氣態臭氧厚層帶藍色,有特殊臭味,濃度高時與氯氣氣味相像[5-6],應用高能量交互式電流作用空氣中的氧氣可使氧氣分子電離而成臭氧.主要形成過程為干燥的氧氣或含氧氣體流過由內電和外電極組成的電暈放電區,放電區內施加數千伏的高頻高壓電能,將流入放電區的原料氣電離生成臭氧.

1.2 硬件設計

臭氧消毒裝置分為控制模塊、電源模塊與發生模塊.控制模塊采用MCS-51單片機控制,具有體積小、控制功能強、功耗低、抗干擾性強的特點.控制模塊具有晶振模塊,能起到定時作用.

電源模塊是臭氧發生系統的核心部件之一,它提供高頻高壓電能驅動臭氧發生器,主要包括整流濾波電路、振蕩電路、升壓電路等[7].電源模塊電路圖,見圖1,其工作流程主要如下:市電經D1-D4橋式整流和大電容C2儲能濾波后經過電阻R5,變壓器初級下端繞組Q1基射極,通過R3形成回路,使Q1開通.由于變壓器上端初級電感限流,Q1處于飽和狀態,這時,變壓器初級下端的繞組提供Q1驅動電壓,隨著下端繞組電流增加到一定時,Q1進入放大區,初級繞組電壓下降,Q1截止,之后次級工作.通過設定一定的變壓器初級與次級匝數比例,可以在次級得到高電壓.從而使得臭氧發生管工作在高壓狀態,產生臭氧.

發生模塊包括臭氧發生器以及氣源通道,氣源通道與懸浮床床體動力系統相串聯.臭氧發生器主要元件是臭氧管,它由外電極、內電極、介電體3部分組成.內外電極采用不銹鋼材質,能夠耐臭氧,經久耐用.臭氧管工作時產生較多熱量,可利用懸浮床底部自帶散熱裝置,根據不同型號懸浮床可分為水冷、風冷、風水雙極冷卻.安裝結構,見圖2.

單片機通過掃描鍵盤輸入的指令,輸出控制指令到懸浮床風機和臭氧電源,懸浮床風機產生的氣體通過氣源通道流經臭氧發生器,輸送臭氧至懸浮床體進行消毒[8].硬件系統框圖,見圖3.

1.3 臭氧發生器選型

根據國家衛生部《醫療機構消毒技術規范2012版》[9-10].臭氧消毒的效率和決定臭氧消毒的濃度(C)物體表面消毒要求:在封閉空間內、無人狀態下,相對濕度在70%以上,采用20 mg/m3(約10 ppm)濃度的臭氧,作用60～120 min.根據下列公式進行計算:

圖1 電源模塊電路圖

其中,W為需要選擇機器的臭氧發生量(g/h);c為臭氧濃度10 ppm,在工作狀態下折算為19.63 mg/m3;S為臭氧傳遞工作1 h后臭氧自然衰退率0.62;V為懸浮床滅菌空間總體積,包括空間體積以及補充新風之和.

圖2 安裝結構圖

圖3 硬件系統框圖

取顆粒艙、高壓倉以及氣源通道之和為2.8 m3.由于懸浮床系統屬于半密閉狀態,為了維持一定的懸浮力,需考慮保持正壓補充的新風對臭氧造成的損失,其風量約為156 m3/h,則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.即需選擇臭氧發生量為8.2 g/h的臭氧發生器.一般10 g/h小型臭氧發生器可滿足要求.

1.4 軟件設計

系統軟件流程主要如下:系統上電初始化,單片機掃描鍵盤輸入,根據設定時間啟動定時器同時輸出動作指令,動作指令包括:開啟懸浮床風機,延時5 s后啟動臭氧電源.定時器通過計數的晶體振蕩器進行計時,本芯片采用4 MHz的晶體振蕩器,計數頻率為1/3 MHz.定時0.5 min,則計數10 M次.當計數到達時,輸出停止動作指令,包括關閉臭氧電源,延時1 h后關閉懸浮床風機,輸出消毒結束報警聲.軟件流程圖,見圖4.

圖4 軟件流程圖

2 檢測與結果

2.1 標本選取

隨機抽取各臺懸浮床各個采樣點未經過臭氧消毒過顆粒8個樣本,共計40個采樣點.每臺懸浮床抽取5個位于不同部位的采樣點.嚴格無菌操作,在實驗室里將每個采樣點的采取的顆粒應用電子秤隨機抽取1 g兩份,將分別用于細菌定量與菌種鑒定.

在環境溫度25℃,濕度70%條件下,對各臺懸浮床采取臭氧消毒作用120 min,靜置60 min.重復上述采樣過程,抽取出臭氧消毒后采樣樣本.

2.2 細菌定量與菌種鑒定

選用普通瓊脂培養皿進行普通細菌定量;選擇生物梅里埃公司生產血平皿、中國藍平皿進行菌種鑒定培養.

將各個培養皿置于無菌培養箱內,設置溫度為37℃,放置48 h后計數每平方厘米細菌數量以及進行菌種鑒定.

按照臨床檢驗操作規范使用VITEK全自動細菌分析儀對采樣點顆粒進行常規菌種分析以及病原菌鑒定.

2.3 檢測結果

消毒前后的各樣本細菌定量,見表1.樣本4復合顆粒使用年限達13年之久,其菌數達到7.292X105cfu/g,而樣本2使用年限最短,僅3年,菌數達1.808X105cfu/g.可見,使用年限越長的復合顆粒所受污染相對而言更嚴重[11].

消毒前8個樣本平均菌數為3.977X105cfu/g,消毒后樣本平均菌數為2.24X105cfu/g,經過臭氧消毒后,菌數對比為消毒之前大大減少,平均菌數減少約43.67%.消毒前后的各樣本菌種檢出,見表2.

消毒毒前40個采樣點有28個點存在各類病原菌,病原菌檢出率達70%,其中G+菌在18個采樣點中檢出,銅綠假單胞菌只在一個采樣點中檢出.經過臭氧消毒后,僅在6個采樣點檢出病原菌,檢出率為15%,對于大腸埃希菌[12]、白色念珠菌、表皮葡萄球菌、金黃色葡菌球菌[13]常見的燒傷感染病菌均有較強的殺滅作用[14-15].兩者比較差異有統計學意義(Plt;0.01).

2.4 各方式消毒效率對比

另隨機抽取一臺懸浮床顆粒樣本4份,分別進行臭氧消毒、普通紫外線燈消毒、清洗晾曬消毒.采樣與檢測過程與上述臭氧消毒一致,各方式消毒效果對比表,見表3.

表3 各方式消毒效果對比表

紫外線消毒選取普通直管式消毒燈,紫外線照射強度≥70 μW/cm2,照射120 min.清洗晾曬方式通過清水清洗后日光暴曬6 h.消毒效率=(消毒前菌落數-各方式消毒后菌落數)/消毒前菌落數.從表3中看出,臭氧消毒消毒效率為53.53%,遠高于紫外線消毒和清洗晾曬方式.

表1 臭氧消毒前后細菌定量表(105 cfu/g)

3 討論

臭氧是強氧化劑,其作用快速、無殘留、具有廣譜高效殺滅微生物的作用[16].由于懸浮床復合顆粒為堆積而成,普通紫外線燈消毒輻射能量低、穿透力弱、照射范圍窄,只能作用于表層較難覆蓋全部顆粒,消毒作用范圍小,存在較多死角,操作不當會對人體產生傷害[17].清洗晾曬的消毒方法過于費工費時,并且大批量的晾曬方式場地要求高,日光不足或晾曬時間不充分,還會導致顆粒凝結成塊,嚴重影響使用,臨床反應較差.普通紫外線消毒燈消毒與清洗晾曬的消毒方式消毒效率相比臭氧低,利用臭氧進行消毒,配合風機運轉使顆粒流動,覆蓋范圍廣,作用明顯,運用簡單,消毒效率高.臭氧對設備有侵蝕的副作用,消毒時長應保持在120 min或以下,以避免設備塑料等部分受到氧化,加快老化速度.臭氧消毒時,懸浮床為半封閉狀態,大量臭氧會從床體內溢出,應避免人員的出入,消毒過后需保持病房通風,以加快臭氧的擴散與降解.

臭氧消毒裝置主要包括單片機控制模塊、臭氧電源模塊、臭氧發生器模塊以及氣道連接模塊,系統精簡耐用,穩定可靠.所采用硬件成本低廉,并能兼容大部分型號懸浮床,減少成本支出,較好的完善懸浮床產品的消毒維護功能.對采樣樣本檢測,該裝置能起到消毒殺菌,減少病原菌功能,較紫外線消毒與清洗晾曬消毒效率更高[18],此外能消除長期臥床帶來的異味,提高使用舒適度,營造良好的治療環境.

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本文編輯 袁雋玲

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

作者郵箱:395165579@qq.com