一種新型醫用動態空氣消毒機對MTB等病原微生物殺菌效果的研究

劉志永　王帥　張天宇　土井教生　譚守勇　謝小保　高亞敏　唐運祥　姜火風　謝武

空氣消毒是醫院預防和控制感染的重要措施，包含光觸媒技術[1-4]的多重空氣凈化消毒技術組合的空氣消毒機具有高效性、徹底性、穩定性、無二次污染、無臭氧及噪音危害、除臭等特點，是對目前傳統動態空氣凈化消毒機的重要變革。我國作為全球結核病高負擔國家之一[5]，結核病發病例數仍然較多，并且疫情下降緩慢，離消除結核病的目標仍有相當大的差距[5]。《中國結核病防治規劃實施工作指南(2008 年版)》指出：“通常環境控制的情況下，很難消除各類人群暴露于結核分枝桿菌的風險，這就需要在高危區域使用多種環境控制措施以降低空氣中飛沫濃度。這些措施包括自然通風、機械通風、紫外線照射、高效微粒空氣過濾器”[6]。因此，探索動態環境狀態下新型多重凈化消毒技術組合的醫用動態空氣消毒機(日本ANDES電氣株式會社生產，型號為：BM-S501A，以下簡稱“新型空氣消毒機”)對病原微生物殺菌的效果，特別是對結核分枝桿菌(MTB)(因MycobacteriumbovisBCG和人型結核分枝桿菌對外界空氣環境有害因子抵抗力具有一致性[7]，出于生物安全考慮，本實驗菌株采用MycobacteriumbovisBCG 菌株)的殺滅效果，尤其具有非常重要的意義。

本研究實驗依據和方法： 中華人民共和國衛生部《消毒技術規范》(2002年版)；GB21551.3-2010附錄A(《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能空氣凈化器的特殊要求》)；中華人民共和國國家環境保護標準(HJ 504-2009)。對“新型空氣消毒機”進行較為系統的殺菌實驗和環境臭氧濃度測定，為研究新型空氣消毒機抗菌效果提供實驗和理論依據。

材料和方法

一、材料

1.實驗儀器：新型空氣消毒機(日本ANDES電氣株式會社生產，型號BM-S501A)；掃描電子顯微鏡(日本日立公司，型號SU9000)；超音波噴霧裝置(日本OMRON公司，型號NE-U078)；微生物氣溶膠濃縮采樣器(北京綠林創新公司，型號B5107-5761)；紫外可見分光光度計(美國哈希公司，型號B2226-4914)。

2.實驗材料：營養肉湯培養基(英國OXOID公司)；7H11培養基(美國BD公司)；改良羅氏培養基(青島海博生物技術有限公司)；白色葡萄球菌8032菌株；MycobacteriumbovisBCG菌株。以上菌株由中國普通微生物菌種保管管理中心提供。

二、方法

(一)空氣模擬現場消毒實驗

1.試驗地點：廣東省微生物分析檢測中心氣霧室(30 m3)。

2.試驗依據和方法：衛生部《消毒技術規范》(2002年版)。

3.白色葡萄球菌懸液制備：無菌接種白色葡萄球菌到營養瓊脂培養基斜面，于37 ℃培養18～24 h，用5.0 ml吸管吸取3.0～5.0 ml營養肉湯加入斜面試管內，反復吹吸，洗下菌苔。隨后，用5.0 ml 吸管將洗液移至另一無菌試管中，用電動混合器混合(振蕩)20 s，或在手掌上振敲80次，以使細菌懸浮均勻。再用營養肉湯培養基稀釋至(1～5)×106菌落形成單位(CFU)/ml備用。

4.染菌氣霧室的制備：先把2間30 m3氣霧室的溫度和相對濕度調好(溫度23.5 ℃，濕度55%)，在消毒試驗氣霧室中將新型空氣消毒機懸掛于其中一個氣霧室內(稱為“試驗組”)，另一個氣霧室不放置新型空氣消毒機(稱為“對照組”)。關閉氣霧室門后，以18.5 L/min的流量進行噴菌，用氣溶膠發生器向2間氣霧室噴霧染菌；噴霧同時開啟攪拌器，噴霧結束后繼續攪拌5 min，使氣霧室內空氣中菌落數達到1×105～5×105CFU/m3。

5.采樣及細菌計數：染菌結束后靜置5 min，將采樣器送至氣霧室中心1 m高處分別對2間氣霧室進行消毒前采樣(采樣流量28.3 L/min)，采樣時間為2 min。然后對試驗組氣霧室分別強檔運行消毒機0 min(即消毒前采樣)和120 min，再按前法進行消毒后采樣。然后，對照組氣霧室同時進行采樣，取下采樣器平板，放置37 ℃恒溫培養箱培養48 h后觀察菌落數；計算對照組氣霧室和試驗組氣霧室在試驗開始前后空氣中的存活菌數量(菌落數)，并按照下述公式計算細菌的自然消亡率(對照組)和殺滅率(試驗組)。

(二)空氣現場自然菌消毒實驗及臭氧濃度測定

1.試驗測試地點：廣東省微生物分析檢測中心實驗房(47 m3)。

2.試驗測試依據和方法：衛生部《消毒技術規范》(2002年版)；中華人民共和國國家環境保護標準(HJ 504-2009)。

3.空氣現場消毒試驗：在溫度24.2 ℃，濕度53%條件下進行。將新型空氣消毒機置于廣東省微生物分析檢測中心47 m3實驗房內后，按照說明書要求開機運行120 min后采樣。使用采樣器以20 L/min 的抽風量采樣，采樣時間為2 min；在距離地面1.0 m的高度，距離墻面1 m呈對角線分布設3個采樣點，采樣后平板在(36±1) ℃培養48 h，試驗重復3次；每次試驗結果取3個采樣點檢測的菌落數均值，分別計算細菌消亡率。

4. 空氣模擬現場消毒試驗環境臭氧濃度測定：在溫度25 ℃，濕度54%條件下進行。將新型空氣消毒機置于室內后，按照說明書要求開機運行120 min，并在關機60 min后依據HJ504-2009標準采集該環境中的空氣樣，測試其臭氧濃度。

(三)MycobacteriumbovisBCG消毒試驗

1.試驗地點：廣東省微生物分析檢測中心氣霧室(30 m3)。

2.試驗依據和方法：GBGB21551.3-2010附錄A。

3.MycobacteriumbovisBCG菌株菌懸液制備：取MycobacteriumbovisBCG菌株復蘇后，挑取單菌落到2 ml 7H9培養基中培養2周，至A600值至0.5～0.8。然后取2 ml菌液放于100 ml 7H9培養基(重復2份)中培養2周，至A600值至0.8～1.0。

4.試驗組染菌氣霧室的制備：把新型空氣消毒機置于氣霧室內，懸掛放置，關閉氣霧室門，實驗溫度23.5 ℃，濕度55%；啟動氣溶膠發生器電源開關，以18.5 L/min的流率噴霧染菌5 min，使氣霧室內空氣中的菌落數達到3×104～8×104CFU/m3。

5.樣品采集及消毒：染菌結束后，靜置5 min，把真空采樣器送至染菌氣霧室中心1 m高處，對氣霧室進行消毒前采樣(采樣流率28.3 L/min，5 min)。開啟新型空氣消毒機，按照說明書要求開機運行，計時60 min后，按相同方式采樣。各組不同采樣時間點的溫度與濕度均一致。

6.對照組：如白色葡萄球菌試驗一樣設置對照組氣霧室，采樣方式與時間點同試驗組。

7.細菌培養和計數：取上述兩組不同時間點采樣時吸收瓶中的液體進行0、10、100、1000、10 000倍稀釋，取稀釋液500 μl鋪平板(含有多黏菌素B 200 μg/ml，放線菌酮50 μg/ml，羧芐西林 50 μg/ml，甲氧芐啶 20 μg/ml，即711固體平板)，置37 ℃培養4周后，進行菌落計數，觀察對照組與試驗組氣霧室不同時間點采樣樣品空氣中的存活菌數量(菌落數)，計算自然消亡率(對照組)和殺滅率(試驗組)(自然消亡率和殺滅率計算公式同上)。

結　　果

1.空氣模擬現場白色葡萄球菌消毒效果：試驗組染菌氣霧室采用新型空氣消毒機開機后強檔運行120 min，對空氣中白色葡萄球菌殺滅率為99.95%～99.97%，大于99.90%，達到了《消毒技術規范》對空氣模擬現場消毒效果的要求。對照組染菌氣霧室空氣中白色葡萄球菌的自然消亡率在20.45%以下，檢測結果見表1。

2.空氣現場自然菌消毒效果和空氣現場臭氧濃度測定結果：采用新型空氣消毒機開機后強檔運行120 min，對空氣中自然菌消亡率為93.95%～94.32%，大于90.0%，達到了《消毒技術規范》對空氣現場消毒效果的要求，檢測結果見表2。消毒機開機后強檔運行120 min，空氣中臭氧濃度為0.010 mg/m3，低于《消毒技術規范》中對空氣中臭氧允許濃度(0.2 mg/m3)，檢測結果見表3。

表1　新型消毒機對白色葡萄球菌的消毒效果

注表中“-”表示無變化

表2　新型消毒機對空氣中自然菌的消毒效果

表3　新型消毒機開機后對空氣中臭氧濃度的檢測結果

表4　新型消毒機對Mycobacterium bovis BCG菌株的消毒效果

注表中“-”表示無變化

3.空氣模擬現場對MycobacteriumbovisBCG的消毒效果：開機消毒作用60 min，對MycobacteriumbovisBCG菌株的殺滅率為99.61%～99.73%，大于99%，達到了GB21551.3-2010附錄A對空氣模擬現場的消毒效果要求，檢測結果見表4。

討　　論

使用粘接劑的光觸媒材料(電子顯微鏡 ×5000)　　　無粘接劑的角柱狀光觸媒材料(電子顯微鏡 ×5000)圖1　光觸媒材料結構圖

空氣消毒是醫院感染控制的一項重要措施，空氣污染是造成呼吸系統感染及感染性疾病傳播的重要媒介。傳統的紫外線消毒除了對人體產生危害，其消毒效果受室內溫度、濕度、照射距離、照射強度、燈管質量、灰塵及消毒對象等諸多因素影響[8]。本實驗所使用的新型空氣消毒機工作原理為：采用不含粘接劑的角柱狀光觸媒及電網擾動結構的高壓靜電除塵、除菌消毒技術，以及高效濾網吸附技術和inti-fion負離子發生技術組合對空氣中的微塵、病原微生物進行捕捉、滅活和分解。受紫外線輻射納米二氧化鈦(TiO2)表面發生水的光電催化分解作用，其產生氧化能力極強的自由氫氧基和活性氧，可氧化分解各種有機化合物和部分無機物，能破壞細菌的細胞膜和固化的蛋白質，殺滅細菌。因光觸媒有凈化氣相和水中有機污染物、消毒滅菌方面的卓越能力，使其成為一種對人與環境無害，又可持續對環境空氣和表面生物因子和化學污染物具有凈化作用的方法之一，且與單一的物理和化學滅菌方法相比較更為高效[7-8]。

新型消毒機所采用的角柱狀光觸媒材料是一種不使用粘接劑的納米二氧化鈦(TiO2)的結晶體材料，較使用粘接劑的光觸媒材料的表面積更大，且角柱狀光觸媒不會被粘接劑所掩埋，從而使光觸媒的性能更高效，使用壽命得以延長(圖1)。此外特殊的無臭氧紫外燈不但能夠殺菌，更能促進角柱狀光觸媒的催化作用，促使更加高效地殺滅空氣中的細菌和病毒。

因空氣中細菌、病毒通常是與微塵等顆粒物相結合的形式存在，因此能否高效捕捉空氣中的微塵顯得尤為重要。 新型空氣消毒機采用電網擾動的高壓靜電技術，通過產生“格子亂流”的集電極結構(圖2)可以實現更高效的微塵捕捉，通過集電極捕捉的微塵上附著的細菌、病毒等微生物在電場電荷的持續作用下，會迅速發生電解過程，由于快速的能量釋放，細菌的細胞壁會受到嚴重破壞而導致細菌死亡[9]。

圖2　電網擾動集電極結構

此外本研究發現，新型空氣消毒機消毒結束后，其集電極集塵網和高效濾網及出風口上也無存活的細菌。和市場普遍使用的紫外線照射方法、高壓靜電吸附方法、高效過濾器方法等空氣凈化消毒產品相比較，該設備可在人機共存環境狀態下運行，其持續高效殺滅空氣中包括MTB(本實驗采用MycobacteriumbovisBCG)在內的各種病原微生物的能力、無臭氧及噪聲危害、清除空氣異味能力、除菌效果穩定可靠、智能運行、無二次污染等特點明顯，使其具有無可比擬的優勢。因此，該款包含新型光觸媒技術的多重空氣凈化消毒機在室內空氣環境中，尤其在呼吸系統傳染病感染風險高的醫療場所具有較大的推廣應用價值。

[1] Fujishima A. Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature, 1972, 238(5358):37-38.

[2] 王琦，劉移民，張順玲，等.光觸媒技術在控制醫院感染中的應用.華南預防醫學, 2004,30(6):38-40.

[3] 楊華明，崔森.光觸媒凈化技術的研究及其應用.中國消毒學雜志, 2004,21(4):368-370.

[4] 宋烽，董薪，銀彩霞，等.納米光催化空氣消毒機對手術室空氣消毒效果的探討.中華醫院感染學雜志，2006，16(6):660-661.

[5] 姜世聞，王黎霞. 目標——因結核病導致家庭災難性支出的患者為“零”. 中國防癆雜志，2016，38(6): 425-427.

[6] 中華人民共和國衛生部疾病預防控制局，中華人民共和國衛生部醫政司，中國疾病預防控制中心.中國結核病防治規劃實施工作指南(2008年版).北京：中國協和醫科大學出版社，2009.

[7] 賴賽麟，李海成，王威，等.熱滅活和紫外線照射滅活結核分枝桿菌的實驗效果分析.中國防癆雜志，2013，35(8)：621-623.

[8] 羅彩霞.紫外線空氣消毒存在的問題及對策.齊魯護理雜志，2008，14(1)：107.

[9] 吳吉祥，唐幸珠.靜電吸附式空氣凈化消毒器的靜電場設計原理//中國環境保護產業協會電除塵委員會.第十二屆中國電除塵學術會議論文集.武漢：中國環境保護產業協會電除塵委員會,2007.