基于微氣溶膠的去污方法

專利名稱：基于微氣溶膠的去污方法
技術領域：
本發明涉及在各種領域，包括但不限于農業、醫藥、保健、運輸、食品加工、制造、建 筑和其它應用，中的封閉環境的去污和消毒的方法。
背景技術：
致病性生物劑會對人類、動物及其存在的環境造成顯著破壞。需要用于對封閉環 境比如醫院中的多種生物劑進行高效地、環保地瞬時去污的方法。雖然已經考慮并提出了 各種方法，但是，用于對于幾何形狀復雜的封閉設施進行合理且成本有效的清潔的有效環 保技術確實還沒有出現。本發明正是滿足了這些需要同時克服了現有技術不足的方法。本發明的其它優點和新穎特征將在下面給出，而且將從本文的描述和例證中變得 明顯。相應地，本發明的下列描述應該視為本發明的示例而絕非限制。

發明內容
本發明是用由電化學活化的溶液(EAS)制備的微氣溶膠(MA)對受污染的封閉環 境(典型地，容積大于5升)進行消毒的方法。電化學活化的溶液(EAS)典型地包含通過礦 物鹽的稀釋水溶液的陽極化或陰極化(單極性)處理制備的組合物。這種處理產生具有不 尋常物理化學性質的亞穩態。盡管在本文描述的一些實施方案中所述電化學活化的溶液是 NaCl溶液，但是應該明確理解的是本發明并不特別受限于此，而是可以采用適合使用并容 易由本領域技術人員確定的各種其它電化學活化的溶液中的任何來進行各種替換性配置。 相信霧化的EAS顆粒分散在空氣中并形成自由基，所述自由基在接觸到各種細胞、孢子和 其它目標材料時會對其造成破壞。這些液滴干燥后形成這些具有高穿透能力的超活性的自 由基(例如，氧為中心的自由基)。這些超活性的自由基隨后引發自由基攻擊，這種攻擊在生 物劑內以鏈反應方式持續，導致細胞/病毒/孢子死亡。本發明的方法提供了各種優點，這 是由于EAS以及尤其是由EAS制備的微氣溶膠本身并不象許多液體比如漂白劑那樣在化學 上攻擊性很強，因此不會對靈敏設備和內部材料造成損害，同時仍然保持作為抗生物劑的 效力。在本發明的一個實施方案中，EAS和空氣以EAS (1-10) 1 (質量)的比例混合，液 滴< 10微米。該混合物隨后優選用渦旋注射噴嘴霧化，所述噴嘴隨后將所述粗分散的顆粒分離。在本發明的一個實施方案中，在具有隔膜的電解裝置的陽極室中進行過電解的氯化 鈉水溶液充當EAS用于霧化。在其它實施方案中，該氯化鈉水溶液數次在電解裝置的陽極 室中進行電解，以形成具有隨后更高活性離子濃度的EAS。盡管描述了這些實施方案，但是 可以采用形成具有大致中性PH的EAS的溶液分散體的任何裝置、材料或組合。這種方法通 常能夠和濕度或溫度無關地進行，而且不受設施大小的限制。盡管描述了這些特定構造和 參數，但是應該明確理解的是，本發明不限于此，而是可以以各種替換性形式體現以包括任 何各種另外的特征。在本發明的一個實施方案中，通過放置在含有工作溶液的圓柱形容器中的氣溶膠 發生器來執行本方法，其中注射噴嘴設置在液體表面上方從而將產生的氣溶膠流通過弦導 向容器壁。在這種實施方案中，氣溶膠發生器可以具有各種特征，包括空氣進料組裝件、水 平截止板形式的偏轉器、和1-6個注射噴嘴，這些噴嘴可以進行各種構造以能夠沿著大致 水平方向轉動。在一些構造中，注射噴嘴經過構造以使氣溶膠炬中心軸至容器壁的突起形 成至少一個至容器壁上邊緣的氣溶膠回轉。另外，注射噴嘴可以包括噴嘴室，所述噴嘴室用 于將待霧化的液體和空氣流混合，并沿切向導向噴嘴室壁。優選地，空氣進料管的橫截面面 積和噴嘴孔隙的橫截面面積經選擇以在噴嘴室內提供不小于0. IMPa的空氣壓力過量。上述概述的目的是使不熟悉專利或法律術語或措詞的通常公眾，尤其是科學家、 工程師和本領域工作人員能夠通過大致瀏覽來快速地確定本申請技術公開的本質和實質。 所述概述不是試圖限定本申請的發明(這由權利要求來度量)，也不是試圖以任何方式來限 制本發明的范圍。


參考附圖將更好地理解本發明，其中
圖1是用于制備氣溶膠的、連接到氣溶膠發生器的設備的示意圖。圖2是氣溶膠發生器的示意圖。圖3是注射噴嘴的示意圖。圖4的表給出了在本發明的一個應用中微氣溶膠化的溶液對微生物細胞和孢子 的去污效果。圖5的表給出了 MAEAS和其它氣溶膠對各種生物劑的效果之間的差異。圖6示出了微氣溶膠的去污效果和顆粒尺寸之間的關系。圖7示出了本發明的效果和采用另一分散技術(Omron霧化器)的方法的比較。圖8示出了 EAS的去污效果和氣溶膠生成參數之間的關系圖。圖9示出了 VAG發生器生產率和顆粒尺寸分布與噴嘴取向之間的函數關系。圖10示出了在脈沖氣溶膠生成之后在氣密性室內液滴(>1微米)的減少。圖11的表給出了在本發明的方法中生成的微氣溶膠液滴的穿透能力。圖12示出了 >1微米的和<1微米的MAEAS顆粒對吸附在表面上的蠟質芽孢桿菌 孢子(B. cereas spore)孢子的效果。圖13的表示出了 >1微米的和<1微米的MAEAS顆粒對空氣傳播的蠟質芽孢桿菌 孢子的效果。圖14示出了 MEAS對吸附在不同材料上的各種生物劑的去污效果。
圖15示出了 MAEAS對空氣傳播的和吸附在玻璃表面上的病毒Hmi和H5N5的去 污效果。圖16示出了 MAEAS在!^f2存在下的去污效果。
具體實施例方式下列描述包括對本發明各種優選模式的描述。從本發明的該描述中顯然可見本發 明不限于這些示例的實施方案，而是本發明也包括各種改變及其實施方案。所以，本發明描 述應該被視為示例性的而非限制性的。盡管本發明容易進行各種修改和替換性構造，但是 應該理解的是并不試圖將本發明限制為公開的具體形式，相反，本發明旨在覆蓋落在權利 要求所限定的本發明精神和范圍之內的所有修改、替換性構造和等價方式。附圖例證了在隨后給出和描述的各種測試和應用中用于執行本發明方法的裝置 的示例。在這些圖中，下面的附圖標記是指在圖1-3中給出的裝置的各種特征。在下列試 驗中采用的裝置由和從儲器(6)傳輸液體的液體進料管線(4)連接的微氣溶膠發生器(2) 構成。在一些實施方案中，也可以包括流量計(8 )，優選在儲器6和氣溶膠發生器(2 )之間。 也包括連接到機動化的壓縮器(12)的經壓縮的空氣進料管線(10)。在一些情況中，該管線 (10)也可以包括壓力控制器(14)，具有或者不具有壓力計(16)和/或過濾器(18)。另外， 該裝置可以包括用于去污的測試室(20)，其經連接以接收從微氣溶膠發生器(2)泵送的微 氣溶膠。圖2示出了微氣溶膠發生器(2)，示出了渦旋注射噴嘴(22)，其設置在圓柱形容器 (24)內使得產生的微氣溶膠炬由弦導向容器壁(24)。要求至少一個噴嘴(22)，在各種替換 性實施方案中，可以提供各種數量、類型和構造的這些噴嘴的多個注射噴嘴。在該應用中， 優選具有1-6個噴嘴(22)，具體取決于加工面積。如果如此需要特定構造，那么可以用塞子 代替一個或數個噴嘴(22)的一部分。噴嘴(22)固定到支撐構造(28)的分支導管(26)，所述支撐構造(28)使得能夠在 容器(24)內轉動。噴嘴(22)可操作地通過噴嘴管(30)連接到液體進料管(4)，所述噴嘴管優選由聚氯乙烯(PVC)管形成。這些管(30)用環(17)、墊圈(18)和螺母(19)固定。 結構(28)為噴嘴(22)提供位置從容器(24)頂部到底部改變的能力。截止板(32)用螺母 (34)固定到支撐構造(28)上，并允許通過沿著所述支撐構造移動來調整高度。如果必需， 也可以在所述容器上包括擴散器，其通過管可拆卸式地和通風系統或測試室(20 )連接。圖3示出了注射噴嘴(22)的詳細視圖，其由圓柱形噴嘴室(23)構成，所述噴嘴 室具有用于空氣進料的切向管道(25)以及軸向出口孔隙(38)。在所述室內設置有和孔隙 (38)共軸的液體進料分支導管(26)。我們的測試表明在如下情況下實現最高程度的分散 出口孔隙的橫截面面積和切向管道橫截面的總面積之比是1 :3，軸向出口孔隙的長度是其 直徑的0. 3-1. 0，轉向所述孔隙的分支導管端部是在距離所述孔隙的出口邊緣的0. 5-2. 0 個孔隙長度處。在使用中，所需數量的噴嘴(22)設置在管道構造(28)的分支導管(26)上， 并合適的間隔開以允許充分地覆蓋所述覆蓋面積。為了施加所述氣溶膠，將工作溶液從儲器(6)供至氣溶膠發生器(2)，在該處它和 由空氣壓縮機(12)提供的空氣混合。在一些應用中，進料管中的壓力由壓力控制器(14)設 置并可以用壓力計(16)調節。壓縮的空氣通過過濾器(18)供給氣溶膠發生器(2)，其中切向供給的空氣在噴嘴室(23)內形成扭曲的流然后通過出口孔隙(38)排出。在這些條件中， 氣體速度在分支導管(26)附件達到最大值。盡管沿著單元軸氣體被稀釋到0. 03mPa，但是 形成了背向氣流。當空氣從壓縮器供給到噴嘴室(23)時，被脫濕到水含量為15-20%。然后，液體溶液以0. 15-0. 6m/s的線速度通過進料導管(30)和分支導管(26)供 給室(23)。所述溶液流被所述背向氣流帶到具有最大速度的區域并通過離心力破碎。氣溶 膠液滴由此第一次脫水。生成的氣溶膠利用空氣流抽吸通過出口孔隙(38)并進入到容器 (24)中。在這些條件中，氣壓下降，這導致空氣膨脹和相對濕度降低。因此，霧化的液體被 進一步脫水，液滴尺寸減少。由弦定位的噴嘴在所述容器(24)內提供兩相流扭曲。這樣，粗 分散的液滴沉降到容器壁和板上并移向底部，而細分散的液滴通過切向空氣流帶離容器。容器軸周圍的空氣被稀釋，從而從外部吸引干空氣流，這導致氣溶膠進一步脫水 以及尺寸為大約1微米的液滴的濃度增加。因此，尺寸1微米的顆粒的濃度增加。形成的 微氣溶膠進入封閉的設施或測試室。由于進入的微氣溶膠被以相同速度移動的空氣“墊子” 環繞，所以避免了和室內空氣的迎面碰撞并且不被滅活。結果，電活化的微氣溶膠(MAEAS) 保存了液體溶液的活性。生成的微氣溶膠在含有大部分的尺寸為1微米及更小的液滴時具 有最高的穿透能力。下面的試驗證實通過VAG發生器(利用空氣)制備的電化學活化的溶液 的微氣溶膠和用超聲發生器(沒有空氣)制備的相比，有效性是10倍大。在一個實施方案中，提供了渦旋霧化器(VAG)，其配有4個氣動噴嘴并可以以三個 不同的方案運行。霧化器以方案A (具有封閉的蓋子)運行導致液滴被兩次分離。霧化器 以方案B (蓋子移開，氣溶膠噴射沿著水平方向)運行導致液滴的單次分離。霧化器以方案 C (蓋子移開，氣溶膠噴射沿著垂直方向)運行并不導致粗液滴的分離。這些運行方案不同 之處在于微氣溶膠的顆粒尺寸分布和霧化器的生產率。由于噴嘴取向的變化以及蓋子中出 口開孔尺寸的變化，渦旋霧化器也可以用于中間方案中。VAG的生產率和氣溶膠液滴的尺寸與VAG運行方案之間的函數關系(三次單獨測 量值的平均值)
其中dg是顆粒的計算在內的(平均幾何直徑)中值直徑；d。95是顆粒的最大直徑(顆粒 總數的95%) ;d_d是顆粒的質量中值直徑；dm95是顆粒的最大直徑(全部顆粒的95%，以質 量計)。當在全部方案中運行時，渦旋霧化器產生細分散的微氣溶膠(dmmd ( 6微米)。在本發明的一個實施方案中，研究了該裝置的液滴對施加在試樣片上的不同微生 物細胞和孢子的去污效果。將細胞懸浮液沉積在面積為225cm2的每個涂覆有乳膠的試樣片 上。污染的試樣片在室溫干燥1小時，放置在109. 3ft3的室中。然后，通過微氣溶膠發生 器VAG霧化IOOml的EAS或生理溶液(對照)，以提供空氣液體比例為6 :1的dmmd = 3. 2 微米的氣溶膠液滴。得到的數據示于圖4中。如圖4所示，MAEAS證實對被測的寬范圍的生物劑具有良好的去污活性，所述生物劑包括植物細胞和孢子。也證實在一些應用中，不同 的生物劑要求不同體積的霧化的EAS和與MAEAS的不同接觸時間以獲得高水平的去污。在本發明的另一實施方案中，對具有相同含量活性氯(0. 1質量％)的電活化的溶 液(EAS)和次氯酸鈣的水溶液測試了對抗Gram陰性大腸桿菌(Ε. coli) M17植物細胞、 Gram陽性金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)植物細胞和Gram陽性蘇云金芽胞桿 菌(Bac. thuringiensis)菌株98_孢子的效力。玻璃、棉、金屬、乳膠涂料、磚和瓦表面在污染之前經過清潔和消毒。試樣片尺寸為 225cm2。通過氣動式霧化器將所述細胞和孢子懸浮液沉積在試樣片上，產生粗分散的氣溶 膠(液滴尺寸為100-150微米)以得到IO6-IO8細胞/孢子/cm2。將具有生物劑的試樣片于 室溫和RH 50-60%干燥1小時，然后置于109.3ft3的氣溶膠室內。然后，以5ml/min Cdnmd =3. 2微米，空氣液體比為6 :1)將去污劑或生理溶液在所述室內霧化預定時間。一旦試驗完成，將試樣片從所述室中取出并用無菌生理溶液洗滌。收集從每個試 樣片上洗下的懸浮液，進行系列稀釋，并平板接種在Hottinger瓊脂上，列舉出過夜生長出 的集落。另外，在試驗過程中控制下列參數通過將具有營養瓊脂的敞開的Petri培養皿 暴露15分鐘，然后在37士 1°C孵育樣品M小時來控制測試室中的空氣無菌狀態；通過將 0. Iml樣品接種在營養瓊脂上，用抹刀將所述溶液均勻鋪開，并在37士 1°C孵育M小時來控 制生理溶液和蒸餾水兩者的無菌狀態。所有的試驗和對照進行一式三份。試驗的結果顯示 在圖4-6中。如同表5中的結果所證實，隨著MAEAS液滴的尺寸減少，該方法的效果增加。由于形成更小液滴的裝置在所描述的方法中具有更大的效力。這些裝置優選用于 執行本發明的方法。但是，在一系列試驗中，在同一環境中測試生成mmd 3μπι顆粒的兩 種不同類型的裝置以執行本發明的方法。在這些試驗中，清楚顯示出圖1-3中給出的VAG 裝置在完成已經在本申請中給出的殺菌任務方面最有效。圖7示出了由VAG發生器形成的 MAEAS的去污效果遠遠超過Omron發生器(另一技術)形成的去污效果。在短期氣溶膠暴露 結果中發現存在著最大的差異。這表明通過VAG發生器形成的氣溶膠液滴的性能的陽性相 關影響(例如，在液滴干燥時的超活性的自由基)。基于得到的數據，當空氣/液體EAS比(重量)為8:1且輸入空氣壓過量_0. 2MPa 時出現MAEAS的最高去污活性。另外，各種其它因素，比如噴嘴的取向、材料處于容器中的 時間長度、以及其它因素對去污方法的效力有影響。在附圖8-10中示出了優選的實施例。圖8示出了去污效果測試的結果，基于氣溶膠發生器的各種特性的改變。圖9示 出了噴嘴在容器內的位置和取向對從該裝置排出的顆粒的生產和尺寸的影響。圖10示出 了在液體霧化之后在MA保留在室內的時間期間，MA液滴(mmd>l微米)的濃度(質量)變化。 該表反映了如下測試其中，熒光素鈉標記的電活化的溶液(EAS)在測試室內霧化(d_d = 3.6微米)。一旦霧化終止，用微旋風裝置從室中定期取出空氣樣品，分析氣溶膠顆粒(>1微 米)的濃度。在EAS霧化后即刻所述顆粒的濃度記為100個相對單位。在EAS霧化后的4 小時內，MA液滴(>1微米)的濃度從100相對單位下降到1相對單位。圖11-12示出了在氣密性室內在脈沖式氣溶膠生成之后MAEAS去污效果的數據。 如同所述數據所示，MAEAS液滴能夠穿透封閉的Petri培養皿，并使沉積在試樣片上的孢子 失活。在EAS霧化后4小時，MAEAS液滴保持去污活性。當MAEAS顆粒(>1微米)的濃度下 降到1相對單位時，“室氣氛”仍然有高的去污效果。因此，和類似裝置制備的能夠保持效果不超過30-40分鐘的氣溶膠不同，MAEAS在霧化后至少在4小時內保持其去污活性。如圖 12和13中的數據所示，這一結果當應用到孢子上時得到了進一步支持。如所述數據所示，在> 1微米及更大的氣溶膠液滴沉積或干燥后，“室氣氛”仍然 保持其高的殺細菌活性。如所述數據所示，MAEAS在霧化后至少4小時保持高的殺菌活性， 即使當幾乎所有氣溶膠液滴>1微米已經沉積或干燥時。可以考慮的是這一效果源自MAEAS 液滴在空氣流中的脫水以及在室氣氛中細分散的液滴的濃度的增加，這些細分散的液滴由 于形成超活性自由基而具有高的殺生物活性。本發明的方法在各種類型的表面和材料上得以驗證，并在每一表面和材料上顯示 出有效的殺生物性能。表14和15驗證了 MAEAS對于沉積在各種材料上的微生物細胞、孢 子和病毒的高的去污效果。MAEAS保持殺生物效果至少4小時，并可用于不同材料(包括纖 維布、空調過濾器等)的去污。在這些狀況和情況的每一中，驗證了有效的殺生物性能。參 見圖14-15。可以通過用不同離子對EAS進行改性來增加MAEAS的去污效果。圖16驗證了 !^SO4 添加到氯化鈉中用于制備MAEAS的積極效果。圖16顯示出可以通過在電活化的溶液中加 入狗2+ (已知的自由基形成性材料)而得到增加的效果。這進一步增強了本發明采用自由 基作為去污機制的主張。盡管描述和示出了本發明的各種優選實施方案，但是應該明確知道本發明不限于 此，而是可以以各種方式體現以在所附權利要求的范圍內實踐。從前面的描述中，顯而易見 地是可以在不偏離所附權利要求限定的本發明精神和范圍內進行各種變化。
權利要求
1.用于對封閉區域進行消毒的方法，特征在于向所述封閉區域中注入含有自由基的微 氣溶膠，所述微氣溶膠具有< 10微米的液滴。
2.權利要求1的方法，其中微氣溶膠由電化學活化的溶液(EAS)制備。
3.權利要求1的方法，其中由所述EAS和空氣的混合物制備的所述微氣溶膠的空氣 EAS之比是1-10 1 (質量)。
4.權利要求2的方法，其中所述混合物用渦旋注射噴嘴霧化，隨后將粗分散的顆粒分1 O
5.權利要求1的方法，其中所述電化學活化的溶液包含氯化鈉。
6.權利要求1的方法，其中所述氯化鈉溶液的濃度小于5.Og/1。
7.權利要求1的方法，其中所述封閉區域的體積大于5升。
8.用于對封閉區域消毒的系統，特征在于含有自由基的微氣溶膠，所述微氣溶膠由電 化學活化的溶液(EAS)制備，具有< 10微米的液滴。
9.權利要求8的系統，其中由所述EAS和空氣的混合物制備的所述氣溶膠的空氣EAS 之比為1-10 1 (質量)。
10.權利要求8的系統，其中所述混合物用渦旋注射噴嘴霧化，隨后將粗分散的顆粒分1 O
11.權利要求8的系統，其中所述電化學活化的溶液包含氯化鈉。
12.權利要求11的系統，其中所述氯化鈉溶液的濃度小于5.Og/1。
13.權利要求1的系統，進一步包括氣溶膠發生器，所述氣溶膠發生器具有大致圓柱形 的容器，所述大致圓柱形容器具有環繞壁從而限定出室，所述室經構造以在其中接收預選 量的工作溶液，所述發生器具有至少一個位于所述室中在所述工作溶液上方的注射噴嘴， 從而將生成的氣溶膠流導向所述環繞壁。
14.權利要求13的系統，進一步包括位于所述容器中在所述工作溶液上方的大致水平 設置的偏轉板。
15.權利要求13的系統，其中所述裝置包括1-6個注射噴嘴。
16.權利要求13的系統，其中所述注射噴嘴經構造以沿著大致水平的方向轉動。
17.權利要求16的系統，其中所述注射噴嘴經設置使得所述氣溶膠炬中心軸向所述容 器壁的突起形成至少一個朝向所述容器壁的上邊緣的氣溶膠回轉。
18.權利要求16的系統，其中所述注射噴嘴包括噴嘴室，用于將待霧化的液體和沿切 向導向所述噴嘴室壁的所述空氣流混合。
19.權利要求8-18任一的系統，其中所述電化學活化的溶液包含不同金屬的鹽形式的 無機添加劑。
全文摘要
用于采用微氣溶膠對被污染的封閉設施進行消毒的方法，所述微氣溶膠含有自由基，由電化學活化的溶液制備。在本發明的一個實施方案中，所述氣溶膠用空氣EAS之比為(1-10)1(質量)的EAS-空氣混合物來制備，液滴≤10微米。該方法優選通過用渦旋注射噴嘴霧化該混合物并隨后分離粗分散的顆粒來進行。
文檔編號A61L2/03GK102065907SQ200980123622
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月26日 優先權日2008年6月25日
發明者徹爾奈瓦 E., 斯文蒂特斯基 E., 賴尼娜 E., 康托里娜 N., 埃戈羅瓦 T., 伊斯克里特斯基 V., 格盧申科 V., 托爾帕羅夫 Y. 申請人:巴特爾紀念研究院