2022醫(yī)學課件低溫等離子體消毒

1、 低溫等離子體消毒第一頁，共四十三頁。低溫等離子體消毒1.消毒滅菌的定義2.低溫等離子體滅菌技術3.低溫等離子體的消毒機理4.低溫等離子滅菌的優(yōu)缺點5.低溫等離子體殺菌消毒技術的應用第二頁，共四十三頁。1.消毒滅菌的定義消毒：消毒是指用化學的或物理的方法殺滅或消除傳播媒介上的病原微生物，使之到達無傳播感染水平的處理即不再有傳播感染的危險。滅菌：滅菌是指殺滅或去除外界環(huán)境中一切微生物的過程。包括致病性微生物和不致病的微生物，如細菌含芽胞、病毒、真菌含孢子等，一般認為不包括原蟲和寄生蟲卵，以及藻類。滅菌是獲得純培養(yǎng)的必要條件，也是食品工業(yè)和醫(yī)藥領域中必需的技術。第三頁，共四十三頁。 滅菌是個絕對的

2、概念，意為完全殺滅所處理微生物，經(jīng)過滅菌處理的物品可以直接進入人體無菌組織內而不會引起感染，因此，滅菌是最徹底的消毒。然而事實上要到達這樣的程度是困難的，因此國際上通用方法規(guī)定，滅菌過程必須使物品污染的微生物的存活概率減少到E-6 (滅菌保證水平)，換句話說，要將目標微生物殺滅率到達99.9999%。在當前面對如此嚴苛的滅菌要求，理想的滅菌器應該具有如下的特點和性能： ( 1 )滅菌速度應盡量快，時間要短； ( 2 )滅菌溫度應該低于 5 5左右，對器械、物品損傷盡量?。?( 3 )滅菌時對整個環(huán)境無影響，滅菌殘留物是無害的； ( 4 )能夠滿足多種物品的滅菌要求； ( 5 )使用耗材價格不能

3、過高。 第四頁，共四十三頁?，F(xiàn)如今所使用的滅菌方法多為熱力滅菌、輻射滅菌、環(huán)氧乙烷滅菌、低溫甲醛蒸汽滅菌以及使用各種滅菌劑如戊二醛、二氧化氯、過氧乙酸和過氧化氫等長時間浸泡的方法。這些滅菌方法存在著許多限制條件，如會對環(huán)境造成危害、滅菌時間過長、滅菌溫度過高致使器械損傷較大、食品營養(yǎng)流失等隨著對消毒、滅菌的處理要求越來越高。傳統(tǒng)滅菌方法的局限性正在促使新的滅菌技術的產(chǎn)生和開展。第五頁，共四十三頁。2.低溫等離子體滅菌技術等離子體滅菌技術是新一代的高科技滅菌技術，它能克服現(xiàn)有滅菌方法的一些局限性和缺乏之處，提高消毒滅菌效果。例如對于不適宜用高溫蒸汽法和紅外法消毒處理的塑膠、光纖、人工晶體及光學玻

4、璃材料、不適合用微波法處理的金屬物品，以及不易到達消毒效果的縫隙角落等地方，采用本技術，能在低溫下很好地到達消菌滅菌處理而不會對被處理物品造成損壞。本技術采用的等離子體工作物質無毒無害。本技術還可應用到生產(chǎn)流水線上對產(chǎn)品進行消毒滅菌處理。第六頁，共四十三頁。在環(huán)境問題越來越受到人們關注的今天，常壓低溫等離子體消毒作為一種清潔的消毒方法將會有一個廣闊的應用前景。等離子體滅菌是醫(yī)療衛(wèi)生、制藥、生物工程 食品行業(yè)滅菌技術的未來開展方向。低溫等離子體滅菌技術是消毒學領域繼甲醛、環(huán)氧乙烷、戊二醛等低溫滅菌技術之后又一新的滅菌技術，其特點是低溫、快速、毒性殘留低，而且對于耐濕熱和不耐濕熱的物品、器械均適用

5、。采用過氧化氫做為輔助劑，將過氧化氫氣體滅菌與低溫等離子結合起來 ，快速殺滅各種微生物的技術方法是目前較為最好的選擇。第七頁，共四十三頁。3.低溫等離子體的消毒機理低溫等離子體的消毒機理 目前還沒有統(tǒng)一定論，根據(jù)試驗出現(xiàn)了各種有關機理的假說,無論是從物理還是化學方面可歸根為以下三種： 活性基團的作用：等離子體中含有的大量活性氧離子、高能自由基團等成分，極易與細菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白和核酸發(fā)生化學反響，能夠摧毀微生物和擾亂微生物的生存功能，使各類微生物死亡。高速粒子擊穿作用：在滅菌實驗后，通過電鏡觀察經(jīng)等離子體作用后的細菌菌體與病毒顆粒圖像，均呈現(xiàn)千瘡百孔狀，這是由具有高動能的電第八頁，共四

6、十三頁。 子和離子產(chǎn)生的擊穿蝕刻效應所致，即等離子體中高速粒子打破微生物分子的化學鍵，最后生成揮發(fā)性的化合物如COx、CHx等。紫外線的作用：在激發(fā)物質形成等離子體的過程中，伴隨有局部紫外線產(chǎn)生，這種高能紫外光子被微生物或病毒中蛋白質所吸收，直接破壞微生物的基因物質致使其分子變性失活。研究說明， 在單一氣體中， 氣體對細菌孢子的殺滅作用不盡相同，殺菌效果強弱為 、 、 、Ar 和 ；而利用混合氣體激發(fā)等離子體，其殺菌消毒效果往往比單一中性氣體好。第九頁，共四十三頁。3.1低溫等離子體的形成等離子體是指不斷從外部對物質施加能量而使其離解成陰、 陽電荷粒子的物質狀態(tài)。通常把電離度小于 0.1的氣體

7、稱弱電離氣體，也稱低溫等離子體；電離度大于 0.1的稱為強電離等離子體，也稱高溫等離子體。人工方式獲得低溫等離子體通常是在幾帕到幾百帕的真空環(huán)境下，利用特定電磁電場作用，使某些中性氣體的分子產(chǎn)生連續(xù)不斷的電離，形成帶負電荷和等量帶正電荷的離子相互共存的物質狀態(tài)，當電離率與復合率到達平衡時，這種穩(wěn)定存在的物質形態(tài)就稱之為等離子體。在中低壓狀態(tài)下， 作為等離子體質量主體的較重粒子 中性基團和離子其溫第十頁，共四十三頁。 度要比電子低至少一個數(shù)量級，因此這種等離子體稱之為低溫等離子體或冷等離子體。通電后，在電場作用下電離出冷等離子體。冷等離子體內的電子溫度可達20000-30000度,電子的半徑約為

8、E-13米，而細菌或病毒大小約為E-6米或更小，這樣幾十個或幾千個電子將細菌包圍，其幾萬度的高溫足以將細菌或病毒完全殺死。但因電子本身的熱容量很小，所以在宏觀上沒有熱容量產(chǎn)生，不會損傷任何被消毒的物品，再者，因等離子體內含有單原子氧，單原子氧是一種強氧化劑，也能殺死微生物. 等離子體能夠在常溫條件下實現(xiàn)快速、枯燥滅菌的目的，是多種滅菌條件綜合作用的結果，下面以雙氧水為例講解其產(chǎn)生過程、消毒過程以及滅菌器的組成。第十一頁，共四十三頁。過氧化氫俗稱雙氧水，是一種較強的氧化劑。過氧化氫殺菌機制有氧化作用和分解產(chǎn)物的作用兩種。過氧化氫的強氧化性及氧化產(chǎn)物可直接氧化細菌外層結構，使細胞通透性屏障遭到破壞

9、，細菌體內物質平衡受到破壞致細菌死亡。過氧化氫分子形成等離子體，反響式為： 為氫氧自由基 為過羥自由基 為激發(fā)態(tài)的過氧化氫分子 可見光紫外線 為活化氧原子 為活化氫原子 第十二頁，共四十三頁。真空階段：通過真空泵將滅菌艙內空氣抽出，直到到達等離子體放電的真空條件，同時可去除滅菌物上的濕氣。值得的注意的是，如同其他滅菌設備一樣，滅菌艙內裝載量約占整個艙的80%，可防止真空循環(huán)時間過久或因超載所導致的循環(huán)取消。注液擴散階段：真空期結束后，自動注入2ml60%濃度的過氧化氫，瞬間氣化分成分子，均勻擴散到整個滅菌腔室。等離子階段：氣化的 在RF的作用下產(chǎn)生等離子體，通過低溫離子化的活性Free-rad

10、ical作用，使微生物滅絕。而RF波一停止，離子化狀態(tài)便瞬間終了。轉變成穩(wěn)定地氧分子及水分子，隨后重復注液擴散階段和等離子階段，已保證器械的滅菌效果。3.2 消毒過程 第十三頁，共四十三頁。 充氣階段：滅菌循環(huán)的最后階段。通風閥門開啟，使經(jīng)過過濾后的潔凈空氣進入滅菌艙，艙內負壓恢復到一個大氣壓時，滅菌過程即告完成。 目前產(chǎn)品有快速滅菌程序、標準滅菌程序、加強滅菌程序。以保證各證滅菌器械的滅菌效果。在滅菌外表物品時，可使用快速滅菌23分鐘到達滅菌效果；在滅菌管腔器械時，使用標準滅菌35分鐘到達滅菌效果,滅菌較長管腔時可使用加強滅菌程序43分鐘即可到達滅菌效果.第十四頁，共四十三頁。3.3 等離子

11、體低溫滅菌器的組成局部(1)真空系統(tǒng)：使滅菌艙內的壓力在幾帕到幾十帕之間到達等離子體放電條件(2)排氣過濾系統(tǒng)：真空系統(tǒng)在向外抽氣時，保證外圍環(huán)境不受真空泵油煙的污染。(3)注入系統(tǒng)：當程序進入到注液程序后，自動將過氧化氫滅菌劑注入到滅菌艙內。(4)等離子體發(fā)生系統(tǒng)：滅菌艙內在注入過氧化氫后，真空度到達預定值，開始產(chǎn)生等離子體進行滅菌。(5)進氣過濾系統(tǒng)：在滅菌程序結束后，向滅菌艙內注入潔凈的空氣，使滅菌艙內的壓力到達一個大氣壓。第十五頁，共四十三頁。(6)自控控制：由PLC和觸摸屏組成，控制機器每一個部件的協(xié)調作業(yè)。(7)打印系統(tǒng)：打印機器運行的每一項參數(shù)及故障提示，更加直觀的了解機器的運行

12、狀態(tài)。第十六頁，共四十三頁。4.低溫等離子滅菌的優(yōu)缺點4.1傳統(tǒng)消毒滅菌法一些常規(guī)滅菌法低溫滅菌主要有五種：輻射滅菌法、過濾除菌法、氣體滅菌法、濕熱滅菌法、 干熱滅菌法 。 A. 輻射滅菌法：指將滅菌產(chǎn)物品置于適宜放射源輻射的射線或適宜的電子加速器發(fā)生的電子束中進行電離輻射而到達殺滅微生物的方法。 B. 過濾除菌法：利用細菌不能通過致密具孔濾材的原理以除去氣體或液體中微生物的方法。 C. 氣體滅菌:指用化學消毒劑形成的氣體殺滅微生物的方法。 第十七頁，共四十三頁。D.濕熱滅菌法：指將物品置于滅菌柜內利用高壓飽和蒸汽、過熱水噴淋等手段使微生物菌體中的蛋白質、核酸發(fā)生變性而殺滅微生物的方法。E.干

13、熱滅菌法:指將物品置于干熱滅菌柜、隧道滅菌器等設備中、利用干熱空氣到達殺滅微生物或消除熱原物質的方法。 不難看出這些傳統(tǒng)方法存在許多弊病，諸如對環(huán)境有污染核輻射污染、化學污染、滅菌時間長、藥物殘留、平安性差等缺點。第十八頁，共四十三頁。各種滅菌方法比照第十九頁，共四十三頁。4.2優(yōu)點環(huán)保：以臨床常用的雙氧水為介質，經(jīng)射頻電磁場激發(fā)形成低溫等離子體并完成滅菌，其最終產(chǎn)物是少量水蒸汽和氧氣，無毒物殘留與排出，對醫(yī)務人員無損害，對環(huán)境無污染。平安：采用自動控制觸板，易操作，無需高溫、高壓，且安裝和調試簡單，使用平安。常溫：滅菌溫度為3545，干性滅菌，對器械和物品無損害，可延長貴重器械使用壽命。第二

14、十頁，共四十三頁。省時：滅菌周期短，可在3050分鐘的時間內完成簡單器械滅菌，在5070分鐘內完成復雜器械的滅菌，操作完成后可直接使用，無需象高溫滅菌后要自然冷卻放置，也不象環(huán)氧乙烷低溫滅菌后需要放置648小時通風擴散，以降低環(huán)氧乙烷的殘留濃度。適用范圍廣：低溫滅菌適用于多種材料器械，尤其對非耐熱電子器械如內窺鏡、電子儀器、電池、導線、攝影照相機等物品的滅菌處理，獨具優(yōu)勢。第二十一頁，共四十三頁。 因此從這些方面來說低溫等離子體殺菌消毒具有很大的優(yōu)勢。隨著其理論的開展以及制造技術的成熟迅速得到了廣泛的應用。 例如：在醫(yī)療領域應用的等離子體滅菌技術于20世紀80年代始于美國，Menashi等首先

15、提出鹵素類氣體等離子體具有很強的殺菌作用，可用于非耐熱醫(yī)療器械的快速滅菌，低溫等離子體滅菌技術1987年獲得專利。美國強生公司研制的Starrad 100S過氧化氫等離子體滅菌器，于1997年經(jīng)FDA批準上市?，F(xiàn)已在歐美、日本等興旺國家醫(yī)療機構微創(chuàng)手術中廣泛使用。2004年開始在我國推廣宣傳，已有幾十家大型醫(yī)療單位開始使用。由此也使得等離子體低溫滅菌技術在我國醫(yī)療領域的使用得到廣泛的認同。第二十二頁，共四十三頁。4.3技術瓶頸等離子體滅菌的關鍵技術是：滅菌腔體中等離子體必須均勻，不存在死角；有一定的能量要求。 大容積均勻等離子體發(fā)生技術的難度高！與其它方法相比等離子體滅菌器的容量小很多、本錢高

16、很多，無法滿足大規(guī)模的應用需求。等離子體滅菌器的真空系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和加注系統(tǒng)受容量的影響都比較明顯，而這些也都是產(chǎn)品中非常核心的局部。 以主要零部件以及產(chǎn)品整體配置和性能指標等因素綜合考慮，單一內室的總容量不宜超過400L；如果空間利用率高的話，實用容量可以略高于300L。這樣的空間可以滿足一般醫(yī)療和科研用途的需求，但對于工業(yè)用途以及大規(guī)模的醫(yī)療和科研用途而言就顯得比較有限，而且其本錢、容量比并不理想。第二十三頁，共四十三頁。上述問題無法增容增配等常規(guī)方法徹底解決，僅能稍稍緩解，而付出的代價卻是本錢的大幅增加和效率的大幅降低。 美國某知名企業(yè)是等離子體滅菌行業(yè)的元老，其產(chǎn)品在全球的醫(yī)療、科研領

17、域得以廣泛推廣，但極少在工業(yè)領域應用。 因為其最高端機型的容量僅為150L左右，空間很有限；但是為了到達預期的設計目的，此款機型的制造本錢很高，約為其100L機型的2.5倍。為了增加50%的實用容量，卻多付出150%的本錢。 第二十四頁，共四十三頁。 歐洲某廠商正在研制大容量工業(yè)用機型，仍然采用單一內室的設計方案。為了到達匹配的目的，其執(zhí)行元件大幅升級，本錢及其高昂，但其參數(shù)控制的精度卻很不理想，實際使用效果不盡人意，更無法用于要求苛刻的醫(yī)療和科研用途。這是一個全球性的技術空白。 目前在全球范圍內還沒有一個理想的大容量等離子體滅菌器的設計方案，無法滿足較大規(guī)模的滅菌用途，更無法到達醫(yī)療、科研和

18、工業(yè)普遍適用的預期。第二十五頁，共四十三頁。5.低溫等離子體消毒技術的應用5.1 在食品業(yè)上的應用隨著食品加工業(yè)的大規(guī)模開展 ，人們在期望食品平安性的同時，對食品的營養(yǎng)性需求也在不斷擴大。特別是常規(guī)的高溫高壓蒸汽滅菌造成的各種營養(yǎng)元素的損失已經(jīng)引起人們的普遍關注。應用低溫等離子體技術來殺滅食品本身以及加工過程中產(chǎn)生的細菌 ，實踐證明，很少會影響到產(chǎn)品的鮮度風味和滋味。第二十六頁，共四十三頁。5.1.1 用于食品外表的殺菌消毒蔬菜、水果在種植 、加工、運輸過程中，因與外界接觸外表經(jīng)常附著具有傳染性的病原微生物，其中包括國際標準中嚴格限制的一項微生物指標大腸埃希氏菌。此外 ，噴灑的殺蟲劑使得蔬果外

19、表不可防止地殘留有農藥。牲畜在屠宰場加工過程中，會因周圍環(huán)境而沾染上各類微生物 ，致使肉類外表細菌指數(shù)超標 。糧食作物在散料儲藏堆放期間，特別容易受到霉菌的侵害，一些脫水枯燥調味料如茴香 、八角、花椒等也易受到微生物的污染。第二十七頁，共四十三頁。 美國自20世紀 90年代起，利用等離子體對食品外表進行殺菌消毒就獲得了美國食品和藥物管理局的批準，并且很快應用于商業(yè)。實踐證 明，各類食品外表的大腸桿菌經(jīng)空氣等離子體 20s90min的處理，細菌總數(shù)可下降 27個對數(shù)值。諾克司維爾的田納西州大學(UTK)的等離子體科學實驗室開發(fā)的一個大氣壓下均勻輝光放電系統(tǒng)，能夠在常壓(1atm)、室溫條件下 ，

20、利用射頻激發(fā)空氣產(chǎn)生等離子體 ，并根據(jù)該技術研制了各類等離子體反響器。第二十八頁，共四十三頁。 其中他們開發(fā)的 MOD反響器以及隨后由日本學者開發(fā)的組合大氣壓下冷等離子體發(fā)生器，可將待殺菌消毒產(chǎn)品置于反響器腔體內，使其外表直接受到活性粒子的轟擊以到達殺菌消毒目的。如使用 RER反響器 ，那么可以使這些物料在遠程等離子體 (至少距等離子體發(fā)生中心 20cm)的范圍內被空氣強制對流 ，被迫沿著迂回的通道流經(jīng) 3個或更多折板 ，這使得殺菌消毒產(chǎn)品可以不與等離子體直接接觸，在一定意義上克服了某些領域不能應用該技術的限制，為該技術的應用開辟 了更為廣闊的前景。第二十九頁，共四十三頁。5.1.2 用于液體

21、食品的殺菌消毒液體食品屬于一類特殊的食品。由于更多的液體食品屬于混合物，其復雜的物質條件為不同種類微生物提供了生長和繁殖的液態(tài)環(huán)境。將低溫等離子體殺菌消毒技術應用于液相，是一項頗為引人關注的課題。這是因為，一般來說，低溫等離子體是通過氣體放電產(chǎn)生的，所以能否用該技術殺滅液體中的病原微生物就存在兩個問題：即在液體中如何有效地產(chǎn)生活性粒子以及這些粒子能否殺滅其中的微生物。第三十頁，共四十三頁。 HongbinMa等通過向液體中鼓泡 (通入空氣和純氧)，同時將電場直接作用于液體與氣體的混合態(tài)而成功地殺滅 了大腸埃希 氏菌和沙門氏菌。基于這一原理設計出的低溫等離子體反響器在實際生產(chǎn)操作中可以根據(jù)微生物

22、指標要求采用串聯(lián)方式用多個反響單元對產(chǎn)品進行殺菌消毒 。 實驗說明，殺菌效果隨著反響器數(shù)量的增加而提高。利用該技術對牛奶與橙汁進行殺菌消毒 ，細菌總數(shù)下降了5個對數(shù)值。并且值得關注的是：處理后的橙汁維生素 C含量僅有輕微的下降(約 1015)，如用氧等離子體來處理，維生素 C的損失甚至更少 ；牛奶經(jīng)處理后過 氧化值改變甚微。第三十一頁，共四十三頁。 可見 ，用低溫等離子體對液體食品殺菌消毒 ，對食品中的活性養(yǎng)分不會構成大的損傷，為產(chǎn)品的新鮮度和營養(yǎng)性提供了一定的保證。同時，也為更多的液體食品如蘋果酒 、啤酒 、去離子水、液態(tài)全蛋 、番茄汁等的殺菌消毒提供了新的思路。第三十二頁，共四十三頁。5.

23、1.3 用于小包裝食品的殺菌消毒小包裝食品在食品保質期內一般不會發(fā)生霉變 ，但有時也不排除因包裝材料的阻氧性能和透氣性能改變而引起的微生物污染 ，為確保產(chǎn)品的貨架壽命 ，提高產(chǎn)品的平安性 ，仍需要對 已包裝食品進行殺菌消毒。盡管過去對于等離子體活性粒子，能否透過包裝材料的問題尚存在異議，但Bithell的研究說明利用射頻激發(fā)的氧等離子體能夠對包裝袋內的產(chǎn)品進行殺菌和消毒。而且相關工作者已經(jīng)利用過氧化氫等離子體實現(xiàn)了對紙包裝、塑料以及錫箔包裝食品的殺菌消毒。第三十三頁，共四十三頁。5.2 在醫(yī)療衛(wèi)生中的應用現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生在為人類健康做 出奉獻的同時，也因致病微生物在公眾場所的集中性 、易傳播性為人

24、類帶來了一定的隱患。在對抗病菌的戰(zhàn)斗中，傳統(tǒng)的殺菌消毒法已經(jīng)不能滿足新型材質的各類醫(yī)用產(chǎn)品的消毒需要，因高溫灼燒而致使的器械變鈍變形使人們開始將目光轉向其他新的殺菌消毒技術。低溫等離子體殺菌消毒技術能夠滿足新的要求 ，正廣泛應用于該領域 第三十四頁，共四十三頁。5.2.1用于金屬器械的殺菌消毒在外科手術中，需要對大量器械進行殺菌消毒 ，如鋼剪、環(huán)形鋸、沖洗機等。在牙科診所，由于各種金屬器械需直接接觸病患的口腔 ，需要經(jīng)常清洗和消毒。為解決灼燒器械對器械造成的破壞 ，采用等離子體技術對這類金屬器械殺菌消毒是非常理想的。同時 ，因該類器械多數(shù)形狀不規(guī)那么，有些不能置于等離子體反響器的平行板電極之間

25、，采用遠程等離子體技術有效地彌補了這一技術的缺乏，它可以在對金屬器械外表殺菌的同時，防止因等離子體蝕刻作用而造成的器械外表損傷，保證了金屬器械的機械強度和韌性。第三十五頁，共四十三頁。利用低溫等離子體牙齒殺菌第三十六頁，共四十三頁。5.2.2用于電子探頭傳感器的殺菌消毒在醫(yī)用、生化監(jiān)測和細胞培養(yǎng)中經(jīng)常使用帶有電子探頭的各類傳感器，如婦科診斷中使用 pHISPET傳感器、呼吸科室用的微型氧氣傳感器。一 方面，這類傳感器必須經(jīng)過嚴格殺菌消毒 ，另一 方面，由于電子探頭這種靈敏元件在殺菌過程中可能會因其感應膜損壞而影響到傳感器的功能。 因此，低溫等離子消毒技術是一個很好的選擇第三十七頁，共四十三頁。醫(yī)用電子探頭傳感器第三十八頁，共四十三頁。5.2.3用于小型反復使用制品的快速滅菌在小型醫(yī)療機構 中，一些醫(yī)療用品不可防止地需要反復使用 ，這些用品包括易碎容器 、繃帶、用后易處置的塑料制品等。通常這些用品需要及時且快速地消毒，才能滿足診療要求。 常壓下輝光放電等離子體技術為此提供了可能性。該技術能夠廣泛地殺滅病原