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为探究过氧化氢(H?O?)消毒时吸附 / 冷凝等表面现象对微生物灭活的作用,研究人员开展相关研究,该研究对完善消毒理论意义重大。
在气态灭菌和空间消毒过程中,压力、温度、时间、湿度、灭菌剂浓度等变量及其参数范围是常见的特征描述指标。然而,这些变量通常是在腔体或空间层面进行测量的,即与承载微生物的表面存在一定距离。深入了解灭活过程,需要更细致地研究表面现象,如吸附、吸收和冷凝。这些现象在大多数灭菌过程中至关重要,灭菌过程既可以在高温下进行(饱和蒸汽的温度为 121°C 或 134°C ),也能在低温下实现(如使用环氧乙烷(EO)、低温蒸汽甲醛(LTSF)和汽化过氧化氢(H?O?)等化学方法时,温度低于 80°C 或 60°C )。对于高温饱和蒸汽而言,冷凝会释放潜热,是微生物灭活的关键因素。环氧乙烷虽然具有很强的穿透性,但会被芽孢外壳阻挡。通过水蒸气预加湿,将相对湿度(RH)控制在 30%
一项较新的研究(2016 年)利用石英微天平监测了真空条件下过氧化氢灭菌过程中的冷凝层,得出冷凝是微生物灭活关键的结论。一些在常压下进行过氧化氢实验的研究也得出了类似结论,但也有研究认为是气相过氧化氢起到了灭活作用。本研究试图通过将接种物的宏观放大观察、冷凝层的微天平测量结果与微生物灭活动力学相关联,来深入理解冷凝事件的作用。
冷凝是一个复杂的多因素现象。表面的几何形状或状态(粗糙或光滑)会显著影响冷凝事件的分布。接种物(评估微生物灭活时的关键因素)和承载它的表面,二者的冷凝分布可能存在差异。因此,对接种物或表面进行近距离观察至关重要。
实验使用的设备和条件模拟了医院、实验室或工业环境中空间表面的自动消毒过程(在常压空间中喷洒浓度为 6 - 8% 的过氧化氢溶液)。工业上也常用其他常压过程,将 30% 的过氧化氢溶液汽化;而医疗器械的灭菌通常在真空腔体内,使用高浓度(59% 及以上)的过氧化氢。
常压和真空过程存在显著差异。过氧化氢灭菌循环通过抽真空(约 1 托)去除不可冷凝气体,在这种条件下,冷凝通常非常迅速。冷凝层的生长受限于水分子在几自由分子平均自由程(10 - 100nm)的克努森层中的扩散,一般由可用的冷却热通量控制。在常压过程中,存在像空气这样的不可冷凝气体,水分子在空气中的扩散限制使得冷凝层生长慢得多。此外,常压过程使用的过氧化氢浓度低于真空过程,其灭活速度较慢,更易于评估。不过,基于物理规律,真空和常压过程之间仍存在有意义的相似之处。
本文首先介绍了实验方法和测量技术,随后报告了一系列在不同环境和表面条件下(喷洒不同浓度的纯水和过氧化氢、不同初始相对湿度、不同表面)的观察结果和质量测量数据,并建立了这些数据与微生物灭活效率、灭活动力学之间的关系,使用了多种接种物,其中包含不同的微生物和悬浮液制剂。
实验在一个封闭的测试房间内进行,该房间专为实验设计,房间表面为非吸收性材质。房间配备了各种传感器和设备,尺寸为 4.5m×4m×2.25m(体积:40.5m3 ),墙壁贴有瓷砖,地面铺有 PVC 地砖,天花板经过粉刷。房间内安装有空调(测量过程中关闭)用于控制温度,测量结束后开启通风系统。
本研究采用的实验方法与现有关于常压消毒(相同浓度或 30% 过氧化氢)的文献有很大不同,以往的文章未考虑冷凝层、目视观察以及初始相对湿度的影响。
本研究旨在评估吸附 / 冷凝及其他表面现象在过氧化氢灭活微生物过程中的作用。该研究采用了与现有文献互补的研究方法,结合了宏观放大观察、冷凝物称重以及微生物灭活动力学研究。实验在不同初始相对湿度(RHi)下,使用表面消毒设备在房间内进行。随着实验进行,房间内过氧化氢浓度增加。
作者贡献声明:P. Destrez 负责撰写 - 审核与编辑、验证、监督、资源获取、项目管理、方法学、调查研究、资金获取、形式分析、概念构思;D. Beysens 负责撰写 - 审核与编辑、撰写初稿、可视化处理、验证、方法学、调查研究、形式分析、数据整理、概念构思。
伦理声明:作者确认所有研究均符合伦理准则,包括遵守研究所在国家的法律要求,并且确认无需当地伦理委员会的批准。
资金支持:作者感谢高级灭菌产品公司(Advanced Sterilization Products)提供资金支持。
利益冲突声明:Philippe Destrez 报告研究得到了高级灭菌产品公司(Advanced Sterilization Products Inc.)的资金支持;Daniel Beysens 与高级灭菌产品公司(Advanced Sterilization Products Inc.)存在咨询或顾问关系;Philippe Destrez 与高级灭菌产品公司(Advanced Sterilization Products Inc.)存在雇佣关系,这些可能被视为潜在的利益冲突。
致谢:作者感谢 Yann Peter、Stéphane Zara 和 Rachid Zaitor 在测量和数据分析方面提供的帮助,同时感谢 Christine Roques 教授对手稿的批判性审阅。