专注消毒灭菌技术

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干法与湿法的争论,背后反映的是对过氧化氢消毒机理认识的有意或无意的模糊。在欧美,
这种争论在2010 年后基本已经消失了,但国内依旧在传说之中。

大事记:

1676 年荷兰科学家Antonie Van Leeuwenhoek 用醋熏蒸工艺

1818 年法国化学家Thénard 发现过氧化氢,距离现在已经近200 年了。

1858 年英国的物理学家Richardson 发现了过氧化氢去除异味的能力,可作为消毒剂使用。

1873 年全世界第一个过氧化氢工厂在德国柏林建立。

1893 年世界上第一个用臭氧处理饮用水的工厂在荷兰建立。

1898 年德国科学家Albrecht Schmidt 第一个用福尔马林熏蒸房间消毒,并次年申请了专利。

1913 年过氧化氢已经开始用于牛奶,果汁的保鲜。

1916 年过氧化氢用于食品工业的滤网及管道消毒。

1918 年一战中大量使用过氧化氢作为消毒剂。

1975 年Ahmed 和C.Russell 尝试用超声波雾化过氧化氢来消毒。

1979 年Francis C. Moore 和Leon R. Perkinson 公布了过氧化氢汽体灭菌的方法(专利)。

1980 年代,过氧化氢在牛奶,果汁包装中普及。

1980 年代,过氧化氢用于隐形眼镜的消毒。

1987 年Jacob 申请了过氧化氢低温等离子灭菌技术专利。

1989 年第一次报道汽体过氧化氢用于物表消毒。

1990 年第一台商业汽体过氧化氢消毒机(VHP)在美国上市,并得到EPA 的批准

1990 年代开始商业推广过氧化氢汽体(VHP)消毒技术。

2000 年代多家公司开发出过氧化氢消毒设备,包括雾化法设备。

2010 年后雾化法设备在技术上的进步。

 

  在1990-2010 年,汽化过氧化氢技术主导着空间环境消毒,特别是在生物安全,隔离器等对消毒要求高的应用场合。虽然都是汽化过氧化氢技术(VPHP:vapor phase hydrogen peroxide),但VHP(汽化过氧化氢技术)和HPV(过氧化氢汽体技术)争斗的十分激烈,市场上流传着干法和湿法工艺之争的故事。干法与湿法工艺均是利用闪蒸工艺,将过氧化氢溶液迅速汽化,注意这里的汽是带三点水的汽(vapor),不是气体的(gas)。汽体的含义就是里面包含了大量的微小液滴,如同云雾,是“气”+“液滴”的混合物。两种工艺的区别主要在干法工艺有除湿的过程。除湿后的环境下,闪蒸产生的汽体中,“气”多,“小液滴”少。

 

  干法与湿法的争论,背后反映的是对过氧化氢消毒机理认识的有意或无意的模糊。在欧美,这种争论在2010 年后基本已经消失了,但国内依旧在传说之中。对于常规的密闭环境下,即使纯气态的过氧化氢从机器中(通常是高于室温几十度的)进入到环境中,会与空气中的微粒子结合,形核长大,形成汽态的过氧化氢,即小液体或汽雾。而在物体表面,由于温差,材料表面的形态,气态或汽态的过氧化氢也会形核,冷凝长大。如同冬季的玻璃窗户,表面凝结成雾或冷凝层,这种微冷凝层通常是不可见的。这层微冷凝层是过氧化氢物表消毒的核心。对于干法工艺的代表美国Steris,对环境的温湿度控制或要求的更精准,因此消毒的重复性会更好,这也是其在制药等高端场合应用的多的原因。对于医院类的应用,环境的温度及湿度难控制,又是中高水平消毒(不是灭菌)的要求,此时干法的优势就难发挥出来了。实际上在医院的应用中湿法的设备比较流行(相对干法设备)。下面的图表直观的表示出两种设备的特点(均是达到6log 要求,相同的实验环境下测试)。

  对于雾化过氧化氢的消毒方法,早期的设备或工艺,由于液滴的粒径大,许多情况下是可见的雾状(粒径大于10 微米),无法达到6log 的验证实验要求,只能在一些要求不高的场所应用,或添加其它杀孢子剂(复方过氧化氢)来增强消杀能力。

  好的雾化方法进行的物表消毒,物体表面通常是没有可见的冷凝的,雾气本身触摸也没有湿润的感觉,也因此常称为“干雾”。需要指出的是干雾过氧化氢消毒,其背后消毒的机理也是微冷凝,只是微冷凝层通常较厚,同时微冷凝层内的过氧化氢浓度提高有限。雾化技术中,通常强调液滴的布朗运动加强了过氧化氢的扩散性能,其实这种说法是不准确的。对于大的液滴,扩散中重力效应是远高于布朗运动效应的。

  只有当液滴的直径非常小,如同PM2.5,其悬浮特征明显,其布朗运动特征才显著。同时雾化方法产生的液滴通常初速高,配合显著的布朗运动,其扩散性能优于汽化法。这几年,雾化法的技术有了明显的进步,部分厂家设备产生的过氧化氢液滴已经是微纳米级别,十分接近“汽体”了或着就是“汽体”了。由于喷出的初速高达100 多米每秒,过氧化氢液滴在飞行中不断在空气的摩擦下继续汽化,浓缩。这样的情况下,使用8-10%浓度的纯过氧化氢(没有添加其它杀孢子剂)可实现6log 的消杀(嗜热或枯黑芽孢)。同时高速气流有非常好的搅拌效应,加速了过氧化氢在空间环境内的扩散。

  对于大的空间环境,例如制药车间,动物房,医院,当环境湿度高时,汽化法的过氧化氢进入环境中会产生许多小液滴的,效果更接近雾化(微纳米级液滴),因此对温度湿度要求很高,这导致消毒时间长。但在隔离器,安全柜,传递仓等小空间,温湿度控制严格,消毒的要求高,或需要消毒高效过滤器,目前雾化方法还不能挑战汽化的工艺。值得指出的是,雾化方法通常使用低浓度的过氧化氢(通常低于8%),汽化法使用高浓度的过氧化氢(通常大于30%)。对于普通的彩钢板,汽化法工艺带来的潜在腐蚀性更高。从合规的角度,低浓度的过氧化氢属于普通化学品,采购,保管,使用更方便。根据GMP 的要求和医疗机构的消毒规范,对于环境消毒,3LOG 的杀灭率就是符合要求的。过度追求6LOG 杀灭率,会影响这种3D,无死角的,无残留的,可机械自动化的消毒技术的应用和普及。

汽化过氧化氢消毒器-技术进展

2019-08-25
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