CN108653756A - 施加于细菌和病毒细胞膜上电压差值杀菌的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种杀菌系统，其特征在于，包括高压生成模块、高压接入模块、杀菌介质和雾化喷头，所述高压生成模块将低压转换成高压，所述高压接入模块与所述高压生成模块电连接，并将所述高压生成模块产生的高压传导至杀菌介质管路中的杀菌介质，所述杀菌介质通过所述雾化喷头喷出，并通过施加于物体表面进行杀菌。这种杀菌方法可有效杀灭99.9％的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、万古霉素耐药肠球菌、假单胞菌、沙门氏菌、李斯特氏菌、甲型H1N1流感病毒，H7N9病毒等相关的细菌和病毒。

Description

施加于细菌和病毒细胞膜上电压差值杀菌的系统及方法

技术领域

一种作用于物体表面细菌的杀菌技术，尤其是用于雾化水杀灭物体表面或皮肤表面细菌等领域。

背景技术

在人们的日常生活、工作和医疗场合中都需要对周围环境或使用目标表面进行杀菌消毒处理。传统的消毒方式通常采用化学消毒剂来进行，有时候为节省成本，就直接以强酸或强碱进行稀释后进行喷洒的方式来进行消毒。化学消毒剂主要利用有效氯及其他高氧化物分子来杀灭细菌，有效氯的主要形态有三种：Cl2(氯气)、HClO(次氯酸)、ClO-(次氯酸离子)，其中前两者杀灭细菌能力较强，但对器皿的腐蚀强、操作有一定要求。当采用喷雾方式进行消毒时，就会使余氯与空气接触面积增大，氯气将大部分散失，反而使杀菌能力下降，空气污染也较重。同样，日常生活中的清洁方法大多数也是使用化学清洁剂去污，易造成环境的化学污染和水污染，也对人畜有一定的危害。另外，也有研究学者在设备中使用超声技术和臭氧技术灭菌和消毒，但超声灭菌的缺点在于：超声处理量较小，超声灭菌目前还不适合工业化生产；超声波对人体皮肤细胞和食品中微生物的影响较大，及其最终导致的潜在安全性问题研究不足。并且，超声波单独作用时，容易作用不彻底，且影响因素较多。若增加强度，会提高其灭菌率，但会造成设备的严重损耗。而使用臭氧灭菌时，其缺点在于：臭氧发生器产生的臭氧，具有浓重刺鼻的味道，还有氮氧化合物存在，对果菜和洗涤水的杀菌、除去水中有害杂质及净化的综合作用和效果不明显，难以形成互相协同作用及杀菌范围更大的杀菌效果。

此外，采用离子水消毒的方式也有一定应用，即采用电解方式生成酸性离子水，利用酸性离子水作为消毒剂，广泛应用在医疗、农业、食品加工等各领域。但是由于传统电解水在电解过程中会同时产生负电位的碱性离子水和正电位的酸性离子水，而用于消毒的却是一部分酸性水，而必须流失一定比例的碱性水，导致水资源的浪费；这样生成有效成分酸性离子水的用水量较大，生产效率较低。由于用水量大，需要连接自来水，并且生成离子水的时间较长，因而设备笨重昂贵，移动使用不方便。

针对这些技术问题，发明一种基于含有离子的水作为导电介质的新的杀菌方法，通过快速电解的方式增加水中离子浓度，提高导电性。基于这种通过高电位离子水杀菌的方案，可以产生施加在细菌细胞膜上电压差，使得的细菌细胞膜损坏而杀灭细菌。这种通过雾化离子水作为导体，将水作为导电的介质全部用于杀菌消毒的方法无污染作用，无化学残留，是一种绿色环保的杀菌方式。

该方法的优势在于：

1、这种杀菌方法可有效杀灭99.9％的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、万古霉素耐药肠球菌、假单胞菌、沙门氏菌、李斯特氏菌、甲型H1N1流感病毒，H7N9病毒等相关的细菌和病毒；

2、杀菌过程基于物理过程，使普通雾化离子水变成可以导电的介质，通过离子水体导电到细胞膜，杀掉细菌细胞；

3、不会产生二次污染，最终生成物是水；

4、低成本，显著减少制造、运输、处理杀菌化学清洁剂的环境影响；

5、方法应用及扩展性强，由于是模块化设计，可以用在普通手持杀菌器中，也可以嵌入马桶卫浴的喷水单元，以及烘干手机等接触物体表面的设备中。

附图说明：

图1为本发明的系统功能框图；

图2为本发明的系统结构图；

图3为本发明的高压生成模块原理图；

图4为本发明的一种输出电压波形；

图5为本发明的离子生成模块原理图；

图6为本发明的离子生成模块的H桥电路图；

图7为本发明的高电位喷气杀菌原理图；

图8为本发明的高压生成模块的电路图。

具体内容和实现方法：

为实现这种通过高电位离子水杀菌的方案，核心需要一种高压生成模块，同时采用离子生成模块通过快速电解的方式增加水的离子浓度，这样做的主要目的是为增加水的导电性。同时，为了让系统更稳定的工作，更好的实现一个完整的解决方案配合使用专用的电源及充电管理模块、高压接入及检测模块、电池模块、水泵驱动单元模块。

带有离子的水通过雾化喷头出前，要在喷出水的出口处施加高压，将高压引线连接在距离雾化喷头较近的地方通过铜制接头将高电压传导到水管内的水中，喷嘴优选的是60度的雾化喷嘴。其中带有高电位的雾化离子水距离物体表面一定的距离，通过离子水的电压传导，使得物体表面的细胞膜上施加了一定的电位差，该电压使得细菌的细胞膜在电位的刺激下打开，产生孔洞，如果该电压持续保持后将会造成细菌细胞膜破损而导致新陈代谢停止并死亡，通常6秒以上的喷洒可以杀灭接触表面99.9％的细菌。

高压生成模块：

高压生成模块的是一种将低压转换成高压的装置，例如将5～24V的电压转换成1000V～2000V或以上的高压。具体实现可以有多种办法，优先的一种采用的单片机驱动全桥并通过升压变压器的方法实现将12V的电压变成施加到含有离子水上的1200V的25KHz～35KHz开关频率的正弦波电压。

离子水喷雾作用到待处理表面上,在物体表面形成可导电的气液混合液体,使得待处理表面上的微生物悬浮在其中。上述形成的高压电场作用在混合液体中的微生物上,高压电场作用下,细胞膜上的电荷分离形成电位差,使得细胞膜上形成不可逆的击穿孔洞,从而破坏微生物新陈代谢,导致其死亡,实现杀菌消毒。

离子生成模块

主要采用快速电解的方式增加水的导电性，在水泵正常工作时，流过电解管的水被部分电离，使得正极处和负极处出现一定浓度的离子水，整个出口包含一定数量的离子水。由于该发明是通过施加于细菌和病毒细胞膜上电压差值杀菌的方法，采用快速电解的方式会增加水中的离子浓度，增加雾化喷头喷出的雾化水的导电性，使得电压按照一定的梯度下降。电解管可以采用多种办法，优选的采用一种椭圆形的电解管的方式，正负极采用钛合金极片，使得体积小的情况下并实现电解功能。

该电路是采用电池或电源的直流电压输入，通过BOOST升压电路或专用芯片将低压转换成高压，例如将输入的12V直流升压到24V直流，这样可以增加电离的强度，电极片优选的采用钛合金，升压后的电压通过单片机驱动H桥电路逆变的方式生成交流的方波，该方波电压施加到电解管的水中，通过电解增加水中离子的浓度。电解电压波形信号会有一个短暂电极变换，优选采用0.12:0.88的比例，其中的0.12S的电极反转是为了防止电解管的电极积垢。

电源及充电管理模块

更好的实现一个完整的解决方案配合使用专用的电源及充电管理模块，通过外部电源可以给系统充电和对应充电管理模块和电池管理电源。高压接入及检测模块

高压输出模块输出的高压导线直接连到金属转接头上，优选的采用铜制转接头，为了实时判断高压和电离的效果，在水管和雾化喷头中间放置一个线圈，线圈另一端连接一个LED灯珠，当带有电荷的水离子通过线圈，会在线圈上产生感生电动势，并点亮LED灯珠。即当带有电荷离子水正常雾化喷出时LED被点亮。

电池模块

系统可以脱离电源工作需要使用电池组供电，优选的采用12V/5AH的磷酸铁锂电池组或镍氢电池组。

水泵驱动单元模块。

水泵采用直流无刷电机水泵或直流水泵，通电后可以提供喷水的动力。

杀菌测试效果

通过国家专业授权机构测试，该高电位雾化离子水杀菌的方法可以实现大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌和病毒的99.9％杀菌率。

此外，在实际的试验测试中，将离子水介质变成空气，将水泵变成压缩气泵，也会起到一定杀菌效果，其本质均是通过高压在介质中逐级梯度下降，并在细菌和病毒的细胞膜上形成一定可以电位差，该电压使得细菌的细胞膜在电位的刺激下打开，产生孔洞，如果该电压持续后将会造成细菌细胞膜破损而导致新陈代谢停止并死亡。

由于空气的导电性较差，所以需要通过倍压方式增加电压幅值，所以采用一种直流负电位输出高压的方式，在变压器输出端接一个倍压直流输出单元，可以实现多级倍压，最后输一个负电位的高压，通过电离空气传到到细菌细胞膜上，而形成杀菌效果。

Claims (3)

1.一种基于含有离子的水作为导电介质的杀菌方法，通过快速电解的方式增加水中离子浓度，提高导电性。基于这种通过高电位离子水杀菌的方案，可以产生施加在细菌细胞膜上电压差，使得的细菌细胞膜损坏而杀灭细菌。

2.根据权利要求1所述的一种基于含有离子的水作为导电介质的杀菌方法，为实现这种通过高电位离子水杀菌的方案，核心需要一种高压生成模块，同时采用离子生成模块通过快速电解的方式增加水的离子浓度。

3.根据权利要求1所述的一种基于含有离子的水作为导电介质的杀菌方法，带有离子的水通过雾化喷头出前，要在喷出水的出口处施加高压，将高压引线连接在距离雾化喷头较近的地方通过铜制接头将高电压传导到水管内的水中。