CN111298173A - 一种综合式微生物灭活及灭杀方法和系统 - Google Patents

一种综合式微生物灭活及灭杀方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综合式微生物灭活及灭杀方法和系统，通过高频段微波的极高速极化摩擦，一方面快速加热化学剂，提高化学剂对微生物的化学灭活或者灭杀效果；另一方面直接加热物体表层的任意位置，提升物体表层的瞬时温度，对微生物进行更全面的物理灭活或者灭杀；同时，利用高频段微波的场效应对微生物中的极性分子进行冲击破坏，辅助实现微生物的生物灭活或者灭杀。综合式微生物灭活及灭杀系统包括高频段微波功率源、控制模块、高频段微波辐射器、电源模块以及化学剂喷洒装置。本发明采用化学灭活、物理灭活以及生物灭活技术相结合的方式，克服了其中单独实施存在的不足，可以对人员的防护用具、衣物等所需杀菌消毒物体表层进行快速高效全面的微生物灭活或者灭杀。

Description

一种综合式微生物灭活及灭杀方法和系统
技术领域
本发明属于微生物防控应用领域，涉及一种微生物灭活及灭杀技术。
背景技术
在新型冠状病毒等各类传染性疾病爆发时期，急需对人员的防护用具、衣物等物体表面进行快速高效全面的病毒灭活或者灭杀。现有病毒等微生物的灭活以及灭杀技术主要有基于化学灭活的消毒剂喷洒，基于物理灭活的高温加热，以及基于生物灭活的电离照射等。
微波加热灭活及灭杀方法是一种通过向待消毒物体发出微波能量，使得微生物中的极性分子在电磁场的作用下往复运动，在此过程中电磁能转化为热能，从而导致细菌、病毒等微生物升温至失去活性或者致死的技术。与传统的灭活以及灭杀方式相比，它极大地提高了能源的利用率、减小能量损耗，具有效率高、对环境友好等优点。
然而目前基于微波的微生物灭活以及灭杀方法中，大多数是基于灭菌室的灭菌处理，例如刘晶凤等人公开了一种板鸭加工用微波杀菌设备(刘晶凤、胡根东，一种板鸭加工用微波杀菌设备，中国发明专利，申请号201911151286.2，申请日2019.11.21)，通过设备通过传送带将挂有烤鸭的转动式挂架从杀菌设备壳体的进口送入杀菌室，通过微波发生器辐射出来的微波对烤鸭进行充分杀菌，但是这种方法受限于微波灭菌设备不具备调节微波功率的方法，不能满足不同需要的杀菌场景。蔡奕达等人公开了一种微波杀菌机及其使用方法(蔡奕达、蔡敏群、陈璇、陈晓璇、陈智光，一种微波杀菌机及其使用方法，申请号201811354342.8，申请日2018.11.14)，通过将带有包装的待杀菌食品置于传送带上，输送经过微波处理区进行灭菌后，输送出来，实现对待杀菌的食品进行杀菌处理。但是这种方法受限于微波灭菌设备主要依托灭菌室，将待灭菌的物品送到灭菌室内进行灭菌，不能满足不同需要的杀菌场景。而且，现有应用主要集中在食品整体的杀菌，所需功率较大，进而导致设备庞大无法便携式移动操作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供了一种综合式微生物灭活及灭杀方法和系统，通过高频段微波的极高速极化摩擦，一方面快速加热化学剂，提高化学剂对微生物的化学灭活或者灭杀效果；另一方面直接加热物体表层的任意位置，提升物体表层的瞬时温度，对微生物进行更全面的物理灭活或者灭杀；同时，利用高频段微波的场效应对微生物中的极性分子进行冲击破坏，辅助实现微生物的生物灭活或者灭杀。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种综合式微生物灭活及灭杀方法，采用化学剂喷洒加高频段微波辐射的方法，对附着在物体表层的微生物进行综合式灭活或者灭杀；所述的化学剂可以为含一种或者多种化学物质的液体，也可以为含一种或者多种化学物质的粉末状固体；所述的高频段微波辐射在化学剂喷洒之后进行；所述的高频段微波工作频率大于5GHz，具体工作频率由需要进行微生物灭活或者灭杀的物体表层厚度决定；厚度越厚的，选择的工作频率越低；所述的高频段微波辐射功率大于1瓦，具体辐射功率由需要进行微生物灭活或者灭杀的物体表层厚度以及温升需求决定；厚度越厚、所需温升越高的，所选择的辐射功率越大。
进一步的，所述的物体可以为非生物体，也可以为带有防护用具、衣物的生物体；对带有防护用具、衣物的生物体进行微波生物灭活或者灭杀时，所采用的高频段微波其工作频率以及辐射功率选择原则为高频段微波90％以上功率作用在防护用具或者衣物表层，小于10％的功率深入到生物体表层。
本发明还提供了一种综合式微生物灭活及灭杀系统，包括高频段微波功率源、控制模块、高频段微波辐射器、电源模块以及化学剂喷洒装置，所述的高频段微波功率源输出微波频率大于5GHz，功率大于1W；电源模块同时与高频段微波功率源以及控制模块相连，为高频段微波功率源以及控制模块提供工作所需的电压和电流；控制模块与高频段微波功率源相连，控制高频段微波功率源输出的微波频率、波形、功率、占空比中的一种或者多种；高频段微波功率源与高频段微波辐射器相连，通过高频段微波辐射器辐射到物体表层；所述的化学剂喷洒装置可以独立工作，也可以通过控制模块进行联动工作。
进一步的，所述的高频段微波功率源数量可以为一或多个。
进一步的，所述的高频段微波功率源输出微波形式可以为连续波，也可以为不连续波。
进一步的，所述的高频段微波功率源输出特性阻抗值、频率、功率、相位、占空比以及周期可变化。
进一步的，所述的高频段微波辐射器可以为全向辐射，也可以为定向辐射。
进一步的，所述的化学剂喷洒装置工作时间在高频段微波辐射器辐射出微波功率之前。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明采用了微波加热与化学剂喷洒相结合的方式，既可以快速加热化学剂，提高化学剂对微生物的化学灭活或者灭杀效果；又可以直接加热物体表层的任意位置，提升物体表层的瞬时温度，对微生物进行更全面的物理灭活或者灭杀。
(2)本发明采用了频率大于5GHz的高频段微波加热系统，所对应的设备尺寸小，易于便携，对于工作环境有更强的适应性。
(3)本发明采用高频率微波功率辐射，加热温升快、微生物灭活或者灭杀效率高，速率快，易控制；并且主要作用在物体表层，可以对穿戴了防护用具的人体进行实时直接的微生物灭活或者灭杀。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明所采用的综合式微生物灭活及灭杀系统框图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种综合式微生物灭活及灭杀方法，采用化学剂喷洒加高频段微波辐射的方法，对附着在物体表层的微生物如新型冠状病毒进行综合式灭活或者灭杀；所述的化学剂可以为75％酒精、乙醚、氯仿、甲醛、含氯消毒剂、过氧乙酸其中的一种，也可以为含以上一种或者多种化学物质的粉末状固体；所述的高频段微波辐射紧随在化学剂喷洒之后进行，当待消毒物体较大时，建议为用化学剂对物体表层进行局部喷洒后，随即进行高频段微波功率辐射，使得微波加热与化学灭活或者灭杀处于基本同步的状态。当待消毒物体较小时，建议为用化学剂对物体表层进行全面喷洒后，再进行高频段微波功率辐射，使得化学剂喷洒操作与微波加热操作不会发生碰撞。
所述的高频段微波工作频率大于5GHz，具体工作频率由需要进行微生物灭活或者灭杀的物体表层厚度决定；一种简易的选择原则为工作频率所对应的工作波长是待消毒物体表层厚度的20倍。例如，待消毒物体表层厚度为1mm时，建议选择的工作频率为15GHz。当然，工作频率选择还需要考虑无线电管理委员会的许可问题。所述的高频段微波辐射功率大于1瓦，具体辐射功率由需要进行微生物灭活或者灭杀的物体表层厚度以及温升需求决定；厚度越厚、所需温升越高的，所选择的辐射功率越大。
所述的物体可以为非生物体，也可以为带有防护用具、衣物的生物体；对带有防护用具、衣物的生物体进行微波生物灭活或者灭杀时，所采用的高频段微波其工作频率以及辐射功率选择原则为高频段微波90％以上功率作用在防护用具或者衣物表层，小于10％的功率深入到生物体表层。若是生物体对微波敏感的，则需要进一步通过改变工作频率以及辐射功率，需将深入到生物体表层的功率控制在1％以下甚至更低。
实施例2
如图1的综合式微生物灭活及灭杀系统框图所示，本实施例提供的一种综合式微生物灭活及灭杀系统包括高频段微波功率源1、控制模块2、高频段微波辐射器3、电源模块4以及化学剂喷洒装置5。所述的高频段微波功率源1输出微波频率大于5GHz，民用产品建议选择为ISM频段如5.8GHz、24.125GHz或者61.25GHz；若是特殊应用则可以任意选择，只要满足系统的兼容性要求。所述的功率高频段微波功率源1大于1W，为加快温升速度，可以适当增加输出功率。所述的电源模块4同时与高频段微波功率源1以及控制模块2相连，为高频段微波功率源1以及控制模块2提供工作所需的电压和电流；控制模块2与高频段微波功率源1相连，控制高频段微波功率源1输出的微波频率、波形、功率、占空比中的一种或者多种。所述的高频段微波功率源1与高频段微波辐射器3相连，通过高频段微波辐射器3辐射到物体表层；所述的化学剂喷洒装置5可以独立工作，也可以通过控制模块2进行联动工作。
所述的高频段微波功率源1的数量可为一或多个；高频段微波功率源1的输出特性阻抗值可以为标准25欧姆、50欧姆、75欧姆、100欧姆；高频段微波功率源1的输出特性阻抗值可以为标准25欧姆、50欧姆、75欧姆、100欧姆以外的其他特性阻抗值；高频段微波功率源1的工作频率可变化；高频段微波功率源1的工作相位可变化；高频段微波功率源1的工作功率可变化；高频段微波功率源1的工作模式可为连续波或不连续波；高频段微波功率源1的工作模式为不连续波时，不连续波的占空比、周期可变化。
所述的高频段微波辐射器3可以为类似于偶极子的水平全向辐射，也可以为采用贴片形式的半空间内高定向辐射。
所述的化学剂喷洒装置5工作时间在高频段微波辐射器3辐射出微波功率之前。
作为一个具体实施例，我们采用工作频率为5.8GHz，辐射功率为2W，辐射器选择为增益值大于7dBi的贴片天线，对含氯消毒剂进行加热并用于细菌消毒实验。实测结果显示，5分钟内含氯消毒剂温度就从室温20度升到45度。5分钟消毒检测显示，集成微波加热后，细菌灭杀效果明显提升。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种综合式微生物灭活及灭杀方法，其特征在于：采用化学剂喷洒加高频段微波辐射的方法，对附着在物体表层的微生物进行综合式灭活或者灭杀；所述的化学剂可以为含一种或者多种化学物质的液体，也可以为含一种或者多种化学物质的粉末状固体；所述的高频段微波辐射在化学剂喷洒之后进行；所述的高频段微波工作频率大于5GHz，具体工作频率由需要进行微生物灭活或者灭杀的物体表层厚度决定；厚度越厚的，选择的工作频率越低；所述的高频段微波辐射功率大于1瓦，具体辐射功率由需要进行微生物灭活或者灭杀的物体表层厚度以及温升需求决定；厚度越厚、所需温升越高的，所选择的辐射功率越大。
2.根据权利要求1所述的一种综合式微生物灭活及灭杀方法，其特征在于：所述的物体可以为非生物体，也可以为带有防护用具、衣物的生物体；对带有防护用具、衣物的生物体进行微波生物灭活或者灭杀时，所采用的高频段微波其工作频率以及辐射功率选择原则为高频段微波90％以上功率作用在防护用具或者衣物表层，小于10％的功率深入到生物体表层。
3.一种综合式微生物灭活及灭杀系统，包括高频段微波功率源(1)、控制模块(2)、高频段微波辐射器(3)、电源模块(4)以及化学剂喷洒装置(5)，其特征在于：所述的高频段微波功率源(1)输出微波频率大于5GHz，功率大于1W；电源模块(4)同时与高频段微波功率源(1)以及控制模块(2)相连，为高频段微波功率源(1)以及控制模块(2)提供工作所需的电压和电流；控制模块(2)与高频段微波功率源(1)相连，控制高频段微波功率源(1)输出的微波频率、波形、功率、占空比中的一种或者多种；高频段微波功率源(1)与高频段微波辐射器(3)相连，通过高频段微波辐射器(3)辐射到物体表层；所述的化学剂喷洒装置(5)可以独立工作，也可以通过控制模块(2)进行联动工作。
4.根据权利要求5所述的一种综合式微生物灭活及灭杀系统，其特征在于：所述的高频段微波功率源(1)数量可以为一或多个。
5.根据权利要求5所述的一种综合式微生物灭活及灭杀系统，其特征在于：所述的高频段微波功率源(1)输出微波形式可以为连续波，也可以为不连续波。
6.根据权利要求5所述的一种综合式微生物灭活及灭杀系统，其特征在于：所述的高频段微波功率源(1)输出特性阻抗值、频率、功率、相位、占空比以及周期可变化。
7.根据权利要求5所述的一种综合式微生物灭活及灭杀系统，其特征在于：所述的高频段微波辐射器(3)可以为全向辐射，也可以为定向辐射。
8.根据权利要求5所述的一种综合式微生物灭活及灭杀系统，其特征在于：所述的化学剂喷洒装置(5)工作时间在高频段微波辐射器(3)辐射出微波功率之前。
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