CN111956817A - 室内环境光动力广谱杀菌消毒方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于病原微生物污染的室内环境的光动力广谱杀菌消毒方法，其包括：第一步，将光敏剂姜黄素和他拉泊芬钠按比例加入水中；第二步，将配置好的第一步的光敏剂按照5mL/m3喷洒于室内环境一定时间；第三步，采用LED蓝色光源和红色光源交替照射第二步喷洒了光敏剂的室内环境进行杀菌消毒。通过将两种天然光敏剂姜黄素与他拉泊芬钠进行配伍，与其对应的可见光单色光源蓝光与红光配合使用，采用一种新配方和新应用，经系统处理之后不会产生有害副产物、操作时间短、运行安全性高、系统成本低、不易燃烧、不会对环境造成二次污染且适用场景广泛，对流感病毒、冠状病毒等均有一定的控制和预防效果，且不受国家、地区、气温、季节的限制，具有很好的市场前景，为维护公共环境卫生安全提供了有力的技术支持。

Description

室内环境光动力广谱杀菌消毒方法
技术领域
本发明属于室内环境杀菌消毒技术领域，尤其涉及一种应用于病原微生物污染的室内环境的光动力广谱杀菌消毒方法。
背景技术
近年来人类的生存环境变得日益恶劣，空气污染物中存在的各类新型的致病微生物不断涌现，严重威胁着人类健康。目前大范围爆发的流行病，如新型冠状病毒肺炎(COVID-19)是国际关注的突发公共卫生事件。调查研究显示，室内微生物污染程度常常比室外严重2～3倍，在某些情况下，甚至可达100多倍，使得微生物污染成为提高室内空气品质亟待解决的问题。
致病微生物的传播途径主要以呼吸道飞沫和接触传播为主，另外还有气溶胶即空气传播。COVID-19在室内环境中飘浮及存活时间可达3h，增加了室内空间传播疾病和人员交叉感染的风险。目前，广泛使用的室内环境消毒方法有紫外线照射消毒，次氯酸动态喷雾消毒，75％医用酒精和84消毒液等。然而紫外线照射消毒无持续性、灯套管易结垢、设备投资大；含氯离子的消毒液气味难以接受，在杀菌、消毒过程中，容易生成有毒副产物，长期接触有致病风险；75％医用酒精易挥发，不仅作用时间短，而且易燃易爆，大面积喷洒易引起火灾。因此，研发具有安全、长效、经济、可靠的综合性广谱杀菌消毒方法用于室内环境卫生防控具有重要意义。
光动力广谱杀菌消毒系统是依靠天然光敏剂被特定波长的光激发后，产生活性氧物质，与相邻的生物大分子发生氧化反应，破坏病原微生物的大分子结构，导致其受损乃至死亡，从而达到杀灭病原微生物的目的。该系统对病原微生物的杀灭是彻底的、不可逆的、无选择性的能够对几乎所有的细菌和病毒同时具有杀灭作用的广谱杀菌消毒方法，且天然光敏剂来源广泛、经济环保、绿色安全。
目前，光动力技术广泛用于肿瘤、皮肤病等的诊断和治疗中，未有将该技术应用于病原微生物污染的室内环境杀菌消毒的报道。波长为470nm的蓝光，穿透深度为0.25mm以内，能达到表皮层，在皮肤病治疗或美容过程中起到杀菌、控油的功效；波长为630nm的红光，穿透深度为0.6～1mm，能达到真皮层，在皮肤病治疗或美容过程中起到抗炎、修复、抑制疤痕形成的功效。姜黄素能够被蓝光激发而发挥其光敏活性，他拉泊芬钠能够被红光激发而发挥其光敏活性，产生活性氧物质，从而杀灭病原微生物。本发明采用新的方法，将两种天然光敏剂即食品添加剂姜黄素与食品添加剂他拉泊芬钠进行配伍，分别配合其对应的可见光单色光源蓝光与红光，交替光照激发，应用于室内环境的杀菌消毒中，实现对微生物的一个由浅及深、由表层到深层、由膜到核的彻底杀菌消毒功效，比单一光敏剂介导的光动力杀菌消毒方法更具有优势，该方法原料来源广泛、操作简单、安全、成本低、适用场景广泛，克服了传统杀菌消毒方法的缺点，能够为病原微生物污染的室内环境的杀菌消毒提供一个全新的安全、可靠的策略。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于病原微生物污染的室内环境的广谱杀菌消毒方法，其原料来源广泛、操作简单、安全、成本低、适用场景广泛，克服了传统杀菌消毒方法的缺点，能够为病原微生物污染的室内环境的杀菌消毒提供一个全新的安全、可靠的策略。
本发明提出一种应用于病原微生物污染的室内环境的广谱杀菌消毒方法，其采用姜黄素与他拉泊芬钠，通过配合对应的光源交替照射，实现室内环境的杀菌消毒。
该方法进一步包括以下步骤：
第一步，将姜黄素和他拉泊芬钠按比例加入到水中，配置光敏剂；
第二步，将配置好的光敏剂喷洒于室内环境中，密闭一定时间；
第三步，采用不同光源交替照射，进行杀菌消毒。
所述第一步中姜黄素和他拉泊芬钠优选为食品级，纯度均为95％以上。
所述姜黄素和他拉泊芬钠在水中浓度比为1∶2-2∶1，优选为2∶1。
所述姜黄素和他拉泊芬钠在中的浓度均为≥50μmol/L。
所述第二步中采用消毒喷洒器装载配置好的光敏剂，按照5mL/m3喷洒于室内环境。
所述室内环境包括：医院、公司、室内儿童娱乐场、KTV、电梯、馆所家庭、酒店饭店、学校、幼儿园、会议室、公共卫生间、超市、实验室等及室内的门把手、开关、卫生洁具、电梯轿厢按钮、器具等。
所述密闭一定时间一般为5-40min，以使光敏剂与室内环境的病原微生物接触结合。
所述第三步中采用的光源为LED蓝光光源和LED红光光源，波长范围分别为430～480nm、600～700nm。
所述LED蓝色光源和红色光源悬吊式照射消毒。光源吊装高度距离地面≤4m。LED蓝色光源的辐照强度≥18mW/cm2，照射时间≥3min；LED红色光源的辐照强度≥45mW/cm2，照射时间≥2min。
所述LED蓝色光源和红色光源交替照射是指先进行蓝光照射，再进行红光照射。由于红光比蓝光穿透力更强，在蓝光照射之后，再进行红光照射，实现由浅及深、由表层到深层、由膜到核的更全面、深入、彻底的杀菌消毒方式。
所述杀菌消毒对象包括细菌、真菌和病毒。
所述细菌包括副溶血性弧菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠球菌、致病性化脓菌、黑曲霉菌、沙门氏菌等；所述真菌包括白色念珠菌、木霉菌属、层孔菌属、皮肤癣菌等；所述病毒包括冠状病毒、杯状病毒、H1N1甲型流感病毒、呼吸道合胞病毒、乳头瘤病毒等。
有益的技术效果
本发明采用了新的方法，将两种天然光敏剂姜黄素与他拉泊芬钠进行配伍，与其对应的可见光单色光源蓝光与红光配合使用，是一种新配方和新应用。为室内环境的卫生防控提供了一种安全、经济、可靠的综合性广谱杀菌消毒方法。
光敏剂姜黄素与他拉泊芬钠，属于食品级光敏剂，安全无毒、成本低，LED蓝色光源和红色光源，均属于可见光源，安全可靠。经系统处理之后不会产生有害副产物、操作时间短、运行安全性高、系统成本低、不易燃烧、不会对环境造成二次污染且适用场景广泛，对流感病毒、冠状病毒等均有一定的控制和预防效果，且不受国家、地区、气温、季节的限制，具有很好的市场前景，为维护公共环境卫生安全提供了有力的技术支持。
附图说明
图1为不同处理方式的姜黄素和他拉泊芬钠对室内喷洒的海水中细菌总数的杀菌效果图。
图2为不同处理方式的姜黄素和他拉泊芬钠对室内喷洒的海水中大肠菌群的杀菌效果图。
图3为不同处理方式的姜黄素和他拉泊芬钠对室内开关按钮涂抹的DH5α的杀菌效果图。
图4为姜黄素与他拉泊芬钠配伍的光动力系统对室内门把手涂抹的副溶血性弧菌的杀菌效果图。
图5为姜黄素与他拉泊芬钠配伍的光动力系统对副溶血性弧菌膜通透性的影响。
图6为姜黄素与他拉泊芬钠配伍的光动力系统对室内桌面涂抹的MNV-1的消毒效果图。
图7为姜黄素与他拉泊芬钠配伍的光动力系统对MNV-1核酸的影响。
具体实施方式
姜黄素是从姜科姜黄属植物的根茎中提取的一种天然的二酮类化合物，为橙黄色结晶粉末，在食品生产中主要用于肠类制品、罐头、酱卤制品等产品的着色。医学研究表明，姜黄素具有抗炎、抗氧化、调脂、抗病毒、抗感染、抗肿瘤、抗凝、抗肝纤维化、抗动脉粥样硬化等广泛的药理活性，且毒性低、不良反应小。目前姜黄素是世界上销量最大的天然食用色素之一，是世界卫生组织和美国食品药品管理局以及多国准许使用的食品添加剂。
他拉泊芬钠是从植物叶绿素中提取的一种天然的水溶性的光敏剂，为深蓝绿色粉末，具有组成单一、吸收波长(664nm)、皮肤光毒性小、给药照光时间短等的优点，作为光敏剂一直以来是光动力学疗法治疗肿瘤(如皮肤癌、肺癌等)和非肿瘤(如年龄相关性黄斑病变)疾病的一个研究热点。2000年，美国Light Sciences公司获得了talaporfin的授权，正进行多个适应证的研究，进入临床的有肝转移结直肠癌和年龄相关性黄斑变性，临床前研究的有肝细胞癌、脆性斑块等。2003年日本通过talaporfin钠盐(商品名Laserphyrin)-PDT治疗早期肺癌。他拉泊芬钠是食品添加剂着色剂叶绿素铜钠盐的衍生物，主要用于饮品、蔬菜罐头、糖果、饼干等产品的着色。
本发明提供的方法可在短时间内杀死室内环境中的大量细菌和病毒，克服了传统紫外线照射消毒无持续性、灯套管易结垢、设备投资大；含氯离子的消毒液消毒过程中易生成有毒副产物，长期接触有致病风险；75％医用酒精易燃易爆，大面积喷洒易引起火灾等缺点。室内喷洒的海水、开关按钮涂抹的DH5α、门把手涂抹的副溶血性弧菌、桌面涂抹的鼠诺如病毒(MNV-1)，经不同处理方式的姜黄素和他拉泊芬钠介导的光动力杀菌消毒系统处理之后，根据《医疗机构消毒技术规范》WS/T367-2012，A.5物体表面的消毒效果监测，分别采样处理前后桌面上的海水、开关按钮涂抹的DH5α、门把手涂抹的副溶血性弧菌、桌面涂抹的MNV-1，检测细菌和病毒数量的变化，结果显示姜黄素与他拉泊芬钠配伍的光动力系统使室内环境中细菌和病毒数量极显著降低，能够达到103的数量级，且比单一使用姜黄素或者他拉泊芬钠的杀菌效果更显著，该方法能够破坏副溶血性弧菌的膜通透性，使MNV-1的核酸降解。
本发明采用了新的配方和应用，将两种天然食品级光敏剂姜黄素与他拉泊芬钠进行配伍，与其对应的可见光单色光源蓝光与红光配合使用，实现由浅及深、由表层到深层、由膜到核的更全面、深入、彻底的杀菌消毒方式，为室内环境的卫生防控提供了一种安全、经济、可靠的综合性广谱杀菌消毒方法。天然光敏剂来源广泛、安全无毒、成本低，经光动力系统处理之后不会产生有害副产物、操作时间短、运行安全性高、系统成本低、不会对环境造成二次污染且适用场景广泛，且不受国家、地区、气温、季节的限制，具有很好的市场应用前景。
以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1：
将实验分为6组：空白对照组(NC)，单一姜黄素处理组(终浓度150μmol/L，LED蓝光照射5min，CU-150)，单一他拉泊芬钠处理组(终浓度150μmol/L，LED红光照射5min，TS-150)，单光照配伍组(姜黄素终浓度100μmol/L，他拉泊芬钠终浓度50μmol/L，LED蓝光照射5min，CU-100+TS-50)，1∶2配伍组(姜黄素终浓度50μmol/L，他拉泊芬钠终浓度100μmol/L，LED蓝光照射3min，LED红光照射2min，CU-50+TS-100)，2∶1配伍组(姜黄素终浓度100μmol/L，他拉泊芬钠终浓度50μmol/L，LED蓝光照射3min，LED红光照射2min，CU-100+TS-50)。
将收集的海水喷洒于密闭的室内，然后将光敏剂溶液按照以上分组以5mL/m3喷洒于室内环境，10分钟后，分别经LED蓝光(430～480nm，辐照强度18mW/cm2)或/和红光(600～700nm，辐照强度45mW/cm2)照射处理之后，检测根据《医疗机构消毒技术规范》WS/T367-2012，A.5物体表面的消毒效果监测，分别采样本发明方法处理前后桌面上的海水，检测细菌总数和大肠菌群的变化，如图1至图2所示，结果显示姜黄素与他拉泊芬钠配伍的光动力广谱杀菌消毒方法使室内环境中细菌总数和大肠菌群的数量极显著降低，能够达到103的数量级，且比单一使用姜黄素或者他拉泊芬钠的杀菌效果更显著，经配伍之后实现了很好的杀菌效果。
实施例2：
将实验分为6组：空白对照组(NC)，单一姜黄素处理组(终浓度150μmol/L，LED蓝光照射5min，CU-150)，单一他拉泊芬钠处理组(终浓度150μmol/L，LED红光照射5min，TS-150)，单光照配伍组(姜黄素终浓度100μmol/L，他拉泊芬钠终浓度50μmol/L，LED蓝光照射5min，CU-100+TS-50)，1∶2配伍组(姜黄素终浓度50μmol/L，他拉泊芬钠终浓度100μmol/L，LED蓝光照射3min，LED红光照射2min，CU-50+TS-100)，2∶1配伍组(姜黄素终浓度100μmol/L，他拉泊芬钠终浓度50μmol/L，LED蓝光照射3min，LED红光照射2min，CU-100+TS-50)。
将1×105cfu/mL的DH5α溶液涂抹于密闭室内的开关按钮上，然后将光敏剂溶液按照以上分组以5mL/m3喷洒于室内环境，10分钟后，分别经LED蓝光(430～480nm，辐照强度18mW/cm2)或/和红光(600～700nm，辐照强度45mW/cm2)照射处理之后，检测根据《医疗机构消毒技术规范》WS/T367-2012，A.5物体表面的消毒效果监测，分别采样本发明提供的方法处理前后开关按钮上涂抹的DH5α，检测DH5α数量的变化，如图3所示，结果显示姜黄素与他拉泊芬钠配伍的光动力广谱杀菌消毒方法使室内环境中开关按钮上涂抹的DH5α的数量极显著降低，能够达到103的数量级，且比单一使用姜黄素或者他拉泊芬钠的杀菌效果更显著，经配伍之后实现了很好的杀菌效果。
实施例3：
根据前期研究结果，优选姜黄素与他拉泊芬钠配比为2∶1。将实验分为2组：空白对照组(NC)和2∶1配伍组(姜黄素终浓度100μmol/L，他拉泊芬钠终浓度50μmol/L，LED蓝光照射3min，LED红光照射2min，CU-100+TS-50)。将1×104cfu/mL的副溶血性弧菌溶液涂抹于密闭室内的门把手上，然后将光敏剂溶液按照以上分组以5mL/m3喷洒于室内环境，10分钟后，分别经LED蓝光(430～480nm，辐照强度18mW/cm2)照射3min和红光(600～700nm，辐照强度45mW/cm2)照射2min处理之后，检测根据《医疗机构消毒技术规范》WS/T367-2012，A.5物体表面的消毒效果监测，分别采样本发明方法处理前后门把手上涂抹的副溶血性弧菌，检测副溶血性弧菌数量的变化以及PI染色荧光显微镜下观察膜的通透性，如图4所示，结果显示姜黄素与他拉泊芬钠配比为2∶1的光动力广谱杀菌消毒方法使室内环境中门把手上涂抹的副溶血性弧菌的数量极显著降低，能够达到103的数量级，如图5所示，荧光显微镜下观察到，PI大量进入副溶血性弧菌细胞内，即该方法处理之后，破坏了副溶血性弧菌的膜完整性，使细菌膜通透性增加，内容物流出，细菌内部结构受到破坏。
实施例4：
根据前期研究结果，优选姜黄素与他拉泊芬钠配比为2∶1。将实验分为2组：空白对照组(NC)和2∶1配伍组(姜黄素终浓度100μmol/L，他拉泊芬钠终浓度50μmol/L，LED蓝光照射3min，LED红光照射2min，CU-100+TS-50)。将滴度为5×104pfu/mL的MNV-1溶液涂抹于密闭室内的桌面上，然后将光敏剂溶液按照以上分组以5mL/m3喷洒于室内环境，10分钟后，分别经LED蓝光(430～480nm，辐照强度18mW/cm2)照射3min和红光(600～700nm，辐照强度45mW/cm2)照射2min处理之后，检测根据《医疗机构消毒技术规范》WS/T367-2012，A.5物体表面的消毒效果监测，分别采样本发明方法处理前后桌面上涂抹的MNV-1，检测MNV-1滴度的变化以及提取病毒基因组检测核酸的完整性，如图6所示，结果显示姜黄素与他拉泊芬钠配比为2∶1的光动力广谱杀菌消毒方法使室内环境中MNV-1滴度极显著降低，能够达到103的数量级，如图7所示，该方法处理之后，MNV-1的RNA三个开放阅读框(ORFs)均受到破坏降解，即病毒的复制和表达能力受到破坏，MNV-1的RNA三个开放阅读框(ORFs)，不同区域大小分别为：A/D为563bp，B/E为422bp，C/F为254bp。
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于病原微生物污染的室内环境的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：采用姜黄素与他拉泊芬钠，通过配合对应的光源胶体照射，实现室内环境的杀菌消毒。
2.如权利要求1所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述方法进一步包括以下步骤，
第一步，将姜黄素和他拉泊芬钠按比例加入到水中，配置光敏剂；
第二步，将配置好的光敏剂喷洒于室内环境中，密闭一定时间；
第三步，采用不同光源交替照射，进行杀菌消毒。
3.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述第一步中姜黄素和他拉泊芬钠为食品级，纯度均为95％以上。
4.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述姜黄素和他拉泊芬钠在水中浓度比为1∶2-2∶1。
5.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述姜黄素和他拉泊芬钠在中的浓度均为≥50μmol/L。
6.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述密闭一定时间一般为5-40min。
7.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述第三步中采用的光源为LED蓝光光源和LED红光光源。
8.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述LED蓝色光源和红色光源悬吊式照射消毒。
9.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：光源吊装高度距离地面≤4m，LED蓝色光源的辐照强度≥18mW/cm2，照射时间≥3min；LED红色光源的辐照强度≥45mW/cm2，照射时间≥2min。
10.如权利要求1或2所述的广谱杀菌消毒方法，其特征在于：所述LED蓝色光源和红色光源交替照射是指先进行蓝光照射，再进行红光照射。
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