CN116139304A

CN116139304A - 氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用

Info

Publication number: CN116139304A
Application number: CN202211162949.2A
Authority: CN
Inventors: 李思思; 訾伟旗; 王干一; 何娟; 柳桃; 韩思远; 高艺歌; 祝贺宇
Original assignee: Zhengzhou Shenghua Pharmaceutical Food Technology Development Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Shenghua Pharmaceutical Food Technology Development Co ltd
Priority date: 2022-09-17
Filing date: 2022-09-17
Publication date: 2023-05-23

Abstract

氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用。本发明涉及生物安全实验室和生物安全实验室车的制造、运行领域。氙准分子光源消杀技术是第三代低温消杀技术，氙准分子光源在环境空气中激发的活性氧簇是一种高效、安全、环保的消杀因子。使用可以将活性氧簇降解的材料制作的滤片可以快速的将活性氧簇降解为氧气分子和水分子。将氙准分子光源与活性氧簇消解滤片两者有机的组合在一起进行消杀与净化应用，可以使生物安全实验室和生物安全实验室车的生物屏障水平大幅度提高，且制造成本和运行成本均优于现有技术。本发明所表述的《氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用》的技术要素为提高生物安全实验室和生物安全实验室车的设计制造与运行提供了一种崭新的技术方案。

Description

氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用

技术领域

本发明涉及生物安全实验室和生物安全实验室车的制造、运行领域。氙准分子光源消杀技术是第三代低温消杀技术，氙准分子光源在环境空气中激发的活性氧簇是一种高效、安全、环保的消杀因子。使用可以将活性氧簇降解的材料制作的滤片可以快速的将活性氧簇降解为氧气分子和水分子。将氙准分子光源与活性氧簇消解滤片两者有机的组合在一起进行消杀与净化应用，可以使生物安全实验室和生物安全实验室车的生物屏障水平大幅度提高，且制造成本和运行成本均优于现有技术。本发明所表述的《氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用》的技术要素为提高生物安全实验室和生物安全实验室车的设计制造与运行提供了一种崭新的技术方案。

背景技术

在生物安全实验室和生物安全实验室车的建设中，一项重要的技术，也是生物安全实验室的实质性的技术是“生物屏障”技术。这里所说的“生物屏障”技术的狭义内容是指对生物安全实验室/车的工作区构建一个阻断外来不相干的生物进入到生物安全实验室/车的工作区，防止生物安全实验室/车的工作区产生的生物泄露出生物安全实验室/车的工作区。具体的措施是对生物安全实验室/车的工作区的新风供给系统、物流窗口(物流传递窗)、人流出入口(缓冲间)以及废气废物废液的去微生物处理(消毒柜和环保净化设备)后再排泄出生物安全实验室车的工作区。

当前在生物安全实验室/车的建设领域用于“生物屏障”的基本技术是采用高效过滤器对微尘的过滤来间接实现对微生物的祛除，从而实现生物屏障的功能。

早期对空气净化的需求是来自于精细化工业领域的需求，例如大规模集成电路的制造，精密轴承为代表的精密机械制造，精密光学制造等，在这些领域中，如果空气中的微小的固体颗粒物沉积在加工器件上将会导致工业产品的品质降低和甚至损坏造成废品。所以早期的空气净化系统是以采用空气过滤器过滤空气中的微尘颗粒物作为主要技术路线发展起来的。到目前为止，微尘空气过滤器一般分初效空气过滤器、中效空气过滤器、高中效空气过滤器、亚高效空气过滤器、高效空气过滤器和超高效空气过滤器。微尘过滤器的过滤粒径、过滤效率、风阻压力的基本数据如下表所示(具体的数据会根据厂家有些偏差)。

表1微尘过滤器的基本性能

种类

微尘直径

过滤效率

风压

种类

微尘直径

过滤效率

风压

粗效

≥5um

80％≥

≤50Pa

中效

≥1um

70％≥

≤80Pa

高中效

≥1um

99％≥

≤100Pa

亚高效

≥0.5um

95％≥

≤120Pa

高效

≥0.5um

99.99％≥

≤220Pa

超高效

≥0.1um

99.999％≥

≤280Pa

领域内的技术人员在考虑净化效果时，不能仅依赖于过滤器的过滤效率，因为过滤效率是一个相对数据，还要看被净化的空间内到底有多少微尘。为此，领域内的技术人员将净化空间分为9个不同的净化等级，如GB/T50591-2010《洁净室施工及验收规范》的规定，如下表所示。

表2净化空间的净化等级

随着净化技术在工业制造加工领域获得的成功，在上世纪中后期空气净化技术被很快应用于药品和食品的生产以及需要空气净化的实验室领域，并由此在众多的领域内被普及应用。尤其是对室内有害微生物的控制空气净化技术具有突出的作用，所以空气净化技术被快速的引进并应用于人类生活和生产实践的各个角落。

然而细心的领域内技术人员认识到，除了精密工业加工领域等少数领域外，在很多领域内对空气净化的需求主要是集中在有害微生物的消杀和TVOC的清除，而对微尘的清除需求是第二位的。

已经发现的对机体有害的细菌的粒径一般在0.5um以上，但是也有一些细菌的粒径小于0.5um。而已经发现的对机体有害的病毒的粒径一般在0.01um左右，一些对植物有害的病毒的粒径会更小。细菌和病毒在空气中的传播一般是细菌和病毒依附于空气中的微粒上(例如固体颗粒物、飞沫)进行空气传播导致传染性疾病的传播。

空气净化技术在药品和食品的生产以及在一些生命科学实验室(例如生物实验室、微生物检测实验室等)的应用存在一个名为“生物屏障”的观念。在空气净化领域内“生物屏障”可以理解为能够阻止未进行空气净化空间的微生物进入空气净化空间的机制，简单理解就是“空气生物净化”而非“空气微粒净化”。生物屏障的概念目前在生物实验室(例如P2、P3、P4生物实验室、实验动物实验室)中被视为一个非常重要的技术，而目前普遍采用的以空气过滤器为技术特征的空气净化技术在“生物空气净化”中存在明显的技术缺陷。

因此对一些有生物控制要求的洁净空间不仅需要对空气中尘粒、温湿度等进行控制，还须除去有生命的微粒(例如细菌、病毒)。显然仅仅依赖于空气过滤器对微尘的控制是满足不了需求的。因为一般需要对空气进行净化的空间都是在温度和湿度上适宜人类生活的最佳空间(如室温被控制在20-26℃之间，湿度被控制在40％-65％RH之间)，但是这个温湿度恰恰也是有害微生物最易于繁殖扩增的温湿度。所以，当一些有害的微生物依附于漏网的微尘或空气过滤器不能滤除控制的微尘进入空气净化空间后，会在净化空间内进行繁殖扩增。例如即便是在上表中十级别的净化空间中，也允许每立方米有0.1um-0.2um的少量微粒漏网存在。而即便是对洁净等级要求很高的P3实验室和注射剂的灌注车间以及高级别手术室等场所，对净化级别的要求一般是百级净化级别，或局部百级净化级别。所以领域内的专业人士特别强调了“一般空气净化”和“生物空气净化”的区别。

病毒主要是以飞沫通过空气传播为主，所以在空气净化领域内突出“生物空气净化”的重要性是必要的。

领域内的技术人员都知道，很多建设有高等级净化级别的实验室、医院病房等需要空气生物净化的场所内的净化空调系统，在使用一段时间后在通风管道和过滤器上滋生的霉菌和霉菌孢子体会通过净化空调系统对被净化的空间形成二次污染，这是生物实验室和院内感控长期以来难以解决的问题。

由表1可见，随着空气过滤器的级别增高，对空气的压力需求也在快速的提升。高的空气压力对净化区域内的空气压力梯度的控制提出了更高的要求，而净化区域内的压力梯度恰恰是洁净空间中一项重要的微尘控制和生物控制的技术手段。随着过滤等级的升高，空气过滤器的孔径逐渐减小，同时意味着空气过滤器的容尘量逐渐减小。当空气过滤器的容尘量增加时，势必会导致空气过滤器的风阻上升，而风阻的上升将会导致原来已经调试好的室内空气压力梯度改变。这也是在生物洁净室内的实验人员抱怨实验室被微生物污染的原因之一。

由此可见，仅仅依赖于空气过滤器，尤其是高效空气过滤器和超高效空气过滤器的技术手段满足“生物空气净化”是不可能的了，人类需要更好的技术手段来弥补单一的依赖于空气过滤技术实现生物空气净化的技术缺陷。

在构建生物安全实验室的生物屏障技术中，目前最常规配套辅助的消杀技术是高温消杀技术(电热和蒸汽作为消杀因子)、过氧化氢微雾喷洒以及配套的等离子过氧化氢(VHP)技术的消毒设备和物料传递窗口。高温消杀技术在对微生物的有效杀灭的作用是肯定的，例如对生物安全实验室的一些耗材的灭菌、对生物安全实验室产生的废物的灭菌等，但是由于高温，生物安全实验室的一些需要低温消毒的方面是不可以使用高温消毒技术的。

目前VHP(汽化过氧化氢，即过氧化氢水蒸气闪蒸技术，国内称为：等离子体过氧化氢)作为低温消毒技术被生物安全实验室普遍应用。但是VHP技术必须在容积较小的密闭的空间进行消毒作业，所以现在使用VHP技术的设备只能是消毒柜类型的设备，所以VHP技术的设备也只能如同高温消毒技术一样，只能对生物安全实验室的一些耗材和废物进行灭菌。

由于生物安全实验室对新型低温消毒技术的迫切需求，延伸于VHP技术的过氧化氢灭菌方法是过氧化氢微雾喷洒的设备也在使用。其原理是浓度在3％-10％左右的过氧化氢液体在气泵的气压下通过喷嘴形成微雾对周围空气进行消毒，目前一些机器人消毒器也普遍采用了这种过氧化氢微雾喷洒的技术模式。对于这类过氧化氢消毒方式目前并没有获得普遍的认可。其理由是：1、以目前的喷嘴技术只能实现20um-100um范围的雾滴直径(也就是说雾滴的直径的均值是落在这个范围)，达不到VHP技术的微雾水平，而过氧化氢的消毒能力与雾滴的直径大小密切相关，所以大粒径的微雾喷洒不能实现VHP的消杀效果。截止到目前为止，未有报道过氧化氢雾径大小与消杀水平高低的严谨对比试验，因为这种严谨的对比试验是无法做到的。2、目前使用的法规依据是参照WS/T367-2012《医疗机构消毒技术规范》和WS/T368-2012《医院空气净化管理规范》的要求，使用浓度是3％的过氧化氢水溶液，按照气溶胶(0.001～100um)喷雾或雾滴要求应该小于20um，喷洒量为20-30ml/m³，作用30-60min。当室温在20-26℃之间时空气中的露滴含水量为17.2ml/m³～24.2ml/m³之间，则喷出的含水量在19.4ml/m³～29.1ml/m³之间，也就是说按照WS/T367-2012和WS/T368-2012的要求进行过氧化氢微雾喷洒，则在进行过氧化氢空气消毒时，喷洒到室内环境中的含水量超过了室内空气的露滴含水量。当空气中的水份达到露点后，含有过氧化氢的水雾滴也会降落下来，无法保障应有的消杀浓度。

过氧化氢的作用原理是通过复杂的化学反应解离具有高活性的羟基，破坏细胞膜VHP消毒过程，其消毒过程分为：“1.Dehumidify除湿；2.Condition调整至平稳状态；3.Bio-decontamination消毒；4.Aerate进过滤清洁空气，除VHP气”。其中除VHP的方法目前都是采用空气电场电离分解的方式，被称为“等离子分解方式”，所以VHP法在我国也被称为“过氧化氢等离子消毒方式”，对应的设备称之为“过氧化氢等离子消毒器”。VHP的消毒周期只需5-7h，而蒸汽消毒周期为0.1-0.5h，环氧乙烷(EO)气体消毒灭菌周期为12-18h。VHP消毒灭菌对操作人员无危害，对环境无污染，其最终残留物为水和氧气，不存在任何环境污染的问题。但是过氧化氢可以致皮炎、支气管或肺脏疾病。经口中毒时会出现腹痛、胸口痛、呼吸困难、呕吐、体温升高、结膜和皮肤出血，个别出现视力障碍、痉挛、轻瘫，所以过氧化氢消杀作业不能人机共处。

基于以上的技术讨论可见，已有的低温消毒技术已经无法满足生物安全实验室的建设与运行需求，迫切需要一种高效、环保、人机共处的新型低温消毒技术来填补这一空白。

采用准分子光源为技术特征的第三代低温消杀技术是新出现的低温消毒技术。目前准分子光源可以实现商品化的技术有5种准分子光源，它们是氬准分子光源发射的126nm的窄频真空紫外光；氪准分子发射的146nm的窄频真空紫外光；氙准分子发射的172nm窄频真空紫外光；氯化氪准分子发射的222nm窄频深紫外光；氯化氙准分子发射的308nm的中波紫外光。在这5种紫外光中，可以用于消杀作业的只有氙准分子发射的172nm窄频真空紫外光和氯化氪准分子发射的222nm窄频深紫外光；其他的三种准分子紫外光要么能量不足，要么波长太长，虽然都具有一定的消杀作用，但作用力微弱，不堪以用。

氯化氪准分子发射的222nm窄频深紫外光可以破坏细菌的细胞壁将细菌杀灭。由于222nm的波长相对于低压汞灯发射的254nm宽频紫外光更容易被细菌的细胞所吸收，所以其对细菌的杀灭效果远远的高于低压汞灯的杀菌效果。同时由于准分子光源的能量密度更高，所以222nm窄频深紫外光可以在更远的地方对有害微生物进行更高效率的杀灭。另外准分子光源具有“秒开秒关”的电气特性，所以可以更精确的把握消杀因子释放的剂量，具有在高效和安全两种因素上进行更为准确的把握，在确保安全的情况下充分发挥消杀新功能。目前可以检索到的关于222nm窄频深紫外光的安全性主要是来自于啮齿类小鼠与低压汞灯相对比的皮肤和眼睛的安全性评价。研究结果显示，氯化氪准分子发射的222nm窄频深紫外光对小鼠的皮肤和眼睛均无伤害，而相同剂量的低压汞灯则对小鼠的皮肤和眼睛产生了严重的伤害。需要注意的是这些安全评价所采用的氯化氪准分子发射的222nm窄频深紫外光源是由日本USHIO公司生产的采用了特殊的专利滤波技术滤除了氯化氪准分子光源在发射222nm深紫外线的同时发射的254nm宽频紫外光。如果不能把氯化氪准分子同时发射的254nm的宽频紫外光滤除，则氯化氪准分子光源是不能直接照射机体的。尽管日本USHIO公司将氯化氪准分子光源技术发挥到极致，且啮齿类动物的安全性评价也展示了氯化氪光源用于消杀可以人机共处，然而遗憾的是以美国FDA和WHO为权威的医药评价机构将100nm-400nm的光波都列入到对机体照射有害的范畴，所以氯化氪准分子发射的只有222nm准分子深紫外线光波直接照射对机体的安全性认可上需要更多的安全性评价研究结果支持后，才能将其用于人机共处实施消杀作业的范畴。所以截止到目前为止，由于现有法规的限制，没有254nm有害光的222nm窄频深紫外线尚不能用于人机共处消杀作业，而只能用于无人消杀作业。这样一来，与低压汞灯的廉价相比较，氯化氪准分子光源在消杀领域的实用价值受到较大的限制。

在第三代低温消杀技术中，可以发射172nm真空紫外线的氙准分子光源展示了其优良的品质。172nm的真空紫外线具有167kcal/mol的辐射能，可以切断空气中氧气分子的双键激发基态氧(O)，还可以将空气中的水分子的氢氧键切断激发基态氢氧基(HO·)也称氢氧自由基。这两者都具有极强的氧化性，在摩尔量相当的情况下，可以瞬间将有机物转化为无机物CO₂↑和O₂↑。空气中的氮气的双键具有225kcal/mol的键能，172nm光的辐射能不能切断氮气的双键，所以在172nm辐射空气的光化学反应中，氮原子不参与，因此不会像空气放电那样滋生氮氧化合物(NOx)，因此也不会形成硝酸酸雾。介于目前仍然对空气放电普遍的产生与客观事实不相符合的技术偏见，所以一些技术法规和教科书将紫外线辐射空气后的光化学产物与空气放电后的电化学产物都归于“臭氧”(O₃)这种不存在的三氧结构的物质，所以根据现有技术法规的限制，一些研究性文件将172nm真空辐射空气后的光化学产物称之为“最纯净的臭氧”以示与空气放电产生的臭氧的区别。172nm真空紫外线在工业清洗领域中已经做出了杰出的贡献。例如在目前液晶屏的制造中，172nm真空紫外线用于清洗塑化剂，将其瞬间氧化成CO₂↑和H₂O↑。氙准分子发射的172nm的真空紫外线在工业清洗领域内的成功使用已经完美的诠释和验证了172nm的窄频真空紫外线在消杀领域必然具有无比的优秀特性。

由于172nm的真空紫外线的穿透能力很弱，所以在工业清洗中，氙准分子灯管距离被清洗物体表面的距离应该控制在4mm的距离范围内。已有的分析检测研究证实，基态氧与基态氢氧基的寿命在ns的时间级别，非常短暂，可以快速的与空气中的氧气、水分子形成OH^-(H₂O)_n(水合氢氧根离子团簇)、O₃ ^-(H₂O)_n(水合三氧离子团簇)、O₂ ^-(H₂O)_n(水合超氧离子团簇)以及HCO₃ ^-(H₂O)_n(水合碳酸氢根离子团簇)和CO₃ ^-(H₂O)_n、(水合碳酸根离子团簇)。我们将这些真空紫外光(VUV)辐射空气后的光化学产物所形成的终端分子离子团簇称之为“活性氧簇”。活性氧簇的氧化性仅略低于基态氧和氢氧自由基，但是寿命周期在ms的时间级别。在摩尔剂量相当的情况下，可以将大分子的有机物降解到小分子的有机物，乃至无机物CO₂↑和H₂O↑。使用活性氧簇进行的肺癌细胞核酸清除试验，在消杀后进行24次扩增未检测到有核酸印迹。由于氙准分子光源可以稳定和精确的释放消杀因子“活性氧簇”，以现有技术法规按照一类环境标准对臭氧的浓度限值(0.1mg/m³)的安全标准对空气中活性氧簇的浓度进行控制，在这个绝对安全的浓度下，在小于4h的时间内，活性氧簇可以对空气中的自然菌进行96％的消杀。这个消杀实验结果验证了氙准分子光源低温消杀技术可以在人机共处的状态下进行消杀作业。

任何技术法规都存在滞后于新技术发展的缺陷。例如一些技术管理文件将空气电离后的电化学产物、紫外光辐射后的光化学产物以及水电解后电化学产物统称为“臭氧”的技术管理做法需要进行商榷。因为本世纪后颁布的一些研究论文证实，以三氧分子式O₃所表示的臭氧在自然界中是不存在的，空气电离后的电化学产物的终端分子离子团簇的主要成分是水合硝酸根离子团簇(NO₃ ^-(H₂O)_n)，紫外光辐射空气所需要的紫外光必须是短于200nm波长的真空紫外线(VUV)，其光化学产物的终端离子分子团簇是活性氧簇。水电解分电解槽有隔膜和无隔膜两种电解槽，有隔膜的电解槽电解后的产物是氢气与氧气，无隔膜的电解槽电解后的产物是“布朗气”。水合硝酸根离子团簇、活性氧簇、氢气、氧气、布朗气他们的主要组分不同，理化性质有很大的区别，在消杀领域和医疗领域中应用时，有些特性相通，有些特性具有很大的不同，尤其是在安全性、有效性方面具有非常大的差异。所以将空气电离、紫外线辐射、水电解后的产物归在一个技术法规中进行技术管理，存在不严谨、技术定义不准确，与客观事实不相符的问题。但是已经颁布的技术法规不管是否存在技术问题，只要没有废除或进行新的修订，从技术管理的角度来看，都存在有效的法律地位，在表述技术和注册产品时就必须按照现有的技术法规执行。所以在本发明人对氙准分子低温消毒技术的研究过程中，本发明人的技术团队中使用了“氙准分子臭氧”、“活性氧簇”的名称，本发明人在此重申，在本发明人已经提交和后续提交的专利申请文件中，“氙准分子臭氧”和“活性氧簇”的含义是一样的。

综上所述，氙准分子发射的172nmVUV(真空紫外线)的第三代低温消杀技术完全符合“高效、环保、安全(以人机共处为标准)”的全面要求。面对如此优秀的低温消杀技术，将其应用于生物安全实验室/车的建造和运行管理中，将是一项非常有意义的技术工作。本申请人的技术团队已经围绕氙准分子低温消杀技术在生物安全实验室的建造技术领域开展了一些研究工作，准备了一些技术铺垫，并且提交了与之技术相关的专利申请，诸如：《集中传输式氙准分子光源臭氧发生器》、《集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构》、《集中传输式介质阻挡放电臭氧发生器的臭氧喷洒架构》、《用氙准分子光源制备臭氧的脉动消毒方法及其装备》、《用氙准分子臭氧对微生物培养箱消毒的方法及其装备》、《用氙准分子光源激发产生臭氧脉动消毒洗涤食品》等专利申请。在这些应用研究工作中，本申请人的技术团队不断地探索获得了一些新的应用技术，并且具有新的特征，为此提出了本专利申请。与本专利申请递交同日，本申请人还递交了《用于通风管道气体流路切换的套筒式切换阀门》、《氙准分子光源与活性氧簇消解滤片组合应用设计方案》、《并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器》、《串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器》、《一种内窥镜的洗涤与活性氧簇灭菌器的设计方案》、《负压脉动活性氧簇循环增浓灭菌核酸清除柜》、《氙准分子光源活性氧簇循环增浓消毒冷藏冷冻柜》、《氙准分子光源活性氧簇循环增浓车载消毒器》、《模块式氙准分子光源消杀净化空调段的设计方案》、《氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统》、《氙准分子光源活性氧簇循环增浓餐具食品消毒洗涤柜》、《一种内窥镜的洗涤与活性氧簇灭菌》、《氙准分子光源活性氧簇超声雾化治疗机》、《水箱上位的氙准分子光源活性氧簇超声雾化治疗机》、《水箱下位的氙准分子光源活性氧簇超声雾化治疗机》、《一种氙准分子光源活性氧簇超声雾化水箱上位消毒机》、《一种氙准分子光源活性氧簇超声雾化水箱下位消毒机》、《氙准分子光源活性氧簇超声雾化消毒机的设计方法》、《模块式VUV光源消杀净化IVC供气装置设计方案》、《VUV光源消杀净化IVC集中空调通风柜》专利申请。这些同日递交的专利申请在技术特征中与本专利申请所表述的技术特征个别地方具有相似性，但是作为一个完整的技术方案，又具有不同的技术特征，故在同日递交。

发明内容

本发明的实质性技术核心是采用氙准分子光源和活性氧簇消解滤片相互组合搭配应用作为生物安全实验室/车的生物屏障的核心技术，实现对生物安全实验室/车的净化工作区域的外来生物防护和降解清除生物安全实验室/车的净化工作区域排泄的生物与试验废物的净化处理。要实现这个技术目标，就需要将氙准分子光源单独或/与活性氧簇降解滤片进行组合应用到生物安全实验室/车所需要的生物屏障的具体技术环节。

根据申请人研究团队对第三代低温消毒技术的研发体验积累，有效的将氙准分子光源低温消杀技术应用于生物安全实验室的建造与运营，大口径的风管道切管控制阀门是必须的。然而目前市面上可以采购到的可用风管道阀门主要有蝶形阀、锥形阀、锲形阀，这些阀门应用于生物安全实验室的建造，都存在体积大、一对多控制需要多个阀体、控制难度大、成本高等诸多缺点。所以必须开发一种新型的风管道切换阀。

与本发明同日申报的《用于通风管道气体流路切换的套筒式切换阀门》专利申请文件，展示了一种新型的“用于通风管道气体流路切换的套筒式切换阀门”，该专利申请文件所展示的用于通风管道气体流路切换的套筒式切换阀门在氙准分子低温消杀技术在生物安全实验室中的应用将起到关键性的技术作用。为了阐述本发明所表述的氙准分子低温消毒技术在生物安全实验室建造的应用方案，本发明先对用于通风管道气体流路切换的套筒式切换阀门进行技术交代。

《用于通风管道气体流路切换的套筒式切换阀门》专利申请文件展示的套筒式切换阀的基本结构与工作原理如图1、2、3、4所示。

图1是平面一转二的套筒式切换阀门与外部风管道连接示意图，在图1中1是外风管道；2是管连接套件；3是阀体；4是阀体驱动电机。驱动电机(1)，可以使阀体(3)的内部套筒转动180°，实现由外风管道(1)的气流的流通方向进行180°的转换。图1所展示的套筒式切换阀的特点是阀体的进气气流和出气流向是在一个平面上实现。

图2是一个一转六的单一方向气路切换的“平面套管式切换阀”的原理图。在图2中，1是阀体的内套管；2是阀体的外套管；3是内外套管套在一起的阀体；4是外套管壁上一字形排列的6个开孔；5是内套管壁上开的6个孔。图2所展示的套筒式切换阀的特点是阀体的进气气流和出气流向是在平面上进行多方向的气流流向的切换。

图3是三维一转二的套筒式切换阀门的侧视图和俯视图。工作原理的进一步说明。在图3中，1是套筒式切换阀门的侧视图的套筒壁的开孔；2是阀体的内套筒；3是阀体的外套筒；4是阀体的驱动电机；5是套筒式切换阀门的俯视图可以观察到的一个导通状态，图中的箭头展示了阀体气流的贯通路径；6是图5的状态逆时针转动90°后套筒式切换阀门的俯视图可以观察到的另一个导通状态，图中的箭头展示了阀体气流的贯通路径；图3所展示的套筒式切换阀的特点是阀体的进气气流和出气流向是在三维上实现。

图4是一个一转二至八的多方向气路切换的“三维多方向套管式切换阀”的原理图。在图4中，1是一转二阀；2是一转三阀；3是一转四阀；4是一转六阀；5是一转八阀。图4所展示的套筒式切换阀的特点是阀体的进气气流和出气流向是三维方向上进行多方向的气流流向的切换。

当氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用时，其中的技术难点之一是对氙准分子光源激发的含有活性氧簇的气体在管道中的流向切换，常规的风管道都未能解决好这个难点。通过上述对套筒式切换阀的结构和原理的描述可见，采用套筒式切换阀对生物安全实验室/车的管道气流进行切换控制是可行的。套筒式切换阀的基本结构是由内套筒、外套筒、驱动电机和衔接轴四部分组成，制作的要素之一是外套筒只能有两个对称的孔，且外套筒上孔的直径不得大于外套筒的直径和外套筒的长度，内套筒上只有一个孔，且内套筒上孔的位置应该与外套筒上的孔的中轴线一致。在制作套筒式切换阀时可选用的材料应该是耐腐蚀的高分子材料和金属材料，例如PVC、PPR、304不锈钢等材质以及化学稳定性与304不锈钢类似的材料，由于品种诸多，就不再一一枚举了。

根据申请人研究团队对第三代低温消毒技术的研发体验深深地感到，氙准分子光源低温消杀技术具有非常好的可控制性，可以通过控制氙准分子光源的点亮与熄灭精确地释放氙准分子激发的活性氧簇的剂量，实现高效、安全的消杀作业。但是在实践中必须配套可以降解活性氧簇的技术手段，一方面当氙准分子光源释放的活性氧簇的剂量过大时对活性氧簇的剂量进行削减，另一方面在活性氧簇消杀作业完毕之后应该将剩余的活性氧簇尽快化解清除，这样就可以快速的进入消杀作业区间开展工作，同时还可以将活性氧簇对物料的氧化破坏降低到最低程度。

目前我们对活性氧簇对机体无害的安全浓度是参照我国多个标准中针对臭氧的安全浓度确定的，要求活性氧簇的安全浓度应该控制在0.1mg/m³-0.2mg/m³的范围以下。所以在高浓度活性氧簇消毒后人如果需要进入相对封闭空间作业，或在人机共处下进行消毒作业，就必须通过对活性氧簇的降解使周边环境中的活性氧簇的浓度控制在0.1mg/m³-0.2mg/m³的范围以下。这就是本发明将氙准分子活性氧簇低温消杀手段作为生物安全屏障的核心技术应用于生物安全实验室的建设与运营中提出将氙准分子光源与活性氧簇消解片这一对矛和盾两种对立的元素进行组合设计的理由。

使用目前市售的可以降解臭氧的材料作为与氙准分子光源低温消杀技术配套的盾是本发明人的技术团队在对氙准分子光源低温消杀技术的应用研究中开发的一种技术技巧。氙准分子光源与活性氧簇消解滤片组合的技术技巧可以通过图5、6、7所展示。

图5是氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联的方式进行结构组合搭配的原理图。在图5中，1是并联氙准分子活性氧簇消毒器的外壳；2是消毒器的消解舱；3是消毒器的活性氧簇激发舱；4是消解舱配套风机；5是活性氧簇激发舱配套风机；6是氙准分子灯管支架；7是氙准分子光源的灯管；8是活性氧簇消解滤片。A是并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器消解活性氧簇的状态；B是并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器激发活性氧簇的状态；图中箭头表示气流方向。由图5可见，在“并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器”的内部，活性氧簇激发舱与活性氧簇消解舱是分开的两个独立的腔体。这个腔体如桶状，有进风口和出风口，在各自配套的风机驱动下，气流分时分开流动，并不交叉互串。

其工作原理是消毒器的工作分为：(1)激发产生活性氧簇周期(B状态)；(2)活性氧簇被消解周期(A状态)。

当氙准分子光源的灯管点燃期间，活性氧簇激发舱配套的风机启动后，会将周边空气吹入激发仓，氙准分子灯管激发流经灯管的周边空气中的氧气分子和水分子产生活性氧簇，与灯管配套设计组合的风机在灯管点亮期间启动工作，源源不断地将周边的空气吹入灯管周边，并将激发的活性氧簇吹出活性氧簇激发仓，并被扩散到周边空气中。如果并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器是处于一个相对封闭的空间内，则随着并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器处于B状态的时间延长，相对封闭空间内环境中的活性氧簇的浓度会不断增加，从而实现对相对封闭空间的环境以及其中的物体表面进行消杀和净化。根据本申请人的研究得出的实验数据，当相对封闭空间环境中的活性氧簇的浓度处于0.08mg/m³-10mg/m³的浓度范围时，可以在30mim-240min的时间内对环境空气进行有效的消毒作业，根据消杀的CT关系，活性氧簇的浓度(C)越高，则消杀作业的时间(T)也就会越短。

在氙准分子光源的灯管熄灭期间，活性氧簇激发舱的配套的风机关闭。此时，活性氧簇消解舱中与活性氧簇消解片配套的风机可以启动，将周边的空气吹过消解片，如果周边空气中有活性氧簇，在通过消解滤片的瞬间，活性氧簇被降解成氧气分子和水分子。要求所采用的活性氧簇消解滤片的降解率一般应达到95％以上。

由对“并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器”工作原理可见，所谓并联并不是局限于空间的并排设计，而是在于在“并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器”的内部结构中分别有“活性氧簇激发舱”和“活性氧簇消解舱”，这两个舱是独立的空间。至于这两个舱在空间摆放时是并排摆放还是上下摆放，均属于本发明所述的“并联”所指的范畴，也就是说本发明所述的“并联”的实质是指上述的两个独立的舱室结构组合在一台氙准分子活性氧簇消毒器的内部。

如果给“并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器”配套活性氧簇传感器对封闭空间内的活性氧簇的浓度进行闭环反馈检测，在“并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器”处于激发状态时(图5中的B状态)，传感器检测周边空气中的活性氧簇的浓度，通过反馈数字电路控制，使设备激发的活性氧簇的量可以满足周边消毒所需要的活性氧簇的消杀浓度，并实现对周边环境和物品表面的消杀需求。在消杀作业完毕后，传感器检测周边空气中的活性氧簇的浓度，通过反馈数字电路控制，使设备开始对活性氧簇的进行消解，直到将周边环境中的活性氧簇的浓度降解到安全浓度以下(0.1mg/m³-0.16mg/m³，或0.1mg/m³-0.20mg/m³)。目前还没有针对活性氧簇的专属性活性氧簇浓度传感器。本发明技术团队针对滋生于光化学产物的活性氧簇与滋生于电化学产物的臭氧都具有类似的强氧化性，且组分中都会阶段性的含有O₂ ^-(H₂O)_n(水合超氧阴离子团簇)、O₃ ^-(H₂O)_n(水合三氧离子团簇)、OH^-(H₂O)_n(水合氢氧根离子团簇)的组分，所以针对目前技术上还不能实现针对活性氧簇专属性浓度传感器的现状，选择臭氧浓度传感器对活性氧簇浓度进行检测的技术方案。经过本发明的技术团队的实验验证，现有的臭氧浓度传感器对活性氧簇的浓度检测的灵敏度和线性均与检测电化学产物臭氧相同，但是不具备可以区分活性氧簇、臭氧的专属性检测能力，也不具备区分水电解产生的布朗气的专属性能力，但是具备对氧气、氢气不敏感的专属性。所以选择了臭氧浓度监测器作为本技术方案中对活性氧簇浓度监测的技术方案。基于此在本发明的文件表述中，“臭氧传感器”、“臭氧浓度传感器”、“活性氧簇传感器”、“活性氧簇浓度传感器”的技术含义均相同，均是指“臭氧浓度传感器”。

在“并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器”中，激发舱和消解舱是不能同时工作的，准确的说当活性氧簇激发舱内的氙准分子灯管点亮和配套的风机启动期间，活性氧簇消解舱内的风机是不能启动的。反之，在活性氧簇激发舱内的氙准分子灯管熄灭和配套的风机停机期间，活性氧簇消解舱内的风机就可以启动。通过嵌入式数字控制系统，实现上述的控制是非常方便的常规技术。在嵌入式控制系统中，可以根据消杀作业需要，设定激发舱的工作时间和氙准分子灯管的开关时间以及设定消解舱风机的启动时间可以实现对消杀作业的全部需求。

“并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器”的技术要素之一是氙准分子光源(主要是指氙准分子光源的灯管)与消解滤片并联组合设计的技术特征在于氙准分子光源的灯管与活性氧簇消解滤片以并联组合结构模式进行组合时，采用两个风机分别与氙准分子光源的灯管与活性氧簇消解滤片配套组合，且由氙准分子光源的灯管与风管机组合形成活性氧簇激发舱，活性氧簇消解滤片与风机组合形成活性氧簇消解舱，这两个舱室分别独立设计，舱室的形状是一侧进气一侧出气的矩形或圆柱形，电气控制应保障氙准分子光源灯管配套的风机与活性氧簇消解器配套的风机不能同时开启工作，且氙准分子光源的灯管在活性氧簇配套风机启动期间不得点燃(点亮)。

图6是氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以串联的方式进行结构组合搭配的原理图。在图6中1是串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器的激发舱，2是一通二的套筒式切换阀的阀体；3是一通二的套筒式切换阀的驱动电机；4是空气微尘过滤器(空气微尘过滤滤片)；5是风机；6是氙准分子光源的灯管；7是氙准分子光源灯管的支架；8是活性氧簇消解舱；9是活性氧簇消解滤片；图6中的A是串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器处于激发活性氧簇并向周边空气释放活性氧簇的状态；B是串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器处于对周边空气中活性氧簇进行消解的状态。图中的箭头表示气流的方向。

其工作原理是串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器工作分为(A)激发产生活性氧簇周期；(B)活性氧簇消解周期。

串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器的A状态(激发产生活性氧簇周期)的工作原理是，首先通过一通二的套筒式切换阀的驱动电机将套筒式切换阀的气流通路切换到与消解舱不相通的状态，此时启动风机并点亮氙准分子光源的灯管，当氙准分子光源的灯管点燃期间会激发流经灯管周边空气中的氧气分子和水分子产生活性氧簇，在风机的驱动下灯管激发的活性氧簇会通过套筒式切换阀的气流通道源源不断地将激发舱激发的活性氧簇吹入到周边空气中。如果串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器是处于一个相对封闭的空间内，则随着串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器处于A状态的时间延长，相对封闭空间内环境中的活性氧簇的浓度会不断增加，从而实现对相对封闭空间的环境以及其中的物体表面进行消杀和净化。根据本申请人的研究团队的实验数据，当相对封闭空间环境中的活性氧簇的浓度处于0.08mg/m³-10mg/m³的浓度范围是，可以在30mim-240min的时间内对环境空气进行有效的消毒作业，根据消杀的CT关系，活性氧簇的浓度(C)越高，则消杀作业的时间(T)也就会越短。

与串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器配套的风机可以采用轴流风机或/和涡流风机。与串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器配套的空气微尘过滤器(空气微尘过滤滤片)可以根据需要配套低效空气过滤器、中效空气过滤器、亚高效空气过滤器、高效空气过滤器或他们的组合空气过滤器以及使用这些过滤器的过滤材质制作的空气微尘过滤片。

串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器的B状态(活性氧簇消解周期)的工作原理是，首先通过一通二的套筒式切换阀的驱动电机将套筒式切换阀的气流通路切换到与消解舱相通的状态，此时启动风机，在B状态氙准分子光源的灯管必须处于熄灭的状态，在风机的驱动下将周边的空气经过激发仓后通过套筒式切换阀的引导源源不断地吹入串联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器的消解舱后，并经过活性氧簇消解滤片扩散到周边环境中。此时如果周边环境中的空气含有活性氧簇，则当含有活性氧簇的空气通过活性氧簇滤片时的瞬间，活性氧簇被降解为氧气分子和水分子。要求所采用的活性氧簇消解滤片的降解率一般应达到95％以上。

图7是氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以串并联的方式进行结构组合搭配的原理图。在图7中，1是封闭空间(可以是房间、车厢、船舱等)；2是位于封闭空间的全方位静压层；3是表示通风管道和风气流的方向；4是风管道类似的小封闭空间；5是活性氧簇消解滤片；6和12均是空气阻尼滤片；7是处于并联状态的氙准分子光源的灯管；8是处于并联状态的活性氧簇激发舱；9是与并联状态的氙准分子灯管配套的风机；10是处于串联状态的氙准分子光源的灯管，11是与串联状态的氙准分子灯管配套的风机；13是并联状态的氙准分子灯管激发的活性氧簇的气流回旋状态示意图。

由图7可见，与图5、6的串联结构相比较，在图7中的活性氧簇消解滤片(图7中的5)与氙准分子光源灯管(图7中的10)之间，设计安装了处于并联状态的活性氧簇激发舱(图7中的8)，但是缺少图5并联结构中的活性氧簇消解滤片舱(图5中的4)。在图5、6表述的串联结构中，已经阐述可以通过多串联氙准分子灯管的方法提升串联结构的活性氧簇浓度。但是仅仅依赖只串联增加氙准分子灯管缺少风道内的的气流搅拌，且在不断单一方向流经的气流中增加活性氧簇浓度的能力随管道内气体流速的增加而下降。在图7所述的串并联结构中，增加的氙准分子灯管与串联的灯管形成串并联结构，同时处于并联结构的灯管配套设计了风机，在并联风机的作用下，将管道内原来只是单一方向的气流搅拌成紊流，并且在并联安装的氙准分子灯管周围以紊流的方式流经，从而使其流经灯管周边的氧气分子和水分子被激发形成活性氧簇，这种串并联的结构设计比串联的结构设计更能有效的提升管道内的活性氧簇的浓度。同理，在空气阻尼滤片(图7中的6)与串联风机(图7中的11)的相互作用下，在空气阻尼滤片与串联风机之间形成一个静气压区，这样静气压区也有利于串并联设计的两只氙准分子灯管在额定的管道气体流速下激发出更多的活性氧簇，从而使流经静压区的气流获得更高水平的消毒与净化。理论上来说，通过增加串联和并联的氙准分子灯管的数量和调整串联风机与并联风机的风速可以做到流经静压区的气流实现生物净化。这里所述的“生物净化”的含义是流经静压区的气流中不存在活体的微生物，也就是对气流的消杀达到灭菌的水平。这样通过管道(图7中的3)进入静压层(图7中的2)后，在静压层中进行气流分布进入封闭空间(图7中的1)的气流可以实现无菌气流输入。图7中的5是活性氧簇消解滤片，当通过空气阻尼滤片(图7中的6)的活性氧簇浓度过高时，可以通过增加活性氧簇消解滤片的个数使进入封闭空间的气流中的活性氧簇的浓度降低到安全的浓度(0.1mg/m³-0.2mg/m³)的范围。在图7所表述的串并联设计中，并联风机(图7中的9)的风量应该小于串联风机(图7中的11)的风量。图7中的12是空气阻尼滤片，其作用是对气流中的微粒进行滤除。与串联设计一样，串联风机(图7中的11)的安装位置可以在空气阻尼滤片12的前方或后方。空气阻尼滤片可以选择初效空气过滤器或中效空气过滤器或高效空气过滤器。风机可以选择轴流风机或涡流风机，例如并联风机应该首选轴流风机，而串联风机应该首选涡流风机。

氙准分子光源与活性氧簇消解滤片组合应用设计方案的技术要素之一是氙准分子光源(主要是指氙准分子光源的灯管)与消解滤片串联并联组合设计的技术特征在于氙准分子光源的灯管与活性氧簇消解滤片以串联并联组合结构模式进行组合时，采用消解滤片、空气阻尼滤片、氙准分子灯管以及风机在一个封闭的管道内进行串联组合，在氙准分子灯管与活性氧消解滤片之间设计安装有氙准分子活性氧簇激发仓，在活性氧簇激发仓内，氙准分子灯管与风机是处于并联排列结构组合，且并联风机的风量应该小于串联风机的风量。

上述活性氧簇消解滤片可采用ZrO₂、ZnO、CdS、WO₃、Fe₂O₃、PbS、SnO₂、ZnS、SrTiO₃、SiO₂等光触媒材料以及MnO和MnO₂，以及可以降解臭氧的材料。空气阻尼滤片的材料可采用低效或/和中效或/和高效空气过滤器的过滤材质的材料。

与上述氙准分子灯管和活性氧簇消解滤片配套的风机可以采用轴流风机或/和涡流风机，可以采用轴流风机或/和涡流风机。

将氙准分子光源与活性氧簇消解滤片组合应用作为新型生物屏障核心技术的一个重要的特征是氙准分子光源与活性氧簇消解滤片组合以后是采用一套电气控制系统，并且配套活性氧簇传感器(臭氧传感器)对氙准分子光源及其配套风机、活性氧簇消解滤片的配套风机进行联机反馈控制，其反馈控制系统采用嵌入式数字控制。目前物联网技术正在快速普及，与本发明所述的采用嵌入式数字控制系统为该设备配套信息网络信息管理系统奠定了技术基础。

图8是为了说明本发明的技术要素而绘制的一个总面积只有1gm²的高等级生物安全实验室的俯视布局平面图。在图8中，W是生物安全实验室的工作净化区；U是传递窗；V1是缓冲间1；V2是缓冲间2；T是工作走廊；1是工作台；2是生物安全柜；3是仪器区。

图8仅仅是为了说明本发明的技术方案的实施。实际上生物安全实验室根据不同任务其安全级别有P1、P2、P3、P4的生物安全级别之分，对于不同的任务，其布局也会有很大的差异和简繁之差。所以将本技术应用于生物安全实验室的建造和运行，如果针对具体的生物安全实验室案例，需要表述的技术内容也将是非常复杂的。本发明只能借助于最简单的生物安全实验室布局，氙准分子低温消毒技术在生物安全实验室的应用做最简练的表述。

图9是为了说明本发明的技术要素而绘制的以一辆总长度＞6m的中型厢式货车为承载车的高等级生物安全实验室车的俯视平面布局图。在图9中，R1是物流/消解间、R2是物流准备间；S是淋浴间；T是人流准备间，V1是人流缓冲间1；V2是人流缓冲间2；W是生物室工作净化区；U是物流传递窗；1是工作台；2是生物安全柜；3是仪器区；4是驾驶室；5是副驾驶(外部中央控制计算机)；6是驾驶员；7是中型箱体货车；8是车厢。

高级别的生物安全实验室车始终是公共卫生和养殖领域疫情防控的需求品，但是为了生物安全，对高级别的生物安全车的技术要求非常高。因此在中型车上如果仍然采用以高效空气过滤器为技术核心的生物安全屏障技术是很难满足装备对空间的需求，且中型车所具备的功率也很难满足实验室装备的功耗需求。本发明表述的氙准分子低温消杀技术是小体积、轻重量、低功耗。所以我们选择了中型厢式货车底盘，按照P3实验室的基础布局(两个缓冲间和灭菌传递窗)，开展氙准分子低温消杀技术在生物安全实验室车的应用技术讨论。

图10是为了说明本发明的技术要素而绘制的生物安全实验室的工作净化区的正视剖面图。在图10中，W表示生物安全室/车的工作区域；A是生物安全区域的新风进风口，B是生物安全区域的废气排泄口；1是工作夹层；2是新风静压区；3是空气初效过滤器；4是空气中效过滤器；5是空气高效过滤器机扩散孔板；6是新风管道；7是风管道气流大小调节阀门；8是二级灭菌柜降解柜；9是排泄静压区；10是垂直净化气流；P表示W区域的气压。

图11是为了说明本发明的技术要素而绘制的以一辆总长度＞6m的中型厢式货车为承载车的高等级生物安全实验室车的正视剖面图。在图11中1是高等级生物安全实验室车的工作区；2是进风静压箱和扩散板；3是新风供给系统；4是废气环保排泄系统。

图12是图11中新风供给系统的局部放大图。图13是图11中废气环保排泄系统的局部放大图。

本发明氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用的技术特征之一是在选择生物安全实验室/车的的新风供给系统的消杀方法设计时，应首先选择氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以串并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并通过套筒式切换阀门对气流进行切换分配，并在新风系统的末端，也就是在静压箱与活性氧簇之间留有新风气体采样口(端)，用于评价该新风系统供给的新风中的有害微生物(细菌、病毒)的载量。如果新风中的有害微生物不符合所建设的生物安全空间内对有害微生物的控制限度，可以增加氙准分子光源灯管的数量，直到采样点的有害微生物的限度符合设计要求，或直至实现新风的生物净化，在静压箱与活性氧簇之间安装活性氧簇检测传感器，并通过控制氙准分子光源的的点亮与熄灭的时间和通过增加或减少活性氧簇消解滤片并联叠加的数量使此处的活性氧簇的浓度严格控制在0.08mg/m³-0.16mg/m³的浓度范围之内，并且可在0.08mg/m³-0.16mg/m³的浓度范围之内根据需要进行浓度调整。当生物安全工作空间内自产的有害微生物较高时，可以将新风系统的活性氧簇的浓度向0.16mg/m³的浓度的方向提高，反之应该尽可能将活性氧簇的浓度控制在0.08mg/m³-0.10mg/m³的浓度范围之内。

本发明氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用的技术特征之一是在选择生物安全实验室/车的生物净化工作区域内和公共走廊区域或公共办公区域内的消杀方法设计时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联或串联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并且严格控制工作区域内的活性氧簇的浓度在0.08mg/m³-0.10mg/m³的浓度范围之内。

本发明氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用的技术特征之一是在选择生物安全实验室/车的传递窗的消杀方法时，首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，同时要设计传递窗内的加湿功能，在进行物流传递消毒/灭菌时，传递窗内的湿度应该＞65％RH，在物料允许的情况下，湿度越高所需要的消毒/灭菌时间越短。

本发明氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用的技术特征之一是选择在生物安全实验室/车内的灭菌柜的消杀方法时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，采用本发明的技术制作的灭菌柜可以对生物安全实验室内的所有废物表面所污染的有害物质(细菌、病毒、有机溶媒残留)进行有效的消杀和净化。如果将灭菌柜设计有负压的功能，还可以对耐压的物品的内部进行无害化的高水平灭菌，例如笔记本电脑，可以对计算机内部空间进行灭菌消毒，而不损坏计算机，再例如一些实验所需要的各种仪器、仪表等。采用本发明的技术设计的灭菌柜除了配套设计负压的功能(负压的功能要满足0-1000kPa之间可调)外，还需要配套设计加湿功能，在高强度的灭菌作业时，灭菌柜内部的湿度＞65％RH。

本发明氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用的技术特征之一是选择在生物安全实验室/车的缓冲间的消杀方法时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联或串联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并且配套氧气供给罩(或氧气供给装置)，在穿有生物安全防护服的人员经过缓冲间时，人员应该带好氧气供给罩，启动活性氧簇消毒器实施活性氧簇浓度在10mg/m³左右的高浓度消毒，同时应该对缓冲间设计加湿功能，在对人流进行消毒作业时，缓冲间内的湿度应该＞50％RH，在允许的情况下，湿度越高所需要的消毒/灭菌时间越短。消毒的时间通过现场的实际情况由使用者通过验证时间进行验证获得。

本发明氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用的技术特征之一是在选择生物安全实验室/车的废液排泄处理系统的消杀方法时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以串联或串并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并通过安装有曝气头的管道将氙准分子光源激发的活性氧簇通入到废水箱内对污水中的微生物和有机物进行消杀环保降解作业。

生物安全实验室/车采用本发明所表述的低温消杀技术时应根据具体的任务要求配套活性氧簇传感器，并采用MCU嵌入式数字控制配套，与网络信息管理技术配套，形成各个有源部件(包括氙准分子光源、套管式切换阀门、配套的风机)

由上可见，采用氙准分子光源、活性氧簇消解滤片、套筒式切换阀的技术组合方案作为生物安全实验室所需要的生物屏障技术的核心技术支撑，与以高效空气过滤器为技术核心在配套过氧化氢喷雾所构建的生物安全屏障技术，在生物安全实验室建造和运行领域，本发明所表述的技术方案具有如下的技术优势：(1)通过增加氙准分子光源灯管的数量，理论上可以实现管道内部的空气和局部室内空间的空气的生物净化，且活性氧簇作为消杀因子在消杀和自身降解后的产物是CO₂↑和H₂O↑，绝对环保；(2)活性氧簇的消杀能力非常强大，一只24W的氙准分子灯管可以实现传递窗的快速灭菌，活性氧簇滤片可以在很短的时间内将完成灭菌作业仍然剩余的活性氧簇快速的消解成CO₂↑和H₂O↑。(3)根据我们的验证试验，氙准分子光源的工作温度范围是-20℃-70℃的温度范围，最佳的消杀湿度为50％RH，且湿度越高消毒能力越强。所以可以满足所有低温高湿度消杀作业的需求；(4)氙准分子光源具有“秒开秒关”的电气特性。目前使用的24W的氙准分子灯管点亮1s可以释放0.125mg/s的活性氧簇，所以可以满足任何空间人机共处的状态下活性氧簇的浓度控制在0.08mg/m³-0.16mg/m³的浓度范围之内。生物安全实验室在工作期间，也会有有害微生物的滋生和在实验室内部扩散；这是目前任何消杀技术都无法解决的难题。而本发明所表述的生物屏障技术就满足在工作的同时对生物安全实验室内部滋生扩散的有害微生物进行有效杀灭且不会对机体产生损害和滋生污染物的迫切需求。(5)套筒式切换阀可以占用空间最小、运行最可靠对含有活性氧簇的气流进行分配，使生物安全区间的气流形成均匀的微气压层，这是蝶形、针形、锲形气体切换阀门所做不到的；(6)使用本发明的技术在人流缓冲间可以无间隙的对着装无菌防护服的人员进行快速消杀，远远优于目前缓冲间所使用的风淋、紫外灯照射、酒精擦拭的消毒方式；(7)可以对在实验中被污染的设备(如笔记本电脑、各种仪器等)进行无害化高水平灭菌；(8)超低的功耗。根据目前的试验获知，在60m³的空间内，一只24W的氙准分子灯管可以满足高水平的空气消杀。在1m³的空间内可以满足核酸清除的需求，在1500m³的空间内可以满足人机共处的空气消杀。所以相对于任何生物安全屏障技术来说，本发明所表述的生物安全平屏障技术是功耗最低的。

附图说明

图1是平面一转二的套筒式切换阀门与外部风管道连接示意图，在图1中1是外风管道；2是管连接套件；3是阀体；4是阀体驱动电机。

图2是一个一转六的单一方向气路切换的“平面套管式切换阀”的原理图。在图2中，1是阀体的内套管；2是阀体的外套管；3是内外套管套在一起的阀体；4是外套管壁上一字形排列的6个开孔；5是内套管壁上开的6个孔。

图3是三维一转二的套筒式切换阀门的侧视图和俯视图。在图3中，1是套筒式切换阀门的侧视图的套筒壁的开孔；2是阀体的内套筒；3是阀体的外套筒；4是阀体的驱动电机；5是套筒式切换阀门的俯视图可以观察到的一个导通状态，图中的箭头展示了阀体气流的贯通路径；6是图5的状态逆时针转动90°后套筒式切换阀门的俯视图可以观察到的另一个导通状态，图中的箭头展示了阀体气流的贯通路径。

图4是一个一转二至八的多方向气路切换的“三维多方向套管式切换阀”的原理图。在图4中，1是一转二阀；2是一转三阀；3是一转四阀；4是一转六阀；5是一转八阀。

图5是氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联的方式进行结构组合搭配的原理图。在图5中，1是并联氙准分子活性氧簇消毒器的外壳；2是消毒器的消解舱；3是消毒器的活性氧簇激发舱；4是消解舱配套风机；5是活性氧簇激发舱配套风机；6是氙准分子灯管支架；7是氙准分子光源的灯管；8是活性氧簇消解滤片。B是并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器激发活性氧簇的状态；A是并联式带消解功能的氙准分子活性氧簇消毒器消解活性氧簇的状态；图中箭头表示气流方向。

图8是为了说明本发明的技术要素而绘制的一个总面积只有18m²的高等级生物安全实验室的俯视布局平面图。在图8中，W是生物安全实验室的工作净化区；U是传递窗；V1是缓冲间1；V2是缓冲间2；T是工作走廊；1是工作台；2是生物安全柜；3是仪器区。

图9是为了说明本发明的技术要素而绘制的以一辆总长度＞6m的中型厢式货车为承载车的高等级生物安全实验室车的俯视平面布局图。在图9中，R1是物流/消解间、R2是物流准备间；S是淋浴间；T是人流准备间，V1是人流缓冲间1；V2是人流缓冲间2；W是车内的工作净化区；U是物流传递窗；1是工作台；2是生物安全柜；3是仪器区；4是驾驶室；5是副驾驶(外部中央控制计算机)；6是驾驶员；7是中型箱体货车；8是车厢。

图10是为了说明本发明的技术要素而绘制的生物安全实验室的工作净化区的正视剖面图。在图10中，W表示生物安全室/车的工作区域；A是生物安全区域的新风进风口，B生物安全区域的废气排泄口；1是工作夹层；2是新风静压区；3是空气初效过滤器；4是空气中效过滤器；5是空气高效过滤器扩散孔板；6是新风管道；7是风管道气流大小调节阀门；8是二级灭菌柜降解柜；9是排泄静压区；10是垂直净化器流；P表示W区域的气压。

图12是图11中新风供给系统的局部放大图。

图13是图11中废气环保排泄系统的局部放大图。

图14是图9的人机共处工程学说明图。在图9中，R1是物流/消解间、R2是物流准备间；T是人流准备间，V1是人流缓冲间1；V2是人流缓冲间2；V3是人流缓冲间3；W是车内的工作净化区；U是物流传递窗；1是工作台；2是生物安全柜；3是仪器区。

具体实施方式

现在结合实施例或实施方案进一步详述本发明，显然，实施例仅供说明绝非限制。

实施例1：图14是图9的人机共处工程学的俯视说明图。在图9中，R1是物流/消解间、R2是物流准备间；T是人流准备间，V1是人流缓冲间1；V2是人流缓冲间2；V3是人流缓冲间3；W是车内的工作净化区；U是物流传递窗；1是工作台；2是生物安全柜；3是仪器区；需要交代的是在图14的设计中，2和U从俯视的角度是重叠的，这是因为本设计传递窗U是处于1.0-1.6m高的中间位置，在传递窗U的下方和上方可以设计生物安全实验室工作所必需的基础设备，例如灭菌柜、冷冻柜、冷藏柜、生物培养箱，等所需要的基础设备。

与图9相对照，在图14中没有淋雨缓冲间，但是多了V3缓冲间3。这样V2的缓冲间2可以作为活性氧簇风淋取代淋雨缓冲间。在图9的布局中，进入实验室的工作人员在T处脱去外衣和鞋袜，穿内衣进入V2，在V2脱去内衣后进入S处进行淋雨，然后在V2处穿好无菌防护服进入W工作区间。在中型厢式货车底盘上构建的生物安全实验室车的空间小，且水箱水量有限，设计淋浴间空间不足，且水量也受限制，所以设计不需要水的高浓度活性氧簇风淋进行风淋消毒。工作人员可以在V1处更换无菌防护服，在V2处接受高浓度活性氧簇的风淋消毒，然后进入V3后再转入净化工作区间W。这里V3的主要作用是对由V2开门后溢出的高浓度活性氧簇进行一个缓冲降解，实现活性氧簇由高浓度向安全浓度过渡的一阶降解缓冲作用。由于采用了本发明说述的氙准分子光源低温消杀技术，可以将传统的以高效过滤器净化的系统进行简化，以活性氧簇对空气生物净化和生物降解为主要技术手段，在提升生物安全屏障的基础上，将设备精简简化和大幅度降低生物屏障所需要的功耗，这样就可以在空间有限、储能有限的中型客车底盘上设计制造高性能的生物安全实验室。参照图9、10、11、12、13、14的展示图，可以生产需要生物屏障的其它特种车辆，例如新型的具有高效生物屏障的救护车、刑侦采样和现场生物检测车、实验动物运输车等等。当然以本发明所表述的核心技术在更大的空间，例如在建筑物内，在更大空间的汽车底盘上，在火车车厢内、在轮船内建造高性能的生物安全实验室也属于本发明所表述的技术范畴。

Claims

1.氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用，其特征是采用氙准分子光源和活性氧簇消解滤片相互组合搭配应用作为生物安全实验室/车的生物屏障的核心技术，实现对生物安全实验室/车的净化工作区域的外来生物防护和降解清除，并对生物安全实验室/车的净化工作区域排泄的生物与试验废物的净化处理。

2.根据权利要求1所述氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用，其特征是氙准分子光源和活性氧簇消解滤片在生物安全实验室/车的生物屏障环节的应用时采用并联、串联、串并联的组合模式。其中并联的组合模式是采用两个风机分别与氙准分子光源的灯管与活性氧簇消解滤片配套组合，且由氙准分子光源的灯管与风机组合形成活性氧簇激发舱，活性氧簇消解滤片与风机组合形成活性氧簇消解舱，这两个舱室分别独立设计，舱室的形状是一侧进气一侧出气的矩形或圆柱形，电气控制应保障氙准分子光源灯管配套的风机与活性氧簇消解器配套的风机不能同时开启工作，且氙准分子光源的灯管在活性氧簇消解舱所配套的风机启动期间不得点亮，串联的组合模式是消解滤片、空气阻尼滤片、氙准分子灯管以及风机在一个封闭的管道内进行串联组合，其中空气阻尼滤片可以采用初效空气过滤器所用过滤材质的滤片、或中效空气过滤器过滤材质的滤片、或高效空气过滤器过滤材质的滤片，风机可以采用轴流风机或/和涡流风机，串联并联的组合模式是消解滤片、空气阻尼滤片、氙准分子灯管以及风机在一个封闭的管道内进行串联组合，在氙准分子灯管与活性氧消解滤片之间安装有氙准分子活性氧簇激发舱，在活性氧簇激发舱内氙准分子灯管与风机是处于并联排列结构组合，且并联风机的风量应该小于串联风机的风量。

3.根据权利要求1所述氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用，其特征是在生物安全实验室/车的新风供给系统的生物屏障技术中首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以串并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并通过套筒式切换阀门对气流进行切换分配，并在静压箱与活性氧簇之间设计有新风气体采样口对新风进行气体采样评价新风生物净化的情况，可以增加氙准分子光源灯管的数量，直到采样点的有害微生物的限度符合设计要求，或/和直至实现新风的生物净化，并在静压箱与活性氧簇之间安装活性氧簇检测传感器，并通过控制氙准分子光源的点亮与熄灭的时间和通过增加或减少活性氧簇消解滤片并联叠加的数量使此处的活性氧簇的浓度严格控制在0.08mg/m³-0.16mg/m³的浓度范围之内，并且可在0.08mg/m³-0.16mg/m³的浓度范围之内根据需要进行浓度调整，当生物安全工作空间内自产的有害微生物较高时，可以将新风系统的活性氧簇的浓度向0.16mg/m³的浓度的方向提高，反之应该尽可能将活性氧簇的浓度控制在0.08mg/m³-0.10mg/m³的浓度范围之内。

4.根据权利要求1所述氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用，其特征是在选择生物安全实验室/车的生物净化工作区域内和公共走廊区域或公共办公区域内的消杀方法时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联或串联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并且严格控制工作区域内的活性氧簇的浓度在0.08mg/m³-0.10mg/m³的浓度范围之内，在选择生物安全实验室/车的传递窗的消杀方法时，首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，同时要设计传递窗内的加湿功能，在进行物流传递消毒/灭菌时，传递窗内的湿度应该＞65％RH，在选择生物安全实验室/车内的灭菌柜的消杀方法时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计灭菌柜，灭菌柜设计要有负压的功能，负压的功能要满足0-1000kPa之间可调，并配套设计加湿功能，灭菌柜内部的湿度＞65％RH，在选择生物安全实验室/车的缓冲间的消杀方法时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以并联或串联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并且配套设计氧气供给罩(或氧气供给装置)，在穿有生物安全防护服的人员经过缓冲间时，人员应该带好氧气供给罩，启动活性氧簇消毒器实施活性氧簇浓度在10mg/m³左右的高浓度消毒，同时应该对缓冲间设计加湿功能，在对人流进行消毒作业时，缓冲间内的湿度应该＞50％RH，在选择生物安全实验室/车的的废液排泄处理系统的消杀方法时，应首选氙准分子光源灯管与活性氧簇消解滤片以串联或串并联的方式进行结构组合搭配的活性氧簇消杀设计方法，并通过安装有曝气头的管道将氙准分子光源激发的活性氧簇通入到废水箱内对污水中的微生物和有机物进行消杀环保降解作业。

5.根据权利要求1所述氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用，其特征是活性氧簇消解滤片的材料可采用ZrO₂、ZnO、CdS、WO₃、Fe₂O₃、PbS、SnO₂、ZnS、SrTiO₃、SiO₂光触媒材料以及MnO和MnO₂以及可以降解臭氧的材料，空气阻尼滤片的材料可采用低效或/和中效或/和高效空气过滤器的过滤材质的材料。

6.根据权利要求1所述氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用，其特征是采用套筒式切换阀对生物安全实验室/车的管道气流进行切换控制，其中套筒式切换阀是由内套筒、外套筒、驱动电机和衔接轴四部分组成，外套筒只能有两个对称的孔，且外套筒上孔的直径不得大于外套筒的直径和外套筒的长度，内套筒上只有一个孔，且内套筒上孔的位置应该与外套筒上的孔的中轴线一致，套筒式切换阀时可选用的材料是耐腐蚀的高分子材料和金属材料，例如PVC、PPR、304不锈钢以及化学稳定性类似的材料。

7.根据权利要求1所述氙准分子光源消杀技术在生物安全实验室/车的应用，其特征是氙准分子光源与活性氧簇消解滤片组合以后是采用一套电气控制系统，并且配套臭氧传感器对氙准分子光源及其配套的风机和活性氧簇消解滤片配套的风机进行联机反馈控制。