CN116547013A - 环境净化 - Google Patents

Abstract

根据本发明实施方式的系统和方法可以操作以净化环境或表面。在许多实施方式中，通过将环境或表面同时暴露于过乙酸蒸气和UV‑C光的组合来净化该环境或表面。在一些实施方式中，过乙酸被雾化，然后蒸发，并且与UV‑C一同传送到目标环境或表面，从而对该目标进行消毒。在各种实施方案中，利用网孔式雾化器或气动雾化器对过乙酸进行雾化。

Description

环境净化

技术领域

本发明涉及用于环境净化(尤其是用于可能被细菌、真菌、病毒或真菌孢子或细菌孢子感染的医院、诊所、工作场所等的净化)的方法和设备。

本发明主要被开发用于卫生保健环境，但是本领域的技术人员应当认识到的是，本发明同样适用于家庭、办公室、学校、实验室、工厂以及病原体可以通过与环境中出现的表面或物体接触而传播的其他公共场所。

背景技术

在整个说明书中对现有技术的任何讨论都不应该被认为是承认该现有技术是众所周知的或者构成本领域公知常识的一部分。

作为一种防止病原体从一个患者传播到另一个患者的方法，医疗器械的消毒已经引起了相当大的关注。专业医疗器械通常要在使用后进行再处理，以减少或消除病原体或可能带有这些病原体的生物负载。其他医疗器械和供应品是为一次性使用而制造的，一次性使用后即被丢弃。然而，大量住院患者在住院时会患上可能很严重的感染。这些医院获得性(院内)感染并非是由医疗程序直接引起，而是由环境污染或工作人员对患者或患者对患者的污染引起的。

卫生保健设施环境通常牵涉到疾病传播(不仅仅是在免疫功能不全的患者中的疾病传播)。无意中暴露于环境病原体(例如，曲霉属(Aspergillus spp.)和军团菌属(Legionella spp.))或空气传播的病原体(例如，结核分枝杆菌和水痘带状疱疹病毒)会导致不良的患者治疗成效，并导致卫生保健工作者患病。自1980年以来，尤其是由于多药耐药(MDR)细菌的出现和广泛传播，全球范围内医院获得性感染(HAI)的数量呈指数级增长。多药耐药性是微生物生存的固有和不可避免的方面，并且已经成为了细菌感染治疗中的主要问题。

已经证明，HAI发病率的增加与患者之间或医院工作人员与患者之间的交叉感染有关，并且与在医院环境(包括设备)中选择和维持的病原微生物的存在有关。

病原体可以通过接触无生命表面(包括医疗设备和患者周围的环境)而在患者之间传播。临床证据表明不良的环境卫生与导致HAI的微生物传播之间的关联性。

受污染的环境表面导致病原体传播的可能性取决于两个重要因素：病原体必须在干燥的表面上存活，并且污染必须以足够高的水平发生在患者和医护人员通常接触的表面上，才能够传播给患者。

最常被污染的表面是感染患者曾经住过的房间里的地板、门把手、电视遥控装置、床架、储物柜、床垫、床头柜以及马桶座。发现约50％的在医院采样的盥洗台、卫生间地板和床架被艰难梭菌(C.difficile)污染。

三分之一的院内感染被认为是可以预防的。美国疾病控制和预防中心(CDC)估计，美国每年有200万人感染了医院获得性感染，导致约20000人死亡。最常见的院内感染是泌尿道感染、手术部位感染和各种肺炎感染。

患上医院获得性感染的可能性随着环境中的微生物负载的增加而提高。微生物负载的减少会伴随着感染可能性的降低。任何可以减少环境微生物负载的措施都会有望改善患者群体的治疗成效。为进行环境消毒以提供显著的益处而在环境中实现高水平消毒(HLD，即6个对数(log)的微生物去除率)是没必要的。适度减少环境细菌(例如，5个对数的微生物减少至2个对数的微生物去除率)会显著减少医院获得性感染。微生物负载减少得越多，对预防环境获得性感染的效果就越有利。

对这些大空间和表面进行消毒的最常用方法涉及使用具有腐蚀性和毒性的反应性气体(比如臭氧、二氧化氯或环氧乙烷)或者喷洒具有极大毒性且会在表面上留下潜在有害残留物的醛类(比如戊二醛或甲醛)。有时会使用蒸气，但是这是用户密集的，并且由于涉及到高温而对操作者有潜在的危险。蒸气并非在所有情况下都有用，因为它会损坏脆弱的材料，并且会在表面留下一层致密潮湿的膜，这可能会导致锈蚀。

发明内容

从健康和环境的角度来看，优选地使用过氧化氢或过乙酸作为消毒剂。雾化或汽化的过乙酸或过氧化氢是已知的消毒剂。它们在低浓度下是有效的。

为了提供没有残留物的表面，需要提供非常少量的过氧化氢或过乙酸。残留物是不希望存在的，因为它们摸起来有一种湿冷的感觉，并且可能对室内人员的皮肤和眼睛有害。用一定量的过氧消毒剂实现最佳消毒是非常重要的。

本发明的一个目的是提供一种用于对大面积进行消毒或对容积进行消毒的方法，该方法避免或改善了现有技术的至少一些缺点，或者提供了一种有用的替代方案。本发明的另一个目的是提供用于实施该方法的改进设备和改进熏蒸剂，或者提供一种有用的替代方案。

因此，本发明的许多实施方式提供了一种环境或表面净化方法，包括使所述环境或表面同时经受过乙酸蒸气和UV-C光的组合的步骤。

过乙酸蒸气和UV-C光可以协同减少存在的微生物(例如，真菌、病毒以及最优选的细菌)的数量。

环境可以是封闭环境(比如房间)。优选地，环境是封闭的，使得环境的变化容积不超过每小时五次换气，更优选地每小时三次换气，甚至更优选地，环境的变化容积不超过每小时一次换气。

“每小时一次换气”是空间增加或去除的空气体积除以该空间的容积的度量。每小时换气次数是特定空间内空气被替换的次数的度量。

过乙酸蒸气可以由2％w/w至15％w/w的过乙酸水溶液(例如，2％w/w至10％w/w的过乙酸水溶液、2％w/w至7％w/w的过乙酸水溶液或5％w/w的过乙酸水溶液)产生。然而，可以实施任何合适的浓度。例如，可以在市场上买到约35％w/w的过乙酸水溶液。

UV-C光的波长为100-280nm，优选为200-280nm(例如，220nm至270nm、240nm至260nm或约250nm)，更优选为约254nm。

在一个实施方式中，过乙酸蒸气和UV-C光从单个位置散发出来。备选地，过乙酸蒸气和UV-C光可从多个位置散发出来，这些位置可以在环境周围间隔开(例如，在任何方向上彼此相距1m或更远)。

在一个实施方式中，当正在对房间进行净化时，从一个位置向外引导过乙酸穿过整个房间。还可以从一个位置向外引导UV-C穿过整个房间。UV-C位置可以与过乙酸位置相同或不同。

在一个实施方式中，当正在对房间进行净化时，从一个或更多个位置向外引导过乙酸穿过整个房间。还可以从一个或更多个位置向外引导UV-C穿过整个房间。UV-C位置可以与过乙酸位置中的一个或更多个相同或不同。

优选地，过乙酸蒸气的制备方式如下：将过乙酸溶液雾化成气溶胶，并且随后蒸发所述气溶胶，以形成过乙酸蒸气。优选地，气溶胶液滴相对均匀且很小，使得大多数液滴(按数量计)的尺寸为4μm或更小。

优选地，超过50％的液滴(按数量计)(例如55％或更多，例如60％或更多)具有的尺寸为5μm或更小(例如，4μm或更小)。优选地，中位液滴尺寸为2μm至10μm，例如4μm至5μm。优选地，90％或更多(例如95％或更多，例如99％或更多)的液滴(按数量计)具有的尺寸为2μm至50μm。在一个实施方式中，至少90％(例如至少95％，例如至少99％)的液滴具有的尺寸为25微米或更小。在一个实施方式中，至少90％(例如至少95％，例如至少99％)的液滴具有的尺寸为10微米或更小。

对于恒定的注射液体体积，减小液滴直径会增加表面积，从而提高蒸发速率。窄的液滴尺寸分布可能是优选的。

有多种不同的机器适用于测量粒径分布(例如，Malvern Mastersizer S(MalvernInstruments Ltd,Worcestershire,UK))。所有这些机器都采用激光衍射(光散射效应)来表征粒径分布。

可以采用任何雾化形式。例如，雾化可以通过超声波雾化器(例如，在2.4MHz下操作)进行，但也可以通过气动雾化器进行。此外，雾化可以通过网孔式雾化器进行。

在本发明的一些实施方式中，提供了一种用于喷射过乙酸蒸气的装置，该装置包括：雾化器，用于产生过乙酸液滴喷雾；以及机构，用于将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出。雾化器可以是例如气动雾化器。该机构可以是例如风扇或压缩空气。

在本发明的一些实施方式中，提供了一种用于喷射过乙酸蒸气的装置，该装置包括：雾化器，用于产生过乙酸液滴喷雾；以及风扇，用于将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出。雾化器可以是例如气动雾化器。

在本发明的一些实施方式中，提供了一种用于喷射过乙酸蒸气的装置，该装置包括：雾化器，用于产生过乙酸液滴喷雾；第一机构，用于将液滴推进到该装置附近的位置；以及第二机构，用于将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出。在一些实施方式中，用于将液滴推进到该装置附近位置的第一机构是风扇。在一些实施方式中，用于将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出的第二机构是风扇。在一些实施方式中，用于将液滴推进到该装置附近位置的第一机构包括压缩空气。在一些实施方式中，用于将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出的第二机构包括压缩空气。雾化器可以是例如超声波雾化器、网孔式雾化器或气动雾化器。

在本发明的一些实施方式中，提供了一种用于喷射过乙酸蒸气的装置，该装置包括：雾化器，用于产生过乙酸液滴喷雾；第一风扇，用于将液滴推进到该装置附近的位置；以及第二风扇，用于将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出。雾化器可以是例如超声波雾化器、网孔式雾化器或气动雾化器。

尽管提到了风扇，但是当然应该认识到的是，根据本发明的实施方式，可以实施用于将液滴推进到该装置附近位置的任何机构。例如，在一些实施方式中，该机构可以包括压缩空气。

尽管提到了风扇，但是当然应该认识到的是，根据本发明的实施方式，可以实施用于将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出的任何机构。例如，在一些实施方式中，该机构可以包括压缩空气。

优选地，沿预定方向将过乙酸从该装置中推出。这可以通过位于喷雾和第二机构之间的翅片、叶片、百叶窗(louver)或喷射口(jet)来实现，以实现气溶胶蒸气的定向流动。在一个实施方式中，第二机构可以是风扇(例如，第二风扇)。

优选地，该装置还包括UV-C源。UV-C源可以在预定方向上(最优选地在推进气溶胶蒸气的相同方向上)投射UV-C辐射。

优选地，该装置还包括增湿器。

定义

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“其包括”等应被解释为包含的意思，而不是排他的或穷尽的意思；也就是说，是“包括但不限于”的意思。

UV-C光具有的波长为100-280nm，优选为200-280nm(例如，220nm至270nm、240nm至260nm、约250nm)，更优选为约254nm。如本说明书中使用的术语“光”和“UV-C光”指的是UV-C电磁辐射。

液滴尺寸指的是液滴最大维度的尺寸。因此，尺寸为4μm的球形液滴应被理解为具有4μm的直径。

术语“喷雾”和“气溶胶”可互换使用，指的是分散在空气或气体中的悬浮颗粒。喷雾指的是液滴，尽管它们非常小。

“蒸气”指的是分散在空气中的独立分子或小分子团。术语“蒸气”与喷雾和气溶胶不同。如在说明书中其他地方所述，过乙酸气溶胶(或喷雾)的蒸发形成过乙酸蒸气。利用廷德尔效应(Tyndall effect)(光散射效应)可以探测到喷雾，但蒸气不会使光散射，并且在激光束中不可见。

“气溶胶蒸气”指的是气溶胶蒸发产生的蒸气。

市售的过乙酸为过乙酸、过氧化氢、乙酸和水的平衡混合物：

过乙酸喷雾/气溶胶指的是包含过乙酸、过氧化氢、乙酸和水的平衡混合物的喷雾/气溶胶。

过乙酸液滴指的是包含过乙酸、过氧化氢、乙酸和水的平衡混合物的液滴。

过乙酸蒸气指的是包含过乙酸、过氧化氢、乙酸和水的平衡混合物的蒸气。

缩写：

PAA：过乙酸

H₂O₂：过氧化氢

AC：活性炭

ACH：活性炭蜂窝体(Activated carbon honeycomb)

PZT：Pb(ZrTi)，锆钛酸铅

附图简要说明

现在将结合附图仅通过实例的方式来描述本发明的优选实施方式。在这些附图中：

图1示出了由2.4MHz的超声波雾化器产生的喷雾的液滴尺寸分布。

图2示出了本发明的实施方式中过氧化物蒸气的流动情况。

图3a示出了用于利用超声波雾化器制备和分配过乙酸蒸气的装置的实施方式。

图3b示出了用于利用网孔式雾化器制备和分配过乙酸蒸气的装置的实施方式。

图3c示出了用于利用气动雾化器制备和分配过乙酸蒸气的装置的实施方式。

图4示出了UV-C光照射房间。

图5示出了过乙酸消毒能力的曲面图。

图6示出了UV-C消毒能力的曲面图。

图7示出了UV-C和过乙酸组合的消毒能力的曲面图。

图8a和图8b示出了用于确定本发明的实施方式的功效的测试皿的位置。

图9示出了根据本发明的UV-C和过乙酸的协同效应。

图10示出了一些市售活性炭蜂窝体。

图11示出了不同PAA修复选项的测试。

图12示出了通过蜂窝状催化筒去除PAA和H₂O₂。

图13a示出了网孔式雾化器的实例。

图13b示出了用于利用网孔式雾化器制备和分配过乙酸气溶胶的装置的实施方式。

图13c示出了气动雾化器的实例。

图14示出了包括雾化器、UVC灯、增湿器和催化筒的装置的原型。

图15a示出了在房间内的不同湿度水平下采用PAA和UVC组合方法的生物净化效率。

图15b示出了房间中的目标位置1至6，如图20的x轴上所示。

图16示出了仅采用UVC、仅采用PAA以及采用UVC与PAA组合时的log10去除率。

图17示出了在有和没有UVC的情况下采用PAA灭活金黄色葡萄球菌的动力学情况。

图18示出了在有和没有UVC的情况下采用PAA灭活铜绿假单胞菌的动力学情况。

图19示出了在有和没有UVC的情况下采用PAA灭活肠道沙门氏菌的动力学情况。

图20示出了在有和没有UVC的情况下采用PAA灭活白念珠菌的动力学情况。

本发明的优选实施方式

待净化的环境可以是房间，例如：医院房间或病房、诊所、医院手术室、救护车或病人运输、工作区、家庭房间、船运集装箱、飞机内部、仓库、植物或动物生产设施或其他封闭或半封闭的空间。出于本目的，暴露表面的实例可以是限定环境或空间的墙壁或隔板的表面、或者工作表面、机器表面、空调管道或者其他内部的或至少暂时封闭或部分封闭的表面。暴露的表面还包括房间的内容物，比如床、被褥和枕头、椅子、桌子、电视和控制器等。

环境净化意味着容积中的空气以及悬浮在空气中的任何生物体都要被净化。

在本申请中，优选的是待消毒的环境或空间是封闭的。这意味着该空间在一定程度上是密封的，以将随着时间的推移而被替换的空气量降到最低，但是同样重要的是要清空该空间中的人和其他需要在净化周期中被保护的物种。

根据本发明许多实施方式的环境消毒系统采用过乙酸蒸气和UV-C光的组合来净化房间。过乙酸和UV-C分别被称为去污剂。然而，本申请人发现，令人惊讶的是，同时应用过氧化物蒸气和UV-C光净化的环境中存在的细菌数量被协同减少。还发现，当过乙酸和UV-C从封闭空间中的单个位置散发出来时，协同效应是这样的，尽管UV-C和过乙酸的模式不同，但在整个封闭空间内观察到相当均匀的协同效应水平。

在许多实施方式中，净化方法包括：使待消毒的表面与同时组合的过乙酸蒸气和UV-C光进行接触。

在某些实施方式中，本发明的装置从单个组合装置中分配过乙酸蒸气和UV-C光，其中过乙酸和UV-C从单个位置散发出来。当然，应该认识到的是，本发明的实施方式不限于此；相反，在许多实施方式中，过乙酸和UV-C可以从不同的位置散发出来，或者甚至从在环境周围隔开的多个位置散发出来。

过乙酸蒸气可以以任何量(例如，0.15ppm至1.5ppm)存在。过乙酸的过度使用会导致在表面上形成冷凝物膜，该冷凝物膜摸起来很不舒服且通常被认为是不希望存在的。

同样地，可以采用任何功率水平的UV-C，尽管过度暴露于UV-C会导致表面损坏，尤其是在这些表面是有机基(布料或木材)或塑料的情况下。合适的UV-C功率水平可以是0.5mJ/cm²至20mJ/cm²，例如1mJ/cm²至15mJ/cm²，例如5mJ/cm²至10mJ/cm²。

根据观察，即使当采用非常少量的过乙酸和较低的UV-C强度(例如0.15ppm的PAA和5.0mJ/cm²的UVC)时，仍然观察到了协同效应。PAA蒸气水平和UVC强度的组合可以在不同的范围内对不同的生物负载产生轻微的协同效应。在各种过乙酸浓度和紫外线强度下观察到了所提出的协同相互作用。

本发明的一个优选装置构造为从单个位置分配UV-C和过乙酸。这是一种能够对典型大小的医院或诊所房间进行消毒的独立设备。典型的目标房间的占地面积可以约为9m²(3m×3m)，并且标准高度约为2.6m至3m。

为了进行净化，可以以关闭家庭、诊所或医院房间(即，通过关闭窗户、门和外部通风口并关闭任何空调)的常规方式来关闭房间。然而，房间不需要密封。允许有少量的气流，前提是该气流不会导致每小时一次以上的换气。

根据某些实施方式的过乙酸蒸气发生器通常可以位于一面墙壁上的较高位置(例如，在地板上方1m至1.5m的高度)，使得过乙酸可以沿着房间向外引导至相对的墙壁而不受阻碍。还可以引导UV-C源向下穿过房间，使得房间中的人体接触表面暴露于UV-C源。还可以设想备选位置和布置。例如，还可以在不同墙壁上的较大空间中使用多个装置，或者可以将多个装置单独地或成组地(两个或更多个，例如两至五个)安置在天花板上，以适当分布过乙酸蒸气和UV-C。

在一个实施方式中，利用超声波雾化器对该装置内的过乙酸溶液进行超声波处理。超声波雾化器的典型液滴尺寸分布取决于陶瓷盘的振动频率。超声波雾化器结合了以高频(例如，1-3MHz)振动的压电晶体，以产生气溶胶。超声波雾化器可以在任何合适的频率下工作。例如，可以采用市售的2.4MHz的换能器。在某些实施方式中，一旦产生喷雾，风扇就以足够的速度运转来将液滴推到该装置的外面，以此方式来将喷雾传送到该装置的外面。图1示出了由2.4MHz的超声波雾化器产生的喷雾的尺寸分布。对数标度用于适应较大范围的液滴尺寸。

在图示的实例中，液滴尺寸如下：

·最常见的液滴尺寸＝4.47μm

·1μm或更小的液滴体积＝14％

·1μm至4μm的液滴体积＝40％

·4μm或更小的液滴体积＝54％

·检测到的最大液滴尺寸＝350μm

理论上，平均液滴直径(d)取决于强制频率(f)和流体性质表面张力(ρ)和密度(σ)(两者都与温度有关)，并受以下方程约束。

垂直标度表示特定直径下总液滴体积的百分比(％)。由于体积与直径的立方成正比，所以100万个2μm的液滴等于1个200μm的液滴。这意味着，虽然200μm左右的体积百分比看起来相当大，但它只占所产生的液滴总数的很小一部分百分比。

换能器频率和换能器强度的微小变化不会对该装置的工作产生实质性影响。

发明人发现，当采用超声波雾化器时，过乙酸会发生一些降解。不希望受理论约束，而认为这是因为超声波能量导致过乙酸溶液(由其产生喷雾)温度升高。

因此，在许多实施方式中，可以实施气动雾化器或网孔式雾化器。这些雾化器的使用可能不会导致相同水平的过乙酸降解。

在许多实施方式中，气动雾化器(也称为喷射雾化器)用于从过乙酸溶液中产生过乙酸喷雾。

气动雾化器组件的一个实例如图13c所示。图13c(a)以侧视图示出了包括液体入口和压缩气体(比如氩气(Ar)或压缩空气)入口的雾化器以及喷嘴的特写。图13c(b)示出了喷嘴形状的前视图以及液体出口(内部圆形)和压缩气体出口(环形)的相对位置。图13c(c)示出了在雾化过程中在喷嘴处由液体产生喷雾。可以采用Ar的替代品，例如压缩空气。

图3c示出了实施气动雾化器的系统的一个实例。图3c中的气体源可以是压缩空气源。挡板用于在气体和液体通过挡板时形成喷雾。

气动雾化器不需要“第一风扇”——其可以利用压缩空气来引导喷雾的流动。可以利用风扇来从喷雾中产生蒸气，并推动蒸气穿过房间。

气动雾化器利用加压气体(优选为空气)来产生喷雾。然而，发明人发现喷雾中组分(即，过氧化氢、乙酸和过乙酸)的比例可能与过乙酸溶液中组分的比例不同。不希望受理论约束，而认为这是由于沸点的差异。

在典型的雾化器组件中，利用挡板和/或曲折路径来以机械的方式过滤掉任何过大的液滴(例如，50微米或更大)。然而，在本发明的某些实施方式中，在雾化器上方的相对较大的空间中实现了过大液滴的去除，在该空间中携带喷雾的空气减速，从而使较大的液滴(例如，尺寸为50微米或更大的液滴)下落。因此，该装置可以产生紧邻该装置的喷雾，该喷雾相对来说没有较大的液滴(例如，尺寸为50微米或更大的液滴)。

在另一个实施方式中，实施了网孔式雾化器。

在许多实施方式中，利用网孔式雾化器来从过乙酸溶液中产生过乙酸喷雾。网孔式雾化器包括利用振动网通过推动少量的液体穿过该振动网来从液体中产生喷雾。

图13a和图13b示出了网孔式雾化器组件的一个实例。在一个实施方式中，雾化器是PZT雾化器，其具有102.9kHz和103.8kHz的高谐振频率。

图3b示出了实施网孔式雾化器的系统的一个实例。在图3b中，利用网孔式雾化器来从过乙酸溶液中产生气溶胶。第一风扇将液滴推进到该装置附近的位置，并且第二风扇将过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将该蒸气从该装置中推出。

采用网孔式雾化器的一个优点是，产生的喷雾具有均匀的液滴尺寸。液滴尺寸由网中的孔的尺寸决定。例如，网中的孔(以及由此形成的液滴尺寸)可以是10微米或更小(例如8微米，例如5微米)。振动网孔式雾化器具有较窄的(非常小的)粒径分布，这有助于加速蒸发过程并避免较大液滴弄湿消毒表面。采用网孔式雾化器的另一个优点是，避免了喷雾的液滴中过乙酸浓度的不确定性。换句话说，蒸气中组分间的比例与溶液中组分间的比例相同。

尽管已经提到了某些气动雾化器和网孔式雾化器，但是应当清楚的是，根据本发明的实施方式，可以实施任何合适的气动或网孔式雾化器。

在许多实施方式中，当过乙酸液滴喷雾离开该装置时，雾滴被导入风扇(例如，第二风扇)的路径中。液滴立即与第二风扇的气流接触，第二风扇具有两个用途：i)使液滴完全汽化；以及ii)形成足以将蒸气推向房间另一侧的气流。第二风扇可以远比第一风扇更强力，并且所选的功率足以推动蒸气穿过房间。在一个实施方式中，来自雾化器和“扩散”风扇的气流速率之间的差异超过100倍。

在这些条件下，如图2所示(即，以旋流的方式)，过氧化物蒸气可以从该装置流动穿过房间的上半部到达相对的墙壁，从而向下滴落并接着沿着房间的下半部返回到该装置。

如前所述，根据本发明的实施方式，可以实施任何合适的雾化器。喷雾不需要由超声波雾化器产生，而是可以由任何合适的雾化器(例如，气动雾化器或网孔式雾化器)产生。同样地，可以采用任何类型的风扇。例如，风扇可以是传统风扇或无叶风扇，或者甚至可以由压缩空气来代替风扇。

雾化器以及第一风扇和第二风扇可以联合作用来产生过氧化物喷雾，该过氧化物喷雾在离开该装置时会立即蒸发。如果喷雾颗粒被雾化得太大或者第二风扇未提供足够的气流，则较大的液滴可能会被第二风扇推出该装置，从而阻碍水的蒸发和蒸气的形成。喷雾颗粒可能会沉降在表面上，并产生不良的湿感。颗粒还可能不如蒸气那么有效地接触水平表面的下表面或通过曲折路径到达较难到达的区域。如上所述，本发明的许多实施方式可以在该装置的附近提供空间，在该空间中，喷雾中的大液滴可以在喷雾蒸发之前从喷雾中滴出。

同样地，如果雾化器产生的颗粒太小，则在喷雾颗粒离开该装置之前可能会发生蒸发，从而导致可能不一致的结果。

图3a示出了用于制备和分配过乙酸蒸气的装置1的实施方式。过乙酸发生器1采用超声波雾化器2来对过乙酸溶液3进行超声波处理。该超声波处理产生超声波喷泉4，该超声波喷泉进而产生精细分散的过乙酸液滴喷雾5。精细分散的过乙酸液滴喷雾5从雾化器2中被推出，并通过风扇6穿过出口7。喷雾离开该装置进入作为该装置一部分的第二风扇8的气流中。第二风扇8用于蒸发气溶胶液滴以产生蒸气9。第二风扇还用于产生气流以推动蒸气9穿过房间。

过乙酸蒸气由市售的5％w/w过乙酸溶液产生。市售的过乙酸为过乙酸、过氧化氢、乙酸和水的平衡混合物。5％w/w过乙酸溶液通常包含20-30％w/w过氧化氢、6-10％w/w乙酸、4.5-5.4％w/w过乙酸以及余量的水。可以采用更高浓度(例如，高达10％w/w或高达15％w/w)的过乙酸溶液。实际上，根据本发明的实施方式，可以采用任何合适的浓度。

图3a、图3b或图3c中的过乙酸蒸气发生器可以与位于同一个壳体中的UV-C灯10结合使用。UV-C灯发射波长为100-280nm(例如，优选为200-280nm、220nm至270nm、240nm至260nm、约250nm，通常约为254nm)的紫外光11。选择光来对房间的远处区域提供足够的强度(5至25mJ/cm²，例如5至15mJ/cm²或15至25mJ/cm²)。可以屏蔽紫外光(例如，采用诸如合成石英的石英挡板)，以防止臭氧的形成。

来自点光源的紫外线分布会导致不同强度的光照射到封闭环境中的不同表面。光强度按照平方反比定律降低，因此离光较远的表面可能会接收到较低的强度。然而，UV-C光在表面上的入射角也会影响光强度。图4示出了紫外光照射房间。

低压汞蒸气灯可以适用于产生期望波长的期望光，但是可以采用产生合适波长或强度的光的任何光源，例如UV-C LED。由于控制LED的光输出，UV-C LED的使用允许精细控制消毒算法的传送辐照度/UV分量。

令人惊讶的是，UV-C和过乙酸的组合产生了对抗许多细菌(包括艰难梭菌)的协同作用。对这些生物体的杀灭效果明显远高于UV-C或过乙酸的单独成分，并且甚至明显高于两种单独成分的预期杀灭效果，从而证明了UV-C和过乙酸之间的显著协同作用。

由于两种消毒剂(即，化学消毒剂(过乙酸)和高能消毒剂(UV-C))的性质，每种源的分布不能使房间内每点处经受均匀的浓度和强度。例如，一些区域会经受较多的过乙酸蒸气和较少的UV-C，而其他区域的情况正好相反。一些区域接收到的过乙酸蒸气和UV-C都较少，并且预计还会有一个或更多个过乙酸和UV-C都较多的“最佳点(sweet spots)”。

然而，当绘制紫外线强度和过乙酸流量图时，令人惊讶地发现，传送到房间内大多数点的过乙酸蒸气和UV-C中每一种的量在很大程度上是互补的。也就是说，尽管有些区域接收到的UV-C和过乙酸剂量更大或更小，但是总体而言，效果在很大程度上以非常令人满意的方式覆盖了整个房间。

图5示出了在UV-C和过乙酸都从单个位置散发的情况下过乙酸对整个房间的消毒能力的曲面图，其是取决于地板位置的xy图。过乙酸发生器下方的消毒水平很高，并且过乙酸发生器对面的墙壁上的消毒水平提高了，同时在房间中央的附近有个微小的凹点。

图6示出了UV-C对整个房间的消毒能力的曲面图，其是取决于地板位置的xy图。正如预期，在远处墙壁处的消毒能力明显下降，而在房间中央处的消毒水平很高。由于该装置本身一定程度的遮蔽，导致消毒器正下方的消毒水平下降。

图7示出了UV-C和过乙酸组合对整个房间的消毒能力的曲面图，其是取决于地板位置的xy图。虽然在整个房间内紫外光和过氧化物蒸气组合的浓度并不均匀，但可以看出，在整个房间内提供的消毒水平是显著的且出人意料地均匀，不存在消毒水平低到不能接受的区域。

图7示出了朝向房间中心的区域，在该区域中所展示的协同作用提供了最大的益处，该区域可以被称为净化区域内的“热区”。认为这是由于最佳且完全的UV-C暴露以及与相对未耗尽的过乙酸蒸气流的接触的结合而形成的。

在多个实施方式中，该环境或表面净化方法包括使所述环境或表面同时经受过乙酸蒸气和UV-C光的组合的步骤，并且还包括增湿步骤。可以在净化步骤之前和/或与净化步骤同时进行增湿步骤。

根据本发明的某些实施方式，可以将环境或房间的湿度调节到55％或更高(例如，60％或更高，例如65％或更高，例如70％或更高)。湿度可以是95％或更低，例如90％或更低，例如85％或更低。在一个实施方式中，优选地将环境或房间的湿度调节到60％至85％范围内的水平。

PAA蒸气的生物杀灭效率可以随着湿度水平的提高而提高。该PAA蒸气行为与过氧化氢蒸气的行为正好相反，过氧化氢蒸气在较低湿度水平下是更有效的消毒剂。

发明人发现，净化在较高湿度下更高效。因此，较高的湿度水平意味着净化可以在更短的时间内进行。

净化过程可以进行任何期望的时长(例如，约5分钟至约24小时，约30分钟至约4小时，约30分钟至约3小时)。据发现，该过程进行约两小时是有利的。这实现了在降低获得性感染水平方面具有非常显著的临床影响的净化水平。两个小时被认为是在医院环境中关闭房间的相对可接受的时长。

本发明的组合方法可以非常灵活地满足生物净化要求，同时对建筑材料来说是安全的。这可以通过改变PAA蒸气水平、适用的UVC剂量和消毒时间来实现。

在一些实施方式中，消毒之后是修复(remediation)。修复是指降低抗微生物剂中有毒成分的水平。

在一个实施方式中，修复包括利用PAA随时间进行的自然降解。

在另一个实施方式中，修复包括利用现有的空调来去除和补充消毒空间内的空气。

在一些实施方式中，在消毒之后，净化装置可以对消毒空间进行修复。

在另一个实施方式中，修复涉及使用能够从处理区域去除酸性蒸气的过滤器(比如活性炭过滤器)。修复可以涉及使用包含活性炭的催化筒。

在一个实施方式中，活性炭可选地浸渍有碱性材料(例如氢氧化钾，例如浸渍有KOH的蜂窝状活性炭)，该碱性材料可以吸收残留的酸性蒸气。这可以分解残留的酸性蒸气。因此，从房间的空气中去除了酸性蒸气的相关气味。

在一个实施方式中，修复包括在室温下催化分解抗微生物剂的有毒成分(PAA和H₂O₂)。在这种情况下，通过采用特定的活性炭(AC)作为催化剂，将H₂O₂转化为水和氧气，并将PAA转化为乙酸和氧气。所有这些产物都是无毒和环保的。由于KOH与乙酸和过乙酸之间的快速不可逆化学反应，浸渍有KOH的AC对于去除消毒剂的酸性成分非常有用。目前可用的ACH的一些形状可以从图10中看到。

AC的蜂窝结构可以避免高背压，并能有助于减少修复时间。

图11示出了利用PAA的自然降解、蜂窝状AC催化分解以及现有空调进行修复的对比试验结果。从图11可以看出，去除PAA的最有效方法是采用空调。然而，由于有毒PAA蒸气通过空调系统分布在建筑物周围，因此无法在所有情况下采用这种选择。催化分解和吸附的采用更为普遍，并且在某些情况下会相当有效。采用催化筒的有毒化学物质去除过程的另一个方面涉及H₂O₂和PAA分解速率的差异(参见图12)。相比H₂O₂，PAA可以更快地去除。认为这是由于这些成分的沸腾温度有显著的差异(PAA的沸腾温度约为105℃，而H₂O₂的沸腾温度约为150℃)。

在净化过程结束时，关闭该装置。几分钟后就可以进入房间。没有不良气味，并且通过视觉或触觉未观察到在任何表面(包括诸如纸和布料的有机和多孔表面)上有残余物。

采用PAA作为抗微生物剂的一个“令人不适”的方面是消毒后有乙酸气味(醋味)。乙酸是PAA溶液的天然成分，并且也可以由PAA的催化分解产生。这种气味问题的出现是由于乙酸蒸气安全水平(10ppm(TWA))和气味检测阈值(仅为0.48-1.0ppm)之间存在巨大差距。具有与乙酸相同气味的PAA将通过催化筒被去除至远低于安全水平(0.17ppm)。但是遗憾的是，催化分解涉及将PAA转化为乙酸。利用同一个催化筒来通过吸附去除PAA和乙酸。但是遗憾的是，由于乙酸的气味阈值非常低，在任一种情况下在消毒周期结束时仍能感觉到醋味。克服这个问题的一个解决方案是通过合适的吸附筒来吸附乙酸，然后使用掩蔽剂。

任选地，可以在消毒后使用掩蔽剂。市场上有许多商用气味控制产品。通常，这些产品是添加了表面活性剂来将精油成分分散在水溶液中的精油混合物。

利用精油来中和气味是一种物理化学反应，其依赖于“范德瓦尔斯(Van DerWaals)”原理。汽相中活性物质的气味分子与有气味的分子进行反应。通过这种方式，大部分有气味的分子被直接转化为无气味的分子。从而去除了70-90％的气味。任何残留的气味都被Zwaardemaker原理所中和，因此鼻子不再闻到有气味的分子。

根据本发明的许多实施方式的装置可以装配有定时器，以确保预定的工作时间。

备选地，该装置可以配备有运动和/或热探测器，使得该装置能够在房间无人时自动对房间进行周期性消毒。

所公开的装置还可以与诸如建筑气候和安全系统以及病人和员工管理系统的系统集成，以在停工期间进行自动清洁。

图14示出了包括雾化器、UVC灯、增湿器和催化筒的装置的一个原型。该原型包括以下子系统：

1.自动控制湿度水平的增湿器；

2.采用气动雾化器的PAA蒸气供应子系统；气动雾化器的结构设计成产生“干喷雾”，该干喷雾在室温下立即转化为PAA蒸气。

3.用于在消毒周期结束时加速PAA和过氧化氢分解并在需要时去除VOC(挥发性有机化合物)的催化和吸附转换器；为了有效地进行修复，可以采用浸渍有KOH的蜂窝状活性炭。

4.根据与使用气动雾化器的PAA供应子系统相同的原理供应掩蔽剂蒸气的子系统。

5.由UVC透明石英罩保护的UVC灯。

实验

采用一个容积为66m³(6m×4.2m(占地面积)×2.6m(高度))的房间作为测试房间。以通过关闭窗户、门和外部通风口并关闭任何空调来关闭家庭、诊所或医院房间的常规方式关闭房间。然而，房间不是密封的，并且允许有少量的气流。测试房间的温度为环境室温(20℃至25℃)。

测试房间比通常的目标房间稍大，目标房间是占地面积为3×3m且高度为2.6m至3m的房间。

过乙酸蒸气/喷雾发生器(雾化器)沿较小的墙壁安置在约1.21m的高度。

过乙酸蒸气/喷雾发生器采用市售的5％w/w过乙酸溶液。市售的过乙酸为过氧化氢、乙酸和水的平衡混合物。5％W/w过乙酸溶液通常包含20-30％w/w过氧化氢、6-10％w/w乙酸、4.5-5.4％w/w过乙酸以及余量的水。在本发明的许多实施方案中，所用的5％w/w过乙酸溶液包含24％w/w过氧化氢、7.5％w/w乙酸、5％w/w过乙酸以及余量的水。

过乙酸蒸气/喷雾发生器还配有位于同一壳体中的紫外线灯。该紫外线灯是以60V/0.37A/18W工作且UV-C功率输出为5.5W的飞利浦TUV PL-L 18W/4P 1CT/25。该紫外线灯是低压汞蒸气灯，其发射峰值约为254nm(253.7nm)(一种已知的杀菌波长)。这是已知的杀菌波长。紫外线灯照射在房间里所有暴露的表面上。紫外线灯为18瓦。灯泡采用合成石英来防止185nm臭氧形成辐射逃逸。

UV-C光强度按照平方反比定律下降，使得在离灯较远的区域内的强度明显较低。消毒器的较高位置和定位意味着房间边界与紫外线灯的距离几乎一致。

可以使UV-C灯和过乙酸蒸气/喷雾发生器独立或同时工作，从而允许在单独去污剂之间以及单独去污剂与组合之间进行比较。

在开始灭菌之前，即刻将装有接种体的培养皿放置在房间内三个不同的位置——一个位置靠近紫外线/过乙酸装置(例如，离该装置80cm),一个位置在房间的中间，而另一个位置在房间的另一端。培养皿还放置在不同的高度。图8a和图8b示出了培养皿的位置。培养皿是“肮脏的”，装有5％的马血清。每个培养皿具有50mm的艰难梭菌ATCC43539接种面积。这是通过将100μl的微生物铺展在处理后的培养皿上50mm的表面积上并使它们干燥来制备的。计算微生物的数量。制备培养物时采用标准稀释剂(合成液体培养基)。根据需要孵育平板。

将以相同的方式制备的且具有相同水平的艰难梭菌ATCC43539的对照平板放置在房间外面，但是在其他方面条件相似。

消毒房间外的对照平板的表现如预期。艰难梭菌的初始数量为每50mm 2.45E+03，并在两个小时的过程中略微增加至2.90E+03。也就是说，在没有进行任何消毒2小时后，艰难梭菌的数量显示出4.5E+02的上升。

使紫外灯和过乙酸蒸气/喷雾发生器工作两小时，以仅产生紫外光，而不产生过乙酸喷雾。位于测试房间内的艰难梭菌平板显示艰难梭菌数量适度减少(0.11个对数去除率)或未变化(即，生物抑制处理(biostatic treatment))。在离紫外线源最远的平板上观察到生物抑制结果，该平板也受到一些遮蔽的影响。

紫外线杀菌的程度表明，在最接近紫外线灯的位置1和位置2处可达到的杀菌效果最小，同时在位置3处杀菌无效(但有抑菌效果)。位置1是被遮蔽的。

在重复实验中，使紫外光和过乙酸蒸气/喷雾发生器工作两小时，以仅产生过乙酸蒸气，而不散发紫外光。位于测试房间里的艰难梭菌平板显示微生物减少，范围在0.71个对数去除率至1.19个对数去除率之间。令人惊讶的是，过乙酸对离过乙酸源最远的平板的效力最高。不希望受理论约束，而认为这可能是由于流动效应而产生的，其中蒸气在向下移动到墙壁上并沿着地板返回之前沿着房间的顶部被推动。蒸气浓度预计在消毒器对面的墙壁底部较高。

然后用紫外线灯和过乙酸蒸气发生器工作两个小时来重复实验。紫外线和过氧化氢的组合效果获得了非常令人惊讶的结果。观察到紫外线和过乙酸之间有明显的协同作用。位于测试房间中的艰难梭菌平板显示出2.11至3.58个对数微生物去除率，这远远超过了可以根据单独因素的功效预测的任何效果。

结果如表1所示，并在图9中以图表形式呈现。

图16示出了仅采用UVC、仅采用PAA以及采用UVC与PAA组合时的对数10去除率。

图17、图18、图19和图20呈现了不同生物负载的动力学灭活。图17示出了在有和没有UVC的情况下灭活金黄色葡萄球菌的动力学情况。

图18示出了在有和没有UVC的情况下灭活铜绿假单胞菌的动力学情况。

图19示出了在有和没有UVC的情况下灭活肠道沙门氏菌的动力学情况。

图20示出了在有和没有UVC的情况下灭活白念珠菌的动力学情况。

在大多数情况下，特别是对于PAA+UVC组合来说，它们在坐标log₁₀[CFU]:-t中是非线性的。在形式上，这意味着它不是典型的一级反应。一阶模型假设群体中的细胞和孢子具有相同的抗性，并且在处理时间内存活数量的下降之间的关系是线性的。该模型可以写成log₁₀(N/N₀)＝-kt，其中N₀是初始细胞数(CFU/ml)，N是暴露时间t过后的存活数量(CFU/ml)，k是速率参数，并且t是处理时间(分钟)。D值(典型灭活动力学指标)是以分钟为单位的十进制去除时间(杀死90％的生物体所需的时间)。

威布尔模型(Weibull model)假设存活曲线是致死效应的累积分布。威布尔分布的累积形式由log₁₀(N/N₀)＝-btⁿ得出，其中b和n分别是比例和形状参数。当形状参数n大于或小于1时，存活曲线的形状将分别呈现出肩状或拖尾状。当n＝1时，威布尔分布的累积形式简化为一阶速率等式。对于威布尔模型，可以确定类似于传统D值的参数t_d。t_d是微生物数量的d个对数去除所需的时间，并且由等式中所示的参数b和参数n计算,

t_d＝(ln(0.9)/bx2.303)^1/n

其中d是期望的对数去除率，b＝k，并且2.303是由于从以e为底的对数向以10为底的对数移动而产生的系数。

表2总结了所有生物负载灭活的威布尔动力学模型的所有参数：

表2：不同生物负载灭活的威布尔动力学模型的参数

显然，组合方法极大地提高了生物净化效率。对于不同的生物负载，灭活常数(k)的差异可以超过10倍。不同生物负载的灭活常数比的差异可能反映了不同生物负载对UVC和PAA暴露的敏感性的波动。

图15a示出了在测试房间内的不同湿度水平下采用PAA和UVC组合方法的生物净化效率。图15a示出了RH(相对湿度)为59％时的效率高于RH为50％时的效率。图15b示出了目标1至6在测试房间(约25m³)中的位置。

在图15b中，目标1的位置最靠近该装置。该装置(图15b中未示出)位于房间中与目标位置6相对的一侧。目标位置5和目标位置6处于阴影中，即该装置和目标位置之间存在障碍物。

具有生物负载的目标1至目标6是接种有金黄色葡萄球菌ATCC 6538(来自初步测试的最具抗性的生物负载)的载玻片，其中添加了马血清(肮脏条件)。

如图15a所示，与50％的相对湿度相比，在59％的相对湿度下采用PAA和UVC的组合方法时在目标位置2至目标位置6处有更大的对数去除率。图15a显示，与50％的相对湿度相比，在59％的相对湿度下采用PAA和UVC的组合方法时在目标位置1处有更小的对数去除率。在这方面，注意到在目标1处的PAA/UVC水平由于其位置而最低。

Claims (34)

1.一种净化环境或表面的方法，包括使所述环境或表面同时经受过乙酸蒸气和UV-C光的组合的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述过乙酸蒸气和UV-C光提供了存在的细菌量的协同减少。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述环境是封闭环境。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述封闭环境是房间。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述环境是封闭的，以使得所述环境的变化容积不超过每小时多于5次换气。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述过乙酸蒸气由2％w/w-15％w/w的过乙酸水溶液产生。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述过乙酸蒸气由5％w/w的过乙酸水溶液产生。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述UV-C光具有100-280nm的波长。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述UV-C光具有约254nm的波长。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述过乙酸蒸气和UV-C光从单个位置散发出来。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述过乙酸蒸气和UV-C光从多个位置散发出来。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个位置在所述环境周围间隔开。

13.根据权利要求4至12中任一项所述的方法，其中向外引导所述过乙酸穿过所述房间。

14.根据权利要求4至13中任一项所述的方法，其中向外引导UV-C穿过所述房间。

15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述过乙酸蒸气通过如下方式制备：将过乙酸溶液雾化成气溶胶，并且随后蒸发所述气溶胶以形成过乙酸蒸气。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述过乙酸溶液的雾化是通过超声波雾化器进行的。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述过乙酸溶液的雾化是通过气动雾化器进行的。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述过乙酸溶液的雾化是通过网孔式雾化器进行的。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述气溶胶包含大部分尺寸为4μm或更小的液滴(按数量计)。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中所述方法还包括增湿步骤。

21.一种用于喷射过乙酸蒸气的装置，所述装置包括：雾化器，用于产生过乙酸液滴喷雾；以及机构，用于将所述过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将所述蒸气从所述装置中推出。

22.根据权利要求21所述的装置，其中用于将所述过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将所述蒸气从所述装置中推出的机构是风扇。

23.一种用于喷射过乙酸蒸气的装置，所述装置包括：雾化器，用于产生过乙酸液滴喷雾；第一机构，用于将所述液滴推进到所述装置附近的位置；以及第二机构，用于将所述过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将所述蒸气从所述装置中推出。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述用于将所述液滴推进到所述装置附近位置的第一机构是风扇，和/或用于将所述过乙酸液滴蒸发成过乙酸蒸气并将蒸气从所述装置中推出的第二机构是风扇。

25.根据权利要求23或24所述的装置，其中所述过乙酸溶液的雾化器是超声波雾化器。

26.根据权利要求21至24中任一项所述的装置，其中所述过乙酸溶液的雾化器是气动雾化器。

27.根据权利要求21至24中任一项所述的装置，其中所述过乙酸溶液的雾化器是网孔式雾化器。

28.根据权利要求21至27中任一项所述的装置，其中沿着预定方向将所述过乙酸蒸气从所述装置中推出。

29.根据权利要求28所述的装置，包括位于所述喷雾和所述第二机构之间的翅片、叶片、百叶窗或喷射口，以提供所述蒸气的定向流动。

30.根据权利要求21至29中任一项所述的装置，还包括UV-C源。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述UV-C源沿着预定方向投射UV-C辐照。

32.根据权利要求31所述的装置，其中所述UV-C源沿着与蒸气相同的方向投射UV-C辐照。

33.根据权利要求21至32中任一项所述的装置，还包括增湿器。

34.根据权利要求21至33中任一项所述的装置，还包括过乙酸溶液。