CN1217704C - 经空气传播的微生物的处理 - Google Patents
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Abstract
一种对由空气传播的微生物和/或病毒占据的空间杀菌或消毒的方法，该方法包括从含有杀菌或消毒组合物的喷射装置直接向空间喷射气溶胶液滴，气溶胶喷射装置喷射液滴的过程中通过双层充电将单极性电荷施加到液滴中，单极性电荷为一定水平，使得微滴具有至少为+/-1×10-4C/kg的电荷与质量比。
Description
本发明涉及到经空气传播的微生物和病毒的处理。
如美国专利No.5403587可知以精油为基础的杀菌剂和消毒组合物。该专利涉及到用于对如工作台面、瓷砖、如水池和盥洗室这样的瓷器产品、地板、窗、进餐器具，玻璃器皿、盘和牙及外科器具这样的硬质表面消毒、杀菌和/或清洁的抗微生物组合物。该组合物包括：
a) 抗微生物有效量的能够在水载体中被溶解或被分散并且在结合于水载体中时表现出抗菌特性的精油；
b) 溶解或分散量的足够在水载体中形成精油的水溶液或分散液的溶解剂或分散剂；和
c) 使重量百分比为100的足够的水。
本发明所使用的精油如在美国专利No.5403587中所公开的，其包括从麝香草、柠檬草、柠檬、橙子、茴香、丁香、玫瑰、薰衣草、香茅、尤加利树、薄荷、樟脑、檀香和香柏获得的油。
美国专利No.5403587所公开的组合物能够和常用的用于分散的抛射剂配制成由常用的压力容器中喷出的气溶胶。可以使用的抛射剂包括异丁烷、n-丁烷、丙烷、二甲醚和以上物质的混合物，还有氯氟烃、氟烃和其混合物。
处理经空气传播的微生物的困难是已知的。通常，将它们从特定的空间如一个房间中彻底消灭是不容易的。而且，任何强制性的处理，如喷射对微生物为毒性的组合物，极有可能威胁到被处理空间内的人或动物的健康。
细菌、病毒和真菌孢子当它们在空气中传播时被认为是颗粒状的，特别是因为它们经常吸附于或伴随着灰尘颗粒。在使用气溶胶喷射装置的情况下，包含杀菌剂的液体组合物以微小液滴的形式被喷射到要灭菌的空间。然而，液滴和空气中微生物之间低的碰撞率使灭杀微生物无明显的效果。如此低效率的实际结果是需要以大量使用杀菌剂组合物，从而导致了对健康的威胁。其它可能的副作用包括，在芳香组合物的使用中，因为需要使用相当大量的杀菌剂组合物和/或受限制的香气的选择而导致了浓的香味。
如果气溶胶喷雾液滴具有较大的与微生物的碰撞率，则气溶胶喷射型装置可以提高效率。我们现在开发了一种改进的对空间杀菌或消毒的方法。
根据本发明提供了对经空气传播的微生物和/或病毒占据的空间杀菌或消毒的方法，该方法包括通过含杀菌或消毒组合物的喷射装置直接向空间喷射液滴，在从喷射装置喷射液滴的过程中单极性电荷经双层充电施加到所述液滴上，液滴中的单极性电荷的水平是使得所述液滴具有至少+/-1×10-4c/kg的电荷与质量比。
本发明的方法中被喷射的杀菌或消毒组合物包含至少一种抗菌剂。这样的抗菌剂的例子是精油如麝香草、柠檬草、柠檬、橙子、柚子、酵母、玉山麝香叶、茴香、丁香、肉桂醛、肉桂、香芹酚、玫瑰、薰衣草、香茅、尤加利树、薄荷、樟脑、檀香、西伯利亚松针、西尔威斯特松树、茶树、杜松浆果、木姜子属、花梨属之热带树、天竺薄荷、vetyver、雪松和上述物质的混合物。本发明中可以使用的其它抗菌剂包括杀细菌剂，例如如烷基-二甲基-苄基糖精化铵和benzalkonium chloride的季铵化合物，或如克霉唑，咪康唑硝酸盐、有机锡化合物、有机酸、卤化苯酚、季铵化合物、8-羟基喹啉、联脒、有机汞衍生物和对羟基苯甲酸酯类的杀真菌剂。
优选只有在喷射装置中的液体和喷射装置本身之间在液体从中喷射出来时的相互作用产生被施加到液滴中的单极性电荷。更优选的，单极性电荷被施加到液滴中的方式并不部分地依赖于该装置与任何外部电荷诱导装置的连接，如相对高的电压源或任何如电池组的内部电荷诱导装置。采用这样的配置，喷射装置是完全整装的，使其适用于工业生产、公用领域和家庭环境。
优选地，该喷射装置是一个没有任何电路但可用于手控的家用压力喷射装置。该装置一般具有范围为10ml到2000ml的容量并能手动致动或者通过自动致动机构致动。特别优选的家用装置是可手控的气溶胶罐。
优选地，至少为+/-1×10-4C/kg的微滴电荷与质量比被施加到液滴中，这是使用具有下面特征的至少一个的气溶胶喷射装置的结果：致动装置的材料、致动装置的孔的大小和形状、汲取管的直径、阀的特性和该气溶胶喷射装置中含有的杀菌或消毒组合物的配方，选择这些特征以便在液滴从气溶胶喷射装置的孔实际喷射出期间通过双层充电将单极性电荷施加到液滴中来实现所述微滴电荷与质量比。
作为本发明方法的结果，与公知的喷射方法相比较杀灭经空气传播的微生物和/或病毒的效果更好。特别地，所需杀菌剂或消毒剂的量比以前这种情况的用量要少得多。
因单极性电荷被施加到气溶胶喷雾剂的液滴中而实现该结果。电荷有两种影响。单独的液滴吸引到微生物和/或病毒，包括附在灰尘颗粒上的微生物。因所有的液滴携带相同极性的电荷，它们之间相互排斥。从而，液滴之间极少或无聚结，相反，与不带电荷的微粒相比它们趋向于更大程度的散布。另外，来液滴中的电荷的排斥力要大于液滴的表面张力，带电荷的微粒将分裂成大量的更小的带电荷的微粒(超过瑞利极限)。该过程持续到两种相对力量均衡或液滴完全蒸发。
经空气传播的微生物，包括附在灰尘颗粒上的微生物，通常与其周围环境是电绝缘的并且一般处于和其环境相同的电势。在这种情况下，在带电荷液滴团内的隔绝的微生物，可能引起液滴所产生的电场的结构变化以至于液滴被吸引到微生物的量增加。实际上，液滴瞄向微生物。带电荷的液滴与微生物之间的相互作用的加强是由于电场在带电液滴团内产生的额外的扩散的力量的组合效果，使每个液滴的抛射轨道改变以致于直接向着微生物的方向。
通常，用气溶胶喷雾装置喷射到空气中的液体组合物优选水和碳氢化合物的混合物，或乳化液，或在使用前或喷雾过程中经摇动喷射装置转化成乳化液的液体。
在已知所有的液体气溶胶携带净正或负的电荷是双电充电或液体微粒的分裂的结果的同时，被施加到从标准装置喷射出的液滴的电荷只为+/-1×10-8到1×10-5C/kg量级。
本发明依赖于气溶胶喷射装置的设计的各种特性的结合，以便于当气溶胶喷射装置喷射时增加液体的电荷。
一种典型的气溶胶喷射装置包括：
1.可以含有由喷射装置喷射的组合物和液体或气态抛射剂的气溶胶罐；
2.延伸到罐内的汲取管，汲取管的上末端与阀相连；
3.位于阀上方的致动器，能够被施以压力以操作阀；和
4.致动器上设的嵌入件包括一个组合物从中喷出的孔。
本发明中使用的优选的气溶胶喷射装置在WO97/12227中描述。
通过选择气溶胶装置的几方面，包括致动器的材料、形状和尺寸、致动器的嵌入件、阀和汲取管和被喷射液体的特性可以对液滴施加较高的电荷，使得当液体被分散成液滴时产生所需水平的电荷。
气溶胶喷射系统的许多特性使在液体配方和气溶胶喷射系统的表面之间的双层充电和电荷交换增加。可以通过提高经过该系统的涡流以及提高液体和容器的内表面和阀和致动器系统之间接触的频率和速度的因素带来这样的增加。
例如，可以优化致动器的特性以提高从容器中喷射的液体上的电荷水平。尺寸为0.45mm或更小的在致动器嵌入件上的孔提高通过致动器喷射出的液体的电荷水平。致动器材料的选择也能增加从该装置喷射出的液体上的电荷水平，如趋向于提高电荷水平的尼龙、聚酯、乙缩醛、PVC和聚丙烯。嵌入件上的孔的几何形状能够优化，使通过致动器喷射时液体上的电荷水平增加。促进液体机械分解的嵌入件给出更好的充电状况。
喷射装置的致动器嵌入件可由一种导体、绝缘体、半导体或静电消耗型的材料形成。
可以优化汲取管的特性，以使从容器中喷射的液体上的电荷水平增加。一个狭窄的汲取管，例如内径大约为1.27mm，增加了液体上的电荷水平，汲取管的材料也可以改变以增加电荷。
可以选择当从容器喷射时提高液体产品的电荷质量比的阀的特性。壳体中的小尾件孔，大约0.65mm，增加在喷射过程中的产品的电荷质量比。减少在主杆上孔的数量，如2×0.50mm，也增加喷射过程中产品的电荷。蒸气相龙头的存在有助于将电荷水平最大化，一个较大的孔蒸气相龙头，例如，大约0.50mm到1.0mm通常会带来更高的电荷水平。
产品配方中的改变也可以影响电荷水平。含有碳氢化合物和水的混合物，或不混溶的碳氢化合物和水的乳化物的配方要比仅包括水或仅包括碳氢化合物的配方从喷射装置喷射出时携带更高的电荷与质量比。
优选在本发明中使用的微生物处理组合物包括油相、含水相、表面活性剂、抗细菌或抗病毒剂和抛射剂。
优选，所述油相包括C9-C12的碳氢化合物，其优选占本发明所述组合物的量的2％-10％w/w。
优选的表面活性剂是油酸甘油酯或聚油酸甘油酯，优选占本发明所述组合物的量的0.1％-1.0％w/w。
优选的抛射剂是液化石油气体(LPG)，更优选的是丁烷，任选地在与丙烷的混合物中。根据组合物是要作为“湿”或“干”组合物喷射，抛射剂可以以10-90％w/w的量存在。对于“湿”组合物，抛射剂优选以20％-50％w/w的量存在，更优选以30％-40％w/w的量存在。
从气溶胶喷射装置中喷射的液滴的直径范围一般是从5到100微米，微粒的大部分的直径为大约40微米。从气溶胶喷射装置中喷射的液体可以包括预定量的微粒材料，例如，熏过的氧化硅，或预先定量的挥发性固体材料如薄荷醇或萘。
本发明的方法除杀死微生物外，也可以通过微粒的间接充电加速经空气传播的微粒的自然沉淀过程，从而快速便捷地提高空气的质量。
用于典型的气溶胶喷射装置的罐由铝或漆锡或非漆锡板或类似材料制成。致动器嵌入件可以由例如缩醛树脂制成。阀主杆侧向的开口一般由两个直径为0.51mm的孔组成。
现将结合附图举例对本发明作进一步的描述，其中：
图1是本发明气溶胶喷射设备的示意性剖面图；
图2是图1所示设备的阀组件的示意性剖面图；
图3是图2所示组件的致动器嵌入件的横向断面；
图4是图3所示沿A的方向观察的喷射头的内孔的结构图；以及
图5是图3所示沿B的方向观察的喷射头的旋涡腔的结构图；
参照图1和2，示出根据本发明的气溶胶喷射装置。它包括由铝或漆锡或非漆锡板或类似材料以常规方法构成的罐1，形成用于有一定传导性使液滴可以携带适宜的静电荷的液体3的容腔2。罐中有加压气体，它能迫使液体3经包括汲取管4和阀以及致动器组件5的导管系统从罐1中导出。汲取管4包括一个在罐1的底部外周部分终止的端部6和另一个与阀组件的尾件8相连接的端部7。尾件8由在罐的顶部的开口中配装的安装组件9所固定，并且其包括确定尾件孔11的下部10，尾件孔11与汲取管4的端部7相连。该尾件包括一个在下部11相对小直径和在其上部13相对大直径的内孔12。阀组件包括一个安装在尾件的内孔12内的主杆管14，其布置成可克服弹簧15的作用在内孔12中轴向位移。阀主杆14包括一个有一个或多个侧向开口(主杆孔)17(见附图2)的内孔16。该阀组件包括一个有中心孔19用于容纳阀主杆14的致动器18，这样主杆管14的孔16与致动器的孔19连通。垂直延伸至孔19的致动器的通道20连接带有一个凹口的孔19，该凹口包括其上安装有以嵌入件22形式的喷射头的柱21，它包括与通道20连通的内孔23。
弹性材料构成的环24设在阀主杆14的外表面之间，通常该密封环封闭了阀主杆14的侧向开口17。阀组件的结构促使致动器18受到人为压力后推动阀主杆14向下抵抗弹簧15的作用，如图2所示，从而密封环14不再封闭侧向开口17。在这一位置，形成一条从容腔2到喷射头的内孔23的通道，使得液体在罐内的气体压力下经包括汲取管4、尾件孔12、阀主杆孔16、致动器孔19和通道20的导管系统传到喷射头。
尾件8的壁上提供有孔27(图1中未标注)并且构成蒸气相开关，由此，容腔2内的气体压力可以直接作用在流过阀组件的液体上。这使得液体的涡流增加。已发现如果孔27的直径至少为0.76mm时则提供增加的电荷。
优选连接尾件孔12和阀主杆孔16的侧向开口17是两孔形式，其各自直径不超过0.51mm以增加静电荷的产生。此外，汲取管4的直径优选尽可能的小，如1.2mm，是为了增加施加给液体的电荷。而且，如果尾件孔11的直径尽可能的小，如不超过大约0.64mm，则产生的电荷也会增加。
参照图3，图3是图1和2的设备的致动器嵌入件的截面的放大图。为简便起见，该图中示出了内孔23仅为圆柱形。然而，内孔23的优选结构例如如图4所示。参考标记31标记内孔23的孔隙和参考标记30标记内孔的孔隙限定部分。L(单位：mm)表示内孔出口的孔隙限定部分的总的周长，a(单位：mm2)表示内孔出口的孔隙的总面积，L和a的数值在图4中标出。当L/a大于8并且已发现该条件对于电荷的发展特别具有传导性，因为致动器嵌入件和从中流过的液体之间的接触面积增加。
很多不同的配置可以采用，以产生高的L/a比率，而不用使横截面面积a减小到只允许低液体流速的值。例如可以使用致动器嵌入件的内孔构造：I)其中内孔的出口包括多个部段状孔隙(有或无中央孔隙)；II)其中出口包括多个扇形孔隙；III)其中孔隙一起形成格或栅形式的出口；IV)其中出口一般是十字状；V)其中孔隙一起确定同心环形式的出口；和这些构造的组合。特别优选的是致动器嵌入件的孔的结构，其中舌状物部分伸入液体流束中并可使其振动。该振动性质可以引起涡流并增强双层的静电荷分离，允许更多的电荷移动到大量液体中。
现参照图5，致动器嵌入件22的旋涡腔35的一种可能的构造的平面图如图5所示。旋涡腔包括等间隔的4个侧向通道36并且其与包围内孔23的中央区域37成正切方向。在使用时，由在压力下的气体从容腔2推出的液体沿通道20并撞击与通道的纵轴线正交的通道36。这样的通道安排使液体趋向于在进入中央区域37之前进行循环运动，然后进入内孔23。结果，使液体经受强大的涡流，这增加了液体中的静电荷。
本发明的示例详细描述如下：
例1：由以下成分制备气溶胶杀菌组合物：
| ％w/w | |
| 乙醇 | 54 |
| 聚硅氧烷表面活性剂 | 0.1 |
| 在下文中选择的一种抗菌剂 | 0.8 |
| 水 | 17.2 |
| 液化石油气 | 28 |
将上述组合物引入一个由3mm的聚乙烯汲取管4、0.64mm的尾件孔11，0.64mm的蒸气相开关27和4×0.61mm的阀主杆的侧向开口17组成的阀组件的镀锡铁皮气溶胶罐。致动器18是配装有0.51/0.66mmAqua致动器嵌入件22的Kosmos类型(均由Precision Valve提供)。
抗菌剂可以是任何适宜的物质。例如可以使用的精油包括下列一种或多种物质：柠檬草、柠檬、橙子、酵母、丁香、麝香草、玉山麝香草叶、肉桂醛、肉桂或香芹酚。
优选组合物中抗菌剂的用量为0.2-0.25％w/w。
通过从高电压的能源供给罐的接口10kv的电荷而人工将从该罐发射出的微滴的电荷水平提高至电荷与质量比大约为-1×10-4C/kg。
在致动器18上施加压力，获得具有为-1×10-4C/kg的电荷/质量比和大约为1.2g/sec的流速的细喷雾液滴。液滴在空气中被快速发散。
将如上所述的气溶胶喷雾装置与标准的公知的装有相同气溶胶配方的气溶胶喷雾装置相比较。使用下面的方法。
制备水中含有藤黄微球菌大约为109cfu/ml的悬浮液。向容量为28立法米的环境测试室中提供HEPA过滤的空气。
使用喷雾器对测试室中施加细菌悬浮液60秒，并使用一个再循环风扇使在整个室中分散又60秒。
一个长条的琼脂取样器被致动2个小时，在1、15、30、60和120分钟后获得样品。将长条琼脂盘收集。对琼脂盘分析、培养并计数其菌落数，以提供对照结果(三个实验的平均值)。
上述过程重复3次，但在致动长条琼脂取样器前向测试室喷射10秒钟的带静电荷的试验产品。使用通常的无电荷测试产品重复3次。
对由带电荷和不带电荷的喷射产品得到的结果进行比较(将对照结果考虑在内之后)，表明使用带静电的产品明显增强空气的抗菌性能。
实施例2
以在水中含有大约109cfu/ml的最终悬浮液使用从培养物获得的试验微生物藤黄微球菌(ATCC NCTC 2665)。在容积为28立方米的测试室提供有HEPA过滤空气供给源和提取的空气。自控制室远程控制测试室中的装置。细菌被碰撞喷雾器喷射入房间60秒，并且通过风扇将其与房间内的空气混合又60秒。细菌释放后1、14、29、59和119分钟后分别致动五个全玻璃空气收集器(AGI)。每个空气收集器从被测试室收集空气一分钟。第一个空气收集器完成取样后，从气溶胶罐向测试室中释放试验消毒喷雾剂。试验配方是：
| 成分 | ％w/w |
| 丁烷40 | 35 |
| 山梨醇 单油酸酯 | 1 |
| 柠檬草油 | 7 |
| 亚硝酸钠 | 0.12 |
| 三甘醇 | 2.5 |
| 软水 | 54.38 |
喷射释放10秒。将不带电荷的气溶胶组合物与人工施加给罐的带电荷相同气溶胶组合物的性能相比较。施加给罐的电压为-3kV，这样得到了电荷与质量比为-1.3×10-4C/kg的气溶胶。根据下列的AGI记录对气溶胶施加电荷对经空气传播的微生物的浓度的影响。通过从AGI中取出0.1ml的液体并放到琼脂平板上来评估在AGI中收集的细菌的数量，将上述操作重复一次。然后该平板在30℃培养72小时。计数菌落数，下面给出结果中两个平板所得的平均值：
结果
表1：空气收集器中收集的藤黄微球菌的数量。
| 对气溶胶施加电荷的情况 | AGI 11分钟 | AGI 214分钟 | AGI329分钟 | AGI 459分钟 | AGI 5119分钟 |
| 否 | 3225 | 70 | 5 | 0.8 | 0.8 |
| 是 | 3533 | 20 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
Claims (15)
1.一种对由空气传播的微生物和/或病毒占据的空间杀菌或消毒的方法，该方法包括直接从含有杀菌或消毒组合物的喷射装置向所述空间喷射液滴，在液滴从喷射装置喷射期间通过双层充电将单极性电荷施加给了所述液滴，所述单极性电荷为一定水平，从而使所述微滴具有至少为+/-1×10-4C/kg的电荷与质量比。
2.如权利要求1所述的方法，其中，喷射装置是气溶胶喷射装置。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，杀菌或消毒组合物是乳化液。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，液滴的直径范围为5-100微米。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，只是通过液体和喷射装置之间的相互作用将单极性电荷施加给液滴，此外无任何电荷从内部或外部电荷感应装置施加于其上。
6.如权利要求5所述的方法，其中，至少为+/-1×10-4C/kg的微滴电荷与质量比被施加到液滴中，这是使用具有下面特征的至少一个的气溶胶喷射装置的结果：特征包括：致动器的材料、致动器的孔的大小和形状、汲取管的直径、阀的特性和该气溶胶喷射装置中含有的杀菌或消毒组合物的配方，选择这些特征，以在液滴从气溶胶喷射装置的孔实际喷出期间通过双层充电将单极性电荷施加到液滴中来实现所述微滴电荷与质量比。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，杀菌或消毒组合物包括油相、含水相、表面活性剂、杀细菌剂、杀真菌剂或抗病毒剂和抛射剂。
8.如权利要求7所述的方法，其中，抗菌或抗病毒剂是选自麝香草、柠檬草、柠檬、橙子、柚子、酵母、玉山麝香叶、茴香、丁香、肉桂醛、肉桂、香芹酚、玫瑰、薰衣草、香茅、尤加利树、薄荷、樟脑、檀香、杜松浆果、西伯利亚松针、西尔威斯特松树、茶树、、木姜子属、花梨属之热带树、天竺薄荷、vetyver、雪松和上述物质的混合物的精油。
9.如权利要求7所述的方法，其中，抗菌剂是季铵化合物。
10.如权利要求7所述的方法，其中，油相包括一种C9-C12的碳氢化合物。
11.如权利要求10所述的方法，其中，组合物中存在的C9-C12的碳氢化合物的量为2-10％w/w。
12.如权利要求7所述的方法，其中，表面活性剂是油酸甘油酯或聚油酸甘油酯。
13.如权利要求7所述的方法，其中，组合物中存在的表面活性剂的量为0.1-1.0％w/w。
14.如权利要求7所述的方法，其中，抛射剂是液化石油气。
15.如权利要求14所述的方法，其中，组合物中存在的抛射剂的量为20-50％w/w。
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