CN1276708C - 具有连续流或间歇流的封闭系统的抗微生物处理 - Google Patents
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Abstract
一种封闭系统(10)，可以抵抗系统组件与通过此系统存储或输送的流体之间的所有接触点处生物膜的形成。这个封闭系统(10)包括一个流体进口(12)，如从井水中抽吸的泵，和一个流体出口(24)，如自来水龙头，是兼有流体进口(12)和出口(24)的系统。每个系统组件都包含由聚合物或聚合物复合材料所制作的与流体接触的部分。在所发明的封闭流体系统(10)的流体进口(12)和流体出口(24)之间是各种各样的常用阀门，流体循环构件，如管道，过滤器，和流体存储构件，如水槽，以及流体处理过滤器，如深度过滤器，活性炭过滤器，反渗透膜和离子交换树脂。抑制微生物生长的不浸出的抗微生物剂混入到所有系统组件的与流体接触的部分中。
Description
相关申请案介绍
本申请要求1998年7月29日提交的美国临时申请No.60/094,532的权益。
发明领域
本发明总的来说涉及到具有连续流或间歇流的封闭流体系统，更准确的说涉及具有抗微生物污染装置的封闭流体系统。
发明背景
许多工业和城市的流体处理和分配系统，以及小型的流体系统如制冰机，水冷却器，果汁自动售货机和软饮料机都是具有连续流或间歇流的封闭流体系统。在此处所使用的术语“封闭流体系统”定义为这样的一个系统，即至少在整个系统的一部分中，流体是静止的，并且在此系统中，流体以间歇或连续的流动方式通过。这样的一个系统包括分配管道系统，储存容器，计量系统，阀门，装配系统和装配附件，附属装置，过滤器壳体以及处理设备，处理设备提供了这样一个场所，在那里静止的流体可以驻留并且可以获得微生物生长所需的营养。在此处使用的术语“流体”是指液体如水，水-乳化油，糖汁，液体成分，果汁，啤酒，调味番茄酱，糖浆。在极少数情况下，流体系统可能在本质上是非水的，如饱和的或不饱和的部分氢化的油，酒精和葡萄酒。在任何情况下，封闭流体系统都包含易形成生物膜的流体。
在流体系统中微生物没有抑制的生长导致了系统内部生物膜的形成。生物膜是微生物的聚结，如细菌，真菌类和藻类在某种程度上通过一种叫做异聚糖的粘性物质结合在一起。当细微生物粘附到流体系统内部的表面时，就产生了异聚糖或者粘液。这种粘液的质量是细菌细胞的100倍或者更大，它可以帮助微生物固定并避免消毒处理的影响，从而使其大量繁殖。微生物受生物膜保护可以抵抗消毒，由于流体流动或其他的机械干扰，当生物膜脱落时，微生物就进入到流体中。因此，在流体系统中生物膜是主要的微生物污染源。在许多城市水处理和分配系统中，下游生物膜的形成使上游的任何企图去除异养菌或传染性微生物的处理过程都失去了作用。
一般地，具有连续流或间歇流的封闭流体系统是由塑料成分构成的。例如，管道系统可以由聚烯烃，聚偏氟乙烯，聚氯乙烯，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和聚氨酯制造。在制药和电子工业高纯水的运输和制造中通常使用由聚偏氟乙烯和聚氯乙烯制造的管道系统。例如，聚氯乙烯和聚氨酯制造的管道系统被用于牙科病人所坐的椅子中，牙医利用它在治牙过程中向病人输送水。单独制造或者和硅树脂聚合物，聚氯乙烯/腈，聚乙烯，氯丁基，丁苯橡胶，尼龙或乙烯酯共挤压成型的管道系统被用于食品和软饮料的自动售货机上。
许多的塑料聚合物和共聚物可以用于这样的封闭系统，其中包括：环氧，聚乙烯，聚氨酯，聚丙烯，聚氯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，异戊二烯，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚氨酯，硅树脂，聚丁烯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚醚砜，聚亚苯基醚，聚苯醚，聚苯硫醚，聚邻苯胺(polyphtatamide)，聚苯硫，聚酯，尼龙，含氟聚合物以及聚合物的其他化合。不同的共聚物以及上述聚合物的物理结合及它们的合金也被用于封闭系统。上述所有的塑料聚合物，共聚物以及它们的组合均易形成生物膜。
因为许多封闭流体系统都要求流体具有特殊的特性，如来自于水冷却器中的冷水，所以对于封闭流体系统常常需要加入一个流体储存槽。通常这些流体储槽是由上述的塑料制成的。然而，封闭系统也包括金属的容器，输送系统或设备。一般地，这些金属的容器，输送系统或设备或者被涂敷一层上述一种或多种聚合物的粉末，如美国专利No.5,238,749，或者用聚合物质做衬里。例如，加压的或不加压的储水槽通常与井，热水加热器和反渗透设备一起使用。加压槽通常有一个与塑料衬里相结合的弹性的丁基橡胶或聚氨酯的隔膜，它们一起封入到一个钢罐中。为了使水向罐内和罐外流动，钢罐提供了进口和出口的连接。对隔膜上部的空间加压以至于不论线压如何都可以使水连续流动。当封闭流体系统所输送和容纳的主要流体是水时，应该理解这样的封闭流体系统可以使用其他的混合溶剂或乳化油。在极少数的情况下，流体系统可以是在本质上非水的流体，如饱和的或不饱和的、氢化的油，酒精，葡萄酒和食品浆液。主要的考虑因素就是包含任意流体的封闭流体系统容易形成生物膜或遭受微生物的污染。
因此，所需要的正是一种具有连续流或间歇流的、可以抵抗微生物污染的封闭流体系统。更准确的说，是需要这样一种封闭流体系统，即它在整个系统中都可以抵抗微生物的污染，其中包括流体输入构件，流体循环构件，流体储存构件和流体输出构件。更需要的是用于制药和电子工业高纯水的生产和输送的抗生物膜形成的封闭流体系统。
发明目的
本发明的主要目的是提供这样一种完全封闭的流体系统，即不论通过它的是连续流还是间歇流，它都能抵抗生物膜的形成。
本发明的另一个目的是提供这样一个完全封闭的流体系统，即它可以抵抗由于生物膜的形成而导致的微生物污染。
本发明的另一个目的是提供这样一个完全封闭的流体系统，即它可以抵抗微生物的污染并可以应用于家庭的和商业的环境中。
发明概述
本发明是这样的一个封闭系统，它可以抵抗系统组件和通过此系统存储或输送的流体之间的任意接触点的生物膜的形成。在最基本的构型中，所发明的封闭流体系统包含一个具有流体进口的流体进入构件，如井水泵，至少一个中间构件和一个具有流体出口的流体引出构件，如水龙头，它是兼有流体进入构件，中间构件和流体引出构件的系统。在一个优选实施方案中，每个系统组件都包含由聚合物或聚合物复合材料所制造的与流体接触的部分。在所发明的封闭流体系统的流体进口和流体出口之间是各种各样的常用阀门，流体循环构件，如管道，过滤器，流体处理构件和流体储存构件，如水槽。在本发明的一个优选实施方案中，在所有系统组件的与流体接触的部分中都混入了一种可以抑制微生物生长的不浸出的抗微生物剂。这里所使用的与抗微生物剂或添加剂有关的术语“混入”被定义为驻留在聚合物材料的聚合物基体的空隙空间中。从流体进入系统的点到流体离开系统的点，流体被容纳在一个封闭空间内，这个封闭空间是由所发明的流体系统中具有抗微生物剂的流体接触部分形成的。
附图描述
图1是按照本发明的一个实施方案的一个完全封闭的流体系统的示意图，包括一个流体过滤器和一个流体存储槽。
图2是按照本发明的一个实施方案的加压存储罐的图，示出了聚合物衬层和隔膜。
发明详述
本发明是一个具有连续流或间歇流的完全封闭的流体系统。本发明提供了一种可以抵抗由于生物膜的形成而导致的微生物污染的封闭流体系统，更详细地说，它消除了在封闭流体系统内的微生物生长，如细菌和任何与之相联系的生物膜。本发明还提供了一种抵抗微生物污染的完全封闭的流体系统，它可以用于家庭和商业的环境中。在最基本的构型中，此封闭流体系统包含一个流体进口点，流体出口点和位于流体进口点和流体出口点之间的系统组件，包括但并不局限于流体过滤器，流体循环构件，流体处理构件和流体储存构件。每个系统组件都包含由聚合物或聚合物复合材料所制造的与流体接触的部分。
通过向组成系统的聚合物组件中混入一种抗微生物剂，所发明的封闭流体系统防止或减轻了流体系统内部生物膜的形成，所混入的抗微生物剂如2，4，4’-三氯-2’-羟基联苯酚醚或5-氯-2-酚(2，4-二氯苯氧基)，它通常由Microban Products Company of Huntersville North Carolina以MICROBANAdditive B的商标出售。
现在参照图，图1是按照本发明的一个实施方案的一个封闭流体系统的示意图，通常以10所示，包括一个流体过滤器20和一个流体储存槽30。封闭流体系统的一个例子是用于住宅的水系统。流体从流体源14，如井或城市配水出口，被引入到本发明系统10的流体进入构件的流体进口12处，通过管道18，流向过滤器20。流体源14可以是与流体进入口12相连的单一源头或均与流体进入点12相连的多源头。管道系统18至少包含一条管道，它取决于封闭流体系统所要求的特性。例如，如果封闭流体系统10具有多级存储构件，循环构件或流体处理构件，导管18就应该具有适当数量的管道以便为从一个系统组件到另一个系统组件的流体连接提供通路。管道18一般是由聚合物或共聚物制造的，可以从包含下列物质的集团中选取：聚烯烃，环氧，聚乙烯，聚氨酯，聚丙烯，聚氯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，异戊二烯，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚氨酯，硅树脂，聚丁烯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚醚砜，聚亚苯基醚，聚苯醚，聚苯硫醚，聚邻苯胺(polyphtatamide)，聚苯硫，聚酯，尼龙，含氟聚合物以及聚合物的其他化合。为了本讨论目的，术语聚合物，共聚物和塑料可交换使用。
过滤器20从流体中除掉了溶解性的盐颗粒，根据流体源的质量，它可以是任何常用的流体过滤器型式。过滤器20最好是一个反渗透型式的流体过滤器，如美国专利Nos.5,762,797和5,868,933，引入本文作为参考。在封闭流体系统10中也可以使用多级过滤器。例如，用于除掉一定的有机物质或重金属的具有炭吸附单元的附加过滤器(未示出)可以与反渗透过滤器20一起使用。
流体离开过滤器20，通过附加的管道18流向储存容器30。储存容器30可以是一个密封罐或任何其他的流体储存设备常用的型式。储存容器30最好是一个加压流体罐。在一个实施方案中，加压流体罐的内部衬有一聚合物涂层或包含一层与塑料隔膜，如丁基隔膜结合的聚合物衬里。聚合物衬里和隔膜将存储罐分为两个相邻的室：流体容纳室和偏流室。通过存储罐的偏流室的容量相对于流体容纳室的体积加压，包含隔膜的存储罐就产生了加压流。
在系统10中预想所使用的加压流体存储罐在图2中示出。图2是一般以31表示的加压流体存储容器或存储罐的图，示出了按照本发明的一个实施方案的聚合物衬里34和弹性隔膜38。加压流体罐31包含一个外部的钢罐32，钢罐被大约分为两部分。加压流体罐31的下部40有聚合物衬里34，它被弹性隔膜38从罐31的上部36分离出来。衬里34最好是由从下列集团中所选取的聚合物或共聚物制造：环氧类，聚乙烯，聚氨酯，聚丙烯，聚氯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，异戊二烯，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚氨酯，硅树脂，聚丁烯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚醚砜，聚亚苯基醚，聚苯醚，聚苯硫醚，聚邻苯胺(polyphtatamide)，聚苯硫，聚酯，尼龙，和含氟聚合物。弹性隔膜由弹性的塑料制造，如丁基橡胶，腈橡胶，丁苯橡胶，异戊二烯橡胶和聚氨酯。在一个最佳实施例中，衬里34是由聚丙烯制造，衬里38由丁基橡胶制造。
当流体储存容器30(图1)是一个加压流体罐31时，由过滤器20过滤的流体通过入口连接(未示出)进入到罐31并被储存在罐的下部40处。在罐31的上部36处有一个压缩空气口(未示出)，通过此口注入压缩空气，使得罐31的上部36保持在一定的压力下。罐31的加压上部36对隔膜38施加一定的力，而隔膜又对存储在罐31下部40的流体施加一定的压力。结果就是流体的加压流离开罐31进入到管道18中，管道18将流体带到流体流出构件的流体出口处。
通过向所发明的系统10的每个组件的与流体接触的部分混入抗微生物剂，这里所描述的发明的封闭系统10可以防止微生物的污染和繁殖。用于封闭，运送，过滤和储存水的由塑料制造的组件的使用为向系统组件中混入抗微生物剂提供了机制。为了得到最大的保护，位于系统内的与水接触的所有表面最好由聚合物制造或用聚合物涂层。
使用塑料加工和成型领域的普通技术人员所周知的母炼法(masterbatching)，向系统组件中的与流体接触的部分混入抗微生物剂，如MICROBANAdditive(添加剂)B。例如，最初，在料斗中将MICROBANAdditive B与所要求的聚合物或塑料小球混合，制备重量浓度在10-50％范围内的MICROBANAdditive B。然后将混合物在一定的温度下通过一个双螺旋的，互相啮合，反向旋转的挤压头，如以”Leitritz”为名出售的商品，挤压成型，在此温度下，塑料软化到预定的稠度。当均匀的混合物冷却后，把混合物制成具有所要求的预定浓度的抗微生物剂的小球。在接下来的挤压或融熔过程中，按照预定的比例将另外的聚合物加入到上述的小球形的抗微生物剂中，这样当聚合物在熔融阶段并且在聚合物挤压之前，在聚合物中就得到了抗微生物剂的特定的最终浓度。
为了维持抗微生物剂间隙浓度的平衡，极小量的抗微生物剂连续不断地从聚合物基体的间隙无定形空间中向聚合物的表面迁移。驻留在聚合物表面的抗微生物剂阻止了其上面的微生物生长。更详细地说，已经发现，根据应用场合，添加大约100-20,000ppm，最好是1000-5000ppm的MICROBANAdditive B，可以控制导致水中生物膜形成的大部分细菌和真菌的生长。此外，MICROBANAdditive B不会大量的溶出，安全，无毒，不致癌，不刺激人类和动物的皮肤，当被摄取时不在人体内积累。
实施例
实施例1
作为向封闭流体系统混入抗微生物剂的例子，在加压水罐中衬一层聚合物衬里。聚合物衬里的制作首先是将MICROBANAdditive B的小球与聚丙烯混合，其中MICROBANAdditive B的重量百分比浓度约为10％。然后通过进一步稀释将混合物吹塑，形成了一层约含5000ppm浓度的MICROBANAdditive B、大约20密尔厚的衬里。聚丙烯是Aristech化学公司生产的聚丙烯Aristech#PPT14224G。
弹性隔膜的生产方法与上面提到的聚合物衬里的生产方法大致相同。制成大约50％浓度的MICROBANAdditive B与滑石的混合物，将预处理过的丁基橡胶加入到此混合物中，形成的混合物中，MICROBANAdditive B的最终浓度大约为2500ppm。然后将此混合物吹塑，形成了厚度约为100密尔的弹性隔膜，其中MICROBANAdditive B的浓度约为2500ppm。
用格兰氏阳性菌，即金黄色葡萄球菌和格兰氏阴性菌，即肺炎克雷伯氏菌，使用美国纺织化学和染料(AATCC)协会的测试方法147-1993来测试本实施例1中处理隔膜和衬里的MICROBANAdditive B的抗微生物效果。
在表1中，按与本发明一致的方法制作的，混有MICROBANAdditiveB的丁基隔膜在营养肉汤中于37℃下培养18至24小时。在表2中，按与本发明一致的方法制作的、混有MICROBANAdditive B的聚丙烯衬里在营养液中于37℃下培养18至24小时。在表3中，按与本发明一致的方法制作的，混有MICROBANAdditive B的聚乙烯衬里在营养液中于37℃下培养18至24小时。表1，2，3显示出用本发明方法制作的各个隔膜和衬里都具有有效的抗微生物作用，因为它们使得与所处理的隔膜和衬里的聚合物表面接触的微生物失去了活性。此外，所处理的聚合物表面有一个抑制细菌生长的抑菌圈。因此这些表面阻止了其上生物膜的形成。
表1
结果(区域尺寸)
| 样本 | 金黄色葡萄球菌 | 肺炎克雷伯氏菌 | 大肠杆菌 |
| 5888-钢制反渗透罐隔膜 | 12mm | 6mm | 7mm |
| 5889-钢制反渗透罐隔膜 | 12mm | 7mm | 7mm |
| 5890-WX-104隔膜 | 13mm | 7mm | 8mm |
结果解释：
NZ＝样本周围无抑菌圈
NI＝样本下无生长抑制
I＝样本下的生长抑制(如果可观察的话)
mm＝用毫米表示的抑菌圈
表2
结果(区域尺寸)
| 样本 | 金黄色葡萄球菌 | 肺炎克雷伯氏菌 |
| 5068-WX-102衬里 | 35mm | 19mm |
结果解释：
NZ＝无抑菌圈
NI＝样本下无生长抑制
I＝样本下的生长抑制
mm＝用毫米表示的抑菌圈
表3
结果(区域尺寸)
| 样本 | 金黄色葡萄球菌 | 肺炎克雷伯氏菌 |
| 4837-WX-104衬里 | 19mm | 13mm |
| 4839-钢制RO-4罐衬里 | 22mm | 15mm |
| 4840-热水罐 | 22mm | 14mm |
结果解释：
NZ＝无抑菌圈
NI样本下无生长抑制
I＝样本下的生长抑制
mm＝用毫米表示的抑菌圈
实施例2
在表4中，作了一个实验，它给出了按照与本发明的方法制作的、混有MICROBANAdditive B的聚氨酯管的抗微生物特性。使用采用甘醇露盐琼脂柱的改性琼脂平板测试方法。纯琼脂在固化时是深红色的。当接种金黄色葡萄糖球菌有机体后，琼脂就变为黄色。测试在培养管中进行，在那里琼脂被纯化并可以被部分固化。每个琼脂柱的上部都接种实验有机体。接种后，将聚氨酯管迅速地放入载有实验有机体的琼脂中。为了防止试管插入后介质的破坏，用通用的刀子将试管的端部削尖。向一个柱子中插入含有大约20,000ppm MICROBANAdditive B的聚氨酯牙科用导管。另一个柱子装有对照的未经处理的聚氨酯牙科用导管。
牙科用导管在37℃下培养，大约18小时后，在装有对照，或者说未处理的管子的柱子内可观察到琼脂极度变黄(大于培养管的一半)。在包含已处理试管的柱子中，只在琼脂柱的最上部显示出淡橘黄或淡黄色，琼脂柱的最上部有机体的浓度最高。柱子的剩余部分是深红色。这证明了已处理的试管的外部具有较好的抗微生物效果。
将试管放入到琼脂柱后，观察到琼脂已经进入到试管的内腔。在未处理的对照试管的内腔中，琼脂象柱子中其余的琼脂一样显示出黄色。在处理过的试管的内腔中，琼脂显示出纯琼脂的原始深红色，这意味着处理过的试管的内部具有较好的抗微生物效果。表4显示出对照试管在抑制细菌的生长中没有效果，而处理过的试管具有明显的效果。通过使与处理过的试管表面接触的微生物有机体失去活性，处理过的试管对抗微生物处理很有效。
表4
结果(区域尺寸)
| 样本 | 金黄色葡萄球菌 | 肺炎克雷伯氏菌 |
| 4450-TPU牙科用管对照 | 1 | NZ/NI |
| 4451-TPU牙科用管20,000 | 13 | 8ppm |
结果解释：
NZ＝无抑菌圈
NI＝样本下无生长抑制
I＝样本下的生长抑制
mm＝用毫米表示的抑菌圈
实施例3
做了一个实验以确定抗微生物剂是否可以成功地混入到聚偏氟乙烯(PVDF)管中。使用由Elf Atochem制造的Kynar720和与本发明一致的双螺旋挤出头生产浓度为10％的MICROBANAdditive B，接下来浓缩液用附加的Kynar720稀释，混匀并挤压成型，生产出与本发明一致的含有5000ppm和10,000ppm MICROBANAdditive B的两根PVDF管。表5给出了用Kirby Bauer测试方法测试的PVDF管抗微生物效果的测试结果。混有MICROBAN添加B的PVDF管在37℃下培养大约18-24小时。
表5
结果(区域尺寸)
| 样本 | 金黄色葡萄球菌 | 肺炎克雷伯氏菌 |
| 6741-样本A | 16mm | 11mm |
| 6742-样本B | 13mm | 9mm |
结果解释：
NZ＝样品周围无抑菌圈
NI＝样本下无生长抑制
I＝样本下的生长抑制
mm＝用毫米表示的抑菌圈
在表5中，样品A约含10,000ppm的MICROBAN添加B，样品B约含5000ppm的MICROBAN添加B。表5的结果显示出PVDF管子具有显著的抗微生物性能。
实施例4
用线性低密度聚乙烯(LLDPE)并混入大约5000ppm的MICROBAN添加B，采用与本发明一致的母炼法生产三种尺寸的管子。用Kirby Bauer测试方法测试管子的抗微生物效果，其中管子在37℃下培养大约18-24小时。这些管子的测试结果在表6中给出，它表明处理过的LLDPE管子对格兰氏阳性菌，金黄色葡萄球菌和格兰氏阴性菌，大肠杆菌具有很好的抵抗效果。而且处理过的LLDPE管子具有明显的抑菌圈。
表6
结果(区域尺寸)
| 样本(尺寸) | 金黄色葡萄球菌 | 大肠杆菌 |
| 8198-#80224(1/4’X0.171’) | 20mm | 14mm |
| 8199-#80225(0.312’X0.156’) | 17mm | 14mm |
| 8200-#80226(0.465X0.265’) | 20mm | 13mm |
结果解释：
NZ＝样品周围无抑菌圈
NI＝样本下无生长抑制
I＝样本下的生长抑制(如果可观察的话)
mm＝用毫米表示的抑菌圈
实施例5
在下文中将进一步详述的封闭系统上进行两种类型的测试。第一个测试试图显示具有隔膜和衬里的储水罐，经过与本发明一致的MICROBAN添加B的处理后，可以防止罐内存储空间的生物膜的生长。未处理的罐就成为异养菌的源头，它可以在罐内生成生物膜。第二种测试，正如在例6中更为详细地描述的，确定水中MICROBAN添加B的浓度，这可能是MICROBANAdditive B从隔膜和衬里的固体表面浸出的结果。
如前面提到的，与反渗透膜组件，井和热水应用一起使用的加压储水罐容易遭到明显的生物膜生长的影响。除了增加，有时甚至达到一个极高的异养菌的浓度外，生物膜还给水体增加了异味。测试本发明以确定用抗微生物的MICROBANAdditive B处理加压储水罐的内部(衬里和隔膜)是否可以阻止储水罐表面生物膜的形成。而本发明的测试还确定了当异养菌和与其有关的其他异味存在时，存储在加压储水罐中的水质是否会有所改善。另一个与本测试相关的部分涉及到确定可能浸出到存储于这样的罐中的抗微生物剂量。如果这些浓度足够高，构成了毒物的和长期的身体危害性，则与本发明相一致的加压储水罐的抗微生物剂处理的优点就被否定了。
使用两种均由Amtrol制造的罐型。第一种构型是钢罐-RO-4，它是与反渗透系统一起使用的储水装置。另一种构型是Well-X-trol-WX-104，与水井一起使用。这两种罐都有聚丙烯衬里和丁基橡胶隔膜。在与本发明一致的制造过程中，MICROBANAdditive B被混入到衬里和隔膜中。处理过的衬里和隔膜中MICROBANAdditive B的浓度约为5000ppm。通过AATCC测试方法147-1993对格兰氏阳性菌，即金黄色葡萄球菌(ATCC6538)，格兰氏阴性菌，即肺炎克雷伯氏菌(ATCC4352)和大肠杆菌(ATCC25922)进行测试，证实了这种处理的效果。这种评价的结果在前面提到的表1，2，3中示出。这些结果证明了处理过的衬里和隔膜抑制了表面上细菌的生长。
在制造钢罐-RO-4和Well-X-Trol-WX-104罐中所使用的衬里和隔膜又转而用于生物膜的测试和在通常使用条件下MICROBANAdditive B的浸出。在本例中，每个钢罐-RO-4都与包含一个液压阀门的Watersoft-Clack TFC-25-D反渗透膜组件相连，供水系统与反渗透膜组件连接。TFC-25组件作为异养菌源使用。第一个取样点位于反渗透膜组件和RO-4罐之间，用来分析入流，第二个取样点位于RO-4罐后，用来分析出流。
生物膜形成的测试用Amtrol RO-4型储水罐来实现。虽然理论上很简单，但在基体上定量地测量生物膜的形成很难。静态确定要求牺牲样本以获得可视的或显微测试。用这样的原理来设计动态方法，即生物膜一旦形成，就作为细菌源，增加了出流中细菌的总量，超过了入流中细菌的量。
虽然制造商不肯承认，但反渗透膜组件通常制造了具有一定异养菌浓度的水。在此例中，水通过反渗透膜组件过滤，然后这水就存储在储水罐中。每个RO-4罐中的气体负荷产生了大约20psi的压力，总储水量大约为3加仑。当压力低于30psi时，液压阀门打开，让淡水通过反渗透膜组件。淡水一直被处理着，直到储水罐的压力达到约50psi，水完全注满了罐的空间，此时压力阀门切断了水流。在30psi到50psi的每个循环之间，可获得的总的水的体积约为3加仑。
具有用MICROBANAdditive B处理过的衬里和隔膜的存储罐和未经处理的对照储罐的复制模型均分别与具有液压阀门的反渗透膜组件连接。此单元每周一，周二，周四和周五进行操作，抽取并抛弃掉大约2加仑的水，每周三完全抽空存储罐中的水。这种水的抽取打开了液压阀门，允许额外的水通过反渗透膜组件流入，直到储水罐中的水被取代。当进行适当的稀释后，和从第一个取样点所获得的入流样本一起，分析周三的水样，以确定其中的异养菌。在35℃下，于有盖培养皿中培养水样约24小时后，用R2A介质确定细菌数量。细菌的数量用每毫升水中含有多少菌群形成单位(CFU)来表示。直到24天后，CFU的数量有了明显增长，才开始细菌的分析。实验将持续73天，以确定具有间歇水流的处理过的储水罐在实际操作中是否可以防止生物膜的形成，结果在表7中给出。
表7
存Amtrol RO-4存储罐之前和之后的水中异养菌的数量(CFU/ml)
| 时间 | 进水 | 出水 | ||||
| 天 | MB罐1 | MB罐2 | 对照罐 | MB罐1 | MB罐2 | 对照罐 |
| 24 | 6700 | 1500 | 1900 | 1100 | 410 | 9000 |
| 31 | 29000 | 5700 | 220 | 1500 | 710 | 13000 |
| 38 | 35000 | 5000 | 4400 | 2800 | 370 | 18000 |
| 45 | 8300 | 4900 | 2000 | 1200 | 470 | 11000 |
| 52 | 3600 | 4200 | 6100 | 1500 | 300 | 7900 |
| 59 | 49000 | 7000 | 6000 | 2000 | 300 | 13000 |
| 66 | 29000 | 5500 | 6200 | 7000 | 350 | 9000 |
| 73 | 14000 | 3000 | 6000 | 4000 | 250 | 19000 |
表7的结果表明，连续地离开未处理的对照罐的出水与进入其中的进水相比具有较多的异养菌，因此意味着生物膜的存在。相反，当离开处理过的罐的储水与进入其中的进水相比时，细菌的数量有所下降。与衬里和隔膜的经过处理的表面相接触的一些细菌失去了活性。因此，表7的结果证明了处理过的衬里和隔膜可以防止生物膜的形成，生物膜是细菌源并且增加了进水中的细菌数量。
当对进水和出水水样中的异养菌进行动态测试时，结果表明用MICROBANAdditive B处理储水罐可以防止生物膜的形成。处理过的罐不但不再象在生物膜存在时所期望的那样作为异养菌的细微生物源，而且实际上还导致水中异养菌总量的减少。随着水在这些储水罐中的停留时间，有时是几个小时，细菌与罐的抗微生物表面(衬里，隔膜)接触并失去活性。这也表明这些表面将会抑制生物膜的形成。
实施例6
判断MICROBANAdditive B是否从处理过的衬里和隔膜中浸出并流失到水中是本测试的一个非常重要和关键的问题。当用与本发明一致的方法进行挤压时，MICROBANAdditive B被混入到熔融态的塑料聚合物中。其结果是有大于99.9％的MICROBANAdditive B驻留在塑料颗粒内，而只有很少量的添加剂驻留在塑料颗粒的表面。混入到聚合物基体和驻留在聚合物基体表面的MICROBANAdditive B是平衡的，但是只有表面上的添加剂容易很快的浸出。MICROBANAdditive B在水中只是微溶。
储水罐的制造商建议，当这些储罐闲置不用大于一到两天时，应该将其彻底清空并充满从反渗透膜组件制造出的淡水。在最坏的情况和通常的操作条件下评估MICROBANAdditive B的浸出。使用前面提到的例5中的钢罐RO-4构型连同Well-X-Trol WX-104进行浸出测试。Well-X-Trol WX-104与泵连接，而泵又与水井连接。取样点位于WX-104罐的后面，以分析出水水样。
在最坏的情况下，水在Amtrol RO-4罐中停留一个月，每周只从罐中放出一升水。没有其他的水从罐中放出，且在这一个月的测试中罐保持充满状态(在50psi)。目的是在静态条件下确定一个月内储存水中产生了多少MICROBANAdditive B。
如前面所提到的，这是非常不可能的情况，因为制造商要求在大约24-48小时的停滞后彻底清空存储罐。
在第二种情况下，测试从连接于一个井水泵的Well-X-Trol罐中流出的水。这里，水循环快速。一般的四口之家每天大约使用400加仑的井水。按每次吃水3-4加仑的速率(取决于罐的大小)算，每天从井水的储存罐中排出和进入的循环通常约为50次。在此连续使用的条件下，接取50天的水样并分析MICROBANAdditive B。
使用气相色谱分析水中的MICROBANAdditive B，气相色谱包含有一个与RTX-5或相当的柱子连接的电子捕获检测器。用三个25毫升的标准辛烷等分试样萃取250毫升的水来制备样品。在注射到气相色谱之前，将三个萃取物混合并浓缩到25毫升。此浓缩步骤控制了分析的灵敏度。过去，灵敏度可测到50/1,000,000,000。现在，通过前面提到的浓缩步骤，已经可以获得25/1,000,000,000的灵敏度。
表8中给出了来自于Amtrol-RO-4的水中MICROBANAdditive B浓度的结果，其中水样是从停滞一个月的水中获得的。表9中给出了来自于Well-X-Trol WX-104的水中MICROBANAdditive B浓度的结果，其中水样是从安装在井上的定期循环的储水罐中获得的。
在静止条件下(表8)，MICROBANAdditive B的浓度以每周25/1,000,000,000f份的速率增长。在总水量为3加仑时，每周排出的水样仅为1升。排出的体积立即被来自于反渗透膜组件的淡水取代。这些结果表明，在极端停滞的条件下，MICROBANAdditive B的浓度没有明显的增加，因此，加入到罐中的添加剂没有造成毒理性的或身体的危害。这些测试条件在正常的操作情况下非常不可能出现。
表8
| 日期(每十亿中的份数) | ||||
| 样本 | 7月22日 | 7月29日 | 8月5日 | 8月12日 |
| Amtrol-RO-4 | 23.6 | 56.8 | 75.0 | 98.2 |
在正常循环的条件下，如表9所示，MICROBANAdditive B的浓度从来没超过25/1,000,000,000份。上述的所有结果都非常清楚地显示出用MICROBANAdditive B处理储水罐是安全的。
溶解在水中的MICROBANAdditive B的量是可以忽略不计的。在发明系统的正常操作条件下，水中的这种抗微生物剂小于25/1,000,000,000份。在延时停滞条件下，停滞一个月后，此浓度可以达到100/1,000,000,000份。后一种情况是非常不可能出现的，因为储水罐的制造商强烈建议，当这些罐没有排出水而闲置24-48小时后应彻底清空。用MICROBANAdditive B处理这些存储罐可以防止生物膜的形成并提高水质而不造成任何的毒性或对身体的伤害。
表9
| 样本(排水时间) | 结果 |
| 样本：水 1-10/22/98 | ＜25ppb |
| 样本：水 2-10/28/98 | ＜25ppb |
| 样本：水 3-11/4/98 | ＜25ppb |
| 样本：水 4-11/18/98 | ＜25ppb |
| 样本：水 5-12/10/98 | ＜25ppb |
实施例7
定量地分析牙科用管样本中MICROBANAdditive B的含量。通过在9毫升的二甲基甲酰胺中溶解已知量的试管样本并将热塑性聚氨酯(TPU)用甲醇沉淀的方法来进行分析。然后用使用电子捕获检测器的气相色谱来分析甲醇/MICROBANAdditive B的萃取物。向样本中注入一升并在250℃的同温下进行分析。表10中给出了分析数据和结果。表10中的定量结果表明MICROBANAdditive B被加入到了管道中。
表10
| 萃取物 | ||
| 样本 | MICROBANAdditive B | |
| 样本 | 质量(克) | 含量(ppm) |
| 牙科用管 | .1737 | 14963.7ppm |
可替代的实施方案
本发明的一个实施方案由用于牙科椅子的完全封闭的水系统来表示。牙科所使用的椅子通常是自支撑的单元，通过塑料管道过滤，存储并向病人输送纯水。适宜在牙科椅子中使用的塑料导管用同上面所描述的塑料隔膜和衬里相同的方法制造。在这个应用中，含有大约20,000ppmMICROBANAdditive B的聚氨酯管由陶氏塑料生产的Pellethane 2103-90AEN制作。上面提到的表4证实了这种聚氨酯牙科导管抑制格兰氏阳性菌和格兰氏阴性菌生长的能力。本发明提供了一种减轻和防止封闭水系统的具有抗微生物剂涂层的金属表面的生物膜生长的方法，它抑制了生物膜的生长并提高了水质，而且不具有明显的毒性和对身体的损害性。本方法包括如下步骤：提供进入完全封闭的流体系统的进口点，提供出口点，在进口和出口之间连接流体循环和流体储存构件，流体循环和流体储存构件具有内表面。用聚合物涂敷内表面的步骤包括将不浸出的抗微生物剂混入到流体循环和流体储存构件的内表面上和内表面内，使得抗微生物剂抑制了从流体进口到流体出口的整个封闭流体系统内所有点的微生物生长。另外，混入步骤包括提供一种不浸出的抗微生物剂，它们从包含下列基团的集合中选取：2，4，4’-三氯-2’-羟基双酚醚或5-氯-2-酚(2，4-二氯苯氧基)。在涂敷步骤中使用的聚合物从含有下列基团的集合中选取：环氧，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚氯乙烯/腈，氯丁基，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，异戊二烯，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚氨酯，硅树脂，聚丁烯，聚酯，尼龙，聚丁烯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚砜，聚亚苯基醚，聚苯醚，聚苯硫醚，聚邻苯胺(polyphtatamide)，聚苯硫，含氟聚合物和聚合物共混物。
本发明所实现的目的概述
从上面的描述中，可以明显地看出我发明了一种可以防止包含一个进口和一个出口的封闭流体系统中细菌生长的装置。在流体进入点和流体排出点之间的是流体循环构件，阀门，流体处理构件和流体储存构件。在本发明的一个实施利中，一种抑制微生物生长的、不浸出的抗微生物剂被混入到所有与流体接触的系统组件中。因此，从流体进入系统一直到流体离开系统，流体一直被包含在由混有抗微生物剂的材料所形成的封闭空间内。封闭的抗微生物流体系统被用来减少流经系统的流体中的生物污染和繁殖的增长。
应该理解的是，前面的描述和特定的实施方案只不过是本发明的最好方式和它的原理的举例性说明，本技术领域中的普通技术人员可以对装置作出不同的改变和添加，而没有偏离所附的权利要求书的精神和范围。
Claims (14)
1.一种封闭的抗微生物流体系统，它包含：
一种具有流体进口和流体接触部分的流体进入构件；
一种具有流体出口和流体接触部分的流体流出构件；
至少一个连接所述的流体进口和所述的流体出口的中间构件，所述的
至少一个中间构件具有流体接触部分；
一种混入到上述流体进入构件的所述的流体接触部分、所述的至少一个中间构件的所述的流体接触部分、以及所述的流体流出构件的所述的流体接触部分中的不浸出的抗微生物剂。
2.按照权利要求1的抗微生物流体系统，其中，所述的至少一个中间构件选自流体循环构件，流体储存构件和流体处理构件。
3.按照权利要求2的抗微生物流体系统，其中，所述的流体处理构件是一种机械流体处理构件。
4.按照权利要求2的抗微生物流体系统，其中，所述的流体处理构件是一种流体过滤器。
5.按照权利要求1的抗微生物流体系统，其中，抗微生物剂选自2，4，4’-三氯-2’-羟基双酚醚和5-氯-2-酚(2，4-二氯苯氧基)化合物。
6.按照权利要求1的抗微生物流体系统，其中，所述的流体进入构件的所述的流体接触部分，所述的流体流出构件的所述的接触部分以及所述的至少一个中间构件的流体接触部分包含选自下组的聚合物：环氧，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚氯乙烯/腈，氯丁基，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，异戊二烯，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚氨酯，硅树脂，聚丁烯，聚酯，尼龙，聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚醚醚酮，聚醚砜，聚亚苯基醚，聚苯醚，聚苯硫醚，聚邻苯胺(polyphtatamide)，聚苯硫，聚四氟乙烯，和含氟聚合物。
7.按照权利要求1的抗微生物流体系统，其中，所述的至少一个中间构件选自深度过滤器，反渗透膜组件，压力容器，塑料导管，金属导管，塑料管和金属管。
8.按照权利要求1的抗微生物流体系统，其中，所述的至少一个中间构件是一种流体储存构件。
9.按照权利要求8的抗微生物流体系统，其中，所述的流体储存构件包括：
一种由钢或不锈钢制成的金属密闭罐；
一种被安置在所述的密闭罐内的弹性隔膜，所述的弹性隔膜将所述的密闭罐的内部分为流体容纳室和流体偏流室；
一种粘附于所述的密闭罐内部的衬里；
其中，所述的流体储存构件的流体接触部分包括位于所述的密闭罐的所述的流体容纳室中的所述的衬里和所述的弹性隔膜。
10.按照权利要求9的抗微生物流体系统，其中，所述的流体储存构件的所述的衬里是由选自下组的聚合物材料制作的：环氧，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚氯乙烯/腈，氯丁基，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，异戊二烯，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚氨酯，硅树脂，聚丁烯，聚酯，尼龙，聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚醚醚酮，聚醚砜，聚亚苯基醚，聚苯醚，聚苯硫醚，聚邻苯胺(polyphtatamide)，聚苯硫，聚四氟乙烯和含氟聚合物。
11.按照权利要求9的抗微生物流体系统，其中所述的弹性隔膜是由选自丁基橡胶和聚氨酯的弹性塑料材料制作的。
12.一种抑制封闭流体系统中微生物生长的方法，该封闭的流体系统包括一种具有流体接触部分的流体进口点，一种具有流体接触部分的流体出口点和至少一个具有流体接触部分的、连接流体进口点和流体出口点的中间构件，所述的方法包括：
选择至少一个在流体进口点和流体出口点之间起连接作用的中间构件；
向流体进口点、流体出口点和每个所选的中间构件中混入不浸出的抗微生物剂；
形成封闭的流体循环和存储系统，从而抑制从流体进口点到流体出口点的整个系统内的所有流体接触表面的微生物生长。
13.按照权利要求10的方法，其中，在所述的混入步骤之前，所述的方法另外还包括：
从由2，4，4’-三氯-2’-羟基双酚醚或5-氯-2-酚(2，4-二氯苯氧基)组成的组中选取一种抗微生物添加剂。
14.按照权利要求12的方法，其中，在所述的选择步骤之后，所述的方法还包括：
从下组中选取一种聚合物或共聚物：环氧，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚氯乙烯/腈，氯丁基，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚偏氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，异戊二烯，丁苯橡胶，丁基橡胶，聚氨酯，硅树脂，聚丁烯，聚酯，尼龙，聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚醚醚酮，聚醚砜，聚砜，聚亚苯基醚，聚苯醚，聚苯硫醚，聚邻苯胺(polyphtatamide)，聚苯硫，聚四氟乙烯和含氟聚合物。
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