Научный вопрос
Респираторные защитные кожухи с положительным давлением (PPRPH) используются для защиты здоровья медицинского персонала или исследователей, имеющих дело с высокоинфекционными патогенами, такими как тяжелый острый респираторный синдром, коронавирус (SARS-CoV) или вирус Эбола. При прямом контакте с высокоинфекционными патогенами крайне важно, чтобы PPRPH тщательно дезинфицировался после использования. Это критически важный вопрос для повторного использования этого защитного снаряжения.
Доказательства до этого исследования
Имеются ограниченные сообщения о стерилизации средств защиты органов дыхания. Было показано, что дезинфицирующее средство с использованием хлора, автоклавирование и стерилизация сухим жаром полностью стерилизуют респираторы N95. Тем не менее, респираторы N95 не могут быть повторно использованы после дезинфекции. Этиленоксид и испаренный пероксид водорода (VHP) были предложены в качестве идеальных химикатов для дезинфекции средств защиты органов дыхания (Viscusi et al.), Но авторы не проводили оценку дезинфекции.
Основные моменты новых открытий
По сравнению с дезинфекцией этиленоксидом дезинфекция VHP требует меньше времени и является более экологически чистой. Чтобы понять влияние дезактивации VHP на PPRPH, был разработан стерилизатор для фумигации на основе перекиси водорода. Влияние VHP на производительность PPRPH было исследовано подробно. При использовании в фумигационной камере VHP показал отличную дезинфекцию, не оказывая вредного влияния на эффективность PPRPH. После стерилизации PPRPHs оставались полностью функциональными.
Значение исследования
Мы разработали и описали надежное дезинфекционное оборудование на основе VHP, которое не только обеспечивает тщательную дезинфекцию, но и не влияет на свойства материала и защитные свойства обработанных PPRPH. Таким образом, наше исследование предлагает универсальное решение для повторного использования средств защиты органов дыхания.
1. Введение
Исследования защиты органов дыхания от биологических агентов важны для решения основных проблем, таких как безопасность труда и террористические акты [1]. Известно, что средства индивидуальной защиты являются важнейшим немедикаментозным методом для предотвращения пандемии гриппа [2], при этом в качестве средств защиты органов дыхания обычно используются респираторы с очисткой воздуха (PAPR) и респираторные кожухи с положительным давлением (PPRPH) [3]. Сообщается, что вирусы гриппа могут выживать> 8 часов на поверхности Dupont Tyvek, хирургических масок и т. Д. [4], а вирусы Эбола могут сохраняться на поверхности до пяти дней [5]. Сакагучи и соавт. чувствуют, что наличие вирусов на поверхностях средств индивидуальной защиты является важным фактором перекрестного заражения и распространения инфекции [4].
Перед повторным использованием средства защиты органов дыхания необходимо тщательно дезактивировать, чтобы контролировать перекрестную инфекцию от патогенных микроорганизмов на их поверхностях. Имеются ограниченные сообщения о стерилизации таких предметов, как маски N95 и защитная одежда [[6], [7], [8]]. Дезинфицирующее средство с использованием хлора, автоклавирование и стерилизация сухим нагревом показали хорошую дезинфекцию и могли полностью стерилизовать респираторы N95. Однако респираторы N95 были деформированы и не могли быть повторно использованы после дезинфекции [[6], [7], [8]]. Хотя УФ-облучение и дезинфекция этиловым спиртом оказали незначительное влияние на свойства оборудования, они не были эффективными для устранения патогенных микроорганизмов [[7], [8], [9]]. Материал PPRPH - это термопластичный уретан (ТПУ) или поливинилхлорид (ПВХ), который отличается от респиратора N95. UVC не может проникнуть через этот материал. Электрическая система подачи воздуха PPRPH не выдерживает высоких температур. Таким образом, стерилизация UVC, автоклав и сухой нагрев не подходят для PPRPH.
Viscusi et al. указал, что этиленоксид и испаренная перекись водорода (VHP) являются потенциальными идеальными химическими веществами, которые могут быть использованы для дезинфекции средств защиты органов дыхания в будущем, но, к сожалению, автор не проводил оценку дезинфекции [7]. Использование этиленоксида ограничено из-за его воспламеняющихся и взрывоопасных свойств, а также потому, что ему требуется более 6 часов для достижения приемлемого дезинфицирующего эффекта. VHP может автоматически разлагаться на воду и кислород в природе, и, следовательно, безопасен для окружающей среды. Системы дезактивации перекиси водорода широко используются для снижения риска заражения в больницах, лабораториях биобезопасности и т. Д. [10,11]. Chou et al. продемонстрировали, что перекись водорода не влияет на механические свойства нейлона, полиэфира и номекса [12].
В этой статье была исследована возможность применения VHP в качестве химического дезактиватора для PPRPH. Шкаф для стерилизации фумигацией на основе пероксида водорода был специально разработан для дезактивации защитного оборудования, а также была оценена эффективность дезинфекции VHP, а также эффективность пост-дезинфекции PPRPH.
2. Материалы и методы
2.1. Бактерии и материалы
Коммерчески доступные биологические индикаторы, использованные в этом исследовании, состояли из носителей из нержавеющей стали марки 304, каждый из которых был заражен 1 × 106 спорами Geobacillus stearothermophilus ATCC7953. Биологические индикаторы, запечатанные в Tyvek ™, были изготовлены Mesa Laboratories, Денвер, Колорадо, США. Бромкрезоловая пептонная среда коммерчески доступна от Rui Chu Biological Technology Corporation в Китае. Перекись водорода (H2O2, 30%) соответствует стандартам качества, а все остальные вещества аналитически чисты. Используемый воздушный многопараметрический тестер (TSI 8386A) был произведен компанией TSI в Америке. Датчик концентрации перекиси водорода - это продукты серии HPP270 (Vaisala PEROXCAP®), производимые компанией Vaisala в Финляндии. Использовали PPRPH из Национального центра биозащиты в Китае.
2.2. Разработка защитного оборудования фумигационной стерилизационной камеры
Для дезинфекции защитного оборудования был разработан шкаф для фумигации на основе пероксида водорода. Весь стерилизационный шкаф был изготовлен из сварочной нержавеющей стали и состоит из двух отсеков, камеры генерирования VHP и камеры фумигации защитного оборудования (рис. 1), которая была соединена перфорированной перегородкой в середине шкафа стерилизации фумигации защитного оборудования. Весь процесс дезинфекции включает подготовку (впрыск перекиси водорода), дезинфекцию и удаление остаточного газа.
Рисунок 1. Внутренняя структура кабинета стерилизации фумигации. Примечание: 1 - положительный защитный респираторный колпак, 2 - электрическая система подачи воздуха для вытяжки, 3 - магистральный трубопровод подачи дезинфицирующего газа, 4 - патрубок подачи дезинфицирующего газа, 5 - бак перекиси водорода , 6 - модуль удаления остатков, 7 - перфорированная перегородка между верхней и нижней частями защитной аппаратуры камеры фумигационной стерилизации.
Генераторная камера VHP состоит из модуля генератора пероксида водорода, модуля удаления остаточного газа и модуля сброса давления. Существует основная труба для транспортировки VHP, которая разделена на 4 патрубка для доставки VHP в PPRPH. Мощность вентилятора в генерирующей камере VHP может быть изменена для изменения распределения VHP. Скорость ветра, регулируемая мощностью вентилятора (40–80%), измеряется с помощью воздушного многопараметрического тестера TSI. Метод заключается в установке трубки с Φ60 для измерения скорости ветра, подаваемой на четыре патрубка. Количество воздушного потока рассчитывается согласно следующим (1), (2).
где v, vn, Q, S представляют среднюю скорость ветра (м / с), скорость ветра каждой точки измерения (м / с), среднюю скорость воздушного потока (м3 / ч), площадь поперечного сечения Испытательный трубопровод (м2) соответственно.
Модуль контроля параметров встроен в камеру фумигации и может отображать температуру, влажность и давление в режиме реального времени в процессе дезинфекции. Внутренний датчик концентрации перекиси водорода используется для измерения концентрации перекиси водорода в камере фумигации. В камере фумигации имеется четыре крючка, которые используются для хранения четырех комплектов PPRPH или других средств индивидуальной защиты. На перфорированной перегородке можно разместить четыре комплекта электрических систем подачи воздуха. Камера фумигации оснащена воздухонепроницаемой дверцей для обеспечения герметичности во время процесса дезинфекции.
2,3. Определение условий дезинфекции VHP
Определение параметров дезинфекции проводилось в шкафу, оборудованном дверцей, перчатками, портами для инъекций и подключением к электричеству. Четыре электрических вентилятора (HSL-2; Emicorcom, Leqing, Китай) были установлены в углу шкафа для смешивания фумиганта [13]. Скорость впрыскивания пероксида водорода регулировали путем изменения скорости перистальтического насоса, соединенного с испарительным сосудом. Когда скорость перистальтического насоса была увеличена с 6 до 30 об / мин, скорость впрыска пероксида водорода соответственно возросла с 0,8 г / мин до 4 г / мин. Влияние времени инъекции на эффективность дезинфекции также исследовали, когда общее время дезинфекции оставалось неизменным. Скорость впрыска была установлена на 4 г / мин, при этом время впрыска составляло 5, 10, 15 и 20 мин соответственно, а потребление перекиси водорода составляло от 20 до 80 г. Перед экспериментами три пластины (каждая с предметным стеклом из нержавеющей стали) были помещены в центр камеры. После экспериментов по дезинфекции планшеты накрывали и удаляли через коробку для прохода в шкаф биологической безопасности. Все эксперименты были повторены три раза с использованием трех слайдов.
2,4. Обеззараживание PPRPH
Шкаф для стерилизации фумигации защитного оборудования эксплуатировался в соответствии с инструкциями. После открытия воздухонепроницаемой двери четыре камеры PPRPH были помещены в камеру фумигации, а затем к ним были подключены дыхательные трубки и система питания (не работающая). Концентрация VHP в различных положениях камеры фумигации проверялась датчиком (Vaisala PEROXCAP®). Четыре предметных стекла из нержавеющей стали помещали в разные положения внутри PPRPH, а другие предметные стекла помещали в разные положения камеры фумигации. После дезинфекции биологические индикаторы были извлечены из камеры и помещены в стерильный стакан.
2.5. Лечение и оценка биологических показателей
Согласно регламенту технического задания на дезинфекцию (издание 2002 г.) [14] для анализа биологических показателей использовался метод качественного культивирования. Предметные стекла из нержавеющей стали переносили в пробирку, содержащую стерильную среду с бромкрезоловым фиолетовым бульоном, используя стерильные щипцы, и инкубировали при 55 ° С в течение 48 часов. В случае выживания G. stearothermophilus среда с бромкрезоловым пурпурным бульоном станет желтой, что указывает на рост бактерий.
2.6. Тест производительности для PPRPH
2.6.1. Защитный тест производительности
Разность статического давления, шум и объем подачи воздуха были проверены до и после дезинфекции PPRPH [15]. Для теста, человек модель носил PPRPH с напорной трубкой, расположенной внутри капота и измерителя шума расположен возле уха внутри PPRPH. Статическое давление и шум PPRPH были проверены как до стабилизации, так и после стабилизации в течение 10 раз, записывая отображаемые значения.
Объем подачи воздуха в системе подачи воздуха был проверен путем измерения фактического расхода четырех входов фильтра. Количество подаваемого воздуха рассчитывалось в соответствии с (1), (2) на основе проверки скорости ветра в пяти точках площади поперечного сечения трубы с помощью многопараметрического воздушного тестера путем зажима трубы длиной 300 мм Φ50 на входе воздуха в фильтр.
2.6.2. Тест физической работоспособности
Физические свойства материалов были проверены в соответствии с методом национального стандарта Китая (GB 24539-2009) [16], чтобы подтвердить, соответствуют ли механические свойства материалов после многократной дезинфекции стандартным требованиям, в частности прочность шва, и сопротивление проколу материала.
3. Результаты
3.1. Производительность защитного оборудования фумигации стерилизационного шкафа
На рисунке 2 показан шкаф для стерилизации фумигации защитного оборудования. Полная процедура дезинфекции включает в себя помещение в камеру готового к дезинфекции оборудования, введение перекиси водорода, дезинфекцию и удаление остаточного газа. На стадии подготовки концентрации VHP контролировали путем регулировки как перистальтического насоса, так и дозирующего насоса (рис. 3а), капельки перекиси водорода добавляли в испарительный испаритель с фиксированной скоростью (рис. 3б), которая мгновенно испарялась. Испаренные пары перекиси водорода направляли внутрь колпачков с использованием вентиляционной технологии (рис. 3в, 4а). Во время процесса впрыска модуль сброса давления в камере может обеспечить поддержание давления в благоприятном диапазоне (Рис. 4b). После дезинфекции вентилятор внутри камеры истощил испаренную перекись водорода из каталитического модуля, и его концентрация постепенно снижалась до 10 частей на миллион в течение непрерывных циклов (рис. 4в).
Рисунок 2. Шкаф для фумигации.
Рисунок 3. Принципиальная схема различных ключевых технологий. Примечание: а) стабильное добавление перекиси водорода; (б) испаритель с перекисью водорода; (c) Вентиляционные технологии для распределения инъекций перекиси водорода
Рисунок 4. Основные характеристики фумигационного стерилизационного шкафа. а) связь между мощностью вентилятора и воздушным потоком четырех патрубков; (б) колебания давления воздуха в камере фумигации во время впрыскивания перекиси водорода; (c) Каталитическая эффективность VHP
3.2. Определение оптимальных условий дезинфекции с использованием VHP
Выживание спор Geobacillus stearothermophilus было использовано для проверки эффективности дезинфекции VHP в этом исследовании [11]. Для определения оптимальных условий дезинфекции были исследованы эффекты разных скоростей инъекций и разных времен инъекций.
Как показано в Таблице 1, с увеличением скорости впрыска VPH потребление перекиси водорода также увеличивается. Когда скорость инъекции была выше 1,07 г / мин, что представляло собой количество инъекций VPH, превышающее 64 г, была достигнута полная стерилизация. Влияние уменьшения времени инъекции на дезинфекцию тестировали с использованием высокой скорости инъекции (4 г / мин), при этом общее время дезинфекции поддерживалось постоянным при 60 мин. Как показывают результаты в Таблице 2, когда время впрыска составляло> 15 мин, а потребление перекиси водорода составляло> 60 г, полная стерилизация может быть достигнута. Потребление перекиси водорода было основным фактором, влияющим на дезинфекционный эффект. В наших результатах мы получили два набора параметров, которые могут полностью обеспечить стерилизацию: скорость впрыска 1 г / мин, время впрыска 60 мин и скорость впрыска 4 г / мин и время впрыска 15 мин. При этих двух условиях 60-минутная обработка может привести к полной стерилизации.
Таблица 1. Влияние различной скорости закачки перекиси водорода на эффект дезинфекции.
Примечание: 1, 2 и 3 представляли, что эксперименты повторялись три раза. ‘-’ означает отсутствие роста спор; «+» Означает рост спор.
Таблица 2. Влияние разного времени инъекции на эффект дезинфекции.
Примечание: 1, 2 и 3 представляли, что эксперименты повторялись три раза. ‘-’ означает отсутствие роста спор; «+» Означает рост спор.
3.3. Дезинфекционное действие VHP на PPRPH
Четыре PPRPH были подвешены на верхней части камеры фумигации (рис. 2b). Когда мощность вентилятора была установлена на 60%, была измерена концентрация VHP в другом положении камеры фумигации (рис. 5а). Тенденция концентрации в каждой позиции была относительно последовательной (Рисунок 5b-d). Во время процесса впрыска концентрация VHP продолжала увеличиваться, и концентрация VHP в верхнем положении камеры фумигации была относительно низкой (Рисунок 5b). Затем мощность вентилятора (40–70%) была изменена, и изменение концентрации в той же позиции было проверено. Как показано на рисунке 5е, концентрация, измеренная на каждом уровне мощности, была различной, демонстрируя влияние воздушного потока на концентрацию VHP.
Рисунок 5. Концентрации VHP в камере фумигации. Примечание: а) место проведения испытания; (b – d) концентрация VHP в 14 положениях, когда КПД мощности вентилятора составлял 60%; (e) Концентрация VHP в положении № 1 с различной эффективностью мощности вентилятора.
Взаимосвязь между расходом воздуха и эффективностью дезинфекции VHP была исследована в камере фумигации. Эксперименты по дезинфекции проводились, когда КПД мощности вентилятора изменился с 40% до 70%. Биологические индикаторы были размещены в соответствующих положениях (показано на рисунке 6). В этих экспериментах для размещения слайдов были выбраны только «e» и «l». Когда поток воздуха, подаваемого в PPRPH, был относительно низким (6,4–7,6 м3 / ч) (рис. 4а), большинство спор как внутри, так и снаружи PPRPH не деактивировались (таблица 3). Когда поток воздуха, подаваемого в PPRPH, был относительно высоким (11,8–14,5 м3 / ч), споры вне PPRPH были дезактивированы, но споры внутри PPRPH росли после культивирования в течение 48 часов. Полная дезинфекция была достигнута при мощности вентилятора 60% и расходе воздуха 10,5–12,3 м3 / ч. Во время процесса дезинфекции влажность камеры фумигации повышалась до 90% за 10 минут, независимо от эффективности мощности вентилятора.
Рисунок 6. Расположение направляющих из нержавеющей стали. Примечание: (а) изображение внутренней части колпака для дезинфекции; (б) расположение горок внутри колпака; (c) Расположение предметных стекол внутри камеры фумигации.
Таблица 3. Результаты дезинфекции вытяжек с разным потоком воздуха.
Примечание. Буквой обозначено положение направляющих из нержавеющей стали (Рисунок 6). ‘-’ означает отсутствие роста спор; «+» Означает рост спор.
Многократные повторения экспериментов с использованием 60% мощности вентилятора последовательно дезинфицировали PPRPH. Биологические индикаторы были помещены во все положения, указанные на фиг. 6. Споры как внутри, так и снаружи четырех PPRPH не росли даже после культивирования в течение 72 ч (фиг. 7). Результаты показали, что стерилизационная камера для фумигации защитного оборудования может обеспечить стерилизацию PPRPH.
Рисунок 7. Результаты дезинфекции при мощности вентилятора 60%. Примечание: (а), (б), (в) представляют эксперимент, повторенный три раза; I: «e» - «i» на рисунке 6c; II: ‘j’ - ‘n’ на рисунке 6c; III: «a» - «b» в PPRPH; IV: положительный контроль; V: отрицательный контроль.
3.4. Тест производительности PPRPH до и после дезинфекции
Очень важно, чтобы PPRPH были полностью функциональными после каждой дезинфекции. Когда PPRPH стерилизовали в 10 раз, были протестированы защитные свойства и физические свойства материала. Не было значительного различия в защитных характеристиках PPRPH, дезинфицированных в соответствии с таблицей 4, а физическая структура и характеристики дезинфицированных PPRPH также соответствовали требованиям GB 24539-2009 (таблица 5). Эти данные показали, что VHP может обеспечить полную дезинфекцию PPRPH, не влияя на их защитные свойства и физические свойства.
Таблица 4. Защитные показатели PPRPH до и после дезинфекции.
Примечание: 1 представлена перед дезинфекцией; 2 представлены после 10 раундов дезинфекции.
Таблица 5. Физические показатели PPRPH до и после дезинфекции.
Примечание. Верхние четыре строки таблицы были средними по четырем тестовым образцам, а последние три - средним по двум тестовым образцам.
4. Дискуссия
Использование новых систем автоматической дезинфекции помещений (NTD) «без прикосновения» обеспечивает альтернативный подход, который устраняет или уменьшает зависимость от оператора [17]. Автоматизированные системы нашли широкое применение во многих областях, таких как здравоохранение, лаборатория биобезопасности, производство лекарственных препаратов, обработка пищевых продуктов и т. Д. [[18], [19], [20]]. Идеальный фумигант не должен оставлять остатков или должен быть способен быстрого удаления до безопасного уровня после фумигации [21]. A.J. Beswick, et al. суммировали существующие методы дезинфекции газа в своей статье, которая включает испарение формальдегида, фумигацию на основе пероксида водорода, диоксид хлора и озон [22]. Формальдегид является токсичным химическим веществом и классифицирован как канцероген человека 1 группы. По этой причине желательно выбрать альтернативные эффективные технологии фумигации. Однако ни один из существующих фумигантов не является безвредным, и все они имеют пределы воздействия на рабочем месте [22]. VHP может автоматически разлагаться на воду и кислород, что облегчает работу после дезинфекции. Таким образом, VHP был выбран для дезактивации защитного оборудования в этом исследовании.
4.1. Факторы, влияющие на дезинфекцию
Для дезинфекции защитного оборудования был разработан шкаф для фумигации на основе пероксида водорода. Этот шкаф обеспечивает впрыск перекиси водорода, испарение, равномерное распределение и эффективное удаление. Функциональные модули были встроены в нижнюю часть шкафа для фумигации на основе перекиси водорода. Транспортные трубы VHP были соединены с генератором VHP с камерой фумигации. Защитное оборудование можно разместить в камере фумигации (рис. 1). Б. Унгер-Бимчок и др. обнаружили, что концентрация перекиси водорода является важным фактором в эффективности инактивации [23], что также было подтверждено в этом исследовании. Результаты показывают, что эффективность дезинфекции VHP напрямую связана с потреблением раствора перекиси водорода (Таблица 1, Таблица 2). VHP может автоматически разлагаться до H2O и O2 после относительно короткого времени впрыска. Эффективное время дезинфекции составило 60 минут с начальной 15-минутной инъекцией, за которой следовала 45-минутная инкубация, в течение которой происходит деградация VHP.
Концентрация VHP была проверена в различных положениях камеры фумигации датчиком концентрации перекиси водорода. Согласно результату, показанному на фиг.4а и 5е, воздушный поток изменялся при изменении мощности вентилятора. Изменение воздушного потока напрямую повлияло на концентрацию VHP. Концентрация VHP является прямым фактором, влияющим на эффект дезинфекции. Таким образом, поток воздуха и мощность вентилятора, используемые в шкафу, имеют решающее значение. Хотя технология распределенной вентиляции была принята при разработке шкафа фумигации, концентрация VHP в каждой позиции неодинакова, что может быть связано с размещением четырех PPRPH, что приводит к созданию четырех небольших полостей. Будущие исследования должны быть сосредоточены на влиянии структуры воздушного потока на концентрацию VHP в такой вложенной структуре, чтобы сделать концентрацию VHP более равномерной.
Существуют и другие факторы, например, влажность, которая может влиять на эффективность дезинфекции VHP. Б. Унгер-Бимчок и др. сообщили, что более высокая влажность способствует росту микробной инактивации [23]. Влажность камеры фумигации была довольно высокой (> 90%) после дезинфекции в течение 10 минут, что соответствовало литературным отчетам.
4.2. Влияние дезинфекции на производительность вытяжек
Средства защиты органов дыхания широко используются для защиты пользователей от опасных аэрозолей [24]. Это физический барьер для защиты органов дыхания человека. Повторное использование средств защиты органов дыхания после дезактивации является важной областью для исследований.
В этой статье VHP был использован для дезактивации PPRPH. Основным материалом колпака является ТПУ, после 10 циклов дезинфекции физические свойства материала ТПУ не изменились. Результаты теста на защитную эффективность PPRPH после 10 раундов дезинфекции остаются неизменными, демонстрируя, что PPRPH можно повторно использовать после дезинфекции в обычном режиме.
5. Выводы
Сегодня вспышка тяжелых инфекционных заболеваний является глобальной проблемой. Чрезвычайно важно найти методы дезинфекции и оборудование для дезинфекции, которые можно использовать для предотвращения перекрестного загрязнения и передачи заболеваний при повторном использовании высококачественных средств индивидуальной защиты. В этом документе описан метод дезактивации, который может обеспечить полную стерилизацию защитного оборудования при сохранении его функциональности. Описанный здесь шкаф для стерилизации фумигации защитного оборудования может отвечать требованиям для обращения с высококачественными средствами индивидуальной защиты и, таким образом, имеет важное экономическое и социальное значение.