Anwendung der UVC-geführten Technologie in Oberflächen-Desinfektionsschränken für kleine medizinische Geräte

Eason Liao*, Xiaoxiao Wang, Muhammad Shafa, Guangjin Wang, Qing Zhang, Xingxing DU

Massphoton Limited Hong Kong, China

* eason@massphoton.com

ABSTRAKT

Die Ausbreitung von Infektionskrankheiten in Krankenhäusern wird durch Kreuzkontamination durch kleine medizinische Geräte wie Mobiltelefone, Blutdruckmonitore und Glukosemeter deutlich verschärft. Die derzeitige Desinfektionsgeräte haben jedoch erhebliche Einschränkungen: Es ist nicht nur schwierig, sich an medizinische Geräte verschiedener Größen anzupassen, sondern auch nicht in der Lage zu sein, empfindliche elektronische Geräte an Hochtemperatur-Desinfektionsprozesse zu unterziehen. Diese Situation behindert die wirksame Umsetzung von Infektionspräventions- und Kontrollmaßnahmen in Krankenhäusern stark. Diese Studie befasst sich mit den oben genannten Herausforderungen, indem ein Oberflächendesinfektionsschrank für kleine medizinische Geräte entworfen wird, wobei die UV-C-LED-Technologie als Kernkomponente verwendet wird. Durch Simulationsmodellierung und praktische Tests wurde die Desinfektionswirksamkeit dieser Technologie auf Geräten wie Mobiltelefonen, PDAs und Blutdruckmonitoren bewertet. Sammelte drei Mobiltelefone, ein Tablet, zwei Geräte -Fernbedienungen und eine Verpackungsbox von Laborpersonal mit insgesamt sieben kleinen Gegenständen mit verschiedenen Materialien und Spezifikationen. Die Kolonie zählt vor und nach der Verwendung des Geräts wurden gesammelt und getestet, wobei jeder Test mehr als dreimal wiederholt wurde. Die Ergebnisse weisen auf eine signifikante Verringerung der Anzahl der bakteriellen Kolonien auf den Probenoberflächen vor und nach der Desinfektion mit einer durchschnittlichen Sterilisationsrate von 99,4%hin. Das Wachstum natürlicher Bakterien in den Kulturschalen betrug weniger als 1 CFU/cm² und erfüllte die Erfordernis einer Verringerung der natürlichen Bakterienzahl um mehr als 1,00 log, wie durch GB27952-2020 'allgemeine Anforderungen für Desinfektionsmittel auf gemeinsamen Objektflächen ' festgelegt. Darüber hinaus bestätigten Tests, dass das Gerät kein Ozon produziert und kein Risiko für ultraviolette Leckagen im Labor innerhalb der Fabrikgelände darstellt, sodass in den anwesenden Personen kontinuierlich eingesetzt werden kann.

Schlüsselwörter: UV-C-LED, Oberflächen-Desinfektionsschränke, Desinfektion

1. Einführung

Die UV-Light-Emitting-Diode (LED) hat als neue UV-Quelle erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen, die herkömmliche, von Quecksilber gasgefüllte Lampen in Wasserdesinfektionsanwendungen ersetzen kann [1]. Das UV-Spektrum ist basierend auf Wellenlänge und Energie in drei Regionen unterteilt: UV-A-Region (315-400 nm), UV-B-Region (280-315 nm) und UV-C-Region (100-280 nm). Das UVC -Licht weist keimtierende Effekte auf und wird häufig für Wasser-, Oberflächen- und Luftdesinfektion verwendet. Bei der UV-C-LED zerstört das emittierte UVC-Licht im Bereich von 270 bis 280 nm die molekulare Struktur von DNA oder RNA in mikrobiellen Zellen, indem sie Dimere von Pyrimidinen (insbesondere Thymin/Uracil) bildet, was zum Tod von Anbau- und/oder regenerativen Zellen führt, wodurch die Sterilisation erfolgt [2,3]. Jüngste Studien haben auch die Wirksamkeit von ultraviolettem Licht bei der Desinfektion gezeigt. Beispielsweise reduziert UV-C-LED effektiv E.Coli, S.Aureus und C.albicans um 5 log10-Einheiten und erreicht eine Reduktion von 3 log10-Einheiten für Bacillus cereus-Sporen [4].

Die Entwicklung von Desinfektionsgeräten unter Verwendung von UVC-Licht (Ultraviolet-C) als Technologie für die Oberflächendesinfektion in Kontaktumgebungen war für viele Studiengruppen ein Schwerpunkt der Forschung [5,6]. Desinfektionsschränke werden in Krankenhäusern häufig verwendet, um die Oberflächen häufig berührter elektronischer Geräte wie Tablets, Mobiltelefone und Handheld -Computer zu sterilisieren. Diese Geräte können schädliche Krankheitserreger tragen, und anfällige Patienten könnten durch direkten Kontakt mit diesen kontaminierten kleinen medizinischen Diagnosegeräten infiziert werden [7,8]. Traditionell haben diese Schränke auf Quecksilber-basierte UV-Lampen als primäre Desinfektionsquelle angewiesen. Während Quecksilberlampen wirksam sind, stellen Quecksilberlampen aufgrund der giftigen Natur des Quecksilbers mehrere Herausforderungen, einschließlich hoher Energieverbrauch, langwärmende Vorheizzeiten, kurze Lebensdauer und Umweltprobleme. Darüber hinaus begrenzt ihr sperriges Design die Integration in kompakte und tragbare Sterilisationssysteme. Im Gegensatz dazu bietet UV-C-LED eine vielversprechende Alternative, die sofortige Funktionen, Energieeffizienz, längere betriebliche Lebensdauer und eine merkurfreie, umweltfreundliche Lösung bietet. Ihre kompakte Größe ermöglicht eine stärkere Flexibilität bei der Konstruktion und ermöglicht eine effizientere und gleichmäßigere UV-C-Lichtverteilung in Sterilisationsschränken [9]. Die UV-C-LED-Technologie bietet im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Reagenzien eine nicht kontakte Desinfektionsmethode für kleine medizinische Geräte, damit sie für schwer zu erreichen und keine Rückstände hinterlassen. Es befasst sich mit den Einschränkungen der Hochtemperaturfeuchter-Wärmesterilisation, die nicht für elektronische Produkte anwendbar ist, wodurch eine Lücke in modernen medizinischen Sterilisationsmethoden geschaltet wird. Diese Technologie dient als wertvolle Ergänzung und Verbesserung der bestehenden Praktiken und bietet neue Lösungen zur Verbesserung der Hygienestandards von Medizinprodukten.

Da die Fortschritte in der UV-C-LED-Technologie die Leistung und die Kosteneffizienz weiter verbessern, können diese Geräte die Sterilisationsprotokolle im Krankenhaus revolutionieren und die Desinfektionseffizienz verbessern und gleichzeitig Sicherheits- und Nachhaltigkeitsprobleme bewältigen.

2. Materialien und Methoden

2.1 Materialien

Abbildung 1 zeigt den Desinfektionsschrank von Massphoton mit Abmessungen von 430 × 365 × 630 mm (Länge × Breite × Höhe). Das Schrank ist auf allen Seiten mit reflektierendem Film ausgekleidet, was das Reflexionsvermögen von ultraviolettem Licht (UV) effektiv verbessert und die Desinfektionseffizienz verbessert. Innerhalb des Schranks befinden sich vier Regale, in denen verschiedene kleine medizinische Geräte, Smartphones, PDAs, iPads und andere Geräte verschiedener Größen und Materialien untergebracht sind. Das Desinfektionsschrank bietet drei Desinfektionszeiteinstellungen mit einem standardmäßigen Einzeldesinfektionszyklus von 10 Minuten. Jede Drücke der Desinfektionstaste fügt 10 Minuten und maximal 30 Minuten hinzu. Der Schrank ist mit einem Infrarotsensor des menschlichen Körpers ausgestattet, der beim Öffnen der Tür automatisch die UV-C-LED-Chips ausschaltet, wodurch die UV-Exposition und die Sicherheit der Benutzer sichergestellt werden.

Abbildung 1: Oberflächen-Desinfektionskabinett der ersten Generation. (a) Äußeres der ersten Generation; (b) Verteilung der LED -Streifen; (c) UV -Bestrahlungsstärkeverteilung.

2.2 Methoden

2.2.1. Probenahme

(1) Befestigen Sie Beschriftungen an die vom Labor gesammelten experimentellen Elemente (z. B. iPads, Mobiltelefone usw.).

(2) Tauchen Sie vor der Desinfektion einen sterilen Baumwollabstrich in ein Reagenzglas mit 5,0 ml PBS ein. Tupfen Sie den ausgewiesenen Bereich (dreimal horizontal und vertikal hin und her bewegen) und legen Sie den Tupfer mit aseptischen Techniken in das ursprüngliche PBS -Röhrchen. (Wenn die Oberfläche weniger als 50 cm² ist, probieren Sie die gesamte Oberfläche; wenn die Oberfläche mehr als 50 cm² ist, Probe 50 cm²).

(3) Mischen Sie die Probe 20 Sekunden lang mit einem Wirbelmixer oder schütteln Sie 80 Mal kräftig. Nach einer angemessenen Verdünnung pipette 200 ul auf ein Kulturmedium und inkubieren Sie 48 Stunden lang bei 36 ℃ ± 1 ° C für eine lebensfähige Bakterienkoloniezählung.

2.2.2. Berechnung der gesamten Bakterienkoloniezahl auf Objektflächen (siehe Formel unten):

Gesamtzahl der bakteriellen Kolonie (CFU/cm2) = durchschnittliche Anzahl von Kolonien pro Plattenverdünnungsfaktor ÷ Probenahmebereich (CM2)

3. Ergebnisse und Diskussionen

In dieser Studie präsentieren wir, wie in Abbildung 2 gezeigt, das Design und die optische Simulation eines auf UV-C-LED-basierten Desinfektionsschranks, der auf die Verwendung von Krankenhäusern zugeschnitten ist, um mehrere Handheld-Geräte wie Tabletten zu sterilisieren. Das Kabinett verwendet eine Reihe von UV-C-LEDs, die bei 275 nm ausgehen und strategisch an den oberen und unteren Ecken platziert werden, um die Bestrahlungsstärkeverteilung zu optimieren. Das Innenraum ist mit einem hohen Reflexivitätsmaterial (Reflexionsvermögen> 90%) ausgekleidet, um die Lichtstreuung zu verbessern und Absorptionsverluste zu minimieren. Optische Simulationen, die mithilfe von Strahlenverfolgungsoftware durchgeführt wurden, modellierten die Beleuchtung von 16 Oberflächen über acht Tablets, die im Schrank positioniert sind. Die Ergebnisse zeigen eine gleichmäßige Abdeckung, wobei alle Oberflächen eine UV -Intensität von mehr als 40 µW/cm² erhalten - gut über dem Schwellenwert, der zur Beseitigung von Bakterien wie Staphylococcus aureus erforderlich ist (typischerweise 10–20 µW/cm² für eine 4 -log -Reduktion). Die Kombination aus präziser LED-Platzierung und reflektierender Innenräume sorgt für eine wirksame Desinfektion und bietet eine kompakte, energieeffiziente Lösung für die Infektionskontrolle in klinischen Umgebungen.

Abbildung 2. optische Simulation von Oberflächen -Desinfektionsschränken. (a) 3D -Ansicht; (b) Seitenansicht und (c) UV -Leistungsdichteverteilung.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Ultravioletten (UV) -Leckungsmessung. Das Gerät wurde in ein Labor platziert, und nach 5 Minuten lang wurde ein UV -Bestrahlungsstrahlmessgerät verwendet, um die UV -Intensität in einem Abstand von 30 cm um das Gerät zu messen. Die Messung wurde dreimal wiederholt und der erhaltene Durchschnittswert betrug 0,000 µW/cm². Diese Daten zeigen effektiv, dass der Oberflächendesinfektionsschrank kein Risiko für UV -Leckagen darstellt.

Tabelle 1. UV -Leckagemessung.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Ozon -Leckage -Messung. Das Gerät wurde in ein Labor platziert, und nach dem Einschalten wurde ein Ozon -Tester verwendet, um die Ozonkonzentration in der Luft zu messen. Es ist wichtig zu beachten, dass das Probenahmrohr des Ozonmessers in einer Höhe von 1,5 Metern über dem Boden für genaue Probenahme positioniert werden sollte. Alle fünf Minuten wurden Messungen ergriffen, und die durchschnittliche Ozonkonzentration über einen kontinuierlichen Zeitraum von einer Stunde betrug 0,000 mg/cm³. Dies zeigt an, dass das Gerät kein Ozon erzeugt.

Tabelle 2. Messungsergebnisse der Ozonleckage.

In diesem Experiment wurden insgesamt sieben Elemente verwendet, darunter drei Mobiltelefone, zwei Fernbedienungen, eine Verpackungsbox und ein Tablet. Jedes Element wurde basierend auf seinen Vorder- und Rückflächen in zwei Gruppen unterteilt. Jede Oberfläche wurde weiter in obere und untere Hälften geteilt. Die obere Hälfte jeder Oberfläche wurde als Kontrollgruppenprobe abgetastet, während die untere Hälfte nach dem Desinfektionsprozess als experimentelle Gruppenprobe abgetastet wurde.

Wie in 3 gezeigt, wurde nach der Inkubation bei einem Inkubator mit konstanter Temperatur bei 36 ± 1 ℃ 36-48 Stunden das mikrobielle Wachstum vor und nach der Desinfektion beobachtet. Abbildung 3 (a) repräsentiert das mikrobielle Wachstum der Objektoberfläche vor der Desinfektion und zeigt sichtbare natürliche bakterielle Kolonien im Nähragar. Abbildung 3 (b) stellt das mikrobielle Wachstum nach Desinfektion dar, wo im Nähragar fast keine natürlichen bakteriellen Kolonien beobachtet werden. Durch Vergleich von Abbildung 3 (a) und (b) ist es offensichtlich, dass der Oberflächendesinfektionsschrank die Objektflächen effektiv sterilisiert.

Abbildung 3: Vergleich von bakteriellen Kolonien in Petri-Dishes: Vor und nach der Desinfektion.

Tabelle 3 zeigt einen Vergleich der Koloniezahlen und Sterilisationsraten vor und nach der Desinfektion. Die Häufigkeit und Dauer der Verwendung für verschiedene Elemente variieren je nach ihren Funktionen, und wir können die Nutzungszeit basierend auf der Anzahl der von der Oberfläche der Objekte erfassten Mikroorganismen in etwa schätzen. Vor der Verwendung des Oberflächen -Desinfektionsschranks war der mikrobielle Gehalt auf den Objektoberflächen bis zu 121 cfu/cm². Nach der Sterilisation wurde es effektiv auf 0 cfu/cm² mit einer maximalen Sterilisationsrate von bis zu 99,99%reduziert. Durch den Vergleich des CFUs von unbehandelten und behandelten Proben erreichten wir eine durchschnittliche Sterilisationsrate von 99,4%. Das natürliche Bakterienwachstum in Kulturplatten betrug weniger als 1 CFU/cm², was dem in GB 27952-2020 'allgemeinen Anforderungen an Desinfektionsmittel auf gemeinsamen Objektoberflächen angegebenen natürlichen Bakterien ≥ 1,00 log-Reduktionsbedarf für natürliche Bakterien entspricht. '

Tabelle 3: Ergebnisse der Effektivität der Oberflächendesinfektionskabinett. (a) Statistiken zur Desinfektionswirksamkeit von Oberflächen -Desinfektionsschränken; (b) Desinfektionsrate pro Oberfläche.

4. Schlussfolgerung

Studien haben gezeigt, dass die Hände von Mitarbeitern im Gesundheitswesen ein bedeutender Vektor für die Übertragung von Krankenpathogenen im Krankenhaus sind. Die strenge Einhaltung von Handhygiene kann im Krankenhaus erworbene Infektionen um 20% bis 30% effektiv reduzieren [10]. Mobiltelefone, PDAs und Tablets als häufige berührte Gegenstände in der täglichen Arbeit von Arbeitnehmern des Gesundheitswesens stellen ein Risiko von Krankenhäusern durch Kontakt mit kontaminierten Geräten dar. Das Oberflächen-Desinfektionsschrank des Masshpotons verwendet UV-C-LED-Lampen, die 270-280nm Ultraviolett-Licht auswirken, um kleine Gegenstände zu desinfizieren. Die im Kabinett platzierten Gegenstände werden direkt und durch reflektierendes Film dem UV-C-Licht ausgesetzt, wodurch Desinfektion erreicht wird, ohne dass ein direkter Kontakt mit den Oberflächen erforderlich ist, um die Herausforderung der Desinfektion schwer zu erreichen, auf Objektoberflächen zu desinfizieren und gleichzeitig Bedenken hinsichtlich chemischer Rückstände zu beseitigen. Im Vergleich zu herkömmlichen Sterilisationsschränken der Quecksilberlampe verfügt der Desinfektionsschrank des Masshpotons mit einer kürzeren Vorheizzeit und trägt zu einem umweltfreundlicheren System bei. Desinfektionsschränke mit UV-C-LED-Technologie bieten nicht nur Umweltvorteile, sondern bieten auch kompakte Größe, intelligente Merkmale, keine Ozonemissionen und keine ultravioletten Lichtlecks. Diese Schränke können die Bakterienzahlen auf Artikelflächen auf 0 cfu/cm2 schnell reduzieren. Diese innovative Lösung bietet chemischen Wirkstoffen für Kontaktflächen in Krankenhäusern und anderen öffentlichen Räumen eine wirksame Ergänzungsmethode.

Referenzen

[1] Chen, J., S. Loeb und J. Kim, LED -Revolution: Grundlagen und Aussichten für UV -Desinfektionsanwendungen. Umweltwissenschaften: Wasserforschung & Technologie, 2017. 3 (2): p. 188-202.

[2] Bhardwaj SK, SHDA, UVC-basierte Photoinaktivierung als effizientes Werkzeug zur Steuerung der Übertragung von Coronaviren. Sci Total Environ. 2021 Okt 2020; 792: 148548.

[3] Dai, T., et al., Ultraviolett C -Bestrahlung: Ein alternativer antimikrobieller Ansatz für lokalisierte Infektionen?. Expertenübersicht der Anti-Infektionstherapie, 2012. 10 (2): p. 185-195.

[4] Helena Duering, TWFK, kurzwellige, ultraviolettierte Desinfektion der Oberflächenumgebung mit lichtemittierenden Dioden: Ein neuer Ansatz zur Verhinderung von Infektionen mit Gesundheitsversorgung. Mikroorganismen, 2023 (11 (2), 386).

[5] Santos, TD und LF de Castro, Santos, TD, DE Castro, LF-Bewertung eines tragbaren ultravioletten C (UV-C) -Vorgeräts zur Dekontamination der Krankenhausoberfläche. 2021 März; 33: 102161.

[6] Corrêa, TQ, et al., Manuell betriebene ultraviolette Oberfläche Dekontamination für Gesundheitsumgebungen. 2017, Fotomed. Laserchirgel. 2017 Dez; 35 (12): 666-671.

[7] Donskey, CJ, Verhinderung der Übertragung von Clostridium difficile: Weht die Antwort im Wind? Klinische Infektionskrankheiten, 2010. 50 (11): p. 1458-1486.

[8] Brooks SE, VRKM, Verringerung der Inzidenz von Clostridium difficile-assoziiertem Durchfall in einem Akutkrankenhaus und einer qualifizierten Pflegeeinrichtung nach Ersatz von elektronischen Thermometern durch Einstufe mit Einstiegsabläufen. 1992.Feb; 13 (2): 98-103.

[9] Chen, J., S. Loeb und J. Kim, LED -Revolution: Grundlagen und Aussichten für UV -Desinfektionsanwendungen. Umweltwissenschaften: Wasserforschung & Technologie, 2017. 3 (2): p. 188-202.

[10] Koscova J, Hzpj, Grad der bakteriellen Kontamination von Mobiltelefon- und Computertastaturflächen und Wirksamkeit der Desinfektion mit Chlorhexidin -Digluconat und Triclosan zu seiner Reduktion. 2018.oct 12; 15 (10): 2238.