تطبيق التكنولوجيا التي تقودها UVC في خزائن التطهير السطحية للأجهزة الطبية الصغيرة

Eason Liao*، Xiaoxiao Wang ، Muhammad Shafa ، Guangjin Wang ، Qing Zhang ، Xingxing Du

Massphoton Limited Hong Kong ، الصين

* eason@massphoton.com

خلاصة

يتفاقم انتشار الأمراض المعدية داخل المستشفيات بشكل ملحوظ عن طريق التلوث المتبادل من خلال الأجهزة الطبية الصغيرة مثل الهواتف المحمولة ، وشاشات ضغط الدم ، وأعداد الجلوكوز. ومع ذلك ، فإن معدات التطهير الحالية لها قيود كبيرة: ليس من الصعب فقط التكيف مع الأجهزة الطبية ذات الأحجام المختلفة ، ولكن أيضًا غير قادرة على إخضاع المعدات الإلكترونية الحساسة لعمليات التطهير عالية الحرارة. هذا الوضع يعوق بشدة التنفيذ الفعال لتدابير الوقاية من العدوى والتحكم في المستشفيات. تتناول هذه الدراسة التحديات المذكورة أعلاه من خلال تصميم خزانة التطهير السطحية للأجهزة الطبية الصغيرة ، باستخدام تقنية UV-C LED كمكون أساسي لها. من خلال نمذجة المحاكاة والاختبار العملي ، تم تقييم فعالية التطهير لهذه التكنولوجيا على أجهزة مثل الهواتف المحمولة و PDAs وشاشات ضغط الدم. تم جمع ثلاثة هواتف محمولة ، وأجهزة الكمبيوتر اللوحي ، واثنين من أجهزة جهاز التحكم عن بعد ، وصندوق تغليف واحد من موظفي المختبر ، ويبلغ مجموعها سبعة عناصر صغيرة من مواد ومواصفات مختلفة. تم جمع المستعمرة قبل وبعد استخدام الجهاز واختبارها ، مع تكرار كل اختبار أكثر من ثلاث مرات. تشير النتائج إلى انخفاض كبير في عدد المستعمرات البكتيرية على أسطح العينة قبل وبعد التطهير ، مع متوسط ​​معدل التعقيم 99.4 ٪. كان نمو البكتيريا الطبيعية في أطباق الثقافة أقل من 1 CFU/cm² ، وتلبية متطلبات انخفاض عدد البكتيريا الطبيعية بأكثر من 1.00 سجل كما هو محدد بواسطة GB27952-2020 'المتطلبات العامة للمطهرات على أسطح الكائنات المشتركة '. بالإضافة إلى ذلك ، أكدت الاختبارات أن الجهاز لا ينتج الأوزون ولا يشكل أي خطر من تسرب الأشعة فوق البنفسجية في المختبر داخل مباني المصنع ، مما يسمح بالاستخدام المستمر في الغرف التي يوجد بها أشخاص.

الكلمات المفتاحية: UV-C LED ، خزائن التطهير السطحية ، التطهير

1. مقدمة

يجذب الصمام الثنائي المنبعث للأشعة فوق البنفسجية (LED) اهتمامًا كبيرًا كمصدر جديد للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يحل محل المصابيح التقليدية المملوءة بالغاز الزئبق في تطبيقات تطهير المياه [1]. ينقسم الطيف الأشعة فوق البنفسجية إلى ثلاث مناطق تعتمد على الطول الموجي والطاقة: منطقة UV-A (315-400 نانومتر) ، منطقة UV-B (280-315 نانومتر) ، ومنطقة UV-C (100-280 نانومتر). يُظهر ضوء UVC تأثيرات مبيدات الجراثيم ويستخدم على نطاق واسع في مطهر الماء والسطح والهواء. أما بالنسبة لـ UV-C LED ، فإن ضوء UVC المنبعث في نطاق 270-280 نانومتر يدمر التركيب الجزيئي للحمض النووي أو الحمض النووي الريبي في الخلايا الميكروبية عن طريق تشكيل ديات من البيريميدين (وخاصة ثيمين/أوراسيل) ، مما يؤدي إلى وفاة الخلايا المتنامية و/أو التجدد ، مما يحقق التعقيم [2،3]. وقد أظهرت الدراسات الحديثة أيضًا فعالية الضوء فوق البنفسجي في التطهير. على سبيل المثال ، يقلل UV-C LED بشكل فعال E.Coli و S.aureus و C.Albicans بمقدار 5 وحدات Log10 ، ويحقق انخفاضًا في 3 وحدات Log10 لـ Bacillus cereus protes [4].

كان تطوير أجهزة التطهير باستخدام ضوء UVC (UVC (Ultraviolet-C) كتقنية للتطهير السطحي في بيئات الاتصال محورًا للبحث للعديد من مجموعة الدراسة [5،6]. تستخدم خزائن التطهير على نطاق واسع في المستشفيات لتعقيم أسطح الأجهزة الإلكترونية التي تم لمسها بشكل متكرر ، مثل الأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. قد تحمل هذه الأجهزة مسببات الأمراض الضارة ، ويمكن أن يصاب المرضى الحساسون من خلال الاتصال المباشر مع هذه الأجهزة التشخيصية الطبية الصغيرة الملوثة [7،8]. تقليديا ، اعتمدت هذه الخزانات على مصابيح الأشعة فوق البنفسجية القائمة على الزئبق كمصدر للمطهر الرئيسي. في حين أن مصابيح الزئبق فعالة ، تمثل العديد من التحديات ، بما في ذلك الاستهلاك العالي للطاقة ، وأوقات التسخين الطويلة ، والحياة القصيرة ، والمخاوف البيئية بسبب الطبيعة السامة للزئبق. بالإضافة إلى ذلك ، يحد التصميم الضخم من دمج أنظمة التعقيم المدمجة والمحمولة. على النقيض من ذلك ، توفر UV-C LED بديلاً واعداً ، حيث يوفر وظائف فورية ، وكفاءة الطاقة ، وعمر التشغيل الأطول ، وحلًا خالٍ من الزئبق وصديق للبيئة. يسمح حجمها المدمج بزيادة مرونة التصميم ، مما يتيح توزيع ضوء UV-C أكثر كفاءة وموحدة ضمن خزائن التعقيم [9]. توفر تقنية UV-C LED ، مقارنةً بالكواشف الكيميائية التقليدية ، طريقة لمطهر غير الاتصال للأجهزة الطبية الصغيرة ، مما يجعلها مناسبة للمناطق التي يصعب الوصول إليها ولا تترك أي بقايا. إنه يعالج القيود المفروضة على تعقيم الحرارة الرطبة عالية الحرارة ، والذي لا ينطبق على المنتجات الإلكترونية ، وبالتالي ملء فجوة في طرق التعقيم الطبي المعاصر. تعد هذه التكنولوجيا بمثابة ملحق وتعزيز قيمة للممارسات الحالية ، مما يوفر حلولًا جديدة لتحسين معايير النظافة للأجهزة الطبية.

مع استمرار التقدم في تقنية UV-C LED في تعزيز قوة الإنتاج وفعالية التكلفة ، فإن هذه الأجهزة لديها القدرة على إحداث ثورة في بروتوكولات تعقيم المستشفيات ، وتحسين كفاءة التطهير مع معالجة مخاوف السلامة والاستدامة.

2. المواد والطرق

2.1 المواد

يوضح الشكل 1 خزانة التطهير السطحية في Massphoton ، مع أبعاد 430 × 365 × 630 مم (طول × الارتفاع ×). تصطف الخزانة مع فيلم عاكس على جميع الجوانب ، مما يعزز بشكل فعال انعكاس الضوء فوق البنفسجي (UV) ويحسن كفاءة التطهير. داخل الخزانة ، هناك أربعة أرفف مصممة لاستيعاب مختلف الأجهزة الطبية الصغيرة والهواتف الذكية و PDAs و iPads وغيرها من المعدات ذات الأحجام والمواد المختلفة. توفر خزانة التطهير ثلاثة إعدادات وقت التطهير ، مع دورة التطهير الواحدة الافتراضية لمدة 10 دقائق. تضيف كل ضغط لزر التطهير 10 دقائق ، بحد أقصى 30 دقيقة. تم تجهيز الخزانة بمستشعر بالأشعة تحت الحمراء للجسم البشري الذي يقوم تلقائيًا بإيقاف تشغيل رقائق LED UV-C عند فتح الباب ، ومنع التعرض للأشعة فوق البنفسجية وضمان سلامة المستخدم.

الشكل 1: مجلس الوزراء لمطهر السطح من الجيل الأول. (أ) الجيل الأول الخارجي ؛ (ب) توزيع شريط LED الداخلي ؛ (ج) توزيع الأشعة فوق البنفسجية.

2.2 الطرق

2.2.1. أخذ العينات

(1) إرفاق الملصقات بالعناصر التجريبية التي تم جمعها من المختبر (مثل أجهزة iPad والهواتف المحمولة ، إلخ).

(2) قبل التطهير ، انغمس في مسحة قطنية معقمة في أنبوب اختبار مع 5.0 مل من PBS. مسح المنطقة المخصصة (تتحرك ذهابًا وإيابًا ثلاث مرات أفقيًا ورأسيًا) ، ثم ضع المسحة في أنبوب PBS الأصلي باستخدام تقنيات العقيم. (إذا كانت مساحة السطح أقل من 50 سم مربع ، فأخذ عينات من السطح بأكمله ؛ إذا كانت مساحة السطح أكبر من 50 سم مربع ، عينة 50 سم مربع).

(3) امزج العينة باستخدام خلاط دوامة لمدة 20 ثانية أو تهتز بقوة 80 مرة. بعد التخفيف المناسب ، ماصة 200 ميكرولتر على وسط ثقافة واحتضانها عند 36 ℃ ± 1 درجة مئوية لمدة 48 ساعة لعد مستعمرة بكتيرية قابلة للحياة.

2.2.2. حساب إجمالي عدد المستعمرة البكتيرية على أسطح الكائنات (انظر الصيغة أدناه):

إجمالي عدد المستعمرة البكتيرية (CFU/CM2) = متوسط ​​عدد المستعمرات لكل لوحة × عامل التخفيف ÷ منطقة أخذ العينات (CM2)

3. النتائج والمناقشات

في هذه الدراسة ، كما هو مبين في الشكل 2 ، نقدم التصميم والمحاكاة البصرية لخزانة مطهر قائمة على UV-C LED مصممة خصيصًا للاستخدام في المستشفى ، والتي تهدف إلى تعقيم أجهزة متعددة محمولة مثل الأجهزة اللوحية. توظف مجلس الوزراء مجموعة من LED UV-C تنبعث منها 275 نانومتر ، وضعت استراتيجيا على طول الزوايا العليا والسفلية لتحسين توزيع الإشعاع. تصطف الجزء الداخلي بمواد عالية الانعكاس (الانعكاس> 90 ٪) لتعزيز نثر الضوء وتقليل خسائر الامتصاص. المحاكاة البصرية ، التي أجريت باستخدام برامج تتبع الأشعة ، على غرار الإضاءة لـ 16 سطحًا عبر ثمانية أقراص موجودة داخل الخزانة. تُظهر النتائج تغطية موحدة ، حيث تتلقى جميع الأسطح شدة الأشعة فوق البنفسجية تتجاوز 40 µW/cm² - فوق العتبة المطلوبة للتخلص من البكتيريا مثل المكورات العنقودية الذهبية (عادة 10-20 µW/سم ² لخفض 4 سجل). يضمن الجمع بين وضع LED الدقيق والداخلية العاكسة التطهير الفعال ، مما يوفر حلًا مضغوطًا وفعالًا للطاقة للتحكم في العدوى في البيئات السريرية.

الشكل 2. المحاكاة البصرية لخزائن التطهير السطحية. (أ) عرض ثلاثي الأبعاد ؛ (ب) عرض جانبي و (ج) توزيع كثافة الطاقة الأشعة فوق البنفسجية.

يوضح الجدول 1 نتائج قياس تسرب الأشعة فوق البنفسجية (UV). تم وضع الجهاز في مختبر ، وبعد تشغيله لمدة 5 دقائق ، تم استخدام مقياس إشعاع الأشعة فوق البنفسجية لقياس شدة الأشعة فوق البنفسجية على مسافة 30 سم حول الجهاز. تم تكرار القياس ثلاث مرات ، وكان متوسط ​​القيمة التي تم الحصول عليها 0.000 µW/cm². تشير هذه البيانات بفعالية إلى أن خزانة التطهير السطحية لا تشكل أي خطر من تسرب الأشعة فوق البنفسجية.

الجدول 1. قياس تسرب الأشعة فوق البنفسجية.

يوضح الجدول 2 نتائج قياس تسرب الأوزون. تم وضع الجهاز في مختبر ، وبعد تشغيله ، تم استخدام اختبار الأوزون لقياس تركيز الأوزون في الهواء. من المهم أن نلاحظ أنه يجب وضع أنبوب أخذ العينات من متر الأوزون على ارتفاع 1.5 متر فوق الأرض لأخذ عينات دقيقة. تم أخذ القياسات كل خمس دقائق ، وكان متوسط ​​تركيز الأوزون على مدى فترة مستمرة من ساعة واحدة 0.000 ملغم/سم مكعب. هذا يشير إلى أن الجهاز لا ينتج الأوزون.

الجدول 2. نتائج قياس تسرب الأوزون.

في هذه التجربة ، تم استخدام ما مجموعه سبعة عناصر ، بما في ذلك ثلاثة هواتف محمولة ، واثنين من عناصر التحكم عن بُعد ، وصندوق تغليف واحد ، وجهاز لوحي واحد. تم تقسيم كل عنصر إلى مجموعتين بناءً على أسطحه الأمامية والخلفية. تم تقسيم كل سطح إلى نصفين أعلى وأسفل. تم أخذ عينات من النصف العلوي من كل سطح كعينة مجموعة التحكم ، بينما تم أخذ عينات من النصف السفلي كعينة المجموعة التجريبية بعد عملية التطهير.

كما هو مبين في الشكل 3 ، بعد الحضانة في حاضنة درجة حرارة ثابتة عند 36 ± 1 ℃ لمدة 36-48 ساعة ، لوحظ نمو الميكروبات قبل وبعد التطهير. يمثل الشكل 3 (أ) النمو الميكروبي على سطح الكائن قبل التطهير ، مما يدل على المستعمرات البكتيرية الطبيعية المرئية في أجار المغذيات. يمثل الشكل 3 (ب) النمو الميكروبي بعد التطهير ، حيث لم يتم ملاحظة أي مستعمرات بكتيرية طبيعية تقريبًا في أجار المغذيات. بمقارنة الشكل 3 (أ) و (ب) ، من الواضح أن خزانة التطهير السطحية تعقيم بشكل فعال أسطح الكائن.

الشكل 3: مقارنة بين المستعمرات البكتيرية في بيتيري-قبل وبعد التطهير.

يوضح الجدول 3 مقارنة بين عدد المستعمرة ومعدلات التعقيم قبل التطهير وبعده. يختلف تواتر ومدة الاستخدام للعناصر المختلفة اعتمادًا على وظائفها ، ويمكننا تقدير وقت الاستخدام تقريبًا بناءً على عدد الكائنات الحية الدقيقة التي تم التقاطها من سطح الكائنات. قبل استخدام خزانة التطهير السطحية ، كان المحتوى الميكروبي على أسطح الكائن ارتفاعًا يصل إلى 121 CFU/cm². بعد التعقيم ، تم تخفيضه بشكل فعال إلى 0 CFU/cm² ، مع الحد الأقصى لمعدل التعقيم يصل إلى 99.99 ٪. بمقارنة وحدات CFU للعينات غير المعالجة والمعالجة ، حققنا متوسط ​​معدل تعقيم قدره 99.4 ٪. كان النمو البكتيري الطبيعي في لوحات الثقافة أقل من 1 CFU/cm² ، وتلبية متطلبات تقليل السجل ≥1.00 للبكتيريا الطبيعية المحددة في GB 27952-2020 'المتطلبات العامة للمطهرات على أسطح الكائنات المشتركة. '

الجدول 3: نتائج فعالية خزانة التطهير السطحية. (أ) إحصاءات عن فعالية التطهير لخزائن التطهير السطحية ؛ (ب) معدل التطهير لكل سطح.

4. الخلاصة

أظهرت الدراسات أن أيدي عمال الرعاية الصحية تشكل متجهًا كبيرًا لنقل مسببات الأمراض المكتسبة من المستشفيات. الالتزام الصارم بالنظافة اليدوية يمكن أن يقلل بشكل فعال من الالتهابات المكتسبة من المستشفى بنسبة 20 ٪ إلى 30 ٪ [10]. تشكل الهواتف المحمولة ، PDAs ، والأجهزة اللوحية ، كعناصر متكررة في العمل اليومي للعاملين في مجال الرعاية الصحية ، خطر الإصابة بالتهابات المكتسبة من المستشفى من خلال الاتصال بالأجهزة الملوثة. تستخدم خزانة التطهير السطحية في Masshpoton مصابيح LED UV-C تنبعث منها 270-280nm ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتطهير العناصر الصغيرة. تتعرض العناصر الموضوعة داخل الخزانة مباشرة ومن خلال فيلم عاكس إلى ضوء UV-C ، وتحقيق التطهير دون الحاجة إلى الاتصال المباشر مع الأسطح ، معالجة بشكل فعال تحدي تطهير المناطق التي يصعب الوصول إليها على أسطح الأشياء ، مع القضاء على المخاوف بشأن البقايا الكيميائية. بالمقارنة مع خزائن تعقيم مصباح الزئبق التقليدي ، تتميز خزانة التطهير السطحية في Masshpoton بوقت مسبق أقصر ، مما يساهم في نظام أكثر ملاءمة للبيئة. لا تقدم خزائن التطهير التي تستخدم تقنية UV-C LED فوائد بيئية فحسب ، بل تتميز أيضًا بحجم مضغوط ، وميزات ذكية ، ولا يوجد انبعاثات للأوزون ، ولا تسرب ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يمكن لهذه الخزانات أن تقلل بسرعة من التهم البكتيرية على أسطح العناصر إلى 0 CFU/CM2. يوفر هذا الحل المبتكر طريقة للتطهير التكميلي الفعال للعوامل الكيميائية لأسطح الاتصال في المستشفيات وغيرها من الأماكن العامة.

مراجع

[1] تشن ، ج. العلوم البيئية: أبحاث وتكنولوجيا المياه ، 2017. 3 (2): ص. 188-202.

[2] Bhardwaj SK ، SHDA ، التنشيط الضوئي القائم على UVC كأداة فعالة للتحكم في نقل فيروسات Coronavers. SCI Total Environ. 2021 أكتوبر 2020 ؛ 792: 148548.

[3] Dai ، T. ، et al. مراجعة الخبراء للعلاج المضاد للعدوى ، 2012. 10 (2): ص. 185-195.

[4] Helena Duering ، TWFK ، التطهير الموجي على ضوء الأشعة فوق البنفسجية القصيرة للبيئة السطحية باستخدام الثنائيات الباعثة للضوء: نهج جديد لمنع الإصابات المرتبطة بالرعاية الصحية. الكائنات الحية الدقيقة ، 2023 (11 (2) ، 386).

[5] Santos ، TD و LF De Castro ، Santos ، TD ، DE CASTRO ، تقييم LF لجهاز ULTRAVIOLET C (UV-C) المحمول لتطهير سطح المستشفى. 2021 مارس ؛ 33: 102161.

[6] Corrêa ، TQ ، et al. 2017 ، photomed. ليزر سورج. 2017 ديسمبر ؛ 35 (12): 666-671.

[7] Donskey ، CJ ، منع انتقال Clostridium صعب: هل الإجابة تهب في الريح؟. الأمراض المعدية السريرية ، 2010. 50 (11): ص. 1458-1486.

[8] Brooks SE ، VRKM ، انخفاض في حدوث الإسهال المرتبط بـ Clostridium في مستشفى الرعاية الحادة ومرفق تمريض ماهر بعد استبدال المقاييس الحرارية الإلكترونية مع التخلص من الاستخدام الواحد. 1992.fb ؛ 13 (2): 98-103.

[9] تشن ، ج. العلوم البيئية: أبحاث وتكنولوجيا المياه ، 2017. 3 (2): ص. 188-202.

[10] Koscova J ، HZPJ ، درجة من التلوث البكتيري للهاتف المحمول والوحة مفاتيح الكمبيوتر وفعالية التطهير مع كلوروسيدينغونيت وتريكلوسان إلى تقليله. 2018.oct 12 ؛ 15 (10): 2238.