鍵盤、鼠標(biāo)滅菌儀的研制

余世準(zhǔn)，王小溪，李義兵

鍵盤、鼠標(biāo)滅菌儀的研制

余世準(zhǔn)，王小溪，李義兵

目的：設(shè)計并研制一種鍵盤、鼠標(biāo)滅菌儀，對鍵盤、鼠標(biāo)等常用電子設(shè)備表面的常見細(xì)菌進(jìn)行有效殺滅，從而改善計算機(jī)的鼠標(biāo)和鍵盤的衛(wèi)生狀況。方法：該儀器主要利用電子電路來控制紫外線燈管發(fā)射的特定波長紫外線，發(fā)射的紫外線能夠破壞和改變細(xì)菌的脫氧核糖核酸（DNA）的結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌當(dāng)即死亡或不能繁殖后代。結(jié)果：該滅菌儀能夠有效殺滅鍵盤和鼠標(biāo)等電子設(shè)備的常見細(xì)菌,避免細(xì)菌在公用計算機(jī)（網(wǎng)吧、電子閱覽室等場所的計算機(jī)）上的傳播與交叉感染。結(jié)論：該滅菌儀實(shí)用性好，可普及性強(qiáng)，有效改善了公用計算機(jī)的衛(wèi)生狀況。

電子設(shè)備；滅菌；紫外線

0 引言

隨著計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)控制、自動化辦公以及生活娛樂等領(lǐng)域的不斷普及，人們的工作與生活越來越離不開計算機(jī)，使用計算機(jī)的頻率也越來越高。而計算機(jī)日漸成為各種病菌新的傳播載體，其附件上的衛(wèi)生狀況令人擔(dān)憂。最近DE MONTFORT大學(xué)及DATAQUEST的研究發(fā)現(xiàn)，計算機(jī)尤其是公用計算機(jī)（網(wǎng)吧計算機(jī)、電子閱覽室計算機(jī)）的鍵盤、鼠標(biāo)等附屬設(shè)備上的塵埃、細(xì)菌共存在包括有鏈球菌、葡萄球菌、煙曲霉、白喉桿菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、恥垢桿菌在內(nèi)的 240種不同的微生物，同時鍵盤和鼠標(biāo)上的細(xì)菌密度分別能夠達(dá)到3 295個/in2（1 in2=6.451 6 cm2）和 1 276個/in2，要比馬桶坐圈上的高出400多倍。而這些細(xì)菌絕大多數(shù)是有害病菌，可以通過計算機(jī)用戶的汗液、唾沫等介質(zhì)交叉?zhèn)鞑?，易使人致病，?yán)重威脅其健康。針對以上情況，本文提出并設(shè)計了一種對計算機(jī)的鍵盤與鼠標(biāo)進(jìn)行殺菌的裝置，該滅菌儀利用紫外線的殺菌特性來殺滅病菌[1]。

1 設(shè)計原理

1.1 紫外線作用于細(xì)菌遺傳物質(zhì)滅菌

紫外線燈管發(fā)射的是波長為200～275 nm的UVC波段的紫外線，又稱為短波滅菌紫外線。而其中253.7 nm的紫外線殺菌力最強(qiáng)，當(dāng)其在有效距離（約1.2 m）內(nèi)照射細(xì)菌時，能誘導(dǎo)胸腺嘧啶二聚體的形成和DNA鏈的交聯(lián)，使其DNA鏈斷裂或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致細(xì)菌不能復(fù)制蛋白質(zhì)，使細(xì)菌當(dāng)即死亡或不能繁殖后代，以達(dá)到滅菌的目的[2]。

1.2 紫外線產(chǎn)生臭氧滅菌

波長為185 nm的紫外線的光子作用于氧氣（O2）之后，會使氧氣分子分解并聚合成臭氧分子（O3），大氣層上空的臭氧層也是通過這種方式產(chǎn)生的。

其反應(yīng)基本過程為：

其中，hr為紫外光量子；M為存在的任一惰性物體，如反應(yīng)器器壁、氮、二氧化碳?xì)怏w分子等。使用波長為185 nm的紫外光產(chǎn)生臭氧的光效率為130 g O3/（kW·h），這是比較高的。通過上述方法產(chǎn)生的臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，能破壞和分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，并快速地擴(kuò)散進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，分解細(xì)菌內(nèi)部的葡萄糖氧化所必需的葡萄糖氧化酶，同時，也可以直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，破壞細(xì)胞、核糖核酸（RNA），分解脫氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類和多糖等大分子聚合物，使細(xì)菌的代謝和繁殖過程遭到破壞。

2 構(gòu)造與方法

2.1 滅菌儀的外觀結(jié)構(gòu)

該滅菌儀主要由可收縮盒體、定時器、驅(qū)動電路、紫外線燈管4個部分組成，整體外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。主體盒子的尺寸參數(shù)為：寬20 cm，高10 cm，拉伸時長度為50 cm，收縮時長度為25 cm，厚度

4 mm。盒子材料為4 mm厚的ABS樹脂，可以阻擋較強(qiáng)的紫外線，防止使用時光線對周圍環(huán)境中的人體造成輻射危害[3]。盒子的2個部分通過設(shè)計的收縮結(jié)構(gòu)連接，可實(shí)現(xiàn)相對的拉伸和收縮，處于拉伸狀態(tài)時可對較長的鍵盤表面進(jìn)行殺菌；處于收縮狀態(tài)時占用空間小，便于存放。燈管全長 14.5 cm，額定功率為 80 W，發(fā)射的紫外線的波長主要為253.7 nm，燈管安裝在盒子的上表面中間位置。電路板、開關(guān)、定時器等部件安裝在盒子的側(cè)邊，電源線從電路板上連出。

圖1 滅菌儀整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 滅菌儀的控制原理

滅菌儀的控制原理如圖2所示。打開電源開關(guān)后，220 V交流電經(jīng)機(jī)械旋鈕式定時器輸入到燈管驅(qū)動電路，電路部分開始工作，并激發(fā)紫外線燈管發(fā)光，發(fā)射的紫外線能有效殺滅收縮盒體內(nèi)的鍵盤、鼠標(biāo)等電子設(shè)備表面的細(xì)菌。滅菌時間到達(dá)后，定時器斷開電路供電，消毒完成。

圖2 滅菌儀的原理示意圖

2.3 滅菌儀的驅(qū)動電路的工作原理

如圖3所示，電路由整流濾波電路、功率開關(guān)與驅(qū)動電路、鎮(zhèn)流器與紫外線燈絲負(fù)載回路3個部分組成。使用時，首先打開電源開關(guān)，通過機(jī)械旋鈕式定時器設(shè)置滅菌時間（如30 min）后，220 V交流電源接通輸入，經(jīng)整流濾波后的310 V直流電壓通過C3、R1并聯(lián)再與R5串聯(lián)，為VT2的基極提供一個窄電流脈沖，使VT2首先導(dǎo)通。在VT2導(dǎo)通期間，電流的流通路徑是：+V→C5→燈管上端的燈絲→C6→燈管下端的燈絲→扼流圈L→變壓器T3→VT2的集電極-發(fā)射極→地，形成回路，對諧振電容C6充電。由于變壓器T的線圈T3對T1和T2的感應(yīng)耦合作用，T1上的感應(yīng)電壓將使三極管VT1導(dǎo)通，而T2上的感應(yīng)電壓將使VT2截止。在VT1飽和導(dǎo)通期間，電流的流通路徑是：諧振電容C6→燈管上端的燈絲→C5→VT1的集電極-發(fā)射極→變壓器T3→扼流圈L→燈管下端的燈絲→C6，該電流的流向即為C6的放電回路。借助于變壓器T的耦合作用，使三極管VT1、VT2交替導(dǎo)通，輸出方波脈沖電壓，此電壓通過扼流圈L、燈絲電阻、C6組成串聯(lián)諧振，在C6兩端產(chǎn)生一個高壓脈沖，將紫外線燈管中的汞蒸氣電離擊穿形成導(dǎo)電通路而將燈管點(diǎn)亮。電路起振后，電容C4將通過二極管D6和三極管VT2迅速放電，以防止VT2無法退出飽和導(dǎo)通的狀態(tài)。當(dāng)紫外線燈管被點(diǎn)亮后，其內(nèi)阻急劇下降，因?yàn)樵搩?nèi)阻并聯(lián)于C6兩端，故C6兩端下降為正常的工作電壓，維持紫外線燈管的穩(wěn)定、正常發(fā)光。

當(dāng)滅菌時間到達(dá)時，機(jī)械定時器斷開220 V交流電源，停止為如圖3所示的電路供電，紫外線燈管熄滅，滅菌完成。

3 滅菌效果驗(yàn)證

3.1 材料

（1）菌種。選用常見的病原菌：金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌及三者的混合菌4種菌種。（2）瓊脂培養(yǎng)基。

3.2 儀器

（1）采用本課題所研制的鍵盤、鼠標(biāo)滅菌儀，其發(fā)射的紫外線的波長為253.7 nm，輸出功率為80 W，輻射強(qiáng)度為208 W/cm2。（2）醫(yī)用恒溫培養(yǎng)箱。（3）全自動菌落計數(shù)儀。

3.3 分組

將金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌及混合菌接種到培養(yǎng)基后，每一類細(xì)菌分為2組，即對照組（a組）與照射組（b組）[4]，每組設(shè)5個培養(yǎng)基盒，每一類細(xì)菌有10個培養(yǎng)基盒，全部實(shí)驗(yàn)共有40個培養(yǎng)基盒，各組編號見表1。

表1 不同細(xì)菌各個組別的編號

3.4 方法

采用一段濃度為105～106的細(xì)菌懸液，用接種環(huán)將金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌及混合菌以3區(qū)劃分法均勻接種到直徑為6 cm的圓形瓊脂培養(yǎng)基上，立即將接種的瓊脂培養(yǎng)基放入鍵盤、鼠標(biāo)滅菌儀內(nèi)給予30 min的紫外線照射，照射后即置入35～37℃的恒溫培養(yǎng)箱中孵育，并在48 h后觀察細(xì)菌的生長狀況[5]，使用全自動菌落計數(shù)儀對菌落進(jìn)行計數(shù)。

（????）（????）

Development of Sterilizer for Keyboard and Mouse

YU Shi-zhun1,WANG Xiao-xi1,LI Yi-bing2(1.Taihe Hospital Affiliated to Hubei University of Medicine,Shiyan 442000,Hubei Province,China;2.School of

ObjectiveTo design and develop a sterilizer for the keyboard and mouse.MethodsThe electronic circuit of the instrument made the ultraviolet lamp to launch ultraviolet rays of particular wavelength,which could make the bacteria die or disable to reproduce by destroying or changing their DNAS.ResultsThe instrument could sterilize the keyboard and mouse so as to eliminate the cross infection due to the bacteria.ConclusionThe sterilizer is practical,and can improve the sanitary condition of the public computer.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：18-19，22]

electronic equipment;sterilization;ultraviolet ray

R318.6；TH771.4

A

1003-8868（2014）01-0018-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.018Biomedical Engineering,Hubei University of Science and Technology,Xianning 437100,Hubei Province,China)

余世準(zhǔn)（1986—），男，主要從事醫(yī)院醫(yī)用檢驗(yàn)設(shè)備及內(nèi)窺鏡設(shè)備的管理與維護(hù)方面的研究工作，E-mail：yushizhun1314@163.com。

442000湖北十堰，湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院（余世準(zhǔn)，王小溪）；437100湖北咸寧，湖北科技學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（李義兵）