一種供液系統(tǒng)在線消毒方式的改進(jìn)與研究

徐明明 呂慶文 白路花1,

0 引言

血液透析是急慢性腎功能衰竭等疾病的主要治療方式。血液透析室集中供濃縮液系統(tǒng)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)透析中“一機(jī)兩桶”的模式，因?yàn)槠涔?jié)約成本、安全簡(jiǎn)便、便于管理等特點(diǎn)，成為濃縮液供應(yīng)發(fā)展的主要方式之一[1]。血液透析室集中供濃縮液系統(tǒng)分為供A液及B液系統(tǒng)。其中A液為酸性，pH在2～5 之間，不適合細(xì)菌生長(zhǎng)，而B液pH在 7.7～7.9，為弱堿性，適合細(xì)菌生長(zhǎng)，時(shí)常難以控制，給患者的透析安全帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)[2]。根據(jù)最新血液凈化標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(2021版)的規(guī)定，含碳酸氫鹽的濃縮透析液的細(xì)菌總數(shù)需小于 100 CFU/mL。B液的污染源大部分為配液過程中難以避免的操作引起，如在干粉的添加階段，由于配液桶蓋子長(zhǎng)時(shí)間打開使得B液暴露在空氣中，且干粉倒入時(shí)也會(huì)帶入潛在污染物等；此外B液的長(zhǎng)時(shí)間空置或者不消毒就直接配液也常常造成細(xì)菌超標(biāo)。因此B液的定期消毒對(duì)透析液感染控制及患者的透析質(zhì)量尤為重要。

以往的消毒方式往往是化學(xué)消毒或者熱消毒，化學(xué)消毒需要在周末設(shè)備停用后進(jìn)行，過程復(fù)雜耗時(shí)，加重工程技術(shù)人員負(fù)擔(dān)且需檢測(cè)消毒劑殘留，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。而熱消毒溫度需達(dá)到80 ℃以上，設(shè)備造價(jià)及材料要求均比較高，設(shè)備耗能明顯，且須進(jìn)行管道配液沖洗，過程亦是復(fù)雜[3]。目前臭氧消毒在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。臭氧可以有效去除雜質(zhì)與具有殺菌能力[4],而且經(jīng)它處理后在水中不產(chǎn)生二次污染,多余的臭氧會(huì)較快分解為氧氣而不似氯劑在水中形成氯氨、氯仿等致癌物質(zhì),因而被世界公認(rèn)為最安全的消毒劑。人體血液中含有緩沖鹽及抗氧化成分，可中和臭氧的氧化作用。Bocci的研究表明，80 μg/mL的臭氧在自體回輸中也不會(huì)引起副作用。由于存在個(gè)體差異，一般濃度在60 μg/mL以下被認(rèn)為是安全的。臭氧已廣泛應(yīng)用于脊柱髓核消融、軟組織消毒、自血治療等的治療，安全性有一定的保障。故筆者通過設(shè)計(jì)設(shè)備小型模型，采用在線臭氧消毒的方式，希望達(dá)到改進(jìn)效果。

1 臭氧消毒裝置

1.1 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)目的是使裝置能在正常使用過程中，采用臭氧為B液在線消毒且消毒能達(dá)到預(yù)期效果。筆者在康盛KCDS200-B型供液系統(tǒng)的基礎(chǔ)上按1∶20的比例改造設(shè)計(jì)出集中供B液小型模擬裝置。為獲得相對(duì)準(zhǔn)確的消毒效果，盡可能在操作步驟及時(shí)間上模擬在配液、儲(chǔ)液、供液過程中的實(shí)際應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用密封臭氧消毒的方式，在倒入干粉后密封的配液桶中通入臭氧，達(dá)到 6 mg/L 的濃度進(jìn)行持續(xù)消毒5 min。消毒后，開啟254 nm紫外燈后對(duì)B液中的臭氧進(jìn)行快速分解。期間通過臭氧濃度傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)濃度為0.01 mg/L以下時(shí)，改變水路控制的同時(shí)使攪拌泵工作產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)一步析出未監(jiān)測(cè)到的溶解臭氧。由于透析機(jī)濃縮液與反滲水比例為1.225∶32.775[5]，溫度為37 ℃，消毒后配液儲(chǔ)液輸液有一定時(shí)間，可進(jìn)一步對(duì)潛在的臭氧進(jìn)行稀釋高溫分解，達(dá)到安全使用的目的[6]。

1.2 裝置結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)圖1可以看出裝置由醫(yī)用氧氣瓶(S1)、臭氧機(jī)(S2)、配液桶(S3)、儲(chǔ)液桶 (S4)、流量計(jì)(L1)、除氣小孔(L2)、分氣室(L3)、單向閥(D1、D2、D3)、0.22 μm空氣過濾器過濾器(F1、F2、F3)、閥門(V1～V8)、攪拌泵(P1)、流量泵(P2)、取樣口(SP1、SP2)、臭氧濃度傳感器(Os)、254 nm紫外燈(UV)等組成。圖2中給出了具體的制作實(shí)物并標(biāo)注了主要部件的相應(yīng)位置。

圖1 水路設(shè)計(jì)圖Figure 1 Waterway design

圖2 實(shí)物圖Figure 2 Physical diagram

1.3 工作原理

設(shè)備具有配液、制氧消毒、除氧、液體傳送、供液監(jiān)測(cè)功能。配液階段：V1關(guān)閉，V2閥打開進(jìn)入反滲水，經(jīng)單向閥(防止液體反流污染純水)流入儲(chǔ)液桶達(dá)到指定水位(如9 L)后關(guān)閉，打開配液桶蓋加入無(wú)菌干粉(747 g)后密封，開啟V3、V4、P1攪拌泵待完全溶解后關(guān)閉配液完成，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間或者無(wú)連續(xù)配液時(shí)，可加入純水，進(jìn)行沖洗，經(jīng)底部排水口排出。制氧消毒階段：采用醫(yī)用純氧經(jīng)流量計(jì)控制在0.5 mL/s 的速度進(jìn)氧，經(jīng)臭氧機(jī)發(fā)生器產(chǎn)生臭氧后經(jīng)F1(0.22 μm細(xì)菌過濾器)除去潛在污染物，經(jīng)D1單向閥進(jìn)入配液桶，V3、V5、V7開啟，V4、V6、V8、UV關(guān)閉，開啟P1攪拌泵進(jìn)行攪拌混合。經(jīng)過2 min后觀察Os臭氧濃度傳感器使其大約穩(wěn)定在6 mg/L持續(xù)5 min。除臭氧階段：254 nm UV開啟，開啟P1泵臭氧可迅速分解。在V3、V4、V6、V8關(guān)閉時(shí)，通過P1泵產(chǎn)生的0.1 MPa左右的負(fù)壓可進(jìn)一步分離出殘余的臭氧，經(jīng)L3空氣分離室隨液體回流到S3配液桶。傳送階段：當(dāng)Os傳感器沒有檢測(cè)到臭氧時(shí)，可進(jìn)行液體傳送，V4、V8關(guān)閉，V6、V7打開可進(jìn)入到儲(chǔ)液桶。供液階段：V5、V7 關(guān)閉V6、V8打開，通過P2傳輸泵分兩路進(jìn)行傳輸，一路供給SP2取樣口，可作為血液透析機(jī)使用接入口。另一路經(jīng)Os傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖中，D2、D3單向閥是為了預(yù)防V8閥泄露臭氧污染輸送液。F1、F2、F3為0.22 μm空氣過濾器，避免容器暴露，造成污染。Os傳感器，因設(shè)計(jì)模型經(jīng)濟(jì)因素選擇制氧、除氧、供液檢測(cè)共用。實(shí)際操作時(shí)，配液及傳液需分開，避免公用管道的液體殘留。

2 實(shí)際應(yīng)用及結(jié)果分析

系統(tǒng)測(cè)試的目的是為了了解臭氧消毒的效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步延長(zhǎng)消毒間隔時(shí)間。在一定程度上，了解裝置的消毒狀況，進(jìn)而與康盛KCDS200-B實(shí)際消毒情況進(jìn)行對(duì)比，了解裝置是否便捷。

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)測(cè)試中需要的主要設(shè)備有自制水路模型、滅菌器、生物安全柜、超凈工作臺(tái)、低溫儲(chǔ)藏箱、 100 μL、10 μL移液器、20 ℃恒溫培養(yǎng)箱等，及R2A培養(yǎng)基。

2.2 測(cè)試方法及步驟

2.2.1 實(shí)驗(yàn)分組

實(shí)驗(yàn)分A、B兩組。A組為對(duì)照組，取每天沖洗配液后24 h樣品，連續(xù)7天為一個(gè)周期。B組為實(shí)驗(yàn)組，每次配液經(jīng)臭氧消毒后取24 h樣品，連續(xù)7天。A、B兩組各4個(gè)測(cè)試周期。

2.2.2 樣本采集

B液采樣：裝置組裝完成后打開V1、V2閥進(jìn)入反滲水，到達(dá)指定水位后(9 L)關(guān)閉V2,打開配液桶蓋子加入160 mL的 17%的過氧乙酸消毒液，制成0.3%左右的消毒水。傳送4.5 L進(jìn)入儲(chǔ)液桶后對(duì)其四周浸泡循環(huán)30 min。后排出消毒水，采用反滲水進(jìn)行四周沖洗，直到排出口檢查試紙為純白色，濃度在0.5 mg/L以下。對(duì)照組加入反滲水(9 L)后倒入干粉(747 g)制成B液，待溶解后循環(huán)10 min，傳送后再循環(huán)10 min。在SP2處取得樣品D0，進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，驗(yàn)證化學(xué)消毒效果。取樣過程中需對(duì)取樣口進(jìn)行酒精消毒，采用小針頭無(wú)菌注射器無(wú)菌操作取樣。24 h后在SP2處取得樣品D1，儲(chǔ)液桶留存1 L，多余排出。配液后繼續(xù)傳送3.5 L 至儲(chǔ)液桶，第2天取得樣品D2。依次類推取得D3～D7等，在取得樣品后立刻送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)組在關(guān)閉紫外燈的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每天配液結(jié)束后，采用濃度為6 mg/L以上的臭氧消毒5 min，待濃度為零后傳送到配液桶，后續(xù)操作方法和對(duì)照組一樣，24 h后取樣。重復(fù)操作7天，取得實(shí)驗(yàn)組D0～D7。

2.2.3 細(xì)菌培養(yǎng)

采用涂布平板法90 mm培養(yǎng)皿獲得細(xì)菌總數(shù)。R2A瓊脂培養(yǎng)基高溫滅菌后輔以4%的碳酸氫鈉(配成溶液后經(jīng)0.22 μm過濾器過濾后加入到培養(yǎng)基中)后進(jìn)行凝固。在生物安全柜中，以100 μL移液器取樣，均勻涂布于培養(yǎng)基上。倒置放入20 ℃恒溫培養(yǎng)箱，培養(yǎng)7 d后計(jì)數(shù)。

2.2.4 檢測(cè)指標(biāo)

檢測(cè)供液管路中(SP2)每毫升B液中的細(xì)菌含量。

2.3 測(cè)試結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)一共采集64個(gè)樣本,其中實(shí)驗(yàn)組32個(gè)，對(duì)照組32個(gè)。對(duì)照組一共培養(yǎng)300次，實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)237次。表1列出了具體的培養(yǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，8組D0培養(yǎng)結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)細(xì)菌，說明8次化學(xué)消毒后無(wú)細(xì)菌殘留，符合實(shí)驗(yàn)條件。對(duì)照組第4天細(xì)菌平均含量(455 CFU/mL)，已經(jīng)超標(biāo)(100 CFU/mL)，最早出現(xiàn)超標(biāo)是在第2周期實(shí)驗(yàn)的第3天的一個(gè)培養(yǎng)結(jié)果(110 CFU/mL)。而實(shí)驗(yàn)組7天平均菌落數(shù)均未超標(biāo)。個(gè)體培養(yǎng)中，最早出現(xiàn)超標(biāo)是在第2培養(yǎng)周期的第6天(160 CFU/mL)。特別是隨著時(shí)間增加，兩組數(shù)據(jù)差異越來(lái)越大，對(duì)比效果明顯。采用重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)的兩因素多水平分析的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，通過SPSS軟件對(duì)比兩組數(shù)據(jù)，可以得出第3天開始P<0.05，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

為了解臭氧分解特性，在22 ℃陰天的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(圖3)?？梢钥闯鲎匀粭l件下臭氧分解較慢，分解曲線接近線性曲線。采用負(fù)壓除氣的方法，0～2 min臭氧析出較快，但后期分解速度緩慢。采用254 nm紫外線進(jìn)行分解，臭氧分解迅速，臭氧濃度在2 min內(nèi)迅速下降到1 mg/L以下，但在濃度0.20 mg/L以下分解相對(duì)緩慢。采用紫外線加除氣的方法效果相對(duì)明顯，特別是對(duì)低濃度的臭氧，可在9 min時(shí)濃度控制在0.01 mg/L以下。在除氣模式下，關(guān)閉負(fù)壓泵后臭氧濃度有小幅反彈，懷疑是臭氧再溶解導(dǎo)致。故可采用紫外線去除臭氧，待濃度控制在0.01 mg/L以下后，交替使用負(fù)壓泵進(jìn)一步除氣，減少潛在溶解量及風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 臭氧分解曲線Figure 3 Ozone decomposition curve

3 討論與結(jié)論

本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與改進(jìn)主要分為3個(gè)部分。(1) 采用了在線消毒的方式：通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控保證安全的前提下，對(duì)配液過程中產(chǎn)生的污染進(jìn)行及時(shí)消毒處理減少污染，且通過水路控制可以定期對(duì)配液桶、儲(chǔ)液桶及供液管道進(jìn)行臭氧消毒。目前國(guó)內(nèi)暫未發(fā)現(xiàn)有醫(yī)院直接采用在線消毒方式進(jìn)行消毒或者對(duì)消毒效果進(jìn)行研究。(2) 負(fù)壓除氣裝置的設(shè)計(jì)：在負(fù)壓的情況下有利于液體中氣體的排出，在一定程度上防止管道積累氣泡影響液體傳輸。(3) 紫外線除氣方式的設(shè)計(jì)：臭氧在254 nm紫外線的照射下，可迅速分解為氧氣，不產(chǎn)生二次污染，殺菌效果更強(qiáng)，減少消毒時(shí)間。

圖4 細(xì)菌增長(zhǎng)曲線Figure 4 Bacterial growth curve

本實(shí)驗(yàn)采用微型模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，基于模型裝置實(shí)驗(yàn)的局限性，B液配置儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)扰c真實(shí)操作過程有較大差距[7]，所得結(jié)果未必符合B液集中實(shí)際應(yīng)用情況，但通過對(duì)水體采樣發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組在采用臭氧在線消毒后，連續(xù)7天菌落數(shù)均值均在感控要求范圍內(nèi)。盡管在第2周期的第6天有發(fā)現(xiàn)細(xì)菌超標(biāo)情況，但相對(duì)對(duì)照組第3天或第4天超標(biāo)，狀況已經(jīng)大大改善，在一定程度上可以延長(zhǎng)系統(tǒng)全消毒周期間隔。通過圖4可以看出，對(duì)照組在7天時(shí)間內(nèi)細(xì)菌含量一直增加，后期呈現(xiàn)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)。如果提前介入處理，實(shí)驗(yàn)組細(xì)菌增長(zhǎng)平緩。故縮短全消毒間隔時(shí)間，可有效預(yù)防生物膜的產(chǎn)生。

傳統(tǒng)采用化學(xué)消毒，一般需周末加班，消毒液配置準(zhǔn)備時(shí)間約0.5 h，管道浸泡時(shí)間約1.5 h，沖洗及快速接頭沖洗檢測(cè)需約2 h，共需約4 h。而采用微型模型臭氧在線消毒，所需時(shí)間約1 h。在實(shí)際應(yīng)用中，具體時(shí)間可根據(jù)需要選擇，無(wú)需加班，有效減輕醫(yī)護(hù)人員負(fù)擔(dān)[8]。在實(shí)際應(yīng)用中，還可采用控制水路的方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全方位、無(wú)死角、無(wú)二次污染的徹底消毒。

由于多數(shù)醫(yī)院擔(dān)心有B液系統(tǒng)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)僅在極少數(shù)醫(yī)院使用[9]。目前流行于市場(chǎng)上的產(chǎn)品品牌較多，技術(shù)含量相對(duì)較低[10]，本實(shí)驗(yàn)對(duì)于B液配置器的感染控制有一定借鑒作用。在實(shí)際應(yīng)用過程中還需考慮臭氧濃度選擇，尾氣的破壞處理，臭氧強(qiáng)腐蝕性以及對(duì)管道零部件及B液的潛在影響等[11]。希望本實(shí)驗(yàn)?zāi)転槲磥?lái)B液的感染控制提供新的設(shè)備研制方向。