摘要 分析了等離子滅菌的原理，並據此給出了過氧化氫低溫等離子滅菌的過程及設備的工作流程圖；提出了系統設計的要求，並據此架構了系統組成框圖；根據對密封門運動過程的分析，提出了可編程邏輯器件控制其運動的狀態圖；微控制器是整個系統的主控制器，通過微控制器控制系統工作的程序流程圖也給出。
關鍵詞 過氧化氫；等離子滅菌設備；微控制器；可編程控制器；流程圖
The Design of the Plasma Sterilization Equipment and Its Process Control Using H2O2 in low Temperature
LEI Jian-long
Department of Electronics of Wuhan Institute of Shipbuilding Technology 430050
Abstract The principle of plasma sterilization is analyzed, according which the process of the plasma sterilization using H2O2 in low temperature and its flow chart is given out. The system’s design demands is put out, by which the structure frame is build up. The station diagram of movement of the gates controlled by PLD is put out by analyzing the process of their moving. The MCU acts as the main controller of the whole system. The action flow chart of the MCU controlling the process of the system is also give out.
Key words H2O2; Plasma sterilization equipment; MCU; PLD; Flow chart
1引言
消毒滅菌是醫院最重要的基礎工作之壹，隨著醫療工作的需要和醫療器械產品的發展，醫學界對消毒滅菌工作提出了更高的要求和期望，因此，企業界也在努力研究開發適於當今需要的新型滅菌設備。新型滅菌設備必需具備高效、低溫、低濕、無毒的某些特點，各國科技人員正致力於更完善的醫用滅菌設備研究[1,2]。
過氧化氫等離子體滅菌最大特點是，低溫無毒，滅菌完成後沒有殘留物，立即可以使用。由於它具有：①不使用有毒物質，對人及環境都十分安全；②滅菌時間短，且可不必進行通風，被滅菌物取出後立即可以使用；③滅菌溫度只有45℃，濕度只有10%RH，是真正的低溫、低濕；④僅需要電源，全部滅菌程序自動化，操作簡單；⑤滅菌時間短，在減少器械的庫存的情況下同樣能夠應付較多的手術需要，達到降低成本、提高效率、增加收入的目標[3]。
2 等離子滅菌原理
等離子體是固態、液態和氣態以外的壹種新的物態體系，人們通常稱之為第四態。它是壹種高度的電離氣體雲，等離子體是由某些氣體或氣態物質在強電磁場作用下，形成氣體電暈放電，氣體電離而產生，如用過氧化氫作為產生離子雲的活性主體。過氧化氫先處於初始態，當對其加壹定強度的電場時，電子從某些原子中剝離出來，導致粒子加速運動。當剝離的電子與原子重新組合時，或者當激活原子中的電子從高能態轉到低能態時，就產生了輝光。在等離子雲中分子產生碰撞，過氧化氫轉變成過氧化氫自由基和羥自由基、水和氧。而原子氧、自由基等活性物質，易與細菌體內蛋白質和核酸發生反應，擾亂微生物的生存功能。且在等離子體產生的過程中，由於輝光放電，可放出大量的紫外線，也能起到消毒作用。
其滅菌作用機理主要包括以下三方面[4]：
□ 活性基團的作用：
等離子體中含有的大量活性氧離子、高能自由基團等成分，極易與細菌、黴菌及芽孢、病毒中蛋白質和核酸物質發生氧化反應而變性，使各類微生物死亡。
□ 高速粒子擊穿作用：
在滅菌實驗後，通過電鏡觀察經等離子體作用後的細菌菌體與病毒顆粒圖像，均呈現千瘡百孔狀，這是由具有高動能的電子和離子產生的擊穿蝕刻效應所致。
□ 紫外線的作用：
在激發H2O2形成等離子體的過程中，伴隨有部分紫外線產生，這種高能紫外光子（3.3～3.6eV）被微生物或病毒中蛋白質所吸收，致使其分子變性失活。
3 過氧化氫等離子滅菌系統的工作過程
過氧化氫等離子滅菌系統滅菌過程為雙循環滅菌，分四個階段[5]：準備期，第壹滅菌期，第二滅菌期，以及最後通風期。
(1)真空期是滅菌過程的第壹階段(1托即1Torr(torr)=lmmHg=1．33322×lOZPa)，腔內壓力經過抽真空降到700毫托，進入等離子階段，這時腔內壓力被控制在500毫托，短循環10分鐘，長短循環15分鐘，水分蒸發並通過真空泵抽出腔外，有助於將物品表面或內部的殘留濕氣驅除幹凈。15分鐘後通風閥打開，經過過濾的空氣進入腔體，當壓力達到大氣壓時，真空泵再次工作，將腔內壓力降低到0．4托。然後進入第二階段，也即第壹滅菌期。
(2)第壹滅菌期分註射階段、擴散階段、等離子階段。首先註射針頭刺穿含濃度為59％過氧化氫的膠囊，由於腔內已抽為高真空，過氧化氫迅速汽化並充分擴散，這壹過程過氧化氫已有對生物組織的致死作用。膠囊位於卡盒中，每盒含十個膠囊，可以完成五個消毒滅菌周期，卡盒的位置和註射由軟件控制和監測，註射過程持續6分鐘。然後經過過濾的空氣進入腔內(短循環2分鐘，長循環10分鐘)，使得過氧化氫擴散到腔內各個角落以及被滅菌器械的表面。真空泵再次將腔內壓力由760托降到0．5托，進入等離子階段，腔內被載入持續兩分鐘的射頻，發生輝光放電，過氧化氫衍生出等離子體，它能幹預和破壞微生物的生成，壹旦射頻停止，等離子氣就轉換為無害的水汽和氧氣。最後真空泵再次將壓力從0．5托降低到0．4托，進入第三階段，也即第二滅菌周期。
(3)第二滅菌周期和第壹滅菌周期完全相同，等離子階段結束後，進入第四階段，通風階段。
(4)在通風階段，進氣閥打開，經過過濾的空氣進入腔內，壓力回到大氣壓力，滅菌過程結束。整個滅菌過程持續55分鐘，長循環72分鐘。
設計的過氧化氫低溫等離子滅菌設備的工作流程如圖1所示。
4 系統設計及架構
根據對過氧化氫低溫等離子滅菌設備工作過程的分析及醫院實際工作環境的要求，提出了下面的設計要求：
※ 尺寸：752(寬度)×1675（高度）×835（深度）mm 。滅菌室由前後兩層密封門組成，其運動由四臺電機控制，分別控制其上下運動和拉緊。
※ 重量：430Kg
※ 總容積：80公升
※ 可用容積：71公升
※ 電源：210V-240V/50-60HZ16A單相3KW
※ 操作環境：5℃－40℃，0－95％的相對濕度
※ 滅菌溫度：35℃
※ 整個過程：30－70分鐘
※ 過氧化氫用量：7m L
※ 顯示和打印:前後各壹塊5.6英寸的液晶屏顯示，實時顯示工作過程及操作提示。並有報警裝置（真空泵過熱及滅菌結束報警）、自動存儲打印功能。
※ 啟動及過程控制方式:全部操作通過觸摸屏壹鍵啟支操作完成，同時對每壹步驟都也可通過觸摸屏手動完成。
※ 工業手機模塊:可以通過通用移動通信網傳輸滅菌過程中的信息和數據。
根據設備的技術要求，設計的系統組成框圖如圖2所示。
4.1 系統組成框圖
4.2 門運動及拉緊控制的狀態轉移圖
系統中兩個門的運動通過可編程邏輯器件完成，以可編程邏輯控制器件（PLD）實現門運動及拉緊控制的狀態轉移（如圖1所示），可以實現高穩定性、實時控制。在狀態控制轉移圖中，分初始、空閑、門1上升、門1拉緊、門2上升、門2拉緊以及手動態七種狀態，其中手動態專門為手動控制設計，手動態時用戶可以在（控制箱面板上）手控點動，也可以點擊啟動，重新進入自動門運動及拉緊控制狀態。其運動狀態轉移圖如圖3所示。
4.3真空循環進水、放電滅菌過程的微處理器時序流程圖
滅菌室的工作過程通過微控制器來實現，以微處理器控制真空循環進水、放電滅菌過程，在過程控制中同步打印和發送手機短信；在循環進水、放電滅菌過程進行真空控制，即在過程中真空度大於0.5托時抽真空，抽至0.4托時停止抽真空。如果壹次循環中未進行抽真空，則進行壹次抽真空,或在壹次循環中抽真空未到0.4托時繼續抽真空。其工作時序流程圖如圖4所示。
過氧化氫低溫等離子滅菌設備的研制現已進入實施階段，由於采用了上述設計的過程控制方案，其控制部分工作穩定可靠，且成本較低。
參考文獻
[1] 魏靜蓉，李斌.醫用滅菌設備的使用進展[J].醫療衛生裝備,2005，26（9）
[2] 沈逸君.醫院消毒滅菌設備概論[J].中國醫學裝備，2005，2（l0）
[3] 黃靖雄．低溫滅菌的研究[J].中華醫院感染學雜誌，2002(8)：601～60
[4] Laroussi M，Richardson J P．Dobbs F C．Effects of non—equilibrium atmospheric pressure plasma on their cell morphology pathways of bacteria and on their cell morphology[J]．Appl phys lett，2002．8l(2)：772-774
[5] 倪萍.過氧化氫低溫等離子滅菌系統的工作原理及使用註意事項[J].醫療設備信息，2005，20（7）