一种供液系统在线消毒方式的改进与研究

徐明明 吕庆文 白路花1,

0 引言

血液透析是急慢性肾功能衰竭等疾病的主要治疗方式。血液透析室集中供浓缩液系统的应用改变了传统透析中“一机两桶”的模式，因为其节约成本、安全简便、便于管理等特点，成为浓缩液供应发展的主要方式之一[1]。血液透析室集中供浓缩液系统分为供A液及B液系统。其中A液为酸性，pH在2～5 之间，不适合细菌生长，而B液pH在 7.7～7.9，为弱碱性，适合细菌生长，时常难以控制，给患者的透析安全带来风险[2]。根据最新血液净化标准操作规程(2021版)的规定，含碳酸氢盐的浓缩透析液的细菌总数需小于 100 CFU/mL。B液的污染源大部分为配液过程中难以避免的操作引起，如在干粉的添加阶段，由于配液桶盖子长时间打开使得B液暴露在空气中，且干粉倒入时也会带入潜在污染物等；此外B液的长时间空置或者不消毒就直接配液也常常造成细菌超标。因此B液的定期消毒对透析液感染控制及患者的透析质量尤为重要。

以往的消毒方式往往是化学消毒或者热消毒，化学消毒需要在周末设备停用后进行，过程复杂耗时，加重工程技术人员负担且需检测消毒剂残留，存在一定风险。而热消毒温度需达到80 ℃以上，设备造价及材料要求均比较高，设备耗能明显，且须进行管道配液冲洗，过程亦是复杂[3]。目前臭氧消毒在世界范围内得到广泛应用。臭氧可以有效去除杂质与具有杀菌能力[4],而且经它处理后在水中不产生二次污染,多余的臭氧会较快分解为氧气而不似氯剂在水中形成氯氨、氯仿等致癌物质,因而被世界公认为最安全的消毒剂。人体血液中含有缓冲盐及抗氧化成分，可中和臭氧的氧化作用。Bocci的研究表明，80 μg/mL的臭氧在自体回输中也不会引起副作用。由于存在个体差异，一般浓度在60 μg/mL以下被认为是安全的。臭氧已广泛应用于脊柱髓核消融、软组织消毒、自血治疗等的治疗，安全性有一定的保障。故笔者通过设计设备小型模型，采用在线臭氧消毒的方式，希望达到改进效果。

1 臭氧消毒装置

1.1 设计思路

本设计目的是使装置能在正常使用过程中，采用臭氧为B液在线消毒且消毒能达到预期效果。笔者在康盛KCDS200-B型供液系统的基础上按1∶20的比例改造设计出集中供B液小型模拟装置。为获得相对准确的消毒效果，尽可能在操作步骤及时间上模拟在配液、储液、供液过程中的实际应用。本设计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，达到 6 mg/L 的浓度进行持续消毒5 min。消毒后，开启254 nm紫外灯后对B液中的臭氧进行快速分解。期间通过臭氧浓度传感器进行在线监测。当监测浓度为0.01 mg/L以下时，改变水路控制的同时使搅拌泵工作产生负压，进一步析出未监测到的溶解臭氧。由于透析机浓缩液与反渗水比例为1.225∶32.775[5]，温度为37 ℃，消毒后配液储液输液有一定时间，可进一步对潜在的臭氧进行稀释高温分解，达到安全使用的目的[6]。

1.2 装置结构组成

根据图1可以看出装置由医用氧气瓶(S1)、臭氧机(S2)、配液桶(S3)、储液桶 (S4)、流量计(L1)、除气小孔(L2)、分气室(L3)、单向阀(D1、D2、D3)、0.22 μm空气过滤器过滤器(F1、F2、F3)、阀门(V1～V8)、搅拌泵(P1)、流量泵(P2)、取样口(SP1、SP2)、臭氧浓度传感器(Os)、254 nm紫外灯(UV)等组成。图2中给出了具体的制作实物并标注了主要部件的相应位置。

图1 水路设计图Figure 1 Waterway design

图2 实物图Figure 2 Physical diagram

1.3 工作原理

设备具有配液、制氧消毒、除氧、液体传送、供液监测功能。配液阶段：V1关闭，V2阀打开进入反渗水，经单向阀(防止液体反流污染纯水)流入储液桶达到指定水位(如9 L)后关闭，打开配液桶盖加入无菌干粉(747 g)后密封，开启V3、V4、P1搅拌泵待完全溶解后关闭配液完成，当长时间或者无连续配液时，可加入纯水，进行冲洗，经底部排水口排出。制氧消毒阶段：采用医用纯氧经流量计控制在0.5 mL/s 的速度进氧，经臭氧机发生器产生臭氧后经F1(0.22 μm细菌过滤器)除去潜在污染物，经D1单向阀进入配液桶，V3、V5、V7开启，V4、V6、V8、UV关闭，开启P1搅拌泵进行搅拌混合。经过2 min后观察Os臭氧浓度传感器使其大约稳定在6 mg/L持续5 min。除臭氧阶段：254 nm UV开启，开启P1泵臭氧可迅速分解。在V3、V4、V6、V8关闭时，通过P1泵产生的0.1 MPa左右的负压可进一步分离出残余的臭氧，经L3空气分离室随液体回流到S3配液桶。传送阶段：当Os传感器没有检测到臭氧时，可进行液体传送，V4、V8关闭，V6、V7打开可进入到储液桶。供液阶段：V5、V7 关闭V6、V8打开，通过P2传输泵分两路进行传输，一路供给SP2取样口，可作为血液透析机使用接入口。另一路经Os传感器进行实时监控。图中，D2、D3单向阀是为了预防V8阀泄露臭氧污染输送液。F1、F2、F3为0.22 μm空气过滤器，避免容器暴露，造成污染。Os传感器，因设计模型经济因素选择制氧、除氧、供液检测共用。实际操作时，配液及传液需分开，避免公用管道的液体残留。

2 实际应用及结果分析

系统测试的目的是为了了解臭氧消毒的效果。根据实验结果和实际应用进一步延长消毒间隔时间。在一定程度上，了解装置的消毒状况，进而与康盛KCDS200-B实际消毒情况进行对比，了解装置是否便捷。

2.1 实验仪器

实验测试中需要的主要设备有自制水路模型、灭菌器、生物安全柜、超净工作台、低温储藏箱、 100 μL、10 μL移液器、20 ℃恒温培养箱等，及R2A培养基。

2.2 测试方法及步骤

2.2.1 实验分组

实验分A、B两组。A组为对照组，取每天冲洗配液后24 h样品，连续7天为一个周期。B组为实验组，每次配液经臭氧消毒后取24 h样品，连续7天。A、B两组各4个测试周期。

2.2.2 样本采集

B液采样：装置组装完成后打开V1、V2阀进入反渗水，到达指定水位后(9 L)关闭V2,打开配液桶盖子加入160 mL的 17%的过氧乙酸消毒液，制成0.3%左右的消毒水。传送4.5 L进入储液桶后对其四周浸泡循环30 min。后排出消毒水，采用反渗水进行四周冲洗，直到排出口检查试纸为纯白色，浓度在0.5 mg/L以下。对照组加入反渗水(9 L)后倒入干粉(747 g)制成B液，待溶解后循环10 min，传送后再循环10 min。在SP2处取得样品D0，进行细菌培养，验证化学消毒效果。取样过程中需对取样口进行酒精消毒，采用小针头无菌注射器无菌操作取样。24 h后在SP2处取得样品D1，储液桶留存1 L，多余排出。配液后继续传送3.5 L 至储液桶，第2天取得样品D2。依次类推取得D3～D7等，在取得样品后立刻送到实验室进行培养。实验组在关闭紫外灯的情况下进行实验，每天配液结束后，采用浓度为6 mg/L以上的臭氧消毒5 min，待浓度为零后传送到配液桶，后续操作方法和对照组一样，24 h后取样。重复操作7天，取得实验组D0～D7。

2.2.3 细菌培养

采用涂布平板法90 mm培养皿获得细菌总数。R2A琼脂培养基高温灭菌后辅以4%的碳酸氢钠(配成溶液后经0.22 μm过滤器过滤后加入到培养基中)后进行凝固。在生物安全柜中，以100 μL移液器取样，均匀涂布于培养基上。倒置放入20 ℃恒温培养箱，培养7 d后计数。

2.2.4 检测指标

检测供液管路中(SP2)每毫升B液中的细菌含量。

2.3 测试结果及分析

本实验一共采集64个样本,其中实验组32个，对照组32个。对照组一共培养300次，实验组培养237次。表1列出了具体的培养统计结果，8组D0培养结果均未发现细菌，说明8次化学消毒后无细菌残留，符合实验条件。对照组第4天细菌平均含量(455 CFU/mL)，已经超标(100 CFU/mL)，最早出现超标是在第2周期实验的第3天的一个培养结果(110 CFU/mL)。而实验组7天平均菌落数均未超标。个体培养中，最早出现超标是在第2培养周期的第6天(160 CFU/mL)。特别是随着时间增加，两组数据差异越来越大，对比效果明显。采用重复测量数据的两因素多水平分析的统计学方法，通过SPSS软件对比两组数据，可以得出第3天开始P<0.05，差异具有统计学意义。

为了解臭氧分解特性，在22 ℃阴天的情况下进行实验(图3)。可以看出自然条件下臭氧分解较慢，分解曲线接近线性曲线。采用负压除气的方法，0～2 min臭氧析出较快，但后期分解速度缓慢。采用254 nm紫外线进行分解，臭氧分解迅速，臭氧浓度在2 min内迅速下降到1 mg/L以下，但在浓度0.20 mg/L以下分解相对缓慢。采用紫外线加除气的方法效果相对明显，特别是对低浓度的臭氧，可在9 min时浓度控制在0.01 mg/L以下。在除气模式下，关闭负压泵后臭氧浓度有小幅反弹，怀疑是臭氧再溶解导致。故可采用紫外线去除臭氧，待浓度控制在0.01 mg/L以下后，交替使用负压泵进一步除气，减少潜在溶解量及风险。

图3 臭氧分解曲线Figure 3 Ozone decomposition curve

3 讨论与结论

本设计的创新与改进主要分为3个部分。(1) 采用了在线消毒的方式：通过传感器实时监控保证安全的前提下，对配液过程中产生的污染进行及时消毒处理减少污染，且通过水路控制可以定期对配液桶、储液桶及供液管道进行臭氧消毒。目前国内暂未发现有医院直接采用在线消毒方式进行消毒或者对消毒效果进行研究。(2) 负压除气装置的设计：在负压的情况下有利于液体中气体的排出，在一定程度上防止管道积累气泡影响液体传输。(3) 紫外线除气方式的设计：臭氧在254 nm紫外线的照射下，可迅速分解为氧气，不产生二次污染，杀菌效果更强，减少消毒时间。

图4 细菌增长曲线Figure 4 Bacterial growth curve

本实验采用微型模型进行实验，基于模型装置实验的局限性，B液配置储存运输等与真实操作过程有较大差距[7]，所得结果未必符合B液集中实际应用情况，但通过对水体采样发现，实验组在采用臭氧在线消毒后，连续7天菌落数均值均在感控要求范围内。尽管在第2周期的第6天有发现细菌超标情况，但相对对照组第3天或第4天超标，状况已经大大改善，在一定程度上可以延长系统全消毒周期间隔。通过图4可以看出，对照组在7天时间内细菌含量一直增加，后期呈现对数增长。如果提前介入处理，实验组细菌增长平缓。故缩短全消毒间隔时间，可有效预防生物膜的产生。

传统采用化学消毒，一般需周末加班，消毒液配置准备时间约0.5 h，管道浸泡时间约1.5 h，冲洗及快速接头冲洗检测需约2 h，共需约4 h。而采用微型模型臭氧在线消毒，所需时间约1 h。在实际应用中，具体时间可根据需要选择，无需加班，有效减轻医护人员负担[8]。在实际应用中，还可采用控制水路的方法，对系统进行全方位、无死角、无二次污染的彻底消毒。

由于多数医院担心有B液系统超标风险，系统仅在极少数医院使用[9]。目前流行于市场上的产品品牌较多，技术含量相对较低[10]，本实验对于B液配置器的感染控制有一定借鉴作用。在实际应用过程中还需考虑臭氧浓度选择，尾气的破坏处理，臭氧强腐蚀性以及对管道零部件及B液的潜在影响等[11]。希望本实验能为未来B液的感染控制提供新的设备研制方向。