作者：陈仙明 吕维敏，杨笑鹤，沈小军，刘魁武
【摘要】 采用脉冲强光对接种于临床透析用水中的细菌进行杀灭试验研究，结果表明其杀菌效果与输入电压、辐照时间成正比，与辐照距离成反比。随着脉冲频率的增加，杀菌效果提升，当频率达到最佳状态后，脉冲频率的增加反而导致杀菌效果下降。实验测试表明在5 min辐照时间、30 mm辐照距离的条件下，输出功率仅为10 W的脉冲强光装置对15 ml水样进行灭菌实验，结果细菌致死率达到99.5%以上，可应用于透析用水杀菌。
【关键词】 脉冲强光;杀菌;透析用水;试验;效果
Abstract：Pulsed-light was used to treat bacteria， which inoculated from water in clinical hemodialysis. The results revealed that its sterilization effect was in direct ratio with input voltage and radiation time， while inverse ratio with radiation distance. As the increase of the pulse frequency， the sterilization effect was better at beginning， the sterilization effect became worse while pulse frequency increased exceeding the optimal frequency. The results also show that the generating device of pulsed-light with power of 10W， can achieve above 99.5% bacteria fatality rate in 15 ml water， with the condition of 5 min radiation time and 30 mm distances， and indicate the possibility of using the pulsed-light in the treating bacteria in water for hemodialysis.
Key words：Pulsed-light;Sterilization;Water for hemodialysis;Experiment;Effect
1 引 言
血液透析是维持肾衰患者生命的有效手段，透析治疗需用大量的水[1]。目前国内透析用水主要参考YY0572《血液透析和相关治疗用水》，该行业标准规定透析用水菌落总数小于100 CFU/ml。鉴于制水工艺不完善及维护不及时，导致我国透析用水实际质量不容乐观。2008年浙江省血液净化质量控制中心对省内部分三甲医院血液净化中心的水质抽样检查，结果表明近1/4的医院产水细菌超标。2004年湖南省疾病预防控制中心对该省14个市(州)99家医院的血液中心透析用水抽样检测，结果表明细菌总数不合格占29.3%[2]。透析用水细菌污染是急需密切关注的课题，鉴于检测技术的限制，目前所发现的污染状况只是实际污染情况的冰山一角[3]。因此，提高水处理设备对于细菌的杀灭与抑制能力，保障产水质量，提高透析效果具有非常重大的现实意义。
脉冲强光杀菌技术[4]是近年来开发的一种新型冷杀菌技术，以极强的电流通过充有惰性气体的灯管，其光谱与太阳光光谱相近，强度比太阳光强数千倍至数万倍。脉冲强光杀菌是可见光、红外光和紫外光的协同效应， 它们可对菌体细胞中的DNA、细胞膜、蛋白质和其他大分子产生不可逆的破坏作用， 从而杀灭微生物[5]。国内周万龙等[6]等最早对脉冲强光装置进行研究和分析，张佰清等[7]运用该技术对特定菌种进行杀灭效果的试验研究，江天宝等[8]则将该技术直接应用于食品杀菌方面的试验研究。
脉冲强光作为一种新型的高效杀菌技术，还未见其应用于血液透析用水灭菌处理的相关报道。本研究旨在研究该技术对透析用水中细菌的杀灭效果及其影响因素分析，为最终评估其在血液透析用水处理设备中的应用提供理论和实验依据。
2 试验部分
2.1 杀菌试验平台
自制小型脉冲强光杀菌试验平台，见图1，平台主要由C5602型脉冲强光发生装置(日本滨松)及配套L4641型光源组成，并包括载物台、支架、距离调整机构及器皿等辅助结构。通过对强光发生装置的参数调整，实现输出电压0～1 000 V范围内可调，脉冲频率10～100 Hz范围内可调。通过对距离调整机构的调整，可实现辐照距离30～80 mm范围内的精确调节。
2.2 常规仪器
SW-CJ-2FD型超净工作台(苏州净化设备公司)，N-800M型显微镜系统(宁波永新)，MIR-162型细菌培养箱(日本三洋)，MLS-3020型消毒锅(日本三洋)，GRX20型干热清毒箱(上海精宏)，JA1003型电子天平(上海江仪)，HXC-306型低温冰箱(海尔)。
2.3 原料和试剂
试验用菌种接种于2007年1月安装浙江建德中医院并使用至今的自制ZMD-2ROED-2000型[9]制水设备的产水。将取自临床使用的适量水样滴加到营养肉汤培养基和麦芽汁培养基中，并放入细菌培养箱内培养，使细菌数达到108CFU/mL以上，保存菌液于4℃的低温冰箱中备用。
2.4 试验方法
用备用菌液和灭菌蒸馏水配置试验样品，控制样品含菌量于105CFU/mL左右。试验通过两个并行样品对比培养分析，将配置好的样品倒入2个同规格的器皿中，每份器皿均含15 ml样品。在无菌环境下，一份置于试验平台下，并保证其处于强光辐照范围内，另一份置于相同环境下，但不处于辐照范围。根据预定实验方案，设置和控制输入电压、脉冲频率、辐照时间及辐照距离，对器皿进行杀菌处理。待杀菌处理完毕后，对两份器皿内的液体按照稀释培养法进行测试验证，在条件恒定的情况下，也采用基于滤膜上细菌直接计数法的细菌总数快速检测[10]测试细菌总数，使的本实验过程中大量对照检测成为可能。
2.5 分析方法
实验结果以杀菌率作为测试依据，分析各因素对脉冲强光灭菌效果的影响。各组菌落数采用标准平板计数法测定，杀菌率采用以下公式进行计算。
杀菌率(%)=对照菌数-处理残菌数对照菌数×100
3 试验结果与分析
3.1 输入电压对杀菌率的影响
设置杀菌试验平台中脉冲强光发生装置的脉冲频率为100 Hz，调整辐照距离为30 mm，限制辐照时间为5 min，调整不同的输入电压，研究各组电压状态下，脉冲强光对细菌的杀灭效果，实验结果见图2。可以看出输入电压在0～600 V以内，随着电压的增加，杀菌效果线性提升，但在600～1 000 V的范围内，杀菌率已达89%以上，随着电压的增加，杀菌率提升效果减弱。这是由于输入电压大小直接与输出脉冲光强成正比，而脉冲光强是此装置实现杀菌效果的一个重要因素。
3.2 脉冲频率对杀菌率的影响
设置杀菌试验平台中脉冲强光发生装置的输入电压为1 000 V，调整辐照距离30 mm，限制辐照时间图2 输入电压对杀菌率的影响为5 min，调整脉冲频率，研究各组频率对应的杀菌效果，实验结果见图3。
可以看出脉冲频率在10～55 Hz内，随着频率的增加，杀菌效果逐渐提高，而55～100 Hz范围内随着频率的增加，杀菌效果开始下降，在约55 Hz处出现最佳状态。当脉冲频率太低时，细菌在辐照总时间内，积累的能量未达到最低致死标准，进而影响灭菌效果。当脉冲频率太高时，装置输出功率一定的状况下，单次光强下降，造成细菌亚致死，使杀灭效果弱化
3.3 辐照时间对杀菌率的影响
设置杀菌试验平台中脉冲强光发生装置的输入电压为1 000 V，脉冲频率为100 Hz，调整辐照距离为30 mm，研究辐照时间对水中细菌杀灭效果的影响，实验结果见图4。
可以看出脉冲强光对细菌的杀灭效果与辐照时间成正比。辐照时间在4 min时，杀菌率达到97%，随后即使辐照时间继续增加，灭菌效果增加有限。说明脉冲强光对细菌的杀灭是基于对光能量积累的过程。每个装置在一定的条件下，均具备对应的最少灭菌额定时间，当实际辐照时间小于该额定时间时，杀菌效果将明显减弱。图4 辐照时间对杀菌率的影响
3.4 辐照距离对杀菌率的影响
设置杀菌试验平台中脉冲强光发生装置的输入电压为1 000 V，脉冲频率为100 Hz，限制辐照时间为5 min，通过调整辐照距离，研究不同辐照距离下脉冲强光对细菌的杀灭效果，实验结果见图5。
可以看出在辐照距离65 mm内，辐照距离的变化对灭菌效果影响不大，但在65～80 mm之间，随着辐照距离的增加，灭菌效果明显下降。说明脉冲强光具备一定的有效辐照距离，一旦超过该距离，其杀菌效果将明显减弱，甚至起不到灭菌作用。
4 结论
在自制脉冲强光杀菌试验平台下对接种于临床血液透析用水中的细菌进行了杀灭试验。通过实验测试分析研究各因素与杀菌效果的关系，结果表明杀菌效果与输入电压、辐照时间成正比，与辐照距离成反比，脉冲频率存在最优状态。
本实验所采用的脉冲强光装置输出功率仅为10 W，在辐照时间5 min、辐照距离30 mm的条件下，对15 ml的水样进行杀菌实验，结果达到99.5%的细菌致死效果，表明脉冲强光具有很强的杀菌效果，可应用于水处理设备进行杀菌。
参考文献
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