CN117062780A - 电活化超氧化水及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以反渗透去离子水大规模生产的电活化超氧化水(EASW)。该电活化超氧化水用作伤口愈合中的抗微生物剂、消毒剂及清洁剂。
Description
技术领域
本发明总体涉及氧化水，尤其涉及电活化超氧化水。
背景技术
电解水也称电活化水或电化学活化水溶液，通过对含有溶解氯化钠或其他碱金属盐的自来水进行水解的方式生产。此类盐溶液的电解可产生次氯酸和氢氧化钠的溶液。电解水用作消毒剂。
几个世纪以来，感染一直是全球数百万人面临的关键挑战之一。感染根据所涉及的微生物类型或作用于宿主的感染源进行分类。一些感染人类的致命性微生物感染为脑膜炎、肺炎、结核病、肉毒杆菌中毒、炭疽病及***。
此外，慢性伤口发展出的生物膜及医疗设备相关感染对医疗服务构成巨大威胁，并成为患者发病与死亡的主要原因。多达80％的慢性细菌感染涉及由相关微生物形成的生物膜。一般情况下，当自由漂浮的微生物在伤口上寄居或留于医用表面上时，开始形成生物膜。随后，胞外多聚物(EPS)将细菌及其他微生物群落粘结在一起，从而形成三维结构。生物膜的这一结构可成为内嵌细菌细胞的保护屏障，使其免受所施加的任何物理及化学治疗的影响。因此，生物膜已知会对抗生素及免疫反应具有高度耐药性，从而使得慢性感染的临床治疗引发并发症。
目前的抗生物膜方法主要着重于通过活性抗生物膜剂打断生物膜的形成过程，或者通过抗生物膜涂层等生物工程方法阻断生物膜的形成。虽然目前已存在抗生物膜技术而且其获得了成功，但是患者仍然存在伤口感染的风险。因此，需要一种对生物膜有效的抗菌溶液。
新冠大流行的态势教给我们在日常生活中采取预防机制的重要性。未知的传染疾病令人生畏，而且针对冠状病毒的疫苗仍处于证明其有效性的早期阶段。具有成熟标准的电活化超氧化水已证明对冠状病毒(SARS-CoV-2)有效——其可在30秒内将病毒减少9.9％。
电活化超氧化溶液(或称电活化超氧化水)通过对盐水进行电解的方式制成。传统电解槽仅能产生少量不稳定的低pH氧化水并形成次氯酸盐(漂白剂)。因此，需要开发一种大规模生产对微生物感染更有效且能够用作伤口愈合的消毒剂或清洁剂的电活化超氧化水的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供对微生物感染有效的电活化超氧化水。
本发明的另一目的在于提供对微生物生物膜有效的电活化超氧化水。
本发明的又一目的在于提供一种大规模生产电活化超氧化水的方法。
本发明的另一目的在于提供对微生物感染更加有效的电活化超氧化水。
本发明的另一目的在于提供可用作伤口愈合的消毒剂或清洁剂的电活化超氧化水。
本发明的又一目的在于提供一种适用于包括终末消毒，饮用水卫生，踏入消毒与车轮消毒，雾化消毒，家禽饲养场、渔场及一般农业用途空气消毒，手部与表面消毒，医疗设备与伤口护理的一般性消毒在内的各种医疗和非医疗领域用途的电活化超氧化水。
根据本发明实施方式，提供一种电活化超氧化水。该电活化超氧化水包括次氯酸、次氯酸钠(NaOCl)、氯化钠(NaCl)以及纯化水。次氯酸含量为0.0002％～0.01％。次氯酸钠(NaOCl)和氯化钠(NaCl)的总浓度小于等于0.1％，水的浓度为99.9％。
根据本发明实施方式，电活化超氧化水水具有5.5～8.0范围内的pH。
根据本发明实施方式，电活化超氧化水包括30ppm～500ppm范围内的游离有效氯以及>850mV的氧化还原电位(ORP)。
根据本发明实施方式，电活化超氧化水对多种细菌有效，其中，多种细菌包括大肠杆菌(Escherichia coli)、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、沙门氏菌属(Salmonella sp.)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aereus)、李斯特氏菌属(Listeria sp.)、军团菌属(Legionella sp.)以及恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。
根据本发明实施方式，电活化超氧化水对多种真菌有效，其中，多种真菌包括白色念珠菌(Candida albicans)、枯草杆菌(Bacilus subtilis)、难辨梭菌(Clostridiumdifficile)以及生孢梭菌(Clostridium sporogenes)。
根据本发明实施方式，电活化超氧化水对多种孢子有效，其中，多种孢子包括须癣毛癣菌(Trichophytan mentagrophytes)、申克氏孢子丝菌(Sporothrix schenckii)以及耳念珠菌(Candida auris)。
根据本发明实施方式，电活化超氧化水对SARS-CoV-2有效。
根据本发明实施方式，提供一种合成电活化超氧化水的方法。该方法包括：在电解室或水力发电机内，以直流电流电解含氯化钠的水，其中，电解室利用含纯干真空盐的反渗透去离子水生产电活化超氧化水。
根据本发明实施方式，提供一种合成电活化超氧化水的方法，包括：以冷却器(101)将反渗透(RO)水冷却至20～25℃温度范围。随后，通过使冷却后的水通过紫外(UV)净化器(102)，将冷却后的水消毒。其后，使冷却后的水通过超精细滤芯(i.e.)和紫外净化器(103)。滤芯尺寸为0.45μm和0.2μm。之后，将水进料至用于电离(104)的水力发电机。水力发电机使用直流电流生产电活化超氧化水。水力发电机包括用于驱动NaCl至HOCl反应的至少两个电解槽，其中，两个电解槽为阴极和阳极。HOCl在阳极槽内生产，NaOH在阴极槽内生产。水的pH维持于5.5～8.0范围内。
根据本发明实施方式，提供一种生产电活化超氧化水的***。该***包括带有反渗透去离子水***的水力发电机，其中，水力发电机包括用于电活化食盐(NaCl)溶液或盐水溶液的电解器(槽)。电解器包括至少两个腔室，其中，两个腔室为阳极腔室和阴极腔室。阳极腔室和阴极腔室由隔膜隔开，每一者具有电极，一个为正，一个为负，而且其中，在一定体积的盐水经过负极腔室处理后，直流电流流过溶液，从而使正极腔室生成阳极电解液。自阳极电解液输出接头收集用于生产电活化超氧化水(EASW)的中性阳极电解液。
根据本发明另一实施方式，一种生产电活化超氧化水的***包括带有反渗透去离子水***的水力发电机。水力发电机包括用于电活化食盐(NaCl)溶液或盐水溶液的电解器(槽)。电解器包括至少两个腔室。两个腔室为阳极腔室和阴极腔室。阳极腔室和阴极腔室由隔膜隔开，每一者具有电极，一个为正，一个为负。在一定体积的盐水经过负极腔室处理后，直流电流流过溶液，从而使正极腔室生成阳极电解液。自阳极电解液输出接头收集用于生产电活化超氧化水(EASW)的中性阳极电解液。该***还包括pH控制器及储槽。
在结合下文及附图加以考虑时，可更佳理解和领会本文实施方式的上述及其他方面。然而，应该理解的是，虽然下文中给出了优选实施方式及其许多具体细节，但是其仅处于说明而非限制目的。在不脱离本文实施方式的精神的情况下，还可在其范围内做出多种变更和修饰方案，而且本文实施方式包括所有的此类修饰方案。
附图说明
通过参考附图阅读下文，本发明的其他目的、特征及优点将会显而易见。附图中，相应部件以类似参考数字表示。
图1A为根据本发明实施方式合成电活化超氧化水的方法的步骤流程图。
图1所示为根据本发明实施方式的500LPH纯水***(RO/DI)。
图2所示为根据本发明实施方式的水力发电机处理工艺。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明进行详细描述。
本发明的各种实施方式提供电活化超氧化水。该电活化超氧化水包括次氯酸、次氯酸钠(NaOCl)、氯化钠(NaCl)及纯化水。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水具有5.5～8.0范围内的pH。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水包括30ppm～500ppm范围内的游离有效氯以及>850mV的氧化还原电位(ORP)。该电活化超氧化水能够杀死包括细菌、真菌及病毒在内的各种微生物。
根据本发明实施方式，提供一种电活化超氧化水。该电活化超氧化水用作慢性伤口的清洁剂。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水确证对生物膜和冠状病毒(SARS-CoV-2)有效。此外，该电活化超氧化水还可用于伤口管理之外的消毒用途。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水用作杀细菌剂、杀真菌剂及杀孢子剂。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水对多种细菌有效，其中，该多种细菌包括大肠杆菌(Escherichia coli)、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、沙门氏菌属(Salmonella sp.)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aereus)、李斯特氏菌属(Listeria sp.)、军团菌属(Legionella sp.)及恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水对多种真菌有效，其中，该多种真菌包括白色念珠菌(Candida albicans)、枯草杆菌(Bacilus subtilis)、难辨梭菌(Clostridiumdifficile)及生孢梭菌(Clostridium sporogenes)。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水对多种孢子有效，其中，该多种孢子包括须癣毛癣菌(Trichophytan mentagrophytes)、申克氏孢子丝菌(Sporothrix schenckii)及耳念珠菌(Candida auris)。
根据本发明实施方式，该电活化超氧化水对SARS-CoV-2有效。
根据本发明实施方式，提供一种合成电活化超氧化水的方法。该方法采用电解室或水力发电机，其中，电解室利用含纯干真空盐的反渗透去离子水生产电活化超氧化水。
结合图1，一种合成电活化超氧化水的方法包括：以冷却器(101)将反渗透(RO)水冷却至20～25℃温度范围。随后，使冷却后的水通过紫外(UV)净化器(102)，以对冷却后的水进行消毒。其后，使冷却后的水通过超精细滤芯(i.e.)及紫外净化器(103)。滤芯尺寸为0.45μm和0.2μm。随后，将水进料于用于电离(104)的水力发电机。水力发电机通过直流电流生产电活化超氧化水。水力发电机包括至少两个电解槽，以实现将NaCl转化至HOCl的反应，其中，两个电解槽分别为阴极和阳极。阳极槽中生成HOCl，阴极槽中生成NaOH。水的pH保持于5.5～8.0范围内。
根据本发明另一实施方式，提供一种生产电活化超氧化水的***。该***包括具有反渗透去离子水***的水力发电机。水力发电机包括将食盐(NaCl)溶液电活化的电解器(槽)。电解器包括至少两个腔室，其中，两个腔室分别为阳极腔室和阴极腔室。阳极腔室和阴极腔室由隔膜隔开，每一腔室均具有电极，一个为正，一个为负。在一定体积的盐水经过负极腔室处理后，直流电流流过溶液，从而使正极腔室生成阳极电解液。自阳极电解液输出接头收集的中性阳极电解液用于电活化超氧化水(EASW)。图1所示为500LPH纯水***(RO/DI)，图2所示为水力发电机处理工艺，其中，500LPH纯水***为生产的起始阶段，该***生产用于联产电活化超氧化溶液的纯水以及纯干真空盐。
根据本发明实施方式，通过反渗透去离子水(RO/DI)生产在次氯酸含量方面具有高质量且氯化钠和次氯酸钠含量较少(ND<0.1％)的溶液。
电活化超氧化水由电解室或水力发电机生成。该水力发电机利用含纯干真空盐的反渗透去离子水生产电活化超氧化水。
在该处理工艺中，首先，将市政水或自来水进料至RO/去离子***的第一处理级，该处理级由沉积物过滤装置(主要包括各种大小的沙子)以及碳过滤装置。沉积物过滤装置用于捕获收集大尺寸的自由漂浮颗粒或污染物。碳过滤装置由吸收有机物及氯和氯胺等其他溶解污染物的颗粒碳构成。
经碳过滤处理级处理后的水进入软化柱，以去除水中的硬矿物质离子(如镁Mg2+及钙Ca2+)。当硬水进入矿物质处理槽时，其流过球状树脂珠处理床。树脂珠上带有钠离子。树脂珠为带负电的阴离子。钙镁矿物质带正电，因此为阳离子。在硬水通过树脂时，树脂柱抓取矿物质离子，并将其从水中除去。树脂柱抓取矿物质离子的同时，释放钠离子。
随后，水进料至反渗透(RO)***，并滤过多层薄膜，以去除盐、细菌、重金属及其他有机物等大部分污染物。此时，水分入两支管道：废水管道及产品水管道。产品水几乎为纯净水，并进入作为DI(去离子)***储水容器的储槽。其中，一定比例的废水再循环至反渗透***，剩余废水排入下水管道。
在进料至去离子***之前，反渗透水以冷却器冷却至20～25℃温度范围。冷却后的水通过紫外(UV)净化器，以进行消毒处理。紫外净化器将细菌、病毒或孢囊(如隐胞子虫(Cryptosporidium)及贾第虫(Giardia))等生物暴露于具有杀菌波长的紫外线中，以破坏致病微生物的DNA，使得其无法繁殖。
紫外消毒后的水通过三个相同的由树脂构成的去离子柱。去离子处理级采用离子交换工艺吸附钠和其他金属元素等矿物质杂质。带负电的阳离子树脂吸附水中带正电的离子，而带正电的阴离子树脂吸附水中带负电的离子。最终，去离子水通过超精细滤芯(即0.45μm和0.2μm)以及紫外净化器，然后引至水力发电机。
电活化超氧化水生成过程的另一项重要输入为盐水(NaCl)溶液。水力发电机利用NaCl水溶液生产阳极电解液和阴极电解液。为了防止隔膜堵塞，使用最高纯度的NaCl。离子渗透膜设计为允许离子通过，尤其允许钠离子和氯离子通过。当所使用的盐中含有大量其他可能存在的离子(如镁或钙)时，需要对膜进行额外清洁并使用其他***部件，从而缩短其寿命。
盐水槽确保盐水溶液始终保持相同的质量。盐水溶液始终处于饱和状态，并通过位于盐水槽底部的内联过滤器防止盐水溶液受到污染。盐水溶液自盐水槽底部吸入水力发电机。
该机器使用两个电解槽驱动从NaCl转化至HOCl(产物A和B)以及NaOH(阴极电解液)的反应。每一电解槽具有由隔膜隔开的两个腔室，分别称为阳极或阴极。阳极为与电源正极端连接的外部电极，阴极为与电源负极端连接的内部电极。HOCl产于阳极腔室，NaOH产于阴极腔室。产物A/B的管道内设置pH/ORP探测器(图2)。该探测器直接测量所生产的产物的pH/ORP，并用于自动控制pH控制阀。pH控制阀用于控制最终产物的pH。水力发电机***的操作符合用于生产所需溶液的已验证设置条件。产品出口与指定储槽相连，以进一步最终灌入包装瓶中。
实验详情
开发一种用于伤口洗涤管理的电活化超氧化水(EASW)溶液。电活化超氧化水的成分为次氯酸、次氯酸钠(NaOCl)、氯化钠(NaCl)及纯化水。由于含有HOCl这一成分，因此电活化超氧化水具有针对各种病原体的独特抗微生物特性。表1所示为根据ASTM E2315-03(以经时杀灭曲线法评价抗微生物活性的标准指南)(Standard Guide for Assessment ofAntimicrobial Activity Using a Time-Kill Procedure)评价的电活化超氧化水的辅助抗微生物特性的功效。
表1：电活化超氧化水的杀细菌、杀真菌及杀孢子活性
表2所示为电活化超氧化水中60秒暴露过程中观察到的微生物杀灭时长。
表2：经时杀灭曲线法评价(60秒暴露)
表3所示为电活化超氧化水的抗生物膜功效。
表3：抗生物膜功效检测
根据ISO 10993进行电活化超氧化水的生物相容性检测的结果表明，其通过表4所示的体内和体外试验项目。
表4：生物相容性检测
| 生物相容性检测 | 结果 |
| 急性经皮毒性 | 无经皮毒性 |
| 皮内反应刺激性 | 无红斑或水肿迹象 |
| 原发性皮肤检测 | 无皮肤刺激性 |
| 遗传毒性 | 无遗传毒性作用 |
| 细胞毒性 | 无细胞毒性作用 |
| 急性经口毒性 | 无经口毒性 |
| 皮肤致敏性试验 | 不致敏 |
| 眼刺激性 | 无眼刺激性 |
| ***刺激性 | 无***刺激性 |
| 急性吸入毒性 | 无毒性 |
所生产的电活化超氧化水的商标为适用于包括终末消毒，饮用水卫生，踏入消毒与车轮消毒，雾化消毒，家禽饲养场、渔场及一般农业用途空气消毒，手部与表面消毒，医疗设备与伤口护理的一般性消毒在内的各种医疗和非医疗领域用途。电活化超氧化水的功效使得其能够用于口鼻健康用途，其中，如下表5所示，电活化超氧化水能够消除导致普通感冒和流感的病毒以及导致鼻窦炎和口腔内生物膜的细菌。
表5：受电活化超氧化水影响的微生物
此外，电活化超氧化水还适用于眼部及呼吸道护理。例如，其可代替无菌水用于氧气湿化器。电活化超氧化水的微生物功效已针对常见的动物传染物质进行了检测(表6)。当以体外经时杀灭曲线法对所选微生物进行检测时，测试样品呈现出显著的抗微生物活性。这表明，上述溶液通过抑制微生物生长而具有有效的抗微生物活性。需要注意的是，这一非抗生素技术似乎为犬只等动物的急性和慢性皮肤疾病的预防和治疗提供了一种新的广谱范例。电活化超氧化水可例如用于兽医目的中动物的瘙痒、刮擦伤、皮疹、溃疡、割伤、烫伤、术后部位、皮肤刺激及撕裂伤。
表6：电活化超氧化水的杀细菌及杀真菌活性检测结果
对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明实质特点的情况下，本发明还可容易地采取其他特定形式。因此，本文实施方式须视为说明性而非限制性内容，本发明范围由权利要求书而非上文限定，所有落入其中的变更方案故而均旨在处于其范围内。
Claims (12)
1.一种电活化超氧化水，包括：
次氯酸，其中，次氯酸含量为0.0002％～0.01％；
次氯酸钠(NaOCl)；
氯化钠(NaCl)，其中，次氯酸钠(NaOCl)和氯化钠(NaCl)的总浓度小于等于0.1％；以及
纯化水，其中，水的浓度为99.9％。
2.如权利要求1所述的电活化超氧化水，其中，所述水具有5.5～8.0所述范围内的pH。
3.如权利要求1所述的电活化超氧化水，其中，所述水包括30ppm～500ppm范围内的游离有效氯以及>850mV的氧化还原电位(ORP)。
4.如权利要求1所述的电活化超氧化水，其中，所述水对多种细菌有效，其中，所述多种细菌包括大肠杆菌(Escherichia coli)、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、沙门氏菌属(Salmonella sp.)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aereus)、李斯特氏菌属(Listeria sp.)、军团菌属(Legionella sp.)以及恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。
5.如权利要求1所述的电活化超氧化水，其中，所述水对多种真菌有效，其中，所述多种真菌包括白色念珠菌(Candida albicans)、枯草杆菌(Bacilus subtilis)、难辨梭菌(Clostridium difficile)以及生孢梭菌(Clostridium sporogenes)。
6.如权利要求1所述的电活化超氧化水，其中，所述水对多种孢子有效，其中，所述多种孢子包括须癣毛癣菌(Trichophytan mentagrophytes)、申克氏孢子丝菌(Sporothrixschenckii)以及耳念珠菌(Candida auris)。
7.如权利要求1所述的电活化超氧化水，其中，所述水对SARS-CoV-2有效。
8.一种合成电活化超氧化水的方法，包括：
使用冷却器(101)将反渗透(RO)水冷却至20～25℃温度范围；
通过使所述冷却后的水通过紫外(UV)净化器(102)，将所述冷却后的水消毒；
使所述冷却后的水通过超精细滤芯和紫外净化器(103)，其中，所述滤芯尺寸为0.45μm和0.2μm；
将所述水进料至用于电离(104)的水力发电机，其中，所述水力发电机使用直流电流生产所述电活化超氧化水。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述水力发电机包括用于驱动NaCl至HOCl反应的至少两个电解槽，其中，所述两个电解槽为阴极和阳极。
10.如权利要求1所述的方法，其中，HOCl在所述阳极槽内生产，NaOH在阴极槽内生产。
11.如权利要求1所述的方法，其中，水的pH维持于5.5～8.0的所述范围内。
12.一种生产电活化超氧化水的***，包括：
带有反渗透去离子水***的水力发电机，其中，所述水力发电机包括用于电活化食盐(NaCl)溶液或盐水溶液的电解器(槽)，
其中，所述电解器包括至少两个腔室，其中，所述两个腔室为阳极腔室和阴极腔室，
其中，所述阳极腔室和阴极腔室由隔膜隔开，每一者具有电极，一个为正，一个为负，而且其中，在一定体积的盐水经过所述负极腔室处理后，直流电流流过所述溶液，从而使所述正极腔室生成阳极电解液；
自阳极电解液输出接头收集用于生产所述电活化超氧化水(EASW)的中性阳极电解液；
pH控制器；以及
储槽。
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