Objectives: Effectiveness and conditions of vapor-phase hydrogen peroxide (VPHP) system on decontamination of Geobacillus stearothermophilus(GS) spores, Escherichia coli (E.coli) and Enterobacteria phage felix01 (felix01) were determined. Methods: The VPHP system was designed to vaporize 35% (w/w) s...
Objectives: Effectiveness and conditions of vapor-phase hydrogen peroxide (VPHP) system on decontamination of Geobacillus stearothermophilus(GS) spores, Escherichia coli (E.coli) and Enterobacteria phage felix01 (felix01) were determined. Methods: The VPHP system was designed to vaporize 35% (w/w) solution of hydrogen peroxide, continuously to inject and withdraw VPHP. The system and VHP 1000ED (Steris) were operated such that dehumidification and conditioning were initiated without samples in the chamber. Then the samples were loaded into and removed. Coupons (glass, anodizing, silicon, viton) with GS spores ($1{\times}10^6$ colony forming unit/mL [CFU/mL]), E.coli ($1{\times}10^7$ CFU/mL) and felix01 ($1{\times}10^7$ plaque forming unit/mL[PFU/mL]), and Biological Indicator (BI) with GS spores ($1{\times}10^6$ CFU/mL) on stainless steel coupons were used. The tested samples were sonicated and vortexed, and then were plated for enumeration, followed by incubation at $55^{\circ}C$, 24 hr for GS spores, and at $37^{\circ}C$, 24 hr for E.coli and felix01. BI analysis in broth culture was only qualitative. Results: The efficacy of the VPHP system on decontamination was almost equivalent to that of VHP 1000ED. The conditions for complete decontamination with the VPHP system was as follows: concentration; 700~450 ppm, relative humidity; approximately 55%, and temperature; $34{\sim}32^{\circ}C$. When comparing the decontamination efficiency among different kinds of coupons, glass was the most effective, however, all kinds of coupons were decontaminated completely after 60 min exposure in both systems. Conclusion: The VPHP system can be recommended as an alternative system for traditional system using ethylene oxide, formaldehyde or chlorine dioxide.
Objectives: Effectiveness and conditions of vapor-phase hydrogen peroxide (VPHP) system on decontamination of Geobacillus stearothermophilus(GS) spores, Escherichia coli (E.coli) and Enterobacteria phage felix01 (felix01) were determined. Methods: The VPHP system was designed to vaporize 35% (w/w) solution of hydrogen peroxide, continuously to inject and withdraw VPHP. The system and VHP 1000ED (Steris) were operated such that dehumidification and conditioning were initiated without samples in the chamber. Then the samples were loaded into and removed. Coupons (glass, anodizing, silicon, viton) with GS spores ($1{\times}10^6$ colony forming unit/mL [CFU/mL]), E.coli ($1{\times}10^7$ CFU/mL) and felix01 ($1{\times}10^7$ plaque forming unit/mL[PFU/mL]), and Biological Indicator (BI) with GS spores ($1{\times}10^6$ CFU/mL) on stainless steel coupons were used. The tested samples were sonicated and vortexed, and then were plated for enumeration, followed by incubation at $55^{\circ}C$, 24 hr for GS spores, and at $37^{\circ}C$, 24 hr for E.coli and felix01. BI analysis in broth culture was only qualitative. Results: The efficacy of the VPHP system on decontamination was almost equivalent to that of VHP 1000ED. The conditions for complete decontamination with the VPHP system was as follows: concentration; 700~450 ppm, relative humidity; approximately 55%, and temperature; $34{\sim}32^{\circ}C$. When comparing the decontamination efficiency among different kinds of coupons, glass was the most effective, however, all kinds of coupons were decontaminated completely after 60 min exposure in both systems. Conclusion: The VPHP system can be recommended as an alternative system for traditional system using ethylene oxide, formaldehyde or chlorine dioxide.
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문제 정의
본 연구에서는 과산화수소 증기 제독 시스템을 제작하여 상용 장비인 VHP 1000ED와 성능을 비교하고, 제작된 시스템을 이용하여 제독 매체에 저항성이 가장 강한 GS(ATCC 12980) 아포와 영양세포로 E.coli(ATCC27922), 파지로는 felix01을 사용, 이들이 완전 제독되는 조건 즉, 과산화수소의 농도, 온도, 습도 조건을 확보하고자 하였다. 그리고 논란이 되고 있는 제독 반응 단계에서의 제습의 필요 여부 및 표면의 재질에 따른 제독효율을 조사하였다.
제안 방법
Fig. 5(a)와 같이 다양한 위치에서 완전 제독되는 동일 조건으로 과산화수소 증기 농도를 측정하였다. 그 결과 위치에 따라 다른 농도를 나타냄을 알 수 있었고 주입 구의 하단이 400~200 ppm으로 최저치를 나타냈다.
CFU/ml 도말 되어 있는 유리 쿠폰을 사용하였다. 과산화수소 용액은 35%(w/w)를 사용하였고, 최소 주입량을 찾기 위해 2.0, 1.2 g/min 그리고 VHP 1000ED의 주입 최소량인 1.0 g/min까지 줄여 같은 실험을 3회 반복하여 GS 아포와 BI의 제독에 대한 효율을 분석하였다. 이 때 주입시간은 30분으로 고정하였다.
coli(ATCC27922), 파지로는 felix01을 사용, 이들이 완전 제독되는 조건 즉, 과산화수소의 농도, 온도, 습도 조건을 확보하고자 하였다. 그리고 논란이 되고 있는 제독 반응 단계에서의 제습의 필요 여부 및 표면의 재질에 따른 제독효율을 조사하였다.
0 g/min으로 설정하였다. 다음은 시간에 따른 제독 효과를 살펴보기 위해 1.0 g/min 과산화수소 주입량에서 GS 아포 및 BI의 제독 여부를 실험하였다. 제독 반응 시간은 3, 5, 7, 10, 20, 30분으로 설정하였다.
와동 후 1 ml의 완충액을 배양된 대장균 200 µl와 함께 멸균된 4 ml의 top agar배지에 접종한 후 다시 LB agar plate에 부었다. 도말된 배지를 37 ℃ 배양기에 넣어 하루 동안 배양한 뒤 용균 반점 들을 개수하여 살아남은 파지의 수를 확인하였다. BI 의 경우 제독 후 10분간 초음파 분쇄를 하고 그 다음 2분간 와동하여 액체배지에 넣어 55 ℃ 배양기에서 하루 동안 배양한 뒤 색의 변화를 확인하였다.
를 유리 쿠폰에 직접 도말한 것과 이미 스테인리스 스틸에 쿠폰화되어 시판되고 있는 BI를 사용하여 실험을 진행하였다. 먼저 제독 챔버(0.4 m3)에 VHP 1000ED를 연결하여 최적 주입량과 최적 반응 시간을 결정하였다. 1×106 CFU/ml의 아포가 완전 제독이 되는 조건은 Table 1, Table 2의 결과에서 보듯이 최소주입량인 1.
먼저 제작된 과산화수소 증기 시스템의 과산화수소 주입 성능을 알아보기 위해 주입량 1.0, 2.0, 3.0 g/min에서 180분 동안 지속적으로 주입한 후 무게를 측정하였다. 그 결과 각각의 주입량에서 1.
Sagripanti 등16)은 hypochlorite 제독 실험에서 고무와 금속 쿠폰을 사용하여 제독을 실시한 바 있다. 본 실험에서도 실험실 및 의료 장비를 주로 구성하는 유리와 애노다이징, 실리콘, 바이톤 4종의 서로 다른 재질을 사용하여 제독 실험을 실시하였다. Fig.
제독의 필수요소인 챔버 내 과산화수소의 농도와 상대습도 및 온도에 대한 최적 조건은 문헌마다 다르게 나타난다. 본 연구에서는 초기 상대 습도 8.5% 정도에서 과산화수소를 주입하였으며 제독 반응 동안은 습도를 제어하지 않았다. 결과 Fig.
완전 제독이 이루어진 Table 3의 제독 조건에서 챔버와 연결된 과산화수소 농도, 온도, 습도 센서를 사용하여 제독 반응이 이루어진 30분 동안 각 요소의 변화를 조사하였다. Fig.
접종하기 위한 쿠폰으로써 18 mm ×18 mm의 유리, 애노다이징, 바이톤(Viton, 불소고무[Fluoroelastomer]의 상품명) 그리고 실리콘 쿠폰을 자체 제작하여 사용하였다.
제작된 과산화수소 증기 제독 시스템과 VHP 1000ED 을 이용하여 35%(w/w) 과산화수소를 기화시켜 과산화수소 증기로 만들어 제독제로 사용하였다. 제독 과정으로는 먼저 제습을 하여 상대습도 8.5%를 유지하기 위한 환경초기화 단계(Conditioning), 증기를 주입 하고 제독하는 단계(Injection/Reaction), 제독 후 챔버에 남은 과산화수소를 제거하는 후처리 단계(Aeration)의 3단계로 실시하였다. 챔버의 크기는 1000 mm ×700 mm×600 mm(0.
0 g/min 과산화수소 주입량에서 GS 아포 및 BI의 제독 여부를 실험하였다. 제독 반응 시간은 3, 5, 7, 10, 20, 30분으로 설정하였다. 그 결과 Table 2에서 제시하듯이 GS 아포는 7분 부터 완전 제독되었으며 BI의 경우 30분 부터 완전 제독되기 시작하였다.
제작된 과산화수소 증기 시스템을 이용 BI, GS 아포, E.coli, 박테리오파지 felix01 등의 완전 제독 조건을 도출하고자 하였다. 초기 제독 조건을 조사하기 위한 제독 대상은 BI, GS 아포가 1 × 106 CFU/ml로 도포된 유리쿠폰을 사용하였고 쿠폰 별 제독 효율을 알아보기 위해서는 유리, 애노다이징, 실리콘, 바이톤 쿠폰을 사용하였다.
제작된 과산화수소 증기 제독 시스템과 VHP 1000ED 을 이용하여 35%(w/w) 과산화수소를 기화시켜 과산화수소 증기로 만들어 제독제로 사용하였다. 제독 과정으로는 먼저 제습을 하여 상대습도 8.
1) 본 연구를 위해 제작된 과산화수소 증기 시스템에 적용할 초기 조건을 알기 위해 Steris사의 VHP 1000ED를 사용하였다. 제작된 챔버의 크기(0.4 m3) 내에서 완전 제독을 위한 초기 조건으로 과산화수소수 주입량 1.0 g/min, 주입시간 30분으로 설정하였다.
챔버의 크기는 1000 mm ×700 mm×600 mm(0.4 m3)로 자체 제작하였으며 각 실험의 조건에 따라 챔버 내에 BI, GS 아포, E.coli, felix01 등이 접종된 쿠폰을 배치하여 실험을 실시하였다.
대상 데이터
1) 본 연구를 위해 제작된 과산화수소 증기 시스템에 적용할 초기 조건을 알기 위해 Steris사의 VHP 1000ED를 사용하였다. 제작된 챔버의 크기(0.
coli의 경우 실험 전 50 ml의 LB(Luria-Bertani, Life technology, New York, US)배지에 배양하여 멸균된 증류수에 현탁한 다음 1×107 CFU/ml를 쿠폰에 접종하여 사용하였다. Felix01은 박테리오파지 은행(한국외국어대학교 생명공학과)으로부터 구매하여 사용하였다. 실험 전에는 SM완충액(pH7.
GS 아포의 경우 1×108 CFU/ml 농도로 40% 에탄올에 현탁 된 것을 MESA Labs (Colorado, 80228, US)에서 구매하였고 제독 실험 시 1 × 106 CFU/ml를 쿠폰에 도말하여 사용하였다.
1). VHP 1000ED 는 초기 제독 조건과 쿠폰 별 제독 효과를 알아보기 위해 사용되었다.
그리고 BI로는 스테인리스스틸 쿠폰에 GS 아포(1 ×106 CFU/ml)가 도말된 것을 구입하여 사용하였다.
본 실험에 사용된 과산화수소 증기 시스템은 제독 대상 공간에 대해 증기의 이동 경로가 닫힌 경로로 구성되어있다. 액체정량펌프(Liquid Pump)는 액상의 과산화수소를 정량 제어하여 기화기(Vaporizer)로 공급한다.
실험에 사용된 균주는 GS 아포, E.coli, felix01이 사용되었다. GS 아포의 경우 1×108 CFU/ml 농도로 40% 에탄올에 현탁 된 것을 MESA Labs (Colorado, 80228, US)에서 구매하였고 제독 실험 시 1 × 106 CFU/ml를 쿠폰에 도말하여 사용하였다.
아포의 제독 조건를 파악하기 위해 제독에 대한 저항성이 가장 강하다고 알려진 GS 아포12,17)를 유리 쿠폰에 직접 도말한 것과 이미 스테인리스 스틸에 쿠폰화되어 시판되고 있는 BI를 사용하여 실험을 진행하였다. 먼저 제독 챔버(0.
초기 제독 조건을 조사하기 위한 제독 대상은 BI, GS 아포가 1 × 106 CFU/ml로 도포된 유리쿠폰을 사용하였고 쿠폰 별 제독 효율을 알아보기 위해서는 유리, 애노다이징, 실리콘, 바이톤 쿠폰을 사용하였다.
초기 조건을 조사하기 위하여 BI와 GS 아포가 1 ×106 CFU/ml 도말 되어 있는 유리 쿠폰을 사용하였다.
성능/효과
또한 Fig. 5(b)에서와 같이 시간이 지남에 따라 농도가 감소하고 후처리 단계에서는 농도가 급격하게 상승함을 확인할 수 있었다. 전자의 현상은 Fig.
이 서로 다른 결과는 고농도, 낮은 습도의 환경이나 저농도, 높은 습도의 환경에서 동등한 제독 효율이 가능함을 의미한다.14) 특히 과산화수소 사용량 면에서, 챔버내 고농도의 과산화수소 증기를 형성하는 것 보다는 미생물 표면에 응축을 형성시키는 것이 더 효율적임을 알 수 있다. 이것은 과산화수소 증기 주입 중 응축이 형성되면 제독이 시작되기 때문에, 특정 농도 도달을 위해 과산화수소를 더 주입할 필요가 없음을 의미한다.
2) VHP 1000ED에서 도출된 완전 제독되는 초기 조건1)을 제작된 과산화수소 시스템에 적용한 결과, 챔버 내 9곳에서 모두 완전 제독되었다. 이는 제작된 과산화수소 증기 시스템의 제독 성능이 VHP 1000ED의 제독 성능과 동등함을 의미한다.
3) 쿠폰 별 제독 효율은 제작된 과산화수소 시스템과 VHP 1000ED에서 유리쿠폰이 30분으로 가장 빨랐고, 애노다이징과 실리콘, 바이톤이 60분만에 제거되었다. 쿠폰에 따른 제독 효율의 차이는 표면 재질의 다공성과 같은 물리적 특성의 차이에서 오는 것으로 사료된다.
4-8) 과산화수소 증기가 플라스틱과 스테인리스스틸 표면을 제독하는 데 효과적이라는 보고9)에 이어 증기 제독에 관한 활발한 연구가 이루어지고 있다.9,10) 과산화수소 증기 제독의 장점은 빠르고 건조한 상태에서 할 수 있고 낮은 온도에서도 효과적으로 제독이 가능하다.11) 따라서 전자회로기판 또는 광학렌즈 등으로 구성된 정밀 장비나 기계에 손상을 적게 주므로, 넓은 범위에 제독이 가능하다.
Fig. 6의 결과에서 보듯이 제작된 과산화수소 증기 시스템과 VHP 1000ED에서 모두 1 ×106 CFU/ml의 아포가 유리 재질에서는 30분에 나머지는 60분에 완전 제독됨을 알 수 있었다.
0 g/min에서 180분 동안 지속적으로 주입한 후 무게를 측정하였다. 그 결과 각각의 주입량에서 1.37~1.66%의 오차 범위를 나타내어 시간에 따른 정량 공급에 문제가 없음을 알 수 있었다(자료 미제시). 과산화수소가 정량 공급이 되어도 챔버 내 위치에 따라 농도가 다를 것으로 판단되어 BI와 GS는 Fig.
온도는 과산화수소 주입 전에 서서히 올라가 다가 과산화수소 증기가 주입되면서 약간 떨어지기 시작하여 반응시간 마지막쯤에 32 ℃정도를 나타내었다. 그 결과 완전 제독 되는 조건에서 챔버 내의 환경은 과산화수소의 농도 700~450 ppm, 상대 습도 약 55%, 온도 32~34 ℃을 나타냄을 알 수 있었다. 이는 제독 공간의 크기와 환경이 달라도 완전 제독이 되기 위해서는 상기 얻어진 조건이 필요한 것으로 사료된다.
조건은 완전 제독이 이루어지는 Table 4에 따라 실시하였다. 그 결과 주입 구의 맞은편 상단 2번이 900~600 ppm으로 가장 높게 나타났고, 주입 구의 하단인 6번이 400~200 ppm으로 가장 낮게 나타났다. 중앙과 주입 구 쪽 상단은 Fig.
두 시스템에서 30분에 약간의 차이가 있었지만 거의 동등한 제독 효율을 보였다. 그러나 쿠폰 별 차이는 유리 재질이 가장 제독이 잘되었으며 애노다이징, 실리콘 그리고 바이 톤은 상대적으로 낮은 제독 효율을 나타내었다.
coli와 felix01은 9번의 위치에만 적용하였다. 그리고 적용된 위치에서 완전 제독됨을 확인하였다. 이는 또한 제작된 과산화수소 증기 시스템의 제독 성능이 VHP 1000ED의 제독 성능과 거의 동등함을 알 수 있는 결과이다.
CFU/ml 정도를 회수함으로써, 회수에 의한 오차 부분은 제거할 수 있음을 확인하였다(자료 미 제시). 얻어진 최적 조건에서 쿠폰 별 제독을 한 결과 Fig. 6에서 보듯이 제작된 과산화수소 시스템과 VHP 1000ED 모두에서 유리쿠폰의 재질은 30분에서 완전 제독되었고, 애노다이징, 실리콘, 바이톤의 경우는 60분에 모두 제독됨을 알 수 있었다. 이는 재질에 따른 제독 효율이 다르다는 ECBC의 보고20)와 일치하는 것이다.
그리고 동일 조건에서 농도는 700~450 ppm이었고, 온도는 34~32 ℃ 그리고 상대 습도는 주입 초기부터 증가하여 반응의 마지막 시점에 약 55%에 달했다. 위치에 따른 과산화수소 농도의 변화는 주입 구의 맞은 편상단이 최고치(900~600 ppm)를, 최저치는 주입 구의 하단이 400~200 ppm으로 다름을 확인하였다. 이는 농도 200 ppm, 습도 55%에서도 완전 제독이 일어났음을 의미하며, 제독 반응 중 10~20%로 습도를 제어하면서 과산화수소 농도를 500 ppm으로 유지한 ECBC의 결과와 다르다.
그리고 적용된 위치에서 완전 제독됨을 확인하였다. 이는 또한 제작된 과산화수소 증기 시스템의 제독 성능이 VHP 1000ED의 제독 성능과 거의 동등함을 알 수 있는 결과이다. 한편 본 연구에서 도출된 제독조건은 제작된 챔버에서 도출된 조건이므로 다양한 크기의 공간에 대한 제독실험 및 경제적인 관점에서의 최소 주입량을 확인하는 실험이 계속되어야 할 것으로 사료된다.
쿠폰 재질에 따른 제독효율을 조사하기 위해 먼저 GS 아포의 회수 실험을 실시한 바 4종의 쿠폰에 1 ×106 CFU/ml을 접종하여 모두 약 6 × 105 CFU/ml 정도를 회수함으로써, 회수에 의한 오차 부분은 제거할 수 있음을 확인하였다(자료 미 제시).
후속연구
4) 이상의 결과는 병원이나 실험실 같은 실내공간을 과산화수소 증기를 이용하여 친환경적으로 제독하는데 유용한 정보를 제공할 것이다.
이는 또한 제작된 과산화수소 증기 시스템의 제독 성능이 VHP 1000ED의 제독 성능과 거의 동등함을 알 수 있는 결과이다. 한편 본 연구에서 도출된 제독조건은 제작된 챔버에서 도출된 조건이므로 다양한 크기의 공간에 대한 제독실험 및 경제적인 관점에서의 최소 주입량을 확인하는 실험이 계속되어야 할 것으로 사료된다. 특히 과산화수소수를 1 g/min 보다 더 적은 양으로 제어할 경우에는 기포에 의해 오차가 커지므로, 이를 위한 정밀한 제어기술이 뒷받침되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과산화수소 증기 제독을 적용할 수 있는 것은 무엇인가?
9,10) 과산화수소 증기 제독의 장점은 빠르고 건조한 상태에서 할 수 있고 낮은 온도에서도 효과적으로 제독이 가능하다.11) 따라서 전자회로기판 또는 광학렌즈 등으로 구성된 정밀 장비나 기계에 손상을 적게 주므로, 넓은 범위에 제독이 가능하다. 과산화수소 증기는 일반적으로 표면 제독에 많이 사용되기 시작했고 현재 크린룸, 동물 사육실, 구급차, 병원 등에서 살균을 위해 사용하고 있다.
과산화수소가 초래하는 것은 무엇인가?
과산화수소는 자유 라디칼 및 활성산소를 형성하여 단백질, 지질, 핵산의 산화 및 분해를 초래하게 된다.1) 이러한 현상은 세포, 바이러스 및 아포의 구조에 손상을 주어2) 오래전부터 세균을 제거하기 위한 매체로 사용되어왔다.
과산화수소 증기 제독의 장점은 무엇인가?
4-8) 과산화수소 증기가 플라스틱과 스테인리스스틸 표면을 제독하는 데 효과적이라는 보고9)에 이어 증기 제독에 관한 활발한 연구가 이루어지고 있다.9,10) 과산화수소 증기 제독의 장점은 빠르고 건조한 상태에서 할 수 있고 낮은 온도에서도 효과적으로 제독이 가능하다.11) 따라서 전자회로기판 또는 광학렌즈 등으로 구성된 정밀 장비나 기계에 손상을 적게 주므로, 넓은 범위에 제독이 가능하다.
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