オゾン発生器を用いた汚染サージカルマスクの消毒効率試験

May 29, 2023

BMC 感染症第 22 巻、記事番号: 234 (2022) この記事を引用

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オゾン (O3) は、有害な残留物を残さない効果的な消毒剤です。 新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックによる世界的な健康危機のため、サージカルマスクの需要が高まっており、一部の地域では再利用が必要となっている。 この研究は、さまざまな条件下で再利用されたサージカルマスクに対する病原体消毒のための O3 の効果を評価することを目的としています。

O3 発生器、空気用改良 PZ 2–4 (2000 mg O3/L) および空気用改良 PZ 7 –2HO (500 mg O3/L) を 1.063 m3 (0.68 × 0.68 × 2.3 m) とともに使用し、エンベロープ付き RNA ウイルス (105 FFU/mL) で汚染されたマスクの消毒のための 3 つの条件を提供する、0.456 m3 (0.68 × 0.68 × 1.15 m) のアクリルボックスと室内サイズの 56 m3 (4 × 4 × 3.5 m) のボックス、細菌（103 CFU/mL）および真菌（102 胞子/mL）。

1.063 m3 で 2000 mg/L O3 と 0.456 m3 で 500 mg/L O3 で 15 分間処理した後の殺ウイルス効果は、それぞれ 82.99% と 81.70% でした。 ウイルス殺傷効果は時間の経過とともに増加し、どちらの条件でも 2 時間のインキュベーション後には 95% 以上に達しました。 1.063 m3 ボックス内で 2000 mg/L O3 を使用すると、サージカルマスク上での細菌と真菌の増殖は、それぞれ 30 分と 2 時間の処理後に完全に抑制されることがわかりました。 0.456 m3 で 500 mg O3/L の低用量 O3 発生器を使用すると、差は有意ではありませんでしたが、効率は低くなります。 56 m3 の部屋で 2000 mg O3/L または 500 mg O3/L の O3 を使用すると、再利用されたサージカル マスクの表面にあるすべての病原菌を効率的に消毒できます。

この研究は、病原体を減らし、汚染されたサージカルマスクを消毒するために O3 (500 ～ 2000 mg/L) を使用するための条件を提供しました。これは、再利用されたサージカルマスクの不適切な使用を減らすために適用される可能性があります。

査読レポート

新型コロナウイルス2019（COVID-19）パンデミックの真っ只中の現在の状況は、世界中で経済不況とメンタルヘルス危機を引き起こしています。 国民、特に医療従事者は感染の危険にさらされています。 ウイルスは、咳、くしゃみ、会話、さらには呼吸によって小さな液体粒子を介して人々の間で広がります。 感染した分泌物は数時間空気中に残ることがあります。 病原体は、物質の種類に応じて、さまざまな表面上でさらに長期間生存する可能性があります [1]。 コロナウイルスに加えて、細菌や真菌も、人間に感染症を引き起こす一般的な細菌である黄色ブドウ球菌や緑膿菌など、空気や環境汚染物質への曝露によって広がる可能性があります。 免疫力が低いと、創傷部位や手術創に感染症が発生したり、病院内の空気感染やその他の汚染源からの肺感染症[2、3]が発生したりする可能性があります。 これらの病原体は医療従事者を汚染する可能性もあります。 さらに、アスペルギルス属など、菌糸体、カビ、胞子の形で空気感染する真菌株もあり、アレルギーや喘息などの過敏症を引き起こします[4、5]。 マスクは、新型コロナウイルス感染症のパンデミック発生やその他の空気感染病原体に対処するための潜在的な PPE として推奨されています。 サージカルマスクの再利用は推奨されていませんが、最近の使用需要が高まっているため再利用が行われています。 フェイスマスクを工業的に消毒する効果的な方法には、過酸化水素蒸気、紫外線、湿熱、乾熱、オゾンガスの使用などがあります[6]。 しかし、再利用するためのサージカルマスクの最適な消毒条件はまだ研究されていません。 オゾンは 3 つの酸素原子 (O3) で構成された分子であり、酸化反応を起こす不安定な構造を持ち、微生物にとって有毒です。 オゾンは、通常の液体スプレーよりも速くエリア全体に広がることができる気体です。 有機物により酸化され、水中や空気中のあらゆる無機物を殺菌し、シュードウイルスに対してより強力な殺菌効果を発揮することから、コロナウイルスの殺菌が可能であることが示されている[7]。 いくつかの研究では、オゾンがフェイスマスクの繊維構造など、手の届きにくい表面に付着したウイルスを長期間にわたって殺菌できることが示されており[4]、オゾンは15分以内に浮遊ウイルスの99%を殺菌することが示されています[8]。 ]。 オゾンの欠点は、皮膚の損傷や呼吸器への刺激を引き起こす可能性があるため、注意して使用する必要があることです。 ただし、非常に不安定で半減期が短いため、除去されやすくなります。 要約すると、オゾンはサージカルマスクの消毒に適しています。 ただし、オゾンを使用した消毒の有効性は、濃度と処理時間によって異なります。 したがって、この研究は、サージカルマスクの表面のウイルス、細菌、真菌汚染に対するオゾンの有効性を調査することを目的としています。 この研究の結果により、サージカルマスクの消毒におけるオゾンの応用についての理解が深まることが期待されます。

2000 mg O3/L を生成する空気用の改良型 PZ 2-4 と、500 mg O3/L を生成する空気用の改良型 PZ 7 –2HO をアクリルボックスとともに使用しました。 サイズ 0.68 × 0.68 × 2.3 m (1.063 m3) のボックスは厚さ 5 mm のアクリルで作られており、空気 O3 発生器用に改造された PZ 2–4 で簡単に使用でき、汚染除去のために開けられるように、ボックスの両側にコネクタが付いています。図 1 に示すように、実験終了後、O3 を O2 に置き換えて O3 を測定しました。容量 0.456 m3 (0.68 × 0.68 × 1.15 m) のハーフサイズのボックスを同じ方法で組み立てて使用しました (データは示されていません)。小型の O3 発生器である改良型 PZ 7 –2HO for Air を搭載しています。 実験は、O3 発生器からのガス状 O3 がボックスに導入された直後に、O3 メーターが 10 ppt に達するまで実行されました。 室内の汚染されたマスクの消毒は、室温および湿度の室内サイズ 56 m3 (4 × 4 × 3.5 m) のチャンバー内で実行されました。

O3 発生器に接続するためのアクリルボックス。 ボックスの構築には、サイズ 0.68 × 1.15 (幅 × 長さ) の 5 mm 厚アクリル 2 枚と、サイズ 0.68 × 0.68 (幅 × 長さ) の 4 枚を使用しました。 アクリルの各側面には、O3 発生器との接続用と、O3 ガスを O2 に置換するための開口部用の 25 × 25 mm コネクターが備わるように設計されています。 扉側に手動錠を設け、移動に便利な車輪を接続しました

代表的な RNA エンベロープウイルスであるデング熱ウイルスは、T75 フラスコ内の C6/36 蚊細胞株で 0.1 の感染多重度 (MOI) で増殖しました [9]。 接種された細胞は、新しい子孫ウイルスを含む上清を除去する前に、CO2 なしで 28 °C で 7 日間インキュベートされました。 収集した上清中の感染性粒子を、焦点形成アッセイ (FFA) とその後の間接免疫蛍光アッセイ (IFA) によってテストしました。

ウイルス感染力は、病巣形成アッセイによって評価され、1 ミリリットルあたりの病巣形成単位 (FFU/mL) として表されました [10]。 簡単に説明すると、10% ウシ胎児血清 (FBS) を添加したダルベッコ変法イーグル培地 (DMEM) (Gibco、米国) 中の単層ベロ細胞を、実験の 1 日前に滅菌 96 ウェル プレートで調製し、37 °C で 5 細胞とインキュベートしました。 % CO2。 ウイルスを含む上清を、50μlの細胞に導入する前に、氷上でDMEMにより1:107に希釈した。 接種した細胞を30分ごとに振盪しながら2時間インキュベートして、ウイルスを感染させた。 ウイルスの拡散を制限するために、粘着試薬 (DMEM 中の 2% カルボキシメチル セルロース (CMC)) が上部に追加されました。 感染細胞を 5% CO2、37 °C で 3 日間インキュベートした後、リン酸緩衝食塩水 (PBS) (Sigma Aldrich、米国) 中の 4% ホルムアルデヒドおよび PBS (Sigma Aldrich、米国) 中の 0.1% Triton X-100 による固定および透過処理を行いました。アメリカ合衆国）。 固定細胞をデング熱ウイルスに特異的な一次抗体でプライミングし、続いて蛍光顕微鏡下で視覚化するためにAlexa488で標識した二次抗体でプライミングしました。 病巣の数を数えて計算し、mL あたりの病巣形成単位 (FFU) の数を決定しました [11]。

マスクを汚染する病原体の数は、さまざまな条件下でのオゾン処理の前後に、標準的な病原体計数技術によって特定されました。 変数には、オゾン濃度、容器のサイズ、曝露時間などが含まれます。 さまざまな条件下でのオゾンのウイルス消毒効果を評価するために、最適な濃度のウイルスを調製して試験を行いました。 105 FFU/mL のウイルス濃度を氷上で調製し、100 μl (10,000 FFU) を 1 cm2 のサイズの滅菌サージカルマスクに導入してから、滅菌ペトリ皿に置きました。 汚染されたマスクを装着した皿を 3 つの消毒条件 (O3 500 mg/L で 0.53 m3、O3 2000 mg/L で 1.6 m3、O3 500 および 2000 mg/L で 56 m3) に置き、消毒を実行する前にカバーを開けた状態で置きました。機械。 時間は、O3 測定機 (タイ国 Prozone) で 10 兆分の 10 (ppt) を測定した直後からカウントしました。 タイで 8 月に室温で O3 処理を 0 分、15 分、30 分、1 時間、2 時間行った後、各消毒条件から汚染されたマスクを収集しました。 室温でのマスクの汚染除去のために、4 時間の O3 処理が追加されました。 汚染されたマスクを 200 μl の滅菌 DMEM に浸し、ウイルスを培地に移しました。 開始時点での対照ウイルスと比較するために、培養培地を FFA に供しました。

オゾン、グラム陽性菌およびグラム陰性菌、すなわち黄色ブドウ球菌 (S. aureus) ATCC29213、緑膿菌 (P. aeraginosa) ATCC27803、および真菌の Aspergillus spp. の抗菌作用および抗真菌作用を測定するために使用します。 代表的な病原体として使用しました。 細菌を栄養ブロス (NB) で継代培養し、37 °C で一晩インキュベートしました。 続いて、微生物を遠心分離によって洗浄し、０．９％塩化ナトリウム（生理食塩水）中に再懸濁し、濃度を６００ｎｍで分光光度法により測定した。 次に、細菌を生理食塩水で所望の濃度に調整しました。

真菌の調製には、Aspergillus spp. をサブローブドウ糖寒天 (SDA) 上で培養し、25 °C で 3 日間インキュベートしました。 針を使用してカビの胞子を 0.1% ペプトン水に移しました。 次に、胞子を血球計でカウントし、実験に必要な生理食塩水で濃度を調整しました。

103 コロニー形成単位 (CFU)/mL の細菌濃度と Aspergillus spp. 濃度 102 胞子/mL を滅菌した 1 cm2 のサージカルマスク上に個別に滴下し、滅菌ペトリ皿に置きました。 皿を小さな箱 (0.53 m3; 500 mg/L) と大きな箱 (1.6 m3; 2000 mg/L) に置き、オゾン濃度が以下に達するまでキャビネット底部のチャネルを通してタンクにオゾンを放出しました。 10ppt。 汚染されたマスクは、O3 処理の 0 分、15 分、30 分、1 時間、および 2 時間後に各消毒条件から収集されました。 真菌で汚染されたマスクを SDA 上に置きました。 細菌に汚染されたマスクを滅菌栄養ブロス中で培養し、ミュラー・ヒントン寒天 (MHA) 表面に置きました。 次に、汚染されたマスクの無菌性をチェックするために、サンプルを 37 °C で一晩インキュベートしました [12、13]。

O3 濃度が 1.6 m3 ボックスで 2000 mg/L、0.53 m3 ボックスで 500 mg/L の場合、感染性ウイルス粒子は、O3 処理されていないウイルスと比較して、15 分間の処理後に 82.99% および 81.70% 抑制されました。コントロール。 殺ウイルス効果は両方の条件で時間依存的に増加しました: 1.6 m3 および 0.53 m3 ボックスでのインキュベーションの 30 分で 87.71% と 86.75%、1 時間で 95.59% と 88.64%、2 時間のインキュベーションで 98.11% と 97.16%。それぞれ（図2）。 ウイルス対照と比較して、室温ではウイルスの脆弱な性質により、殺傷効果も増加した。 ウイルスを完全に除去するには、2000 mg/L および 500 mg/L で 2 時間以上処理する必要があります。 室内面積56m3、O3濃度2000mg/Lおよび500mg/Lにおけるウイルスの死滅効果については、処理開始時からO3処理によりウイルス量が減少した(83.98%)。 、そして殺ウイルス効果は、15分、30分、1時間および2時間のインキュベーション後に89.84％、92.5％、93.12％および94.84％に増加した（図3）。 除染における O3 の効果は、濃度と処理時間に依存しました。

さまざまな曝露時間におけるオゾン処理の殺ウイルス効果のパーセント。 オゾンの殺ウイルス効果は、0.53 m3 ボックス (黒色のバー) および 1.6 m3 ボックス (明るい灰色のバー) で、処理の 0 分、15 分、30 分、1 時間および 2 時間後に測定されました。 濃い灰色のバーは、O3 処理を行わなかった対照チューブ内のウイルスの死滅率 (%) を示します。 データはオゾン破壊効果の平均値と標準偏差を表し、それぞれの値もグラフの下の表に示されています。

56 m3 の部屋で O3 2000 mg/L および 500 mg/L を使用したオゾン処理の、0 分、15 分、30 分、1 時間、2 時間の処理後のパーセント殺ウイルス効果。 データはオゾン破壊効果の平均値と標準偏差を表し、値はグラフの下の表に示されています。

緑膿菌、黄色ブドウ球菌およびアスペルギルス属。 オゾンの消毒能力は、密閉システムのオゾンインキュベーターでテストされました。 結果は、図4に示すように、小型および大型ボックス条件でのオゾン処理により、それぞれ60分および30分の処理後、マスク上の103 CFU/mLの緑膿菌および黄色ブドウ球菌の増殖を完全に阻害できることが示されました。また、Aspergillus spp. 102 胞子/mL の濃度では 120 分以内に除去されました。 さらに、チャンバー滅菌実験の結果は、細菌微生物が 4 時間以内に滅菌されたことを示しました。 しかし、真菌微生物は部分的にしか消毒されませんでした（図5）。

O3 が緑膿菌、黄色ブドウ球菌、アスペルギルス属を殺す可能性。 小さなボックス (0.53 m3) と大きなボックス (1.6 m3) で異なる間隔 (0 分、15 分、30 分、1 時間、2 時間) で未処理対照と比較

オゾンによる緑膿菌、黄色ブドウ球菌、アスペルギルス属菌に対する殺菌作用。 室内で 4 時間後、対照 (未処理) と比較

マスクの着用は、世界保健機関 (WHO) が推奨しているように、新型コロナウイルス感染症の蔓延と感染を避けるためのベストプラクティスの 1 つです。マスクの着用は、他のパンデミック感染症にも使用できる可能性があります。高温、紫外線、オゾンなど、いくつかの方法があります。危機時の使用不足を回避し、安全を確保するために、使い捨てマスクの再利用、消毒、滅菌に過酸化水素と過酸化水素が適用されています。マスクの種類ごとに、構造に使用されている材料に応じて異なる方法が必要になる場合があります。

ここでは、サージカルマスク素材上の細菌やウイルスを減少および除去するために、一定サイズの容器内でO3を適用することを提案します。 サージカルマスクは、病院の医療従事者だけでなく一般の人々にも広く使用されているツールです。 しかし、サージカルマスクの再利用、消毒、滅菌に関する研究は、N95 マスクやフィルタリング面体 (FFP) マスクに比べて稀です [14]。

私たちの結果は、サージカルマスクの汚染除去における低用量 O3 (2000 mg/L: 1.02 ppm および 500 mg/L: 0.26 ppm) の有効性を示し、量を減らし、15 分後にウイルス、細菌、真菌の増殖を抑制します。 30 分間、および改良型 PZ 2-4 から生成された O3 による 2 時間の処理により、0.53 m3 ボックス内で 2000 mg O3/L が生成されます。 この結果は、表面上の病原体を殺す際の O3 の有効性という点で、以前の研究の結果と同様です。 デニスら。 ガス状のO3がSARS-CoV-2を不活化することを発見した。 彼らはまた、FFP マスクに 10 ～ 20 ppm の O3 を少なくとも 10 分間使用する単純な O3 消毒ボックスを実装するという実用的な推奨事項も提案しました。 文献によれば、オゾンはエンベロープを持たないウイルスのカプシドタンパク質を攻撃し、エンベロープを持つウイルスを最も容易に攻撃することが示唆されています [15、16]。 Dubuis et al. で示されているように、ウイルスを殺すための O3 の有効性は、相対湿度、温度、ウイルスの種類によって異なります。 2020 年に、ノロウイルスの不活化に対する低線量 O3 曝露（0.23 ～ 1.23 ppm）のより高い効果は、相対湿度 (RH) 85% で 40 分間のノロウイルスで見られ、相対湿度 20% で 10 分間でも同じ効果が得られたと報告しました。バクテリオファージの結果。 これらの結果は、浮遊ウイルスに対する強力な消毒剤を得るには、高相対湿度を O3 と併用する必要があり、自然換気されている病室内で実施できることを示唆しました。 ただし、気象局による2020年8月の農業気象報告書によれば、平均気温は28℃、平均相対湿度は83.2%であったにもかかわらず、この研究は正確な温度と相対湿度を測定することなく、タイの8月の温度と湿度の条件下で実施されました。 [17]。

グラム陰性菌や真菌の場合は、除染にさらに時間がかかります。 O3 が、1 ～ 25 ppm という比較的低濃度で、平均 1 ～ 4 時間で、イチジク、布地、プラスチックなどの材料の表面の細菌、ウイルス、細菌胞子の数を減少させるという多くの報告があります。 [18、19]。 これらの結果は、この研究と閉鎖システムでの緑膿菌および黄色ブドウ球菌の閉鎖システム消毒の実験に関連しており、濃度 103 CFU/mL の細菌が 30 分以内に除去され、チャンバー滅菌が 30 分以内に達成されることが示されました。 4時間。 さらに、この実験はアスペルギルス属の真菌の不活化に成功しました。 密閉系オゾンインキュベーター内でオゾンにより120分以内。 これは、真菌の不活化に関して同様の結果を示した以前の研究に関連している可能性があります。 ウッドら。 O3 による建材上の炭疽菌および枯草菌の胞子の不活化について報告しました [20]。 O3 は細胞膜を通って拡散することができ、細胞膜内の糖タンパク質や糖脂質を攻撃すると病原体細胞が破壊されます。 さらに、O3 は特定の酵素のスルフヒドリル基を攻撃し、その結果、正常な細胞の酵素活性が破壊され、機能が失われます。 オゾンは核酸のプリン塩基やピリミジン塩基も攻撃し、DNA を損傷します [21、22]。 オゾンガスの利点は、気流環境で半減期が短い紫外線とは異なり、消毒の過程で影や隙間に到達することです。 人間にとって、生命または健康に直接危険を及ぼすオゾン濃度 (IDLH) は 5 ppm です。 50 ppm に 60 分間曝露すると、おそらく人間にとって致命的となるでしょう [23]。 したがって、直接接触を避けるために、閉鎖系では低用量を使用する必要があります。 しかし、O3 ガスは O2 によってすぐに交換されるため、1 時間あたりの空気の入れ替えが 5 ～ 8 ACH の間である家庭環境では、空気中の 0.1 ppm という低濃度でも O3 の臭気を多くの人が感じることができます。 オゾンの半減期は 30 分と短く [24]、温度が高くなるほど反応はより速く進行します (写真は Earth Science FAQ)。 私たちの実験では、0.53 m3 ボックスで 2000 mg/L を生成する発電機を使用しました。

この研究は、オゾン処理による繊維構造やサージカルマスクのフィット感の劣化が非常に低いことを示した以前の研究も裏付けています。 これは、弾性素材の変形、湿気の蓄積、繊維材料の破壊などのマイナスの副作用があるため、再利用できる回数が限られている UV 処理などの他の除染手順とは異なります。 これは、O3 処理によりマスクの濾過能力を維持して 30 回以上再利用できることが示唆されました [25]。

この研究では、2 つのサイズの容器と 2 つの濃度の O3 のみが使用されました。 実験中の温度と湿度は固定されておらず、オゾンの消毒効率に影響を与える可能性があり、サージカルマスクの濾過能力も決定されていませんでした。

結論として、この研究の結果は、再利用されたサージカルマスクを除染するための効果的な手順として、0.53 m3 ボックス内で 2000 mg/L O3 の用量で 2 時間 O3 を使用する可能性を裏付け、これにより再利用するサージカルマスクを除染できる可能性があります。細菌、ウイルス、真菌などの病原体のレベルを低減および排除することによって。 曝露時間が長いほど、ウイルスの不活化が促進されます。 それにも関わらず、ユーザーの安全と健康に対するリスクは依然として残っています。 したがって、オゾンは適切に使用および処理する必要があります。

この研究の結果を裏付けるデータは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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なし。

このプロジェクトは、コンケン大学イノベーションおよびエンタープライズ アフェアーズによって支援されました。2019 年。

医療診断研究所研究開発センター (CMDL)、コンケン大学関連医療科学部、コンケン、40002、タイ

パッチャラポーン ティパヤワット

コンケン大学医療技術学部、コンケン、40002、タイ

パッチャラポーン ティパヤワット & スカニャ スリジャンパ

コンケン大学評議会メンバー、コンケン大学、コンケン、40002、タイ

チャレルムチャイ・ヴォンナークペッチ

コンケン大学医学部微生物学科、コンケン、40002、タイ

サイターン・パパリー＆スプラニー・ファンタナウィブーン

新興感染症研究診断センター (RCEID)、コンケン大学医学部微生物学科、コンケン、40002、タイ

サイターン・パパリー＆スプラニー・ファンタナウィブーン

コンケン大学医学部寄生虫学教室、コンケン、40002、タイ

ティダルット・ブーンマーズ

マテリアルサイエンスおよびナノテクノロジープログラム、コーンケン大学理学部物理学科、コンケン、40002、タイ

ノンラック・ミートン

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実験計画: PT、CV、SP、SS、TB、NM、SP。 結果の分析と要約: PT、NM、TB、および SP。 著者全員が結果とその影響について議論し、すべての段階で原稿についてコメントしました。 著者全員が最終原稿を読んで承認しました。

ファンタナウィブーン氏への対応。

適用できない。

適用できない。

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転載と許可

Tippayawat, P.、Vongnarkpetch, C.、Papalee, S. 他オゾン発生器を使用した汚染されたサージカルマスクの消毒効率テスト。 BMC Infect Dis 22、234 (2022)。 https://doi.org/10.1186/s12879-022-07227-3

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受信日: 2021 年 7 月 8 日

受理日: 2022 年 2 月 24 日

公開日: 2022 年 3 月 7 日

DOI: https://doi.org/10.1186/s12879-022-07227-3

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