[發明專利]用于使用點輻射源進行流體的細菌消毒的系統和方法

有效

• 申請號: 200980154776.6
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN102281933A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 愛德華·布里頓·斯托克斯;珍妮弗·戈德溫·帕甘;托馬斯·安德魯·施梅達克
• 申請（專利權）人: 北卡羅來納大學夏洛特分校;點式度量技術公司
• 主分類號: B01D15/00
• 分類號: B01D15/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 陳平

愛德華·布里頓·斯托克斯

珍妮弗·戈德溫·帕甘

托馬斯·安德魯·施梅達克

相關申請的交叉引用

本非臨時專利申請/專利要求2008年12月19日提交的美國臨時專利申請號61/139,022，并且題為“細菌消毒單元(BACTERIAL?DISINFECTION?UNIT)”的權益，通過引用將其全部內容并入本文。

有關聯邦資助的研究或開發的聲明

作為國家科學基金會(National?Science?Foundation)(NSF)授予的獎號0740524和0848759的條件，美國政府對于本發明具有已付款的許可和權利，可在有限的情況下要求專利所有者在合理的期間內許可他人使用。

發明領域

本發明涉及用于使用點輻射源進行流體的細菌消毒的系統和方法并且包括以下領域：光學工程、流體工程、材料工程和生命科學。

發明背景

傳統上，使用紫外(UV)燈(或深紫外燈)，如低至中壓汞燈，進行例如水、空氣、燃料、其它液體和氣體等的流體的細菌消毒。例如，可以在傳統的使用點(point-of-use)(POU)水過濾系統中使用這類燈對水進行消毒，以達到殺菌的效果。細菌、病毒、孢囊等的脫氧核糖核酸(DNA)吸收UV輻射并且從而使生物體(biological?entities)的再生能力喪失。與水消毒的氯化方法不同，UV輻射不影響水的生物穩定性。因此，UV輔助的水過濾器已經成為在水過濾系統中有益于殺菌的標準操作，包括用于公用水系統(PWS)的巨型反應器，以及小型POU水過濾系統。類似的細菌消毒系統也被與其它流體一起使用。

然而，這些細菌消毒系統受困于許多顯著缺點。首先，這些細菌消毒系統，因為它們使用管狀UV燈等，典型地具有高功率需求和大的形狀因數，要求其使用線路電壓，表現為與相關流體過濾系統分離的部件，不適合于較小形狀因數的POU流體過濾系統，和/或不可以任意縮放。其次，該細菌消毒系統是固有低效的。所用的管狀UV燈發射光子，所述光子穿透流體并被另一個表面吸收或反射1次或2次并損失。結果是必須連續地產生并替換光子。更進一步地，所存在的輻射場是不均勻的。燈基系統中典型地使用高強度以補償損失和非均勻輻射場。因此，本領域內仍然需要彌補這些不足并且提供其它益處的改進的細菌消毒系統。

發明簡述

再一次地，本發明涉及用于使用點輻射源進行流體的細菌消毒的系統和方法。通常，這些系統和方法使用一個或多個點輻射源，所述一個或多個點輻射源被安置在積分球流通單元(integrating?sphere?flow-through?cell)等的內部周圍，在本文中所述積分球流通單元也被稱為流通積分球(flow-through?integrating?sphere)(FIS)。優選地，一個或多個點輻射源為UV光源，并且任選地，一個或多個點輻射源為深UV光源，例如半導體或發光二極管(LED)光源。一個或多個點輻射源可操作用于對選擇性地對其進行暴露的流體進行消毒，因為流體中的細菌、病毒和孢囊等的DNA吸收所產生的并且在積分球流通單元等中反射的輻射，因而將生物體滅活。任選地，積分球流通單元等的內部涂布有朗伯(Lambertian)散射材料，和/或涂布有能夠在產生的和反射的輻射的存在下破壞所吸附的生物物質的光催化材料，和/或涂布有能夠在產生的和反射的輻射的存在下產生殺菌劑的光催化材料。