一种电化学杀菌及除蛋白方法和装置与流程

本发明涉及接触镜杀菌除蛋白领域，尤其涉及一种电化学杀菌及除蛋白方法和装置。

背景技术：

1、目前市场上对接触镜的杀菌除蛋白等清洁护理，普遍使用手动搓洗等护理方式，该方式一般需要2-4小时以上，费时费力，且手动搓洗会产生一系列问题，例如揉搓力不足导致沉积性蛋白清除不到位、揉搓力度过重导致接触镜破碎、揉搓力度不均导致接触镜变形或划痕及手指清洁不足划伤接触镜或造成细菌感染，手指接触护理液会对皮肤产生伤害等等。

2、目前的护理液或者一些常规的杀菌除蛋白装置没有特别的保护措施，容易导致接触镜褪色或部分褪色，导致无法区分左右眼或影响佩戴的美观，给用户带来不便，影响接触镜的正常使用。本技术人之前申请的有关接触镜护理的技术专利，例如专利申请号：202011505217x、2020107601353和2020116347313，虽然一定程度上解决了接触镜的护理问题，但是仍然存在一些缺点，同时对接触镜清洁的效率和效果仍然有很大的提升空间。

3、护理液也容易腐蚀接触镜涂层，不仅影响接触镜寿命，若腐蚀的涂层落入眼中，会对眼睛造成伤害。同时，若使用护理液护理接触镜后，若忘记对接触镜进行冲洗直接佩戴使用，会对眼睛产生伤害。

技术实现思路

1、为至少解决目前现有技术中存在的技术问题之一，本发明提供一种电化学杀菌及除蛋白方法和装置，通过电化学将氯化钠溶液产生一定的次氯酸根等氧化性物质的应用技术，具有很好的杀菌和除蛋白的效果，有效降解蛋白，即时灭菌，10分钟便能达到灭菌级别，且适当控制相关参数，能够使得杀菌和除蛋白过程不损伤接触镜本身，稳定性佳，毒副作用低。采用电化学杀菌及除蛋白装置自动清洗，无需手动搓洗，不接触护理溶液，减少对人体的伤害。杀菌除蛋白时间短。

2、一方面，本发明提供一种电化学杀菌及除蛋白方法，具体包括如下步骤：

3、s1：将氯化钠溶液倒入护理仓内，护理仓内至少设置有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极均为析氯电极，氯化钠溶液的ph值范围为8-12，接触镜置于护理仓内氯化钠溶液中；

4、s2：第一电极和第二电极接通电源，所述第一电极和第二电极中的其中一个为阳极，另一个为阴极，阳极端发生氧化反应，阴极端发生还原反应，所述阴极将氯化钠溶液中的h2o电解产生h2和oh-；所述阳极将氯化钠溶液中的cl-电解为cl2，cl2溶于溶液中产生hcl和hclo；

5、s3：控制护理仓内溶液的ph值为范围为8-12，控制溶液中clo-的质量浓度为0.1％-0.4％，所述clo-能够对接触镜杀菌及降解接触镜上的变性蛋白和部分未变性蛋白，阴极和阳极之间形成电场力，被降解的变性蛋白和部分未变性蛋白在电场力作用下向与自身带电荷相反的电极方向移动，未被降解的未变性蛋白也在电场力作用下向与自身带电荷相反的电极方向移动，实现接触镜的灭菌和除蛋白。

6、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白方法的一种优选方案，所述nacl溶液为质量浓度为0.9％的生理盐水，接通电源的开启电压不小于1.1v，接通电源后的稳定工作的稳定电压范围为3.5-6.5v；

7、步骤s3中，待接通电源反应10-60分钟后，断开电源，接触镜护理结束。

8、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白方法的一种优选方案，使第一电极和第二电极的底部高度均高于护理仓的底部高度，接触镜横向置于护理仓的nacl溶液内，使接触镜顶部高度低于探针底部高度，使接触镜顶部距nacl溶液液面的距离不小于4mm；或

9、接触镜竖向置于护理仓的nacl溶液内，使接触镜距阳极的距离不小于4mm，使接触镜距nacl溶液液面的距离不小于4mm。

10、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白方法的一种优选方案，所述步骤s2和s3中，第一电极和第二电极接通电源后，所述第一电极和第二电极以一定的时间间隔在阴极和阳极之间进行切换。

11、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白方法的一种优选方案，所述第一电极和第二电极每隔0.5-2时间在阴极和阳极之间进行切换。

12、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白方法的一种优选方案，所述nacl溶液中还包括碱性物质，所述碱性物质包括naoh、na2co3和nahco3中的一种或多种，以调节步骤s1中氯化钠溶液的ph值范围为8-12。

13、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白方法的一种优选方案，还包括步骤s4；

14、s4：步骤s3护理结束后，使用无菌生理盐水或可入眼的多功能护理液对接触镜进行冲洗。冲洗后在接触镜的凹面滴入润滑液，佩戴使用接触镜。

15、另一方面，本专利提供一种电化学杀菌及除蛋白装置，包括护理仓和底座；

16、所述护理仓包括容置槽、下沉槽、第一电极和第二电极；所述下沉槽与容置槽相连通，所述下沉槽位于容置槽的下方，所述第一电极和第二电极均设置于容置槽内，所述底座能够为第一电极和第二电极提供电能；

17、第一电极和第二电极通电时，第一电极和第二电极的电性相反，其中一个为阴极，另一个为阳极，在护理仓内加入ph值大于8的氯化钠溶液的工作环境下，阳极端发生氧化反应，阴极端发生还原反应，所述阴极将氯化钠溶液中的h2o电解产生h2和oh-；所述阳极将氯化钠溶液中的cl-电解为cl2，cl2溶于溶液中产生hcl和hclo；所述clo-能够对接触镜杀菌及降解接触镜上的变性蛋白和部分未变性蛋白，被降解的变性蛋白和部分未变性蛋白在阳极和阴极之间形成的电场力作用下向与自身带电荷相反的电极方向移动，未被降解的未变性蛋白也在阳极和阴极之间形成的电场力作用下向与自身带电荷相反的电极方向移动，以实现接触镜的灭菌和除蛋白。

18、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，所述第一电极和第二电极均为析氯电极，所述装置在工作状态下，护理仓内溶液中的clo-的质量浓度为0.1％-0.4％。

19、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，所述第一电极和第二电极均为析氯电极；

20、所述nacl溶液为质量浓度0.9％的生理盐水，第一电极和第二电极接通电源的开启电压不小于1.1v，接通电源后的稳定工作的稳定电压范围为3.5-6.5v，接通电源后的工作时间为10-60分钟。

21、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，还包括横向镜片夹，所述横向镜片夹能够限定接触镜横向置于下沉槽内，以防止接触镜过于接近电极而氧化褪色，接触镜顶部距氯化钠溶液液面的距离不小于4mm。

22、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，还包括竖向镜片夹，所述竖向镜片夹能够限定接触镜竖向置于护理仓内，接触镜整体与第一电极和第二电极呈垂直角度设置，接触镜与护理仓内阳极的距离均不小于4mm，所述接触镜顶部距氯化钠溶液液面的距离不小于4mm。

23、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，第一电极和第二电极对称设置于容置槽内，第一电极和第二电极均靠近容置槽的侧壁。

24、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，横向镜片夹包括安装座、支撑件和限位件，所述支撑件垂直设置于安装座上，所述限位件上开设有限位孔，使用时，所述限位孔的长度方向与水平方向一致，所述限位件至少有两个，接触镜限位于限位孔内。

25、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，竖向镜片夹包括固定座和至少两个容置件，所述容置件垂直设置于固定座上，所述容置件上开设有容纳孔，使用时，所述容纳孔的长度方向与竖直方向一致，所述容置件至少有两个，接触镜限位于容纳孔内。

26、作为本专利所述的电化学杀菌及除蛋白装置的一种优选方案，还包括控制系统，控制系统设置有电极切换模块，电极切换模块通过电路控制能够使得第一电极和第二电极在阴极和阳极之间进行切换。

27、与现有技术相比，本专利所述的技术方案至少具有如下一个或多个有益效果：

28、本发明是通过电化学将氯化钠溶液产生一定的次氯酸根等氧化性物质的应用技术，具有很好的杀菌和除蛋白的效果，有效降解蛋白，即时灭菌，10分钟便能达到灭菌级别，且适当控制相关参数，使得杀菌和除蛋白过程不损伤接触镜本身，如果控制不好，也会对接触镜本身产生损伤，例如造成接触镜褪色。稳定性佳，毒副作用低。采用电化学杀菌及除蛋白装置自动清洗，无需手动搓洗，不接触护理溶液，减少对人体的伤害。接触镜杀菌除蛋白时间短，仅需10-60分钟即可。常规护理液至少2-4小时以上，且需要手动搓洗，费时费力。

29、电极中至少阳极为析氯电极，在氯化钠溶液中，阳极端发生氧化反应使溶液中的氯离子析出氯气。析氯电极具有很强的耐腐蚀能力，耐氯性、耐酸性强，稳定性好，抗氧化性好，工作寿命长，可以避免阳极本身发生发应或产生其他产物而对电解液或阴极产物造成污染；可以使电极间及电极表面的气泡容易排出，可有效降低电解槽中的电压；形状制作容易，精细化程度高。一般金属类电极以钌系、铱系、铂系为主，其它惰性电极(如石墨、石墨烯材料)在保证材料形态稳定性的情况下亦可以做为析氯电极。电极也可以是涂层电极，电极基材优选的采用钛或钛合金基材，然后电极基材上再涂布钌系、铱系、铂系等金属涂层。阴极和阳极优选对称分布于护理仓的两侧，阴极和阳极均靠近护理仓的侧壁，以便有更好的除蛋白效果。

30、市面上常用的护理液容易损伤接触镜，杀菌率也只能维持在90％左右。本发明实现即时杀菌，不仅杀菌效果好，且杀菌速度快，3分钟细菌杀灭率99％，真菌杀灭率99％，调整相关参数还可以使细菌和真菌灭菌率提升的更高，10分钟灭杀枯草芽孢杆菌，达灭菌级别。且市面上的护理液不能直接入眼，若用户对接触镜护理完成后一不小心忘记冲洗直接佩戴使用，则接触镜上残留的护理液会对眼睛造成伤害。本发明清洗后的接触镜若忘记冲洗佩戴使用的话，则不会对眼睛造成伤害。同时ab液含有溴化钾，使用时产生液溴，液溴会腐蚀接触镜涂层，造成涂层脱落，涂层脱落不仅影响接触镜的使用寿命，脱落的涂层掉入眼睛会引起炎症等问题，而且溴还会残留在接触镜上，对安全性有影响。

31、本专利的第一电极和第二电极通电后，氯化钠溶液在其作用下产生了若干类氧化物质和自由基，尤其是次氯酸和次氯酸根离子，可以破坏蛋白的肽链，本专利次氯酸根离子的质量浓度优选为0.1％，ab液的a液中次氯酸根离子的浓度为0.375％，ab液虽然能够获得较好的杀菌除蛋白效果，但接触镜不能长期浸泡在ab液中，否则ab液会对接触镜产生伤害，例如褪色、腐蚀等。本专利由于叠加了电泳技术，优选的0.1％浓度的次氯酸根离子不到ab液的三分之一，即能获得很好的杀菌除蛋白效果，使用更安全、操作更方便，且通过适当控制相关参数，能够减少接触镜的褪色、避免涂层损坏、腐蚀等。

32、本专利次氯酸根离子的质量浓度范围控制在0.1％-0.4％，如果次氯酸根离子的浓度范围在0.01％-0.1％，虽然0.01％-0.1％范围含次氯酸根离子的溶液可以直接入眼、入黏膜，有较好的杀菌效果，但是除蛋白效果较弱。次氯酸根离子的浓度范围在0.4％-1％时，杀菌和除蛋白效果较好，但是次氯酸根离子浓度高，只能在强碱环境下才能保持稳定，且原则上对非抗氧化性的材料有伤害。因此，综合来讲，0.1％-0.4％的次氯酸根离子浓度是优选选择。

33、研究人员通过大量长期研究发现次氯酸根离子的优选浓度范围，并摸索出根据一定的实验条件使得次氯酸根离子的浓度能够较好的维持在最佳范围，包括氯化钠溶液质量浓度最优在0.9％，第一电极和第二电极接通电源的开启电压不小于1.1v，接通电源后的稳定工作的稳定电压范围为3.5-6.5v，接触镜横向置于护理仓内时，接触镜顶部高度低于探针底部高度，接触镜顶部距nacl溶液液面的距离不小于4mm；或接触镜竖向置于护理仓内时，接触镜距阳极的距离不小于4mm，接触镜距nacl溶液液面的距离不小于4mm，接通电源后的反应时间为10-60分钟。

34、本专利的氯化钠溶液在电场作用下，能够产生羟自由基(oh·)、氧自由基(o·)、氯自由基(cl·)、过氧化氢(h2o2)、臭氧(o3)、次氯酸根(clo-)、次氯酸(hclo)、氯气(cl2)、氢离子(h+)等物质，再加上特定条件的电泳，使得除蛋白和杀菌效果好，不比ab液差。且相对ab液来讲，反应产生的次氯酸根离子浓度仅不到ab液的三分之一，使用更安全、操作更方便。

35、本专利第一电极和第二电极接通电源后，第一电极和第二电极中的其中一个为阳极，另一个为阴极，阳极端发生氧化反应，阴极端发生还原反应，阴极将氯化钠溶液中的h2o电解产生h2和oh-；阳极将氯化钠溶液中的cl-电解为cl2，cl2溶于溶液中产生hcl和hclo，所述clo-能够对接触镜杀菌及降解接触镜上的变性蛋白和部分未变性蛋白，阴极和阳极之间形成电场力，被降解的变性蛋白和部分未变性蛋白在电场力作用下向与自身带电荷相反的电极方向移动，未被降解的未变性蛋白也在电场力作用下向与自身带电荷相反的电极方向移动，实现接触镜的灭菌和除蛋白。在碱性环境中，hclo减少，避免hclo造成镜片褪色，次氯酸根离子大部分以naclo形式存在，naclo的杀菌除蛋白较为和缓，且无漂白特性，避免镜片褪色。naclo中的clo-离子能够起到杀菌、降解蛋白的作用，并在电泳的配合下起到去除蛋白的效果。

36、本发明设置电极切换模块，第一电极和第二电极接通电源后，电极切换模块通过电路控制使第一电极和第二电极以一定的时间间隔在阴极和阳极之间进行切换，这样避免阴极和阳极附近单一或单一类离子富集，而使浓度不均匀，特别是hclo富集对接触镜产生褪色等不良影响。具体来讲，第一电极和第二电极接通电源后，阴极端氯化钠溶液中的h2o电解产生h2和oh-，e+2h2o＝h2和oh-，oh-聚集，阴极附近溶液的ph大于7。阳极附近氯化钠溶液中的cl-电解为cl2，cl2溶于水中产生hcl和hclo，hcl和hclo富集，阳极端溶液的ph小于7。第一电极和第二电极在阴极和阳极之间进行切换，能起到中和hclo的目的，使其较多的中和为naclo，减少对接触镜颜色的影响。同时，切换电极能够混合均匀阴极端和阳极端产生的其他离子或分子，有助于对接触镜均匀的杀菌除蛋白。

37、采用本专利的杀菌除蛋白技术，相比市场上传统的用手揉搓清洗接触镜，电泳解离的电场力仅仅作用于接触镜的带电粒子，如蛋白质、细菌、真菌等，更有针对性地将接触镜上的变性蛋白自接触镜上分离，而不损伤接触镜本身，进而可以避免手揉搓清洗接触镜产生的揉搓力不足导致沉积性蛋白清除不到位、揉搓力度过重导致接触镜破碎、揉搓力度不均导致接触镜变形或划痕及手指清洁不足划伤接触镜或造成细菌感染等等问题。

38、本发明的电化学杀菌除蛋白技术能够杀灭细菌等微生物，其灭菌原理主要包括以下几个方面：

39、1.电解产生次氯酸，阻断细菌合成蛋白链路

40、电解氯化钠溶液产生次氯酸，次氯酸是一种具有很强氧化能力的氧化剂。次氯酸的杀菌原理是氧化微生物中的蛋白质使其变性，使得微生物不能正常的进行复制过程，进而失去生存能力，次氯酸杀微生物效果是次氯酸盐离子的80倍，能够产生羟基自由基，作用于不同的细菌。且长期使用，细菌不会对电解生理盐水产生抗药性，而且对角膜无毒副作用。

41、2.电掺合作用：在电场作用下把物质从溶液中掺进细胞内部叫电掺合。基于外电场对细菌生长、活性、代谢、形态和运动的影响，配合含氯离子溶液电解后产生的羟自由基(oh·)、氧自由基(o·)、氯自由基(cl·)、过氧化氢(h2o2)、臭氧(o3)、次氯酸根(clo-)、次氯酸(hclo)、氯气(cl2)、氢离子(h+)等得到了一种新的杀菌除蛋白技术。外加适宜强度的电流，一方面，可以干扰细胞的基因表达，抑制atp酶活性，降低细菌细胞内的蛋白含量，影响细胞内的自由基反应和生物高分子的合成，并通过中和细胞表面的负电荷来抑制细胞的繁殖水平，最终导致细胞调亡、衰老和死亡。另一方面，可以增强微生物细胞的通透性，使其发生电掺合，即使羟自由基(oh·)、氧自由基(o·)、氯自由基(cl·)、过氧化氢(h2o2)、臭氧(o3)、次氯酸根(clo-)、次氯酸(hclo)、氯气(cl2)、氢离子(h+)等渗入微生物细胞内，产生细胞毒性，诱发细胞结构、功能紊乱，达到灭活、杀菌消毒的效果。

42、3.微电解产生活性物质，破坏细胞有机物链状结构

43、在物理场作用下，通电状态控制电流密度，激发的电子通过介质水从阳极端传递到阴极端，在转移过程中能产生氧化性物质，如o自由基，clo-、cl-、oh-、h2o2等，这些活性物质能与活细胞的任何分子如糖、磷脂、有机酸等发生反应，且反应速度快，破坏细胞膜并渗透到细胞膜内破坏有机物的链状结构，对细菌细胞rna、dna发生氧化作用而致其失活或死亡，同时细菌在水中一般带负电，会向阳极迁移、聚集，可造成细菌放电直接致死。

44、4.微电流刺破细菌细胞壁，快速氧化细菌rna\dna

45、电流直接对细胞壁作用，可直接致使溶液中细菌机械损伤，增强对细菌及病毒rna\dna的氧化作用。

46、5.微电流打破细菌团，降低细菌耐受性

47、电流作用使水中细菌分散环境相对变化，混合体聚集的稳定状态明显降低。当细菌和病毒被当作是水、蛋白质和核酸组成的胶体系统时，微电流降低了细菌的稳定性，从而降低细菌对有次氯酸的耐受性。

48、6.电子活化水，增强次氯酸与细菌接触面

49、水的性状取决于水分子电子的构造变化，主要是电子云的分布、形状和方向的变化，研究证实电子云可受到外部环境而发生改变，在低电压、微电流作用下，水分子4对电子从低轨道跃升到高轨道，电子能级升高，导致活化水分子电位能损失，使其电位下降，水分子与界面(微生物表面)间电位差减小，这种变化可能对细菌\病毒颗粒聚集状态产生影响，且接触镜上常有的草绿色链球菌、绿脓杆菌、葡萄球菌等都是亲水性细菌，经微电流作用后次氯酸更易于与细菌接触，使杀菌效率提高。

50、因此，在本发明所述的电泳解离除蛋白灭菌方法具有除蛋白及灭菌的多重效果。

51、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。