杀菌净化装置

本发明涉及一种用于流体容器的杀菌流体净化盖，优选为用于打算储存用在实验室环境中的净化水的容器，即，用于细胞培养的水或用在分子生物学、生物化学或微生物学应用中的水，还有通常在医疗或健康保健领域中使用的净化水。在这样的背景下，本发明具体涉及一种基于UV-LED光源的静态杀灭生物或杀菌实验室水净化装置。

瓶装净化水或带包装的净化水须经严格的质量控制检验，并且在有质量合格证书的情况下来输送。这两种类型的水，例如用于细胞培养的水和用于分子生物学的水，是为了供进行重要的细胞培养和分子生物学实验的科学家们研究使用。这两种类型的水都是无菌的。另外，用于细胞培养的水是经细胞培养测试的并且没有热原、支原体、钙和镁。用于分子生物学的水是经RT-PCR测试的，并且没有核糖核酸酶，没有脱氧核糖核酸酶，没有蛋白酶，没有钙且没有镁。在净化过程之后，净化水被无菌地灌装到无菌容器如PET容器中。这些相对较小的储存器或瓶子，通常带有小于1升的容积，被运送到实验室实验的使用点。

如果净化水被储存较长的时间段，或者只有少量的水从容器中取出，剩余的水有污染风险，因为水不含任何氯或化学消毒剂。为了解决这个问题，目前使用各种对策。一种是扔掉一经打开的瓶子，包括所有未使用的水。另一种是把一经打开的瓶子冷藏在冰箱中。进一步的解决方案是使用安装在储存器中或者从外部插入到储存器中的汞基蒸汽灯，或者使用循环泵，在使用水之前通过汞基灯反应器。

使用含汞灯的现有技术装置需要专门的再循环步骤和极度看护和注意，因为汞是一种有毒元素。释放到环境中的汞污染是一个严重的威胁。如果在维护或操作期间灯破碎，存在特别的风险。因此，现有的汞灯的操作涉及额外的安全约束和措施。此外，现有的汞灯产生相当大的热量，这将升高水温。较高的水温促进微生物的生长，并且引起水蒸汽凝结在容器壁上，这在容器的较冷区域上产生静态液滴，有利于生物膜的发展。

为了解决一部分问题，已经建议LED光源。一个例子在US6579495B1中公开，形式为手持式紫外线水净化系统，其包括向外延伸的笔型小号构造的固态UV发光二极管，其发出的紫外光在杀菌范围内。该系统可以包括蓄电池和计时电路，用于操作二极管。该系统的由于其通过浸入水的有意接触的应用带来了意外污染的风险或使处理复杂。

WO2010/104096A1公开了另一种净水器，包括带喷口的水容器和水净化部件，该水净化部件包括安置在该容器内的紫外线发光二极管以便在该容器的水通道内辐射由该二极管产生的紫外光。这种装置也是不利的，因为水净化部件完全浸入容器内的水里。

本发明的目的是提供一种改进的解决方案，用于防止流体容器中的微生物生长并且保持无菌，特别是在容器已经被打开一次时，并且特别用于储存在实验室处理或医疗或健康保健领域中使用的水的带包装的水容器。

为了解决这个问题，本发明提供一种用于流体容器的杀菌流体净化盖，如权利要求1所限定的。优选实施例在从属权利要求中限定。

根据本发明的用于流体容器的杀菌流体净化盖包括盖体、至少一个LED、用于驱动LED的电子电路和用于电子电路的电源，该盖体包括接合特征件，用于可拆卸地连接该盖体到流体容器的喷口上的相配的接合特征件以密封地关闭喷口开口，该至少一个LED适合于发出在UV-C范围内的光，其中，所述LED配置在所述盖体中，以便通过设在该盖体中的UV透光窗口与环境分离，从而当该盖连在该容器的喷口上时，从所述LED发出的光进入喷口的开口。

本发明的净化盖是特别有利的，因为，它能够连接到工业中使用的普通流体容器并且与它们一起使用，例如瓶子、烧瓶或袋子，刚性或半刚性的，优选为具有小于2升的容积用于净化水，该净化水用作细胞培养和分子生物学的实验室供给，而不需要修改现有的容器。为了那个目的，盖体包括接合特征件，用于可拆卸地连接该盖体到这类流体容器的喷口上的相配的接合特征件。一个或多个LED集成到盖体中，以便通过UV透光窗口与环境分离，该环境通常是使用时容器的内部容积。UV透光窗口使LED和用于驱动LED及集成其它控制功能的电路免于水的进入，从而降低潜在的污染和损坏并促进装置的杀菌。窗口和LED的配置还从水隔离热，由此在使用期间，一旦被盖封闭的容器已被打开，降低促进微生物生长的风险，包括细菌、病毒和类菌质体。鉴于本发明的装置在设计和使用上对应于盖，因此它是极其容易操作和处理的。

在使用期间，该装置没有元件是用来接触水。即使是偶然接触，例如通过转动容器，会接触水的部件仅仅会是UV透光窗口以及可能是盖的附近部分。

该装置的使用事实上是不言而喻的，因为它模仿用于容器的常规盖的结构。

在下面，将参照附图描述本发明的用于流体容器的杀菌流体净化盖的优选实施例。在图中：

图1示出在安装到作为流体容器的一个例子的标准瓶子前后的本发明示范性盖子的立体图，

图2示出图1的盖的剖视图，

图3示出图2的盖在部分拆卸配置下的分解立体图，

图4示出LED的UV透光窗口以及盖的相邻反射部的细节略图，

图5示出类似于图4的略图，改变在于盖包括允许引入或排出流体通过盖的流道，同时相同的在容器上的适当位置，以及

图6示出集成到盖中的控制功能的图。

本发明的杀菌流体净化盖具有盖体3，在这个例子中，由下部和上部5形成，容纳包括LED和那些驱动LED的在内的功能元件以及它们之间的支撑元件，从而使这些元件密封隔离环境。盖体3的下部4包括接合特征件20（见图2），用于可拆卸地连接该盖体到流体容器的喷口的外周部分上的相配的接合特征件以密封地关闭喷口开口。接合特征件20可以包括带螺纹的/螺旋式或卡入式接合结构或通过摩擦或形式锁定接合的弹性插入接合，例如以紧密橡胶或塑料密封配置的形式。该接合特征件优选为与容器一起使用的普通类型或标准螺纹中的一者，这些容器通常用来容纳充当针对细胞培养或分子生物的实验室供应的净化水。用于这种用途的容器优选为具有小于2升的容积，并且是由PET、玻璃或包括抗UV添加剂的塑料材料制成，形式为瓶子、烧瓶或袋子，其能够是整体刚性的或半刚性的或柔性的，除了喷口部分以外。

为了方便像盖的拧紧/松开的处理，盖体3的上部尤其是上部5以及下部4可以包括在外部的锯齿或其它形式的摩擦增加表面特征件5a，改善用户在盖上的抓握。这一特征件在图3中示意性地由肋或滚花部5a示出。抓握部当然可以延伸到盖外表面的其他部分，并且盖的整体配置并不局限于这些图中所示的配置。

盖体内部配置有至少一个LED7a，适合于发出UV-C范围内的光，即，优选为在波长为220纳米-300纳米，优选为260纳米+/-5纳米的光范围内。合适类型的LED的发光层例如是在不同的晶片基底上的AlGaN取向附生的晶体成长。LED的电力将根据在所述范围内的UV光的期望强度来选择，这将通常取决于要使用这个盖的流体容器的尺寸和容积。合适的UVLED是市场上可买到的，例如来自SeoulOptodevice，参考编号CUD8AF1A。

在所示例子中，多个LED集成在印刷电路板（PCB）7上来产生期望电力并允许电力的变暗或调整以及在单个LED失效时的某一备用，这将在下文进一步描述。

PCB7优选为用金属基体制成，并且配置在盖体3中，在远离或面向远离面对着容器内部一侧的一侧，以便允许散热给环境。因此，LED所产生的热量能更容易地被引导给盖体3的上部并且消散到环境中，而不会实质上影响容器中的水。在这种情况下，肋等形式的摩擦增加特征件5a可以另外的用来增大表面面积以改善向环境的散热。

该盖还包括用于驱动LED的必要的电子电路15和用于该电子电路的电源。这种电源可包括单次使用或可再充电蓄电池（未示出），其容纳在盖体和/或连接器和/或至外部电源（未示出）的非接触的传输装置中。连接器优选为按照标准充电装备的USB插座或插头的形式，其还可以与PC外围设备或移动电话一起使用。在这种情况下，电子电路还可以包括用于通过由连接器或通过感应的非接触方式供应的外部电力对蓄电池充电的功能。

支撑LED7a的PCB7通过保持托架8安装到盖体4的下部，该托架由许多螺钉8a连接到从盖体3的下部4伸出的凸台8b。在安装位置处，密封环12和UV透光窗口6插在盖体4的下部中的容座与托架8之间。UV透光窗口使LED与环境分离，从而LED发出的光可以通过窗户6并且在盖连在该容器的喷口上时进入喷口的开口。窗口因此被定位得高于接合特征件20，如图2所示。可选地提供密封环12，以确保没有液体会进入超过UV透光窗口。

UV透光窗口例如由石英或石英玻璃制成。盖体的下部与上部之间的空间可以进一步地容纳开关13（见图2和3），其配置成能够检测盖从容器喷口移除并且作为响应能通过合适的电路停止LED的工作。这个特征件能够在盖从容器移除时保护使用者不直接暴露于通过UV透光窗口辐射的LEDUV光，并且增加蓄电池的使用寿命。为此，所述移除可以通过下述方式来检测，经由该开关通过机械接触（即为微动开关杠杆的形式），或者通过合适的传感器来代替机械开关以非接触的方式。

集成到盖中的电子电路15也可以包括接口和用于从远程装置接收控制信号的功能，以编程电路的功能设置和/或读出或读入工作参数或其它数据。控制信号的这个交换能够通过电缆、用于外部电源的连接器和/或通过用于非接触数据交换的已知技术手段的非接触方式来进行。

盖中的电子电路15还可以包括用于调整提供给LED的驱动电力的功能，以允许LED根据预定时间和/或强度计划变暗和/或间歇工作。变暗和/或间歇工作是管理LED的热耗散以避免容器中的水变暖并且因此可以延长电池的使用寿命的措施。例如，计划的定时可以是以其100%电力接通直到蓄电池空了，或者是可以允许所有LED或选定的几个LED的脉冲式地工作短时间增量或者以降低的电力水平连续照射。能够通过集成到盖体中且外部可接近的另一开关来选择期望的照射模式，或者可以通过上述数据接口进行编程。LED变暗功能可以通过例如对给LED的电力信号的脉宽调制来实施，具有可变占空度从而减小UV照射的平均强度。例如，10%占空度（10毫秒亮，90毫秒不亮）可以维持UV光能量的恒定最小级别，该恒定最小级别阻止微生物再生长，同时不显著影响电源的使用期限。同样地，热传感器或热敏电阻可以集成到电路中以检测LED的温度并且触发变暗功能以延长会由于过热而削弱的LED的使用期限和/或降低微生物生长的风险和在容器内壁上的气相沉淀。

电路的各个功能可以全部集成在支撑LED的PCB上或者可以位于不同的模块化PCB上，该模块化PCB容纳在盖体内的各个空间处。支承特定电子电路的示范性的独立PCB在图3中示出，并且用附图标记11标出。总电力或功能开关10也可以集成于盖体并可从盖体的外部接近。可集成到盖中的各个电路功能的一个例子在图6中示出。在这个图中，控制电路被总括为"LED控制模块"，且外部元件被示为与其通信的功能元件。

盖体可以包括附加的部件或盖子，能够被选择性地移除，例如为了更换蓄电池。这种附加的可拆部件在图3中用盖子9示意性地代表，其可拆卸地连接在盖体的上部的顶侧。

盖子9也可以是透明的以接收关于盖的使用或容器的内容物的信息或操作指令。这还允许在其上的关于第一次打开的日期和时间的手写指示等等，或者，可以结合有显示器（即，小的LCD）或与LED控制模块通信的其它指示器。

为了增大引向喷口的光的量，盖体3可以是局部或全部由反射UV射线的材料制成，例如铝或PTFE或不锈钢，优选在暴露于来自LED7a的光辐射的UV透光窗口6的上游或下游的那些部分处。这样的UV射线反射结构14在图4中示意性地示出，并且他们布置成引导射线朝向喷口开口。如果需要避免铝的氧化，所述材料可以例如被涂覆或覆盖有UV透光材料的防氧化层，例如硅或石英。UV反射材料还可以以在其它支撑材料上的涂层的形式被应用并且局限于使用期间真正地暴露于UV辐射的那些部分。

为了实现至使用者的UV-LED信号操作，可见范围中的附加光源，例如可见范围中的LED照射光，可以集成在PCB上，使得它的光从外部至少部分地可见。

在图5示意性示出的另一改型中，盖体3可以包括在盖被连在喷口上时与盖体外部连通或供盖体外部可接近的流体开口16和与容器的喷口开口连通的流体开口17，以及在这些流体开口16、17之间延伸且在UV透光窗口6与另一UV透光窗口19之间通过的流道18，该另一UV透光窗口面向喷口的开口，以允许在工作时LED发出的光通过第一UV透光窗口6，然后在通过第二UV透光窗口19且进入容器的喷口开口之前通过流道18。这个改型允许流体进出容器的引入和/或排出，同时，盖仍然配置在喷口上，例如，通过与流体开口16连在一起的注射器或吸入管。可以在开口16处设置包含止回阀的密封或注射器接头，以保持容器内部的无菌。附加的（未示出）排出过滤器可以包含在盖体中，如果大量的流体要通过这样的流道填充到容器中。这个结构还可以用来从容器中提取流体，而不移除净化盖，例如，通过转动容器倒置，处于盖面向下方的位置，并且通过连在流体开口16上的注射器或阀提取流体。可以在流体开口17处设置另一合适的密封配置，以维持盖和容器内部的无菌。

本发明的用于流体容器的杀菌流体净化盖提供许多优点，包括，有可能照射标准容器中的少量水并且在相当长的时间段内维持它们的无菌性，即使在容器已被打开一次之后。UV-LED的波长是窄而深的，足以完全被用来制成容器的大多数塑料材料所阻止。LED集成到盖的顶部允许可靠散热到环境，这涉及到容器中的水变暖和促进微生物生长。它还延长LED的使用期限。这个方面可以通过集成到净化盖的用于驱动LED的电路中的变暗功能而进一步改善。在所述波长的普通LED的电力消耗比汞基解决方案低得多，节约了电力消耗并且延长了使用时间。相比于汞基净化原理，储槽的塑料的老化更少，更少的有机物的浸出到水中，以及没有有害污染的风险。