大气压介质阻挡放电冷等离子体射流灭菌机理研究

大气压冷等离子体射流用于灭菌的研究近几年越来越受到各国研究人员的重视。但是这种等离子体灭菌机理尚没有比较完善的解释。本项目拟针对大气压介质阻挡放电冷等离子体射流对灭菌机理进行量化表征，从而确定等离子体中各因素对于灭菌起到的作用。通过等离子体诊断对不同实验条件下的大气压冷等离子体射流参数，如电子密度、电子温度以及各种活性成分进行定量、定性的分析，通过实验建立其与灭菌过程的关系。此外，利用物理、化学和生物等试验手段研究等离子体内部不同因素（如紫外线、高能粒子或活性基团）分别对于灭菌所起到的作用，即在机理方面对大气压冷等离子体射流灭菌进行量化表征。从而阐明大气压冷等离子体射流的主要灭菌因素，揭示大气压冷等离子体射流灭菌机理。为开发适合不同灭菌场合的大气压冷等离子体射流提供理论支持。

大气压冷等离子体射流基于其可以在开放的环境下不受放电区域限制,采用不同工作气体对物体进行直接处理的优点,近几年在生物医学方面(如灭菌)应用成为研究热点.在自然科学基金的资助下本课题组主要对介质阻挡放电冷等离子体射流的特性参数(电子密度、电子温度、活性基团等)以及特性参数对于微生物失活的影响进行研究。. 本项目主要采用发射光谱对大气压冷等离子体射流的特性参数进行诊断。利用Hβ的Stark展宽、氮气谱线绝对强度结合麦克斯韦分布拟合获得等离子体射流密度；通过氩气特定的谱线采用斜线拟合法计算出等离子体射流的电子温度，电子温度大约为0.5-1.2电子伏特；利用软件对OH和氮气特定谱线拟合，获得大气压射流转动温度和气体温度分别为300-400K和1600-3000K，从而证明大气压等离子体射流是一种非热平衡等离子体。以枯草杆菌为微生物模型进行灭菌实验，实验证明随着等离子体电子密度和电子温度的增高，枯草杆菌的失活率也随之增加，结合蛋白质泄漏测量间接证明带电电荷轰击是造成微生物外壁破裂的主要因素；通过实验我们证明等离子体射流产生的紫外和温度对微生物失活作用基本可以忽略；在工作气体中加入少量的氧气，可以大大提高等离子体氛围中的活性氧基团，等离子体的灭菌效率也随之迅速提高，这说明活性氧基团是一个重要的灭菌因素，通过扫描电镜观察不同实验因素对细菌形貌的影响，推断出活性氧原子不仅具有灭菌作用还能引起细菌形变；通过在等离子体工作气体中引入适当含量的水蒸气可以提高等离子体内部OH基团含量，随着OH的增加，灭菌效率也随之提高，但是这种提高相对于活性氧基团还是相对有限。通过本项目研究，我们基本掌握等离子体特性参数，特性参数与细菌失活之间的关系，进而明晰了等离子体射流灭菌机理，实现最初制定的研究目标。.截止提交总结前，在本基金的资助下，本课题共在国内外期刊发表相关论文四篇，接收一篇，处于审稿阶段两篇；本课题参加国内外会议两次，其中一次为国外会议，一次国内会议。研究生培养方面，一名博士毕业，两名硕士研究生在读，预计分别在2014年7月和2015年7月毕业。