临床医学论文范文大气压介质阻挡放电等离子体在生物灭菌中的应用研究

摘要

大气压低温等离子体技术具有低能耗、高效率、气体温度接近室温、无需复杂的真空系统等优点，可应用于薄膜沉积、材料表面改性、杀菌消毒、环境净化、食品安全等多个领域。近年来，大气压低温等离子体在生物医学方面的应用研究不断掀起热潮。本文通过交流电源和脉冲电源驱动，利用共面介质阻挡放电和阵列式微结构介质阻挡放电，在大气压条件下产生大面积低温均匀等离子体，并对白色念珠菌、大肠杆菌进行杀菌消毒处理。同时利用射流放电实现了动物和植物病害的应用研究。主要结果如下：

利用介质阻挡放电在共面平行交替排列的高压电极与地电极的介质板表面上放置的塑封袋内成功地实现了大面积均匀放电等离子体。在不同的等离子体参数处理条件下对白色念珠菌的失活效率进行了研究，研究结果表明：在峰值电压9 kV、频率11 kHz条件下，经过等离子体处理5 min后，99%He与1%O₂混合条件下白色念珠菌失活效率高达99%。在该研究中电荷的的轰击与放电过程中活性氧原子的含量对白色念珠菌失活效率起主要作用。
利用交流介质阻挡放电在石英体凹槽内（高压电极和地电极等间距放置在石英体内，高压电极和地电极非共面平行交替排列）成功地实现了大体积空间多槽式均匀放电等离子体。通过同步触发ICCD成像技术，对9 kHz和不同峰值电压下的凹槽内等离子体形成过程进行了研究，放电电荷在介质层表面积累形成的反馈通道有助于形成稳定的大面积空气均匀放电。利用该等离子体在3 min内可有效的失活筷子表面粘附的大肠杆菌和白色念珠菌，失活效率高达999%。
微结构毛细管分别作为高压电极与地电极平行交替排列，白色念珠菌放置在微结构毛细管表面上，利用脉冲电源驱动成功地在微结构毛细管表面形成了大面积空气均匀放电等离子体。研究结果表明：在峰值电压30kV和频率150 Hz情况下，在微结构毛细管表面上方白色念珠菌的失活效率随着距微结构毛细管表面不同高度处（即对白色念珠菌处理深度）呈现出三个阶段的下降趋势：平缓下降、急剧下降、有一定陡度的平缓下降。
在一端为盲孔的光纤内嵌入铜丝并形成阵列式微结构作为高压电极放置在一石英腔内，板电极作为地电极。白色念珠菌放置在阵列式微结构高压电极下方的地电极表面上，石英腔内的放电气体由石英腔吹向地电极，在高压电极与地电极之间形成了大气压大面积阵列式微结构交流介质阻挡刷状均匀放电等离子体。在不同放电参数下，对刷状放电等离子体的均匀性和白色念珠菌的失活效率进行了研究。研究结果表明：在放电峰值电压、放电频率和放电间距相同条件下，在He和O₂混合气体中，当O₂含量超过4%或者放电间距超过4 mm时，放电则由均匀放电转变为丝状放电。白色念珠菌的失活效率结果表明：在99%He与1%O₂混合气体放电处理180 s、放电间隙3 mm时白色念珠菌失活效率高达99%，而且白色念珠菌的失活效率在与地电极表面平行方向没有明显的差异。
利用大气压射流放电等离子体对动物（柞蚕微粒子）和植物（番茄褐孢霉）病害开展了应用研究。在峰值电压6 kV，频率9 kHz，99%氦气与1%氧气混合气放电下，产生1 cm射流均匀放电低温等离子体，通过染色、活体感染等手段对柞蚕微粒子病害进行了失活研究。研究结果表明：该射流等离子体在5 min内可对柞蚕微粒子病害有效杀除，在该过程中电荷与活性氧在微粒子病害失活过程中起主导作用；在峰值电压6 kV，频率9 kHz条件下，利用99%Ar与1%O₂混合气体射流放电对番茄褐孢霉的失活效率进行研究，研究结果表明：放电电荷在细胞表面积累形成静电张力破坏了细胞的完整性而导致褐孢霉失活。此外，利用5%Ar与0.5%O₂混合气体在水溶液中产生射流放电等离子体活化水，研究结果表明：该等离子体活化水对白色念珠菌具有较好的杀菌效果。