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等离子体灭菌技术是最近这些年兴起的一种新型消毒灭菌技术,尤其在医疗、卫生、食品等领域有很大的发展前景。有很多的研究者从产生等离子体的角度着手,如在低气压下或大气压下采用不同气体、不同放电方式或不同的电源等来推理和验证微生物失活的因为,得出了很多重要的结果,但观点并不完全相同。迄今从生物角度解释等离子体失活微生物机理的报道较少。本论文分别采用低气压下电容耦合放电的等离子体、大气压下介质阻挡放电的等离子体射流和大气压下介质阻挡放电的等离子体装置对以枯草芽孢杆菌为主的微生物进行失活的实验。从生物及生物化学角度,对等离子体失活微生物机理进行了系统的研究,并揭示了该种等离子体环境下失活微生物最可能的机理。本文共分为五章。
1、研究了低气压电容耦合放电的等离子体对微生物的失活。当只使用装置中的等离子体对Bacillus subtilis进行失活实验时,细菌的存活数随着等离子体处理时间的增加而减少,但很难使其被完全杀灭。通过对失活机理的讨论,确定这种条件下最可能的失活机理是等离子体中的带电粒子对细菌轰击和刻蚀的作用。当H2O2注射到工作气体中后,H2O2在等离子体气氛中分解成了化学活性很强的羟基自由基,这些自由基对细菌的失活起到了显著的作用。通过对失活机理的讨论,确定这种条件下最可能的失活机理是化学活性粒子的作用,带电粒子在这个过程中起到了协同作用。
2、大气压介质阻挡放电的等离子体射流对微生物的失活。当使用Ar或He作为工作气体时,Bacillus subtilis经过等离子体射流较长时间的处理(如3 min)会降低2-3个数量级,但仍然不能使其完全失去活性。通过对失活机理的讨论,确定这种条件下最可能的失活机理是等离子体中带电粒子的轰击和刻蚀作用。当在Ar或He中添加了具有化学活性的O2或H2O2蒸汽后,等离子体射流对Bacillussubtilis的失活效率得到了极大的提高,相应的D-value也显著降低。通过对失活机理的讨论,确定这种条件下最可能的失活机理是化学活性粒子的作用,带电粒子在这个过程中起到了协同作用。
3、大气压介质阻挡放电的等离子体装置对微生物的失活。实验结果表明对于玻璃器皿表面的细菌失活是很有效的；对位于PTFE毛细管内的细菌则失活效果不理想；对位于干食品(麦苗粉和番茄片)内的细菌可以在处理20-30 min时全部杀灭或降低到卫生部门允许的最低标准；也能对位于散落开的人民币上的细菌进行有效的失活,然而对捆扎在一起的人民币则效果不佳。通过对失活机理的讨论,确定这种条件下最可能的失活机理是具有化学反应活性的粒子。