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等离子体(Plasma)是一种以自由电子和带电离子为主要成分、整体上呈电中性的物质形态，它与固态、液态和气态不同，因此被视为物质的“第四态”。宇宙空间中99％的物质都处于等离子体态。根据粒子温度的高低，等离子体被划分为“高温”和“低温”两种类型。高温等离子体研究已有半个世纪的历程，主要应用于可控核聚变领域;而低温等离子体的研究，近年来才逐渐显现出蓬勃的生命力，科学家们在牙齿漂白、消毒灭菌、肿瘤治疗等领域积极拓展其临床应用。鉴于低温等离子体的“低温”特性、高效的灭活能力和瞬时激发特性，它在灭菌消毒方面具有传统方法不可比拟的优势，具有极大的临床应用价值。因此，对于低温等离子体灭菌消毒效应的机理解析具有重大意义。 一种主流学说认为活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)在等离子体灭菌消毒中扮演着重要角色。活性氧是反应活性强于基态氧分子的一类含氧物质的统称，其中既包含自由基，也包含非自由基，因其往往反应性强、寿命短而凸显出常规等离子体诊断方法的局限性。作为低温等离子体诊断的常规方法，发射光谱法对某些ROS的检测灵敏度和分辨率低;其它诊断方法对于液体环境中ROS的检测也具有局限性。电子自旋共振技术(Electron Spin Resonance，ESR)是自由基检测最直接、最灵敏的方法，尤其适用于水环境中羟自由基(·OH)和单线态氧(1O2)的检测，对于解析低温等离子体的灭菌消毒机理具有积极意义。 在第一部分研究中，我们以He/O2(2％)混合气体为气源，通过直流电源激发产生等离子体，通过电子自旋共振方法、发射光谱法和平板计数法，对低温等离子体——水系统中的ROS进行检测与分析，涵盖存在性、转化关系、浓度和对杀菌的贡献四个方面，取得以下重要发现: （一）通过联合使用自由基捕捉剂与清除剂，在He/O2(2％)等离子体——水系统中检测到羟自由基和单线态氧的产生; （二）通过引入超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)和金属离子螯合物推断出超氧阴离子自由基(·O2-)是·OH的前驱体; （三）以稳定自由基2，2，6，6-四甲基-1-哌啶酮（2，2，6，6-Tetramethylpiperidine1-oxyl，TEMPO）为参照物对He/O2(2％)等离子体——水系统中产生的1O2和·OH进行半定量，测得其浓度分别约为600μM和12μM; （四）在等离子体杀菌体系中分别引入不同的自由基清除剂，比较金黄色葡萄球菌S.aureus的存活率差异，由此推测等离子体灭菌中的关键因子。悬浮于1mL H2O，1mL SOD（100U，清除·O2-），1mL D-甘露醇（0.15M，清除·OH）和1mL L-组氨酸（0.15M，清除·OH和1O2）中的S.aureus经过20s等离子体处理，存活率分别为0.7％，1.6％，13.4％和40.9％，据此推断1O2在灭活S.aureus中扮演着重要角色。 在第二阶段研究中，采用流量控制器对He和O2的比例进行实时调控，在不同氧气比例下进行低温等离子体中的ROS诊断和对S.aureus和S.cerevisiae的灭活效力研究，以期发现氧气比例对等离子体中ROS产生的影响，并由此推测等离子体的灭活机理，以及指导参数设置和装置改良。取得以下发现: （一）当O2比例低于0.8％时，在He/O2等离子体——水系统中有大量的H原子产生;当O2比例介于1.0-2.0％之间时，则有显著的·OH和1O2产生，且产量随氧气比例调整变化不大。 （二）将O2比例由0％逐渐增大到2.0％，O3的产量总体上呈上升趋势;其中2.0％氧气比例下产生的臭氧浓度约为1.0％时的两倍。 （三）选取三个典型的氧气比例0.2％，1.0％和2.0％激发产生等离子体，处理细菌S.aureus和出芽酵母S.cerevisiae，发现相同氧气比例和处理时间下，它们对等离子体的耐受性不同，并且存活率随氧气比例变化的响应趋势也不同，推测在等离子体灭活S.aureus和S.cerevisiae中，存在不同的关键物质和作用机理。