大氣壓輝光放電等離子體消毒效果、殺菌機(jī)理及毒理學(xué)安全性研究.pdf

1、等離子體是氣體在受到高能量作用時(shí)電離產(chǎn)生的，主要由電子、正負(fù)離子、基態(tài)原子、激發(fā)態(tài)原子、活性自由基(如單原子氧，臭氧，過(guò)氧化氫等)、UV輻照等組成。這些成分具有很強(qiáng)的物理化學(xué)活性，對(duì)微生物具有殺滅作用?，F(xiàn)已有報(bào)道顯示等離子體具有快速高效的殺菌作用，殺菌譜廣，無(wú)有害物質(zhì)殘留，不污染環(huán)境，是對(duì)環(huán)境最友好的一種新型消毒方式。美國(guó)EPA已將大多數(shù)等離子體消毒法歸為綠色消毒方法一類(lèi)。美國(guó)NIH、FDA以及加拿大和歐盟的相應(yīng)組織也批準(zhǔn)將等離子體用于

2、食品加工和醫(yī)療器械的消毒。大氣壓輝光放電等離子體是等離子體家族的新秀，在大氣壓工作，溫度接近室溫，適用于對(duì)熱敏感物品的消毒，具有廣闊的應(yīng)用前景，是近年來(lái)等離子體消毒研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。國(guó)外有部分大氣壓輝光放電等離子體消毒效果的報(bào)道，但殺菌機(jī)理還不清楚，毒理學(xué)少有報(bào)道，國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。 為探索等離子體技術(shù)在消毒學(xué)、生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，更好的開(kāi)發(fā)利用等離子體技術(shù)，我們采用復(fù)旦大學(xué)電光源研究所設(shè)計(jì)的兩款消毒機(jī)——直接曝光式等離子體消毒機(jī)

3、(以下簡(jiǎn)稱直接式消毒機(jī))和間接曝光式等離子體消毒機(jī)(以下簡(jiǎn)稱間接式消毒機(jī))進(jìn)行消毒效果、殺菌機(jī)理和毒理學(xué)研究。 第一部分消毒效果評(píng)價(jià)，采用載體定量消毒效果實(shí)驗(yàn)，選擇具有代表性的幾種標(biāo)準(zhǔn)指示菌：大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌和枯草桿菌黑色變種芽孢進(jìn)行研究。試驗(yàn)時(shí)每個(gè)菌片上滴染相同數(shù)量的細(xì)菌，分別于處理不同時(shí)間后取出，37℃培養(yǎng)，活菌計(jì)數(shù)。發(fā)現(xiàn)直接曝光式等離子體消毒機(jī)殺滅玻片表面全部100個(gè)細(xì)菌繁殖體、芽孢和真菌所需的時(shí)間分別

4、是1 min、2 min和4 min。間接曝光式等離子體消毒機(jī)殺滅瓊脂表面10<'6>個(gè)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌分別需要2 min、3 min和6 min。枯草桿菌黑色變種芽孢對(duì)間接式消毒機(jī)產(chǎn)生的等離子體抵抗力較強(qiáng)，處理11 min，僅使其菌量降低3個(gè)對(duì)數(shù)值。大氣壓輝光放電等離子體具有高效的殺菌效果，直接式消毒機(jī)處理物品4 min可以達(dá)到滅菌要求，間接式消毒機(jī)處理物品11 min可達(dá)消毒要求。等離子體的消毒效果受微生物種類(lèi)、

5、載體表面性質(zhì)、有機(jī)物、甘油、還原性物質(zhì)及與等離子體發(fā)生源距離的影響。不同微生物對(duì)等離子體的抵抗力不同，直接式消毒機(jī)：白色念球菌>枯草桿菌黑色變種芽孢>細(xì)菌繁殖體；間接式消毒機(jī)：枯草桿菌黑色變種芽孢>白色念球菌>細(xì)菌繁殖體。相同處理方式各種微生物的存活曲線各不相同，相同微生物不同作用方式存活曲線也不相同。對(duì)玻璃表面的相同細(xì)菌殺滅率低于濾紙和棉布表面： 20％小牛血清、10％甘油和100 mg/ml的維生素C能顯著降低等離子體對(duì)細(xì)菌

6、的殺滅率。兩種消毒機(jī)消毒效果不同，直接式消毒機(jī)對(duì)微生物的殺滅率高于間接式消毒機(jī)。推測(cè)高壓電場(chǎng)、紫外線在殺菌過(guò)程中起次要作用。高溫在消毒過(guò)程中作用不大。等離子體對(duì)內(nèi)毒素具有分解作用，處理30 s可使大腸桿菌菌液內(nèi)毒素含量顯著降低(P<0.05)，小幅反彈后在處理90 s時(shí)，內(nèi)毒素含量顯著低于處理前水平(P<0.05)。第二部分殺菌機(jī)理研究，從微生物形態(tài)學(xué)、生命大分子和細(xì)胞功能改變等幾個(gè)方面研究大氣壓輝光放電等離子體對(duì)表面微生物的殺滅機(jī)理。

7、掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)直接式等離子體處理的革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁發(fā)生破裂，而革蘭氏陽(yáng)性菌結(jié)構(gòu)無(wú)明顯改變。間接式等離子體不引起細(xì)菌的細(xì)胞壁破裂。微生物暴露于等離子體中，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)漏出、脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物逐漸增加(P<0.05)，抗氧化能力逐漸降低(P<0.05)，DNA在等離子體處理1min時(shí)僅發(fā)生輕微改變。用L型細(xì)菌培養(yǎng)基對(duì)暴露后細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)，觀察L型細(xì)菌的形成情況，并用糖代謝試驗(yàn)觀察暴露前后細(xì)菌對(duì)葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、乳糖和甘露醇的代謝能

8、力改變，發(fā)現(xiàn)等離子體能誘導(dǎo)L型細(xì)菌形成，但是隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)形成數(shù)減少，暴露180 s以上的組別沒(méi)有L型細(xì)菌形成。暴露后細(xì)菌不能分解甘露醇，對(duì)蔗糖分解能力降低。菌液中加入抗氧化劑可顯著降低殺菌效果，得出結(jié)論，中性活性反應(yīng)基團(tuán)如O·、OH·等自由基以及O<,2><'->·的強(qiáng)氧化作用在殺菌過(guò)程中起重要作用，它們由外到內(nèi)先后與細(xì)胞成分發(fā)生反應(yīng)：先與細(xì)胞膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)反應(yīng)使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)受到損傷(形成L型細(xì)菌)，通透性增加內(nèi)容物漏出，進(jìn)一步與胞內(nèi)蛋

9、白質(zhì)反應(yīng)，使細(xì)菌的抗氧化和代謝能力改變導(dǎo)致細(xì)菌死亡，最后與核物質(zhì)反應(yīng)使DNA結(jié)構(gòu)改變。帶電粒子在直接式等離子體消毒機(jī)殺菌過(guò)程中起重要作用，大量電荷聚集在細(xì)菌表面，當(dāng)靜電力大于細(xì)菌表面張力時(shí)可使脆弱的革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁發(fā)生破裂，內(nèi)容物漏出細(xì)菌死亡。由于短時(shí)間處理可誘導(dǎo)L型細(xì)菌生成，應(yīng)以處理180 s以上時(shí)間所得的結(jié)果作為確定的結(jié)果。在等離子體消毒過(guò)程中，幾種殺菌機(jī)理可能單獨(dú)或先后作用導(dǎo)致細(xì)菌死亡，也可能產(chǎn)生協(xié)同作用。 第三部分毒理