介質(zhì)阻擋放電在殺菌及薄膜沉積中的光譜分析和機理研究.pdf

1、介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)等離子體是大氣壓非平衡等離子體(冷等離子體)的一種常見形式。DBD等離子體的特點在于其放電結(jié)構(gòu)多樣，工作氣壓范圍寬，等離子體溫度低接近于室溫，可以根據(jù)實際的實驗及生產(chǎn)需要改變其裝置尺寸。因此在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有很廣的應(yīng)用前景。在本論文中，我們研制出了新型的面等離子體發(fā)生裝置。采用石英玻璃作為阻擋介質(zhì)，有效的避免了弧放電的生成。此外我們還對不同等離子體裝置的

2、基本放電特性進行了研究。在實驗中利用單色儀及光纖光譜儀對不同氣體的放電發(fā)射光譜進行了分析研究，確定關(guān)鍵作用粒子。本論文中主要取得了以下的成果及創(chuàng)新：
　　(1)研制出了能在大氣壓下產(chǎn)生面等離子體的新型實驗裝置。該裝置可以根據(jù)實驗需求擴大或縮小實驗裝置的尺寸。采用空氣作為工作氣體，在常溫常壓下產(chǎn)生的厚度為2mm的面等離子體。面等離子體的溫度在28℃左右，人的手指直接觸碰等離子體沒有任何刺痛感和灼熱感。
　　利用該裝置對大腸桿菌

3、(E.coli)進行殺滅實驗。通過調(diào)整放電參數(shù)得出最佳處理效果。大腸桿菌在空氣等離子體處理后存活率降至4％，而采用氧氣作為工作氣體，細菌的存活率進一步降低至1％。采用單色儀對放電進行檢測得到其原子發(fā)射光譜。我們發(fā)現(xiàn)空氣等離子體中含有大量活性含氧粒子如：O，OH和O3等。通過分析處理后的細菌電泳圖，進一步的驗證了O和OH是主要的作用粒子。并且得出細菌殺滅的機理。
　　(2)通過改良現(xiàn)有的等離子體針裝置，對黑色素瘤細胞(MeWo)進行

4、殺滅處理。等離子體針可以在常溫常壓下通過類輝光放電產(chǎn)生長度在2cm左右的等離子體羽。由于等離子體羽溫度接近室溫，采用惰性氣體He氣作為工作氣體，所以對正常細胞沒有任何危害。當(dāng)處理時間為60s時，黑色素瘤細胞的存活率降低至8％。
　　利用高倍光學(xué)顯微鏡觀察處理前后細胞的形態(tài)學(xué)變化。在等離子體處理的圓斑上，細胞都處于萎縮凋亡狀態(tài)。在等離子體照射到的圓斑周圍看不到黑色素瘤細胞，這可能是由于在針等離子體噴口處，只有噴口周圍會跟空氣接觸，空

5、氣中的氧原子受到等離子體內(nèi)的He亞穩(wěn)態(tài)粒子激發(fā)產(chǎn)生躍遷，形成OⅠ、OⅡ等具有強氧化性的粒子，進而這些粒子與細胞壁作用，破壞其細胞結(jié)構(gòu)。而在針等離子體中心處，主要是HeI粒子和電子為主，其氧化性較弱，但具有高能量的電子依然可以對細胞產(chǎn)生破壞作用，因此在噴口中心處軸方向的細胞仍然有部分殘留，但其也都處于萎縮狀態(tài)。光學(xué)顯微鏡局部放大圖進一步驗證，細胞的死亡是由于處理的細胞其細胞結(jié)構(gòu)遭到了破壞，致使細胞內(nèi)的物質(zhì)流露到細胞外，導(dǎo)致細胞枯萎凋亡。<

6、br>　　(3)利用平板DBD等離子體裝置對青霉(Penicillium SHZK-15)進行誘變，以提高布雷菲德菌素A(BFA)的產(chǎn)率，實驗過程中通過實時在線檢測等離子體光譜，并利用光譜分析，確定作用粒子為氮氣的激發(fā)態(tài)粒子。在處理時間為5秒時，BFA的產(chǎn)率最高，在空氣等離子體處理后產(chǎn)率提高了將近三倍，氮氣等離子體處理后產(chǎn)率提高了將近五倍。
　　最后利用DBD微電極放電裝置，在內(nèi)徑為：30-300μm的空心石英光纖管內(nèi)壁沉積氟碳(