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，對微生物具有殺滅作用?，F(xiàn)已有報道顯示等離子體具有快速高效的殺菌作用，殺菌譜廣，無有害物質(zhì)殘留，不污染環(huán)境，是對環(huán)境最友好的一種新型消毒方式。美國EPA已將大多數(shù)等離子體消毒法歸為綠色消毒方法一類。美國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，適用于對熱敏感物品的消毒，具有廣闊的應(yīng)用前景，是近年來等離子體消毒研究領(lǐng)域的熱點。國外有部分大氣壓輝光放電等離子體消毒效果的報道，但殺菌機(jī)理還不清楚，毒理學(xué)少有報道，國內(nèi)尚無相關(guān)報道。 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)計的兩款消毒機(jī)——直接曝光式等離子體消毒機(jī)

3、(以下簡稱直接式消毒機(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價，采用載體定量消毒效果實驗，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。試驗時每個菌片上滴染相同數(shù)量的細(xì)菌，分別于處理不同時間后取出，37℃培養(yǎng)，活菌計數(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個細(xì)菌繁殖體、芽孢和真菌所需的時間分別

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?？莶輻U菌黑色變種芽孢對間接式消毒機(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個對數(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、

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)對微生物的殺滅率高于間接式消毒機(jī)。推測高壓電場、紫外線在殺菌過程中起次要作用。高溫在消毒過程中作用不大。等離子體對內(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，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)胞功能改變等幾個方面研究大氣壓輝光放電等離子體對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，而革蘭氏陽性菌結(jié)構(gòu)無明顯改變。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，隨著時間延長，蛋白質(zhì)漏出、脂質(zhì)過氧化產(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時僅發(fā)生輕微改變。用L型細(xì)菌培養(yǎng)基對暴露后細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)，觀察L型細(xì)菌的形成情況，并用糖代謝試驗觀察暴露前后細(xì)菌對葡萄糖、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，但是隨暴露時間延長形成數(shù)減少，暴露180 s以上的組別沒有L型細(xì)菌形成。暴露后細(xì)菌不能分解甘露醇，對蔗糖分解能力降低。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。由于短時間處理可誘導(dǎo)L型細(xì)菌生成，應(yīng)以處理180 s以上時間所得的結(jié)果作為確定的結(jié)果。在等離子體消毒過程中，幾種殺菌機(jī)理可能單獨或先后作用導(dǎo)致細(xì)菌死亡，也可能產(chǎn)生協(xié)同作用。 第三部分毒理