大气压常温直流等离子体灭活光滑念珠菌及其机理研究

摘要

如今，等离子体医学正成为一个热门的研究方向，其中对等离子体灭菌消毒的研究最为广泛，其本质为等离子体与细胞的相互作用。目前认为是等离子体产生的活性氮氧化物在起灭菌作用，但是并不清楚这些活性氮氧化物与生物体的相互作用机制，同时也很难单独确定某一种或某几种活性氮氧化物对灭菌的贡献以及其产生的灭活效果，尤其是那些很重要的短寿命活性氮氧化物。因此，本文采用我们自行研制的大气压常温直流等离子体装置，通过控制工作源气体的种类来有选择性的产生活性氮氧化物，从而研究它们在灭菌过程中的贡献，以此来更深地研究等离子体灭菌的机理。
　　主要内容包括以下五个方面：
　　①介绍了本文的研究背景以及四种常见的常温等离子体射流源，并概述了等离子体医学在国内外的研究进展，同时也介绍了实验菌株—光滑念珠菌在临床上的治疗现状。由于光滑念珠菌是一种易复发的顽固性致病真菌，所以很少有药物可以彻底根治其引起的疾病，因此引入大气压常温等离子体技术来灭活光滑念珠菌，同时也为治疗由光滑念珠菌引起的疾病提供新的思路。
　　②介绍了我们研制的大气压常温直流等离子体装置，放电模型为针网放电，其中高压电极为钨针，接地极为金属网，在高压直流电源作用下，放电在钨针和金属网之间产生，只有当工作源气体为 Ar+N2时，才会在空气中产生明显的发光射流。通过发射光谱的检测，发现控制不同的工作源气体组合放电（Ar+N2、Ar+O2、Ar+H2O、Ar+N2+O2、Ar+N2+H2O），可以有选择性的产生活性物质。同时用热电偶测量等离子体余辉的轴向温度，并且用红外热成像仪测定等离子体在处理物体表面时所引起的温度累积效应，最后结合恒温水浴箱耐热实验，证实了我们研制的大气压常温直流等离子体装置所带来的温度热效应对光滑念珠菌存活率的影响是可以忽略不计的，即该装置适合处理生物样本。
　　③介绍了直流等离子体灭活生长在固体培养基和悬浮液中光滑念珠菌的效果，并解释了二者灭菌效果差异的原因，主要是由于等离子体余辉中的活性氮氧化物与固体培养基表面接触之后一部分直接扩散到空气中，其次虽然等离子体产生的活性氮氧化物可以在培养基表面的水膜中长时间存在，但是涂布在培养基上的真菌被蛋白胨和葡萄糖所包覆，由于蛋白胨和葡萄糖均具有一定的还原性，它们可以与水膜中的活性氮氧化物发生反应，从而抑制灭菌效果。由于实际临床中细菌和真菌共同存在，所以用该装置灭活了三种常见的细菌：绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，均取得了不错的灭活效果。
　　④以Ar+H2O余辉放电为例来研究等离子体灭菌的机理：发现在Ar+H2O余辉放电灭活光滑念珠菌过程中，主要是短寿命的活性物质在起作用，同时对经过处理的生理盐水中的OHaq进行测定，发现它在灭菌过程中起着十分重要的作用，而且OHaq的产生几乎都来自于针网放电区域水蒸气的电离。除此之外，发现环境中的空气参与了 Ar+H2O余辉放电过程，并且空气的参与会使灭活效率提升10％~20%，主要是由于空气参与放电并在悬浮液中生成一种短寿命的活性物质ONOOHaq所致；而其它的短寿命活性物质，比如O3aq、O2-aq等在灭菌过程中所起的作用可以忽略不计。
　　⑤在密封条件下，研究了 Ar+O2、Ar+N2、Ar+N2+O2、Ar+N2+H2O等离子体余辉灭活光滑念珠菌的机理，其中纯Ar放电灭菌是真空紫外线在起主要作用，而Ar+O2放电灭活光滑念珠菌是O2-在起主要作用。Ar+N2、Ar+N2+O2、Ar+N2+H2O放电灭菌均是长短寿命的活性物质在起协同作用，其中 Ar+N2放电灭菌是射流接触式处理，同时有大量的OHaq和一定量的ONOOHaq生成；而Ar+N2+O2放电灭菌中起作用的活性物质为氮氧化物；Ar+N2+H2O放电灭菌过程中是NO2-aq和H2O2aq形成的ONOO-aq在起作用。

目录

1 绪 论

1.1 大气压常温等离子体

1.2 大气压常温等离子体射流源

1.3 等离子体医学的研究进展

1.4 光滑念珠菌及其感染炎症治疗现状

1.5 大气压常温等离子体灭活耐药性菌株机理研究的创新之处

1.6 主要研究内容及目的

2 大气压常温直流等离子体装置

2.1 大气压常温直流等离子体装置

2.2 直流等离子体的发射光谱特性

2.3 直流放电等离子体余辉气体温度

2.4 本章小结

3 不同气体混合常温等离子体余辉灭活光滑念珠菌

3.1 光滑念珠菌菌株的制备及灭菌流程

3.2 不同气体混合的等离子体余辉灭菌效果

3.3 处理后光滑念珠菌生长曲线的测定

3.4 等离子体余辉灭活细菌的效果

3.5 本章小结

4 Ar+H2O放电余辉灭活光滑念珠菌机理分析

4.1 扫描电镜观测处理后的光滑念珠菌

4.2 液相活性物质检测方法

4.3 真空紫外线和pH值的影响

4.4 液相长寿命活性物质的检测及其作用贡献分析

4.5 液相短寿命活性物质的检测及其作用贡献分析

4.6 本章小结

5 Ar+O2、Ar+N2、Ar+N2+O2、Ar+N2+H2O等离子体余辉灭活光滑念珠菌机理分析

5.1 封闭空间下等离子体余辉灭活光滑念珠菌的效果

5.2 等离子体余辉处理悬浮液后pH值的测定

5.3 真空紫外线作用贡献分析

5.4 悬浮液中活性氮氧化物作用的评估

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 后续工作与展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间发表或完成的论文

B. 攻读硕士学位期间承担和参加的科研项目