低温等离子体灭菌

低温等离子体简介

等离子体是指电离度大于0.1%,且其正负电荷相等的电离气体。它是由大量的电子、离子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成,电子和正离子的电荷数相等,整体表现出电中性,它不同与物质的三态(固态、液态和气态),是物质存在的第四种形态。

其主要特征是:

1、带电粒子之间不存在净库仑力;

2、它是一种优良导电流体,利用这一特征已实现磁流体发电;

3、带电粒子间无净磁力;

4、电离气体具有一定的热效应。

根据体系能量状态、温度和离子密度,等离子体通常可以分为高温等离子体和低温等离子体。前者的电离度接近1,各种粒子温度几乎相同,体系处于热力学平衡状态,温度一般在5×104K以上,主要应用于受控热核反应研究方面;而后者各种粒子温度并不相同,电子的温度远远大于离子的温度,系统处于热力学非平衡状态,体系在宏观上温度较低,一般气体放电产生的等离子体都属于这一类型,其与现代工业的生产关系更为密切。

  低温等离子体在杀菌消毒的应用

  低温等离子体的电离率较低,电子温度远高于离子温度,离子温度甚至可与室温相当。所以低温等离子体是非热平衡等离子体。低温等离子体中存在着大量的、种类繁多的活性粒子,比通常的化学反应所产生的活性粒子种类更多、活性更强,更易于和所接触的材料表面发生反应,因此它们被用来对材料表面进行改性处理。

与传统的方法相比,等离子体表面处理具有成本低、无废弃物、无污染等显著的优点,同时可以得到传统的化学方法难以达到的处理效果。20世纪七八十年代起,等离子体在对金属、微电子、聚合物、生物功能材料、低温灭菌及污染治理等诸多领域的应用研究开始蓬勃发展,形成向多学科交叉的研究方向。

早期的大部分工作主要集中在低气压低温等离子体环境下的等离子体表面改性研究,为了工业应用的便利和廉价。最近几年来,大气压非平衡等离子体发生技术及其应用是目前备受关注的热点,涉及应用领域也非常宽广

低温等离子体灭菌基本作用机理

等离子体主要是指对物质不断施加外部能量,从而将物质分解阳电荷、阴电荷两种不同的粒子状态。如果是中低压情况下,较重的等离子体质量粒子的温度,相对于电子的数量级会低一个,这种等离子显示器体也就是冷等离子体,也被称为低温等离子体。目前,仍然没有详细说明低温等离子体具体的杀菌消毒机理。

但是根据大多数学者的研究报道,杀菌消毒机理主要可分为以下3种说法:

①形成等离子体的过程中,会产生大量的紫外线对微生物的基因物质具有直接破坏作用。

②等离子体中存在的活性物质可以和微生物体中的核酸、蛋白质发生化学反应,可以直接破坏微生物及微生物的生存能力。

③紫外光子的光解作用可以将微生物分子化学键打破,并且生成CHx、CO等具有挥发性的化合物。

也有很多学者经临床实践研究表明,等离子体杀灭细菌的作用机制可能是由于以上多种原因共同作用所致。

低温等离子体灭菌消毒技术的应用

低温等离子体消毒技术的优势非常突出,基本集中了其他多种杀菌消毒技术的各种优势,比如该技术和干热灭菌、高压蒸汽灭菌相比而言,消毒灭菌的时间消耗更短。和化学灭菌方法相较而言,具有低温的优势,可以在多种物品、材料中应用。尤其是将电源切断后,各种活性粒子可以快速消失,只有数豪秒钟时间,并不需要特意通风,对操作人员也不会造成任何伤害,因此更加安全可靠,值得广泛推广。

传统的杀菌消毒效果并不理想,低温等离子体灭菌消毒技术更能够满足现代各种产品的消毒需求。具体而言,体现在以下几个方面:

①热敏器械。通过射频电源可以激发H2O2气体或空气生成低温等离子体,可以杀菌消毒各种不耐高温、高压的热敏类器械。比如输液瓶或其他硅橡胶、塑料制成的器械等。可以在等离子体反应器中将其放置在平行电极间使气体放电,这样可以消毒器械内外表面,若加入消毒剂进行微波汽化有利于提高杀菌效果。

②金属器械消毒。通过低温等离子技术对冲洗机、环形锯、钢剪等进行杀菌消毒可有效避免烧灼器械的损坏。由于很多金属器械的形状并不规则,不能在等离子体反应器中放置在平行电极间,可以采用远程等离子体消毒技术,不仅可以杀灭金属器械表面的细菌,也可以防止蚀刻作用对器械的破坏。

③电子探头传感器消毒。带有电子探头的传感器在细胞培养、生化监测、医用监测中常常被应用,这种类型医疗器械对于杀菌消毒的要求非常高,而且需要注意在杀菌过程中也许会由于损坏这种灵敏元件的感应膜对其功能有所影响,因此杀菌消毒的难度较大。

④小型反复使用的医用制品消毒。在临床治疗过程中,常常会使用绷带、易碎容器等小型医用制品,由于使用频率较高,而且应用范围较广,因此需要在使用这些医用用品后,快速、及时的进行杀菌消毒,并且要求消毒的效果较好。

⑤医用生物材料消毒。能够修复或者取代活组织的人造材料或者天然材料也即是医用生物材料。医用生物材料只有植入生物体后,没有发生免疫反应、过敏反应或者凝血、致癌等情况,才会和生物体融合、协调达到生物相容性。

低温等离子体除了在杀菌消毒技术的应用之外,还在低温等离子消融术,低温等离子体治理污染空气等方面有大量的应用

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