[发明专利]一种大气压非平衡态等离子体微射流灭菌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大气压非平衡态等离子体微射流灭菌的方法，主要用于杀菌、凝血、皮肤病治疗、癌细胞杀灭等领域。

背景技术

低温灭菌中的放射线法、过滤法和化学法存在许多弊病，诸如对环境有污染（包括核辐射污染、化学污染）、有药物残留、灭菌时间长等，目前最先进的是低温等离子体灭菌技术。与通常的低温灭菌法相比，等离子体灭菌具有无药物残留、安全性高、灭菌时间短、无环境污染等优点，然而等离子体灭菌设备的成本相对比较高，此外，被处理样品的尺寸和放电的稳定性受到了一定的限制。

大气压非平衡态等离子体射流能够在开放的空间、而不是在间隙内产生大气压非平衡等离子体，这就使得许多应用的实现成为可能。为了满足各种特定应用的需要，人们研制出了多种多样的大气压非平衡态等离子体射流发生装置。在射流的研究中取得了诸多突破，射流的长度从几mm到十几cm，射流的气体温度从几百℃到常温，工作气体从以惰性气体为主到完全用周围空气。正是等离子体医学的发展，推动了大气压非平衡态等离子体射流的研究。特别是近几年来，研究者希望将大气压非平衡等离子体用于人体和动物的临床应用，这就迫切需要研制出适合于各种具体应用的装置。当与人体相接触时，必须保证人体的绝对安全。也就是说此时不仅要求等离子体射流的气体温度基本保持在常温，而且要求其不会对人体造成任何伤害。

    近年来，横向尺寸仅有几百微米甚至更小的毛细管型大气压微等离子体射流引起了越来越广泛的关注。微放电大气压等离子体射流具有以下特点：（1）与传统的低气压等离子体源（如电容耦合或电感耦合等离子体）相比，可以不需要昂贵的真空系统，降低设备的运行成本；（2）含有大量的活性自由基团和短寿命化学成分，可用于材料表面改性、活化、清洗、功能材料合成等；（3）高定向性；可以将活性成分和能量集中在待处理的局部区域，降低污染、局部皮肤坏死、炎症或结疤的风险，例如精确瞄准病变细胞或组织。由于微放电用于局域非均匀材料处理和聚合膜沉积而不再需要掩膜技术。微放电射流可用于改变材料表面的润湿性能，比如金属、等离子体聚合苯乙烯、聚二甲基硅氧烷以及聚碳酸酯，并且微等离子体射流可用以刻蚀硅片、处理热敏性表面（如人的皮肤）等。

    相比较单射流等离子体，阵列式微等离子体射流可以更有效接触大面积物体表面。而且，中空光学纤维微等离子体射流阵列可以同时瞄准不同的细胞，这样可以更好地区分等离子体对不同种类细胞的影响。

由于微放电结构尺寸小，这些等离子体源可以在大气压条件下工作，可以使用多种工作气体，激励源可以是直流、kHz交流、MHz到GHz高频等范围。微放电等离子体射流被用于液体样品光学发射光谱测试、材料局部等离子体处理、用于质谱仪的小型化电离源、薄膜沉积及材料合成、非晶硅快速热退火、灭菌（处理癌细胞等）等，特别是微等离子体技术在治疗癌变细胞等疾病的研究方面日益引起人们的关注。

发明内容

    本发明的目的是针对上述提出的现有技术的不足，提供一种大气压非平衡态等离子体微射流灭菌的方法，采用交流高压（连续或脉冲）电源在微米尺寸内的石英管中激发产生大气压非平衡态等离子体微射流微尺寸、低温、高定向性灭菌。

本发明采用的技术方案是：

一种大气压非平衡态等离子体微射流灭菌的方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）首先是搭建大气压非平衡态等离子体微射流发生装置，大气压非平衡态等离子体微射流发生装置包括输出电源和输出频率可调的交流高压电源，交流高压电源的一端接地另一端通过耐高压电阻与微射流电极连接，所用微射流电极为铜箔电极，铜箔电极包覆在石英纤维管上；气瓶的出气口通过管道接入石英纤维管的进气口，石英纤维管的进气口部设有气流转接头，气瓶与气流转接头之间的管道上设有质量流量计，气瓶内装有工作气体，所用的石英纤维管能弯曲；石英纤维管的外壁的一部分通过真空镀膜法镀上一层银膜，银膜与铜箔电极相连以延长电极结构，铜箔电极距离石英纤维管的出气口部的距离为30~40 cm；

（2）使用步骤（1）中搭建的实验装置，通过质量流量计控制通过石英纤维管中的工作气体的流量，并调节交流高压电源输出电压和频率，当输出电压达到一定强度时，在石英纤维管中激发等离子体微射流从石英纤维管出气口处喷出，等离子体微射流长度可达5~10 mm；

（3）一定条件下培养样品，如大肠杆菌、枯草杆菌，在大气压中直接通过等离子体微射流对培养的样品进行表面处理：可固定大气压等离子体微射流进行表面定点处理，也可移动等离子体微射流做线扫或面扫处理；