低温等离子体对微生物的失活作用及其机理研究

1、低温等离子体对微生物的失活作用及其机理研究试验菌种的价钱？消毒效果的检测费用：化学指示胶带，化学指示卡，到防疫站检测？电镜扫描被处理细菌表面形貌，费用？等离子体灭菌的关键技术是：灭菌腔体中等离子体必须均匀，不存在死角；有一定的能量要求。大容积均匀等离子体发生技术的难度高！在环境问题越来越受到人们关注的今天，常压低温等离子体消毒作为一种清洁的消毒方法将会有一个广阔的应用前景。常压低温等离子体消毒灭菌的研究（东华大学2006年文章）有关等离子体杀灭微生物效果的报道较多，但等离子体杀灭微生物的机理的研究则很少报道。但是，迄今为止，关于其灭菌机理的研究，仍停留在只是以等离子体场中活性物种混存下的表观反

2、应结果为依据作出的推测，尚未能建立起具有普遍说服力的灭菌机理。究竟等离子体中各活性物种在灭菌中各自起着何种作用，贡献份额多少，仍然是等离子体灭菌基础理论研究中亟待解决的问题据此，我们提出利用远程等离子体场，以实现其活性物种(电子、离子、自由基)的有效分离，从而解明它们各自在灭菌中的作用规律。采用Langmuir双电子探针和电子自旋共振(ESR)波谱仪对远程氧等离子体的活性物种分布进行了定量测定，考察了远程氧等离子体对大肠杆菌的灭活作用。但在等离子体作用于微生物的同时也必然作用于染菌载体表面。随着越来越多的聚合物材料被广泛应用于现代 医用设备、生物移植材料中，等离子体在灭菌的同时引发这些医用高分

3、子材料表面的化学修饰、刻蚀、交联、聚合等反应会对其医学使用性能有何影响，越来越受到人们的关注。（远程氧等离子体对大肠杆菌的灭菌效果与机理研究，陈杰瑢2008.1）结论 采用低温等离子体灭菌机灭菌关节镜手术器械能够保证灭菌的安全性，对精密的器械损伤小、灭菌时间短，增加了使用周转，提高了手术器械的使用频率，提高了效益 。在医院日常工作中，医用灭菌设备配置使用的好坏是对医院医疗质量和医疗安全的有效保证。现如今在大多数医院中所使用灭菌方法多为热力灭菌、辐射灭菌、环氧乙烷灭菌、低温甲醛蒸汽灭菌以及使用各种灭菌剂如戊二醛、二氧化氯、过氧乙酸和过氧化氢等长时间浸泡的方法。随着医学科学技术的迅猛发展，各种新技

4、术、微创手术、腔镜手术的大量开展，所使用的医疗器械的清洗、灭菌等处理要求越来越高。由于存在着各种限制条件，如会对环境造成危害、灭菌时间过长、灭菌温度过高对器械损伤较大，上述灭菌方法的局限性促使新的灭菌技术的产生和发展。综合理解当前理想的灭菌器应该具有如下的特点和性能： ( 1 )灭菌速度应尽量快，时间要短，为连台手术提供保障； ( 2 )灭菌温度应该低于 5 5左右，对器械损伤尽量小； ( 3 )灭菌时对整个环境无影响，灭菌残留物是无害的； ( 4 )能够满足多种医疗器械的灭菌要求； ( 5 )使用耗材价格不能过高。 采用过氧化氢做为辅助剂，将过氧化氢气体灭菌与低温等离子结合起来 ，快速杀灭各

5、种微生物的技术方法就是目前最好的选择。 灭菌物品的选择范围适用于怕热怕湿物品， 本医院主要用于内镜器械， 如腹腔镜 、 膀胱镜、 膝关节镜等。骨科动力系统， 如电池、 电钻、 胸骨锯等。显微手术器械、 精密血管器械等。导线及光学设备 ， 如摄像机、 传感器、 光纤等。不适用于低温等离子体灭菌器灭菌的物品主要有布类、 纸类、 粉剂、 油脂类及对过氧化氢具有吸附性的物品和含水物品。 等离子体灭菌技术是消毒学领域继 甲醛、环氧乙烷、戊二醛等低 温灭菌技术之后又一新 的低温灭菌技术，其特点是低温、快速灭菌、毒性残留低，而且对于耐湿热和不耐湿热的医疗器械均适用。由于血压计袖带在医院使用频繁，并且是反复使

6、用紫外线的灭菌机制 目前 较清楚 ， 主 要是使 细菌 DNA、 RNA的碱基受 到破 坏 ，形成嘧 啶二 聚体 、 嘧啶水化 物 、 核酸断 裂等片 段形式 ， 使核酸失去 复制 、 转 录功能，导致细菌死 亡。而低温等离子体的灭菌机制 ，目前 尚不完 全清楚 。低温等离子体中有杀菌作用的成分有紫外线、带电粒子、活性 氧等。近年来许多研究表明， 在低压下的低温等离子体中 ，紫外线发挥灭菌作用，而在大气压下的低温等离子体中，紫外光子产生又重新复合，难以到达消毒样品的表面 ， 紫外线的作用可忽略。由此，我们推测等离子体中的带电粒子和活性氧在大气压低温等离子体灭菌过程中起主要作用。究竟能否实现灭菌

7、与材料表面性能最优化的同步完成，从而实现可控等离子体灭菌技术，是等离子体灭菌应用基础研究中亟待解决的问题，目前尚未见国内外的相关报道。过氧化氢等离子体穿透性差，如何提高其穿透性呢？。但选择一种合适的低温灭菌方法最关键 的条件 是： 灭菌剂的穿透要好和对物品的损伤小。等离子体灭菌是医疗卫生、制药、生物工程 食品行业灭菌技术的未来发展方向。等离子体灭菌技术2008年7月20日等离子体灭菌技术是新一代的高科技灭菌技术，它能克服现有灭菌方法的一些局限性和不足之处，提高消毒灭菌效果。例如对于不适宜用高温蒸汽法和红外法消毒处理的塑胶、光纤、人工晶体及光学玻璃材料、不适合用微波法处理的金属物品，以及不易达到

8、消毒效果的缝隙角落等地方，采用本技术，能在低温下很好地达到消菌灭菌处理而不会对被处理物品造成损坏。本技术采用的等离子体工作物质无毒无害。本技术还可应用到生产流水线上对产品进行消毒灭菌处理。等离子体灭菌作用机理:活性基团的作用：等离子体中含有的大量活性氧离子、高能自由基团等成分，极易与细菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变性，使各类微生物死亡。高速粒子击穿作用：在灭菌实验后，通过电镜观察经等离子体作用后的细菌菌体与病毒颗粒图像，均呈现千疮百孔状，这是由具有高动能的电子和离子产生的击穿蚀刻效应所致。紫外线的作用：在激发H2O2形成等离子体的过程中，伴随有部分紫外线产生，这种高能紫

9、外光子被微生物或病毒中蛋白质所吸收，致使其分子变性失活。等离子体灭菌的应用:在医疗领域应用的等离子体灭菌技术于20世纪80年代始于美国，Menashi等首先提出卤素类气体等离子体具有很强的杀菌作用，可用于非耐热医疗器械的快速灭菌，低温等离子体灭菌技术1987年获得专利。美国强生公司研制的Starrad 100S过氧化氢等离子体灭菌器，于1997年经FDA批准上市。现已在欧美、日本等发达国家医疗机构微创手术中广泛使用。2004年开始在我国推广宣传，已有几十家大型医疗单位开始使用。由此也使得等离子体低温灭菌技术在我国医疗领域的使用得到广泛的认同。等离子体灭菌的特点:环保：以临床常用的双氧水为介质，

10、经射频电磁场激发形成低温等离子体并完成灭菌，其最终产物是少量水蒸汽和氧气，无毒物残留与排出，对医务人员无损害，对环境无污染。安全：采用自动控制触板，易操作，无需高温、高压，且安装和调试简单，使用安全。常温：灭菌温度为3545，干性灭菌，对器械和物品无损害，可延长贵重器械使用寿命。省时：灭菌周期短，可在3050分钟的时间内完成简单器械灭菌，在5070分钟内完成复杂器械的灭菌，操作完成后可直接使用，无需象高温灭菌后要自然冷却放置，也不象环氧乙烷低温灭菌后需要放置648小时通风扩散，以降低环氧乙烷的残留浓度。适用范围广：低温灭菌适用于多种材料器械，尤其对非耐热电子器械如内窥镜、电子仪器、电池、导线、

11、摄影照相机等物品的灭菌处理，独具优势。目前，国内外普遍采用高温、高压蒸汽等手段对手术器械、手术包、敷料、一次性卫生用品等进行灭菌消毒。这种方法不但耗费能量，而且灭菌消毒时间长，如口镜、胃镜、肠镜、气管镜、玻璃器皿、塑料制品、胶管等，目前还没有有效的灭菌消毒方法，对附着在其上的菌类、病毒，如乙肝病毒、芽孢等很难彻底消灭。冷等离子体灭菌消毒装置具有灭菌消毒时间短，节约能源，安全可靠的优点，适用于各种物品的灭菌消毒，不损伤器械及消毒物品。 通电后，在电场作用下电离出冷等离子体。冷等离子体内的电子温度可达20000-30000C,电子的半径约为（10的-13）米，而细菌或病毒大小约为（10-6）米或更

12、小，这样几十个或几千个电子将细菌包围，其几万度的高温足以将细菌或病毒完全杀死。但因电子本身的热容量很小，所以在宏观上没有热容量产生，不会损伤任何被消毒的物品，所以称其为冷等离子体。再者，因等离子体内含有单原子氧，单原子氧是一种强氧化剂，也能杀死微生物，（参考94102578号专利）医院的消毒供应中心是医院里最大的集中性、开放性消毒场所，它担负整个医院内部各项工作所需的器械、用具等供应任务，并集中了物品的回收、消毒灭菌、保管、发放等环节。按照规程，手术器械用完后一般经回收、清洗、消毒、灭菌、干燥、包装、存放等流程给以处理，其中包装流程是将干燥后的手术器械进行封装起来，经包装后，能有效地防止器械被

13、二次污染。低温等离子体灭菌器具有灭菌时间短、范围广、穿透力强的优点；同时具有快捷、方便、无二次污染、无需高温环境等优点，进而被广泛地应用在医院的消毒中心供应室。随着我国卫生体制改革的深入，医疗技术、医疗设备将得到快速发展，医疗卫生管理也将向更高标准发展，医疗器械灭菌过程的记录、追踪将成为一项必须解决的工作，目前普通的低温等离子体灭菌器没有科学、完善的记录手段，只能靠简单的人工记录完成。这不但给记录人员带来了繁重的记录工作，而且记录人员还会发生差错甚至会出现遗漏和错误。一旦发生遗漏和错误，会给医院的器械使用带来巨大风险和安全隐患。因而，如何使得低温等离子体灭菌器的操作记录及操作人员等信息可自动记

14、录，成为可追溯性信息来源，成为本发明要解决的技术问题。（参考201010001167专利）在生成等离子体时，不只产生电子和离子，也产生紫外线和自由基等。例如，由等离子体中的例子冲击造成细菌的物理破坏、由紫外线造成DNA的破坏、由氧自由基、OH自由基等自由基原子-分子造成细菌表面的刻蚀等，利用等离子体及其副生成物等能够有效地进行灭菌或破坏病毒、细菌，或进一步使蛋白质、脂肪成分无害化或分解、去除蛋白质、脂肪成分等灭菌处理。（0076灭菌对象物要看下，日本的一个专利）在医疗领域随着各种高新医疗仪器和器材的日益广泛应用，如何对这些器械进行低温灭菌和高效消毒成为医疗领域的新难题。传统高温灭菌已不能适应快

15、速、高效、无腐蚀、无变性的新要求。液态灭菌剂，如戊二醛类，由于其刺激性、毒性及腐蚀性，已无法实现对精密医疗器械，如口腔器材的灭菌，只能用于一般的消毒。而常用的环氧乙烷灭菌耗时长，对器械要求高，毒性大。用简单的气体过氧化氢及液态过氧乙酸灭菌，其操作复杂，特殊灭菌材料，如葡聚酸，塑料盒橡胶等常用的医疗器械材料的化学变性，以及对医疗人员的刺激，损伤，也是其无法避免的缺陷。（参考200910008635号专利）等离子体灭菌器是目前最先进的低温灭菌技术，具有安全、环保、节能、高效等诸多优点，可以完全补足传统高温灭菌器的缺陷，是环氧乙炔、甲醛、戊二醛等有毒害、低效率的灭菌器的替代产品。但是与这些产品相比，

16、等离子体灭菌器的容量小很多、成本高很多，无法满足大规模的应用需求。等离子体灭菌器的真空系统、温控系统和加注系统受容量的影响都比较明显，而这些也都是产品中非常核心的部分。以主要零部件以及产品整体配置和性能指标等因素综合考虑，单一内室的总容量不宜超高及产品整体配置和性能指标等因素综合考虑，单一内室的总容量不宜超过400L；如果空间利用率高的话，实用容量可以略高于300L。这样的空间可以满足一般医疗和科研用途的需求，但对于工业用途以及大规模的医疗和科研用途而言就显得比较有限，而且其成本、容量比并不理想。经论证，上述问题无法增容增配等常规方法彻底解决，仅能稍稍缓解，而付出的代价却是成本的大幅增加和效率

17、的大幅降低。美国某知名企业是等离子体灭菌行业的元老，其产品在全球的医疗、科研领域得以广泛推广，但极少在工业领域应用。其最高端机型的容量仅为150L左右，空间很有限；但是为了达到预期的设计目的，此款机型的制造成本很高，约为其100L机型的2.5倍。为了增加仅仅50%的实用容量，却要多付出150%的成本，这显然是违背常理的，没有什么实际应用价值。欧洲某厂商正在研制大容量工业用机型，仍然采用单一内室的设计方案。为了达到匹配的目的，其执行元件大幅升级，成本及其高昂，但其参数控制的精度却很不理想，实际使用效果不尽人意，更无法用于要求苛刻的医疗和科研用途。据申请人所知，在全球范围内还没有一个理想的大容量等

18、离子体灭菌器的设计方案，无法满足较大规模的灭菌用途，更无法达到医疗、科研和工业普遍适用的预期。这是一个全球性的技术空白。（参考201010174778号专利）等离子体灭菌技术是消毒学领域近年来出现的一项新的物理灭菌技术。随着医学和生物高新技术的发展，现有的灭菌技术已不能满足某些特殊需要，一些不耐高温的精密医疗仪器，如纤维窥镜和其它畏热材料都需要低温灭菌技术。等离子体灭菌技术是继甲烷、环氧乙炔、戊二醛等灭菌技术之后，又一新的低温灭菌技术。等离子体灭菌技术克服了上述方法时间长、有毒性的特点，增添了新的医疗器械低温灭菌方法。等离子体是指不断从外部对物质施加能量而使其离解成阴、阳电荷粒子的物质状态。由于按照能级顺序，物质状态依次为固态、液态、气态、等离子体，因此等离子体习惯上又称为第四态。除存在于自然界外，等离子体也能通过人工方式获得。通常是对气体施加电场，使荷电粒子加速。由于离子较重，所以被加速的都是电子。通过电子与较重粒子碰撞而引起电离，最终形成等离子体。低温等离子体杀菌消毒技术几乎具备了一种理想杀菌消毒法所应具有的全部条件：与