低温等离子体消毒

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3.1低温等离子体的形成

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。 通常把电离度小于 0.1％的气体称弱电离气体，也 称低温等离子体； 电离度大于 0.1％的称为强电离等离子体，也称高 温等离子体。 人工方式获得低温等离子体通常是在几帕到几百帕 的真空环境下，利用特定电磁电场作用，使某些中 性气体的分子产生连续不断的电离，形成带负电荷 和等量带正电荷的离子相互共存的物质状态，当电 离率与复合率达到平衡时，这种稳定存在的物质形 态就称之为等离子体。在中低压状态下， 作为等离 子体质量主体的较重粒子 （中性基团和离子）其温 10
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3.低温等离子体的消毒机理



低温等离子体的消毒机理 目前还没有统一定论，根 据试验出现了各种有关机理的假说,无论是从物理还 是化学方面可归根为以下三种： ⑴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、病毒中蛋白和核酸发生化学反应，能够摧毁 微生物和扰乱微生物的生存功能，使各类微生物死 亡。 ⑵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 8


过氧化氢俗称双氧水，是一种较强的氧化剂。过 氧化氢杀菌机制有氧化作用和分解产物的作用两 种。过氧化氢的强氧化性及氧化产物可直接氧化 细菌外层结构，使细胞通透性屏障遭到破坏，细 菌体内物质平衡受到破坏致细菌死亡。 过氧化氢分子形成等离子体，反应式为： H O HO HO （ HO 为氢氧自由基） 为过羟自由基） H O HO H O H O2 （HO （ H 2O 为激发态的过氧化氢分子） H O H O H O H O ＋可见光／紫外线 （O 为活化氧原子） HO HO H O O （H 为活化氢原子） HO O O H
低温等离子体消毒
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低温等离子体消毒
1.消毒灭菌的定义 2.低温等离子体灭菌技术 3.低温等离子体的消毒机理 4.低温等离子灭菌的优缺点 5.低温等离子体杀菌消毒技术的应用
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1.消毒灭菌的定义


消毒：消毒是指用化学的或物理的方法杀灭或消除 传播媒介上的病原微生物，使之达到无传播感染水 平的处理即不再有传播感染的危险。 灭菌：灭菌是指杀灭或去除外界环境中一切微生物 的过程。包括致病性微生物和不致病的微生物，如 细菌（含芽胞）、病毒、真菌（含孢子）等，一般 认为不包括原虫和寄生虫卵，以及藻类。灭菌是获 得纯培养的必要条件，也是食品工业和医药领域中 必需的技术。
度要比电子低至少一个数量级，因此这种等离子体 称之为低温等离子体或冷等离子体。 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20000-30000度,电子的半 径约为E-13米，而细菌或病毒大小约为E-6米或更 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，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. 等离子体能够在常温条件下实现快速、干燥灭菌 的目的，是多种灭菌条件综合作用的结果，下面以 双氧水为例讲解其产生过程、消毒过程以及灭菌器 11 的组成。
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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。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。 低温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灭菌技 术，其特点是低温、快速、毒性残留低，而且对于 耐湿热和不耐湿热的物品、器械均适用。 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 ，快速杀灭各种微生物的技术 方法是目前较为最好的选择。


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现如今所使用的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。 这些灭菌方法存在着许多限制条件，如会对环境造 成危害、灭菌时间过长、灭菌温度过高致使器械损 伤较大、食品营养流失等 随着对消毒、灭菌的处理要求越来越高。传统灭菌 方法的局限性正在促使新的灭菌技术的产生和发展。
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灭菌是个绝对的概念，意为完全杀灭所处理微生物， 经过灭菌处理的物品可以直接进入人体无菌组织内 而不会引起感染，因此，灭菌是最彻底的消毒。然 而事实上要达到这样的程度是困难的，因此国际上 通用方法规定，灭菌过程必须使物品污染的微生物 的存活概率减少到E-6 (灭菌保证水平)，换句话说， 要将目标微生物杀灭率达到99.9999%。 在当前面对如此严苛的灭菌要求，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； ( 2 )灭菌温度应该低于 5 5℃左右，对器械、物品损 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 )能够满足多种物品的灭菌要求； 4 ( 5 )使用耗材价格不能过高。
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2.低温等离子体灭菌技术


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。

子和离子产生的击穿蚀刻效应所致，即等离子体 中高速粒子打破微生物分子的化学键，最后生成 挥发性的化合物如COx、CHx等。 ⑶紫外线的作用：在激发物质形成等离子体的过 程中，伴随有部分紫外线产生，这种高能紫外光 子被微生物或病毒中蛋白质所吸收，直接破坏微 生物的基因物质致使其分子变性失活。

研究表明， 在单一气体中， 气体对细菌孢子的杀 灭作用不尽相同，杀菌效果强弱为 2 、 2 、 H2 、 Ar 和 N 2 ；而利用混合气体激发等离子体，其杀菌 9 消毒效果往往比单一中性气体好。