介質(zhì)阻擋放電在殺菌及薄膜沉積中的光譜分析和機(jī)理研究.pdf

1、介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)等離子體是大氣壓非平衡等離子體(冷等離子體)的一種常見(jiàn)形式。DBD等離子體的特點(diǎn)在于其放電結(jié)構(gòu)多樣，工作氣壓范圍寬，等離子體溫度低接近于室溫，可以根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)需要改變其裝置尺寸。因此在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有很廣的應(yīng)用前景。在本論文中，我們研制出了新型的面等離子體發(fā)生裝置。采用石英玻璃作為阻擋介質(zhì)，有效的避免了弧放電的生成。此外我們還對(duì)不同等離子體裝置的

2、基本放電特性進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)中利用單色儀及光纖光譜儀對(duì)不同氣體的放電發(fā)射光譜進(jìn)行了分析研究，確定關(guān)鍵作用粒子。本論文中主要取得了以下的成果及創(chuàng)新：
　　(1)研制出了能在大氣壓下產(chǎn)生面等離子體的新型實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求擴(kuò)大或縮小實(shí)驗(yàn)裝置的尺寸。采用空氣作為工作氣體，在常溫常壓下產(chǎn)生的厚度為2mm的面等離子體。面等離子體的溫度在28℃左右，人的手指直接觸碰等離子體沒(méi)有任何刺痛感和灼熱感。
　　利用該裝置對(duì)大腸桿菌

3、(E.coli)進(jìn)行殺滅實(shí)驗(yàn)。通過(guò)調(diào)整放電參數(shù)得出最佳處理效果。大腸桿菌在空氣等離子體處理后存活率降至4％，而采用氧氣作為工作氣體，細(xì)菌的存活率進(jìn)一步降低至1％。采用單色儀對(duì)放電進(jìn)行檢測(cè)得到其原子發(fā)射光譜。我們發(fā)現(xiàn)空氣等離子體中含有大量活性含氧粒子如：O，OH和O3等。通過(guò)分析處理后的細(xì)菌電泳圖，進(jìn)一步的驗(yàn)證了O和OH是主要的作用粒子。并且得出細(xì)菌殺滅的機(jī)理。
　　(2)通過(guò)改良現(xiàn)有的等離子體針裝置，對(duì)黑色素瘤細(xì)胞(MeWo)進(jìn)行

4、殺滅處理。等離子體針可以在常溫常壓下通過(guò)類輝光放電產(chǎn)生長(zhǎng)度在2cm左右的等離子體羽。由于等離子體羽溫度接近室溫，采用惰性氣體He氣作為工作氣體，所以對(duì)正常細(xì)胞沒(méi)有任何危害。當(dāng)處理時(shí)間為60s時(shí)，黑色素瘤細(xì)胞的存活率降低至8％。
　　利用高倍光學(xué)顯微鏡觀察處理前后細(xì)胞的形態(tài)學(xué)變化。在等離子體處理的圓斑上，細(xì)胞都處于萎縮凋亡狀態(tài)。在等離子體照射到的圓斑周圍看不到黑色素瘤細(xì)胞，這可能是由于在針等離子體噴口處，只有噴口周圍會(huì)跟空氣接觸，空

5、氣中的氧原子受到等離子體內(nèi)的He亞穩(wěn)態(tài)粒子激發(fā)產(chǎn)生躍遷，形成OⅠ、OⅡ等具有強(qiáng)氧化性的粒子，進(jìn)而這些粒子與細(xì)胞壁作用，破壞其細(xì)胞結(jié)構(gòu)。而在針等離子體中心處，主要是HeI粒子和電子為主，其氧化性較弱，但具有高能量的電子依然可以對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生破壞作用，因此在噴口中心處軸方向的細(xì)胞仍然有部分殘留，但其也都處于萎縮狀態(tài)。光學(xué)顯微鏡局部放大圖進(jìn)一步驗(yàn)證，細(xì)胞的死亡是由于處理的細(xì)胞其細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到了破壞，致使細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)流露到細(xì)胞外，導(dǎo)致細(xì)胞枯萎凋亡。<

6、br>　　(3)利用平板DBD等離子體裝置對(duì)青霉(Penicillium SHZK-15)進(jìn)行誘變，以提高布雷菲德菌素A(BFA)的產(chǎn)率，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)等離子體光譜，并利用光譜分析，確定作用粒子為氮?dú)獾募ぐl(fā)態(tài)粒子。在處理時(shí)間為5秒時(shí)，BFA的產(chǎn)率最高，在空氣等離子體處理后產(chǎn)率提高了將近三倍，氮?dú)獾入x子體處理后產(chǎn)率提高了將近五倍。
　　最后利用DBD微電極放電裝置，在內(nèi)徑為：30-300μm的空心石英光纖管內(nèi)壁沉積氟碳(