等离子体消毒灭菌技术原理及其优点介绍

随着科技的发展，越来越多的消毒灭菌技术应运而生，其中等离子体消毒灭菌技术备受关注，在医学、食品和农业等方面的应用日益增加，发挥着重要的作用。但人们对等离子体具有消毒杀菌作用的认知也不过百十年。等离子体是指空气在受到特定装置产生的高能粒子作用时电离产生的微小粒子。微小粒子的正负电荷数目正好相等，所以总体粒子表现为电中性，因此得名为等离子体。它不同于一般中性气体，主要以带电粒子为主，在受外界电场、磁场和电磁场作用时产生光、热、电等进而发挥物理性消毒杀菌作用。此外，等离子体中含有多种化学活性物质，可与微生物细胞膜表面物质结合反应，产生物理和化学变化从而起到灭菌效果。相对于紫外线照射和高压灭菌，等离子体消毒灭菌更方便、实用和安全，且低消耗化学制品、绿色环保，适用范围广，能满足人们的需求。
等离子体消毒灭菌的原理
病原微生物(病毒、细菌、真菌)污染是医疗保健和食品加工、保存过程中的一个重大问题，尤其是生物膜的形成，生物膜增强了细菌和真菌在环境中持续生存能力。等离子体之所以能将物体表面的微生物杀灭，是因为在一定距离内高频电磁场所产生的高能粒子、自由基、紫外线等因素共同作用于微生物的结果。根据分子生物学研究得知，细菌及病毒膜表面均带正电，膜上的电荷正常分布有利于细菌、病毒对营养物质的吸收，但当膜上电荷受到带电粒子干扰，膜上的电荷不能正常分布，进而打破细菌或病毒的正常生理活动导致细菌、病毒死亡。等离子体中的活性粒子撞击微生物细胞膜，当活性粒子量达到一定数目即可穿透细胞膜，与内部的蛋白质、核酸等物质发生化学反应，破坏细胞电解质平衡，甚至渗透到细胞内部击穿细胞核导致细胞死亡。
关于低温等离子体能够杀菌消毒的机理,至今为止人们仍然没有得到比较圆满的答案。国内外学者对此作了大量相关实验,相继提出了各种关于等离子体杀菌消毒机理的假说。主要归纳为以下三种：
（1）紫外线作用紫外线曾被认为是等离子体产生灭菌作用的重要原因。Moisan等人证明低压放电环境中释放到周围气体中的紫外线能量对核酸链的连接产生了一定的影响[56]，如细菌细胞膜通透性改变以及完整性丧失后所引发DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核苷酸）的不可逆破坏，最终导致细菌的死亡。
（2）电场作用按照分子生物学观点解释，细菌和病毒的正常细胞膜上带有一定的电荷，这有助于细胞对营养物质的吸收。当受到等离子体的作用时，细菌和病毒上的电荷分布受到破坏，会直接影响细菌和病毒细胞正常的生理活动和新陈代谢，乃至最终死亡。当作用于细菌和病毒上的平均电场超过一定强度时，将使细胞出现不可恢复的击穿，从而导致细菌和病毒死亡。
（3）氧化作用在气体放电产生的等离子体中，含有臭氧以及NO·和OH·自由基等活性物质。臭氧以氧化作用破坏微生物膜的结构、改变细胞的通透性来杀死细菌；NO•在溶液中产生酸效应使培养基pH急剧下降，导致细菌来不及适应而死亡；OH•在有水存在的时可以产生氧化作用，可以引起微生物膜穿孔，导致存活细菌无法快速修复受损的表面组织而死亡。
低温等离子体杀菌消毒技术的优点
低温等离子体技术作为一项杀菌技术，在食品工业生产中有着巨大的优势和潜力，并且在国外相关企业的实际生产中也得到了很好的运用。技术的优势主要体现在：①可以在常温下运用，对于不便高温灭菌的食品提供了优良的灭菌技术。②利用等离子体灭菌，其气体循环也有利于带走灭菌废物和灭菌造成的生物残留。③由于等离子体被严格约束在密闭空间中，故而相较于高温灭菌，低温等离子体灭菌技术也较为安全。④灭菌速度快、灭菌效率高。⑤绿色无污染，高效环保。低温等离子体技术与诸多旧技术相比，弥补了很多的缺点与不足，非常值得研究推广。
等离子体消毒灭菌技术在医学领域可减少医护人员的工作负担，提高医学器材的使用寿命;在食品行业增加食品的安全性，减少化学添加剂的使用;在农业生产方面可作为肥料，促进农作物生长同时还可作为杀菌剂杀灭病原微生物，防害虫侵犯。对于不耐高温灭菌的器具，可结合部分化学试剂达到更好的消毒效果，如过氧化氢等离子体。等离子体因具有有效、绿色、环保的杀菌优势，其必将成为新一代消毒灭菌的方法并被广泛应用。24538