四级质谱联合分子生物技术研究低温等离子体灭菌机理

Experimental study proved that low-temperature plasma sterilization can be very efficient in inactivating microorganism(such as bacteria,endospore,fungi,viruses, etc.). Until now, the mechanism of sterilization is not clear yet. In this proposal, the surface wave plasma-excited by microwave will be used for sterilization,and the influence of numerous experimental parameters (such as plasma process condition, different microorganisms, etc.) on the sterilization efficacy will be investigated to better understand the contributions of various agents and optium work condition. The mass spectrometric measurement by quadrupole mass spectrometry will be carry out to confirm the etching event directly by measuring the etching by-products of microorganisms during plasma irradiation, and the relation between the spore etching efficiency and sterilization characteristics (such as different ratio of nitrogen/oxygen)will be discussed. The change of ultramicrostructure,break of DNA double-strands and the leakage of proteins will be observed and tested through the molecular biology methods to explore the mechanism of plasma sterilization. This work will contribute to the mechanism of plasma sterilization.

实验已经证实了低温等离子体对细菌、芽孢、真菌、病毒等微生物具有有效的消除作用，但其杀菌机理还不十分明确。本研究利用微波激发低压表面波等离子体装置来进行细菌灭活实验，通过考察其能效特性，包括处理参数和微生物因素等，探讨低压低温等离子体灭菌主要影响因素及最佳工作条件；利用四级质谱在线检测表面波等离子体灭菌过程中间产物，研究等离子体光解析、刻蚀微生物的产物、效率；利用分子生物学手段对微生物从超微结构、DNA链的断裂和蛋白质漏出三个方面研究低压低温等离子体灭菌机理。本项目的研究将对等离子体的灭菌机理有所贡献。

本研究利用四级质谱直接检测低温等离子体灭菌产物。设计搭建了四级质谱真空管采集信号装置，对低温等离子体装置与样品处理定时开关shutter控制操作系统以及四级质谱信号采集真空管进行优化，提高设备检出限。研究不同氮氧比等离子体光解吸、刻蚀微生物的产物、效率，研究刻蚀作用对杀菌效果的影响，并得出计量-反应关系。研究不同低温等离子体中VUV/UV辐射作用对DNA损伤效果，活性基团和粒子轰击对细菌表面刻蚀导致细胞膜破裂、细胞内蛋白质漏出，对蛋白质结构、功能的影响。另外研究了低温等离子体技术与纳米光催化技术联合灭菌效果，用XRD、XPS、SEM、UV-Vis等对光催化剂材料作用前后的结构、形貌进行表征, 观察光催化剂材料形貌、结构的变化, 考察该材料的物理、化学特性对等离子体灭菌性能的影响，对等离子体联合光催化剂联合灭菌机理进行推断。. 项目研究严格按照项目申请书研究内容进行, 在项目组成员的共同努力下，在项目的支持下，在国际重要学术期刊Plasma Processes and Polymers、Japanese Journal of Applied Physics、Applied clay science、 Journal of Colloid and Interface Science等国际学术刊物上发 表论文9篇, 培养博士生2名。