随着医学和生物技术的发展，多聚物医疗器材的广泛使用，迫切需要寻找新的灭菌方法来对一些热敏感物质进行低温灭菌。最初使用的环氧乙烷(EtO)灭菌法含有对环境有害的氯氟甲烷(CFCs)Ill，尽管现在也发明了不含氯氟甲烷(CFCs)的环氧乙烷灭菌器，但这种灭菌方法仍然存在着许多问题。另一种有效的低温灭菌技术是射线法，但这种方法的花费很高，并且射线除了对被灭菌物体表面一定范围内有损害外，由于 射线能破坏多聚物内部分子间的联结，因此，对多聚物的结构也有一定的影响。上述灭菌方法的各种限制促使新的灭菌技术的产生和发展，理想的低温灭菌技术应该具有以下一些性质：
(1)灭菌时间应该尽量短，至少要少于传统的热力灭菌法。
(2)灭菌时的温度应该低于50℃。
(3)能够满足多种物体的灭菌需要。
(4)整个灭菌过程对于操作人员、病人和被灭菌物体都应是无害的。
等离子体灭菌相应于这些要求来讲是一种非常好的选择。根据Lerouge等人的研究，在对物体进行有效灭菌的情况下，等离子体灭菌法对物体的损害是最小的，本文就有关等离子体灭菌技术的应用现状及其发展趋势作一简要介绍。
1 等离子体的概念及性质
1．1 等离子体的概念
等离子体一词译自Plasma，源于希腊语，意为能够成形的东西。1927年朗谬尔在研究水银蒸汽的离子化状态时，发现在电离气体中存在着荷电粒子特有的周期性振荡，喻之为生命的脉动而称其为Plasma所谓等离子体(Plasma)，严格地讲是指仅由离子和自由电子组成的整体呈中性的气体。而用于灭菌的人工产生的等离子体是由气体在加热或强电磁场作用下电离而产生的，其中除了电子、离子之外还有原子、分子、活性自由基及射线等，因此，准确地讲应该是电离了的气体I I，本文中的等离子体即指这种电离了的气体。
1．2 等离子体的性质
1．2．1 等离子体产生的机理和存在形式
并非任何电离气体都是等离子体，只有当带电粒子密度达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著影响，这样密度的电离气体才转变成等离子体。等离子体内发生的碰撞能导致其内部物体表面核素的破坏或者是化学反应，通过激发的核素发射出来的光子也能够导致物体表面的化学反应，紫外线在这方面的效应最为显著。人造等离子体通常是通过对充满在电极中间的气体放电使其电离得到的，因为离子比较重，所以，事实上被加速的应该是电子，而电场的能量最终通过电子和重粒子的撞击而传递给等离子体191。亚稳跃迁在低温等离子体的电离过程中起重要作用，如要使等离子体保持一定的浓度，则要不断施加能量。
1．2．2 等离子体的物理特性
依据等离子体的粒子温度可将其分为2大类，即热平衡等离子体和非热平衡等离子体。热平衡等离子体(Thermal plas—ma)不仅电子温度高，重粒子温度也高；而非热平衡等离子体，其电子温度达104K以上，而离子和原子之类的重粒子温度却可低到300～500K，而等离子体的宏观温度取决于重粒子的温度，因此，这类等离子体也叫做低温等离子体(Low temperatureplasma，LTP)，其宏观温度并不高，接近室温，适合于对各类热敏感物质进行灭菌。
2 等离子体的发生方法和装置
2．1 等离子体的发生方法
电离气体的生成途径很多，其中宇宙星球、星际空间和地球高空的电离层等均属自然界产生的等离子体，人为发生等离子体的方法主要有：
2．1．1 气体放电法
按所加电场频率的不同，气体放电可分为直流放电、低频放电、高频放电、微波放电等多种类型。其主要放电形式有：
(1)汤生放电：当电压升高到临界值时，气体被“击穿”或“着火”，该点对应的电压称为击穿电压或着火电压，此时由于气体绝缘破坏，电流急剧上升，一跃增大几个数量级。汤生最早发现，故称汤生放电(Townsend discharge)。
(2)电晕放电：由于气体击穿后绝缘破坏，内阻降低，当迅
速越过自持电流区后立即出现极间电压减小的现象， 同时在
电极周围产生昏暗辉光，称为电晕放电Coron discharge)。
(3)辉光放电：越过电晕放电区后，若限流电阻R选择得当，继续增加放电功率时放电电流将不断上升，同时辉光逐渐扩展到两电极之间的整个放电空间，发光也越来越亮，称为辉光放电(Glow discharge)。
(4)弧光放电：若进一步增加异常辉光放电的电流，当其达到一定值时管压陡降，也就从辉光放电过渡到弧光放电(Arcdischarge)。
2．1．2 射线辐照法
即利用放射性同位素发出的d、p、 射线、x射线和带电粒子束使气体电离发生等离子体。
2．1．3 光电离法
当入射光子的能量大于某种原子或分子的电离能时，便能发生光电离，发生等离子体。
2．1．4 激光等离子体
利用激光辐射产生等离子体。
2．1．5 热电离法
借助加热来使物质发生状态变化，主要通过相互碰撞产生电离。
2．1．6 激波等离子体
当流体的冲击波在试样气体中通过时，试样气体因受绝热压缩而产生高温，从而在冲击波背后形成热致电离等离子体，这种等离子体称为激波等离子体(Shock Plasma)。
2．2 余晖灭菌相对辉光灭菌的优点
当电离发生在流动的气体中时，在辉光区产生的粒子会被带到一个自由导电的区域，这被称为是余晖。相比辉光区来讲，余晖区的粒子较少，主要由中性的原子、活性自由基以及分子组成，它们当中只有一部分是处于受激状态的。这些粒子的寿命都很短，如O和N原子，NO分子等。这就要求气流的速度足够大以使这些粒子能够到达被灭菌物体的表面。在辉光区和余晖区都能对物体进行灭菌，然而用余晖灭菌比用辉光灭菌要有许多优点，主要体现在以下几点：
(1)余晖区等离子体的温度不到50℃ ，而辉光区高密度的等离子体在放电的情况下其温度能达到几百摄氏度，余晖区等离子体的这种低温特性在处理热敏感物质时是非常重要的。
(2)由于辉光区等离子体的密度很高，在等离子体和物品表面会形成一个离子浓度远远大于电子浓度的区域， 由于等离子体整体呈中性，于是在等离子体和物品表面之间形成了一个电场，这个电场使正离子加速撞击物体表面从而导致被灭菌物体表面的破坏；而利用余晖区等离子体灭菌则可避免这种破坏的发生。
(3)余晖区等离子体对被灭菌物体的覆盖面积比辉光区等离子体更大，灭菌更彻底。
2．3 等离子体发生装置
等离子体的产生过程是非常复杂的物理和电化学过程，首先应具备必要的设备，如激发源(交直流电场、高频电源、激光或微波)、传输系统和作用腔体等，然后在特定的设备条件下，将气体引入作用系统，在强电磁场作用下，引起碰撞解离，进而热能离子与分子相互作用，部分电子进一步获得能量，产生大量原子电离，从而形成等离子体⋯I。等离子体发生装置根据激发源种类而异，已用于消毒灭菌研究的等离子体灭菌装置有以下几种类型：
2．3．1 高频发生等离子体装置
采用高频电磁场作为激发源。利用这种装置产生等离子体程序是先将灭菌腔体内抽真空0．05mmHg ，通人气体，腔体内压力保持0．1～l0mmHg(1．3kPa)，然后施加能量，发生辉光放电，产生等离子体，对腔内物品进行灭菌。Lutz Baars—Hibbe等mI和L．Baars—HibbeI”I等研究了一种微结构的电极阵列，大大提升了等离子体产生的效率。
2．3．2 激光等离子体发生装置
在激光能作用下所产生的等离子体称之为激光等离子体。激光源发出的激光通过一个棱镜把激光束折射，经过透镜聚焦在腔体内，激发气体放电产生等离子体，对腔体内物品进行灭菌。
2．3．3 微波等离子体发生装置
微波等离子体是一种非平衡态低温等离子体。微波或微波与激光耦合等离子体是消毒灭菌应用研究较多的类型。因为在这种等离子体中重粒子的能量比电子的能量至少低l0倍，所以，在电子撞击这些粒子的时候不会使等离子体的温度升高太多，这种等离子体能够通过持续的脉冲微波获得⋯I。微波等离子体灭菌装置主要由微波源、传输系统、等离子体作用腔等三部分组成。微波等离子体作用腔为谐振腔，主要有渐变矩形谐振腔、缩短3／4波长的同轴腔、同轴终端混合腔、重人式谐振腔及圆柱形谐振腔等几种类型。消毒灭菌常用圆柱形谐振腔和矩形谐振腔I 。
3 等离子体灭菌机理
等离子体灭菌技术尚处在研究阶段，目前对其杀菌机理的研究尚无定论。Pelletier在1993的一篇论文I I中首先对等离子体灭菌的机理进行了定量的研究，他的模型指出等离子体主要是通过对细菌原罕间的侵蚀导致不稳定化合物的产生从而杀死细菌。也就是说Pelletier只考虑了温度的作用，而忽略了其他因素的影响。然而在等离子体中，尤其是低温等离子体中， 电子温度很高而宏观上气体温度并不高，M．Laroussi在最近的一篇论文㈣中用实验的方法研究了温度在等离子体灭菌中的作用。他研究了温度在等离子体灭菌过程中的变化，在标准功率的等离子体下，被观测到的温度增值只有2l℃ ，显然温度不是等离子体灭菌的主要因素。
在等离子体产生过程中，由于辉光放电，可放出大量紫外线(UV)。早在l980年Boucher就已经提出了UV对微生物的可能的杀伤机理I I，这种高能紫外光子(3-3～3．6eV)可被DNA等核酸吸收而起到杀菌作用。在l985年，Boucher在他的论文I I中又指出UV光子事实上是穿透了孢子层而被细菌的DNA所吸收，而在处理无孢子层的小细菌或孢子层较厚的细菌时，UV光子的杀菌效果会大大降低的。经过数学推算，等离子体中紫外线强度在距离15cm时可达l11．6txW／cm 。所以，紫外线在等离子体的杀菌作用中发挥重要作用。而Adir Jose、Moreira等人在最近的研究中指出，UV光子的灭菌作用同受激气体及细菌的大小有关，在波长大于288nm时对杆状菌进行的灭菌过程中氧化性气体等离子体中UV光子的杀菌作用几乎可以忽略。在等离子体中大量受激原子、分子、自由基等活性物质，它们易与细菌体内蛋白质和核酸发生反应，致细菌死亡。有研究证明，氧化性气体等离子体可直接氧化蛋白质中氨基糖，用20W功率的微波能所激发的等离子体每小时可消耗42rag糖标本。近几年研究较多的是等离子体中的活性自由基，研究表明，高频电场或辉光放电产生的等离子体，可以在真空状态下或在正常大气压下，产生抗微生物的活性自由基粒子，这些粒子可撞击和杀灭微生物，还可和微生物发生氧化产生二氧化碳和水。M．Laroussid的研究旧和A．Soloshenko的研究也显示了这些受激粒子在等离子体灭菌过程中的重要作用。因此在低温等离子体灭菌过程中起灭菌作用的三类因素(受激粒子、热效应、紫外线辐射)中，受激粒子起最重要的杀灭作用，其次就是紫外线辐射和热效应了；同时这三类因素又是相互共同作用的。
4 等离子体的危害及存在问题 尽管等离子体灭菌基本上是安全的，但在实际应用上还是存在着很多问题的。例如：等离子体中的_Y射线、 粒子、强紫外光子等都可引起生物机体的损伤。此外：气体等离子体的毒性与气体种类有关，如：氯气、溴和碘蒸气会产生对人有毒的残留气体，使用时应给予充分注意。等离子体作为一种新的灭菌技术亦存在某些问题。首先是等离子体穿透性差，这在应用上受到一定的限制；其次是设备制造技术难度大，成本费用高，价格贵；另外，目前很多技术尚不完善，理论尚不清楚，有待于进一步研究。但等离子体灭菌技术作为一种新的物理灭菌方法已展示出它的强大生命力，必将推动消毒灭菌技术的发展。 | 
楼主
