大气压等离子体射流消杀细菌

等离子体医学早期的研究主要关注于医疗卫生领域灭菌消毒方面的应用。这主要是由于传统的灭菌消毒方法都有各自固有的缺点。如传统的紫外线消毒法，紫外线只能照射到物体表面，如果被处理的对象形状不规则，则紫外线照射可能会产生很大的死角；而化学试剂灭菌法存在剩余试剂的二次污染问题；至于加热灭菌法，包括干热和湿热，其最大的缺点是对于一些对温度敏感的材料无法使用。

用于灭菌消毒的低温非平衡等离子体，其气体温度通常要求维持在几十摄氏度以下，甚至是室温。但是它的电子温度却很高，通常在几千到几万摄氏度的范围，该特性对于一些温度敏感材料的消毒至关重要。由于其气体温度较低，因此不会对被处理的材料造成损坏；而其较高的电子温度则使等离子体具有很高的活性，可以产生很强的紫外线、大量的带电粒子和活性自由基。非平衡等离子体灭菌消毒就是利用这些紫外线、各种带电粒子和活性自由基的共同作用来达到灭菌消毒的效果。这些因素中具体哪一种或哪几种因素起主导作用由特定的等离子体源所决定，并和被处理的细菌、病毒等的种类有关。当灭菌消毒过程结束后，等离子体被关闭，这些活性粒子、带电粒子等在较短的时间内都将消失，因此不存在剩余的有害物质。

利用非平衡等离子体来杀菌消毒，等离子体源是至关重要的。在二十世纪七八十年代，为了利用非平衡等离子体来杀菌消毒，通常工作气体的压力在10～1000Pa范围。为了保持工作气体在这样的压力下，真空系统将不可避免。这就使得整个系统的成本上升，导致该技术的推广使用受到了极大的限制。随着大气压非平衡等离子体技术的发展，到了二十世纪九十年代中期，Laroussi博士首次利用大气压非平衡等离子体对大肠杆菌等做了消毒实验[1]。实验结果表明大气压非平衡等离子体能够达到较好的灭菌效果。在此之后，大气压非平衡等离子体在杀菌消毒领域的研究在国际上受到了极大的关注。与此同时，人们研制出多种大气压非平衡等离子体源，主要以千赫兹交流电源驱动的电介质阻挡放电和以射频电源驱动的射频（radio frequency，RF）放电为代表。当这些等离子体源被用来灭菌消毒时，通常有两种做法：一种是利用等离子体直接消毒，即将被消毒的对象放到放电间隙之间；另一种是等离子体间接消毒，它是将被消毒对象放在放电间隙外并尽量靠近放电间隙，通过气体的定向流动，使等离子体所产生的各种活性粒子输运到被消毒物体的表面来达到消毒的目的。第一种方法的局限性是放电间隙的尺寸往往是非常有限的，这就极大地限制了被消毒对象的范围。第二种方法的缺点是带电粒子和一些具有很强活性但存在时间很短的活性粒子在到达被消毒物体表面前就已经消失了，这就使消毒效率大大降低[2]。为了克服上述两种消毒方式各自的缺点，新型的大气压非平衡等离子体射流（nonequilibrium atmospheric pressure plasma jet，N-APPJ）应运而生。这就使被消毒对象不受放电间隙尺寸的限制，同时保证较高浓度的带电粒子和活性粒子能到达被消毒对象的表面，从而达到有效消毒的目的。

在过去的十几年里，N-APPJ在杀菌消毒方面的应用得到了极大的关注。国内也有多所高校和研究所在大气压非平衡等离子体灭菌消毒的机理方面做了一些很好的基础性研究。除了对传统的电介质阻挡放电、射频放电等离子体的杀菌消毒特性做了基础性的研究外，还利用表面介质阻挡放电等离子体、千赫兹交流电源驱动的等离子体射流和射频放电等离子体射流等对一些典型的微生物，如大肠杆菌等的消毒机理做了研究。(www.xing528.com)

微生物的种类繁多，不同的应用背景下种类差别很大。本书第2章介绍了采用等离子体杀灭引起牙髓疾病的细菌的相关研究。这是因为牙髓疾病是口腔科中的常见病。牙髓疾病的治疗主要是根管治疗，其根本目的是对被感染的根管内表面及根管三维网状系统的消毒。现在临床上通常通过器械的清除、抗生素的冲洗及根管内的暂封存物（如氢氧化钙）来实现治疗，大部分对根管治疗的追踪报道显示，根管治疗的成功率大概在85%～90%，失败的主要原因是微生物持续存在。Sjogren等[3]发现，在根管充填时，如在根管内检测到阳性细菌，则治疗的成功率仅为68%；而检测到阴性细菌时，五年随访成功率为94%。Peters等[4]也认为根充时根管内存在细菌会导致根尖周炎的发生，即意味着根管治疗的失败。导致根管治疗失败的细菌有多种，如粪肠球菌被认为是导致根管治疗失败的主要细菌之一，且根管治疗中采用的药物对其无效。

在当今的治疗策略中，如何清除根管内持续存在的细菌，对治疗后牙齿的长期保存至关重要。现在临床中采用的器械治疗有激光、微波以及超声法来进行根管消毒，它们主要是利用其热效应或声波效应，在消毒效能和生物相容性等方面均未能达到最佳状态。

而利用非平衡等离子体射流对引起牙髓疾病的细菌进行消毒就有可能取代上述消毒手段。本书第2章将介绍这方面的相关研究成果。