本文關(guān)鍵詞：大氣壓低溫等離子體失活金黃色葡萄球菌及其機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 低溫等離子體 等離子體診斷 金黃色葡萄球菌 滅菌/消毒 活性含氧/氮基團(tuán)

【摘要】：大氣壓低溫等離子體因其氣體溫度低、化學(xué)活性強(qiáng)、無(wú)污染,適合直接應(yīng)用于熱敏感型基質(zhì)材料和人體組織等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的多個(gè)領(lǐng)域。低溫等離子體在形成過(guò)程中可產(chǎn)生一系列活性基團(tuán),近年來(lái)已開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)生活與生物醫(yī)學(xué)中的滅菌消毒領(lǐng)域�？蒲泄ぷ髡咭验_(kāi)發(fā)出多種低溫等離子體發(fā)生裝置并研究了其對(duì)各種類型微生物的滅活效果及相關(guān)機(jī)理。但迄今為止的研究主要集中在物理層面,即將細(xì)菌本身作為一個(gè)“黑盒”,通過(guò)改變各種等離子體特性參數(shù)從外部探究細(xì)菌的失活原因,所得滅菌機(jī)制并不成熟。值得一提的是,從分子生物學(xué)層面尤其是微生物基因表達(dá)調(diào)控和質(zhì)粒結(jié)構(gòu)功能改變等角度進(jìn)行的等離子體滅菌機(jī)理研究較少,相關(guān)信息匱乏�；诖�,本論文一方面深入研究了大氣壓低溫等離子體對(duì)不同生存狀態(tài)下的金黃色葡萄球菌造成的失活效果和可能的作用機(jī)制,另一方面同時(shí)探索了等離子體處理使細(xì)菌在細(xì)胞和分子層面上可能發(fā)生的一系列結(jié)構(gòu)和功能改變,旨在為低溫等離子體滅菌技術(shù)和相關(guān)滅菌機(jī)理的完善提供幫助。 本文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1.適用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的大氣壓低溫等離子體源的研制及其特性參數(shù)診斷 a)正弦交流驅(qū)動(dòng)的單電極惰性氣體等離子體射流裝置：交流高壓電源驅(qū)動(dòng),根很細(xì)的銅棒充當(dāng)高壓電極,可產(chǎn)生接近室溫(300K)的等離子體射流,接觸人體皮膚表面時(shí)無(wú)灼熱感,放電產(chǎn)生的活性基團(tuán)可直接作用于靶點(diǎn)。 b)脈沖直流驅(qū)動(dòng)的大氣壓空氣中大面積多針?lè)烹姷入x子體裝置：該裝置以多根細(xì)銅棒作為電極陣列,通過(guò)限流電阻與高壓直流電源相連,可在電極陣列與人體皮膚表面間形成大面積的接近室溫的等離子體(290-300K),安全可靠,對(duì)皮膚無(wú)損傷。 c)上述兩種低溫等離子體源的放電參數(shù)測(cè)量。 d)通過(guò)發(fā)射光譜法、質(zhì)譜法檢測(cè)了該等離子體射流中各種含氧/氮活性組分(RONS)的存在,并獲得等離子體射流中主要的代表性含氧/氮活性組分(包括多種中性粒子和正負(fù)離子等)在不同軸向位置的相對(duì)發(fā)射強(qiáng)度。其發(fā)射強(qiáng)度隨著檢測(cè)距離的改變發(fā)生變化,噴口下方5mm處上述活性組分的發(fā)射強(qiáng)度基本上比10mm處要高。 e)通過(guò)發(fā)射光譜法檢測(cè)了該空氣放電等離子體中一系列含氧/氮活性組分的相對(duì)發(fā)射強(qiáng)度。通過(guò)光譜分析發(fā)現(xiàn)300-450m和600-800m處出現(xiàn)最強(qiáng)烈的發(fā)射峰,分別對(duì)應(yīng)于N2的第二正系(N2(C-B))和N2的第二正系的二次發(fā)射(second order emission),同時(shí)檢測(cè)到200-300m處的NO,系統(tǒng)的發(fā)射譜帶(NO(A-X)),以及777.2nm和844.6nm處的活性原子氧(O)譜帶。 f)利用分光光度計(jì)檢測(cè)了不同劑量空氣放電等離子體處理后的細(xì)菌懸液中,代表性的長(zhǎng)壽命活性組分H2O2, O3, NO2-, NO3’的濃度變化。 g)通過(guò)紫外吸收法檢測(cè)了該空氣放電等離子體產(chǎn)生臭氧的濃度(約507ppm)。 2.大氣壓氦氣等離子體射流處理失活金黃色葡萄球菌生物膜的相關(guān)研究 采用不同劑量(時(shí)間)的大氣壓氦氣等離子體射流處理金黃色葡萄球菌生物膜。處理10mm后,生物膜中菌量降低了3log10以上,且微生物膜中細(xì)菌相較于貼壁的同類細(xì)菌對(duì)等離子體的抗性強(qiáng)。刃天青(Resazurin)檢測(cè)顯示大約70%的微生物膜中細(xì)菌失去新陳代謝能力,同時(shí)大約30%的細(xì)菌進(jìn)入一種存活但不能培養(yǎng)生長(zhǎng)(VBNC)狀態(tài)。掃描電子顯微鏡(SEM)照片說(shuō)明等離子體在處理微生物膜時(shí)首先侵蝕其細(xì)胞外多聚基質(zhì)(EPS),然后攻擊細(xì)菌外部結(jié)構(gòu),最終導(dǎo)致微生物膜表面若干層細(xì)菌的結(jié)構(gòu)崩潰。SYTO9/PI染色的激光共聚焦顯微鏡(CLSM)照片說(shuō)明等離子體處理10min后約69%的生物膜中細(xì)菌失去完整的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),基于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性的等離子體作用深度約為12.4μm(5min處理)；2,7-二氯二氫熒光素-乙酰乙酸酯(DCFH-D A)染色的生物膜CLSM照片顯示了等離子體處理造成的與生物膜深度(層)相關(guān)的細(xì)菌內(nèi)活性含氧基團(tuán)(ROS)的積累,以ROS積累效果為標(biāo)識(shí)的等離子體作用深度約12.0μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明等離子體處理可能導(dǎo)致細(xì)菌內(nèi)ROS的生成,誘導(dǎo)菌內(nèi)氧化壓力上升,當(dāng)超過(guò)細(xì)菌氧化應(yīng)激反應(yīng)閾值時(shí)造成細(xì)菌失活。 3.大氣壓空氣中多針?lè)烹姷入x子體處理對(duì)懸浮的金黃色葡萄球菌基因表達(dá)調(diào)控的影響 采用定量實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)(q-rt-PCR)分析金黃色葡萄球菌在應(yīng)對(duì)不同劑量等離子體處理時(shí),細(xì)菌中對(duì)抗環(huán)境壓力脅迫的相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平動(dòng)態(tài)表達(dá)調(diào)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明等離子體處理可能會(huì)影響細(xì)菌中與氧化應(yīng)激反應(yīng),生物膜形成,抗生素抵抗和DNA損傷保護(hù)／修復(fù)相關(guān)的基因表達(dá)。等離子體放電產(chǎn)生的(氣相)以及誘導(dǎo)細(xì)菌懸液中產(chǎn)生的(液相)含氧／氮活性組分可能是造成上述變化的主要原因。 4.大氣壓空氣中多針?lè)烹姷入x子體處理對(duì)懸浮的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌 質(zhì)粒結(jié)構(gòu)的影響 等離子體處理金黃色葡萄球菌和大腸桿菌后,提取出質(zhì)粒進(jìn)行DNA瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著等離子體處理劑量的增加,具超螺旋(super-coil)、開(kāi)環(huán)(open-circle)和線狀(linear)結(jié)構(gòu)的質(zhì)粒DNA濃度逐漸降低,說(shuō)明細(xì)菌質(zhì)粒DNA結(jié)構(gòu)逐漸被破壞。從側(cè)面證明大劑量等離子體處理可破壞細(xì)菌遺傳信息,徹底殺滅懸浮細(xì)菌。等離子體放電在氣相中產(chǎn)生的以及在氣液交界相和液相中通過(guò)等離子體化學(xué)反應(yīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的含氧/氮活性組分可能是導(dǎo)致細(xì)菌質(zhì)粒結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。
【關(guān)鍵詞】：低溫等離子體 等離子體診斷 金黃色葡萄球菌 滅菌/消毒 活性含氧/氮基團(tuán)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O536
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-15
• 第1章 緒論15-39
• 1.1 等離子體15-16
• 1.2 低溫等離子體16-18
• 1.3 低溫等離子體組分18-19
• 1.4 低溫等離子體滅菌19-28
• 1.5 等離子體滅菌機(jī)理28-29
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容29-30
• 1.6.1 開(kāi)題目的與意義29-30
• 1.6.2 課題主要研究?jī)?nèi)容30
• 參考文獻(xiàn)30-39
• 第2章 大氣壓低溫等離子體裝置的研制與診斷39-69
• 2.1 大氣壓低溫等離子體射流39-51
• 2.1.1 裝置結(jié)構(gòu)39-41
• 2.1.2 放電參數(shù)41-43
• 2.1.3 物理特性診斷43-51
• 2.2 大氣壓空氣放電等離子體51-61
• 2.2.1 裝置結(jié)構(gòu)51-52
• 2.2.2 放電參數(shù)52-53
• 2.2.3 光譜診斷53-54
• 2.2.4 液相中活性基團(tuán)54-59
• 2.2.5 臭氧濃度59-61
• 2.3 本章小結(jié)61-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 第3章 大氣壓低溫等離子體射流失活金黃色葡萄球菌微生物膜的相關(guān)研究69-103
• 3.1 研究背景69-72
• 3.1.1 金黃色葡萄球菌簡(jiǎn)介69-70
• 3.1.2 細(xì)菌微生物膜70-71
• 3.1.3 微生物膜與耐藥性71
• 3.1.4 微生物膜與持續(xù)性感染71-72
• 3.2 研究意義72-73
• 3.3 等離子體射流失活金黃色葡萄球菌微生物膜的效果研究73-79
• 3.3.1 研究方法73
• 3.3.2 試劑與儀器73-74
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟74-76
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析76-79
• 3.4 等離子體射流失活金黃色葡萄球菌微生物膜的機(jī)理研究79-95
• 3.4.1 等離子體處理對(duì)生物膜菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的影響79-87
• 3.4.2 等離子體處理對(duì)生物膜菌新陳代謝能力的影響87-89
• 3.4.3 等離子體處理對(duì)生物膜菌內(nèi)活性含氧基團(tuán)(ROS)濃度的影響89-93
• 3.4.4 等離子體處理對(duì)細(xì)菌生物膜表面形貌的影響93-95
• 3.4.5 等離子體失活細(xì)菌生物膜的機(jī)理推測(cè)95
• 3.5 本章小結(jié)95-96
• 參考文獻(xiàn)96-103
• 第4章 大氣壓空氣等離子體對(duì)金黃色葡萄球菌基因表達(dá)的影響效果研究103-123
• 4.1 研究背景103-108
• 4.1.1 細(xì)菌氧化應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)基因103-105
• 4.1.2 葡萄球菌微生物膜形成相關(guān)基因105-107
• 4.1.3 細(xì)菌耐藥性相關(guān)基因107-108
• 4.1.4 細(xì)菌DNA損傷/修復(fù)相關(guān)基因108
• 4.2 研究方法108-110
• 4.3 試劑及儀器110
• 4.4 實(shí)驗(yàn)步驟110-111
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析111-116
• 4.5.1 細(xì)菌氧化應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)改變111-112
• 4.5.2 葡萄球菌生物膜形成相關(guān)基因的表達(dá)改變112-114
• 4.5.3 細(xì)菌耐藥性相關(guān)基因的表達(dá)改變114-115
• 4.5.4 細(xì)菌DNA損傷/修復(fù)相關(guān)基因的表達(dá)改變115-116
• 4.6 本章小結(jié)116-117
• 參考文獻(xiàn)117-123
• 第5章 大氣壓空氣放電等離子體對(duì)細(xì)菌質(zhì)粒DNA結(jié)構(gòu)影響效果研究123-137
• 5.1 研究背景123-125
• 5.1.1 質(zhì)粒123-125
• 5.1.2 等離子體對(duì)裸露質(zhì)粒的作用效果125
• 5.2 等離子體對(duì)細(xì)菌中質(zhì)粒的作用效果研究125-127
• 5.2.1 研究方法125
• 5.2.2 試劑與儀器125-126
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟126-127
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析127-132
• 5.3.1 金黃色葡萄球菌中質(zhì)粒結(jié)構(gòu)變化情況127-130
• 5.3.2 大腸桿菌中質(zhì)粒結(jié)構(gòu)變化情況130-132
• 5.4 本章小結(jié)132-133
• 參考文獻(xiàn)133-137
• 第6章 論文總結(jié)與展望137-143
• 6.1 論文總結(jié)137-140
• 6.2 研究展望140-141
• 6.3 本文創(chuàng)新點(diǎn)141-143
• 致謝143-145
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果145

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張海峰;龐其昌;陳秀春;;高壓電暈放電特征及其檢測(cè)[J];電測(cè)與儀表;2006年02期

2 何敏;廖璞;尹一兵;左幟健;;鹽酸小檗堿對(duì)表皮葡萄球菌生物被膜形成及相關(guān)基因表達(dá)的抑制作用[J];第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年19期

3 程寅;劉建國(guó);陸亦懷;王亞平;方武;陳軍;;紫外吸收法水質(zhì)監(jiān)測(cè)的光信號(hào)探測(cè)與處理方法[J];大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

4 李成榕,王新新;大氣壓下的輝光放電[J];高電壓技術(shù);2002年S1期

5 王新新;;介質(zhì)阻擋放電及其應(yīng)用[J];高電壓技術(shù);2009年01期

6 賈瑞平;盛敏奇;張輝;陳燁璞;;臭氧分析方法的研究和進(jìn)展[J];工業(yè)水處理;2008年02期

7 方志;劉源;蔡玲玲;;大氣壓氬等離子體射流的放電特性[J];高電壓技術(shù);2012年07期

8 曹穎光;楊平;盧新培;熊紫蘭;葉濤;熊青;孫自鏞;;Efficacy of Atmospheric Pressure Plasma as an Antibacterial Agent Against Enterococcus Faecalis in Vitro[J];Plasma Science and Technology;2011年01期

9 陳銀生,張新勝,戴迎春,袁渭康;脈沖電暈放電等離子體降解含4-氯酚廢水[J];化工學(xué)報(bào);2003年09期

10 邵敏超;夏鳳毅;盛成龍;李金葉;梁偉建;;雙波長(zhǎng)紫外吸收法有機(jī)廢水COD測(cè)量技術(shù)與儀器設(shè)計(jì)[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2013年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 趙麗萍;金黃色葡萄球菌Al-2群體感應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)控[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：897337