低温等离子过氧化氢灭菌器

低温等离子过氧化氢灭菌器

1. 等离子体简介

1.1. 何为等离子体

等离子体是自然界中物质存在的一种特殊形态（气体、液体和固体之外的第四种状态），它是在特定的物理条件下（如几帕到几十帕的真空环境下），利用电磁波电场的激发作用，使某些中性气体的分子产生连续不断的电离，形成带负电荷和等量带正电荷的离子相互共存的物质状态，当电离率与复合率达到平衡时，这种稳定存在的物质形态被称为等离子体（右图为空气等离子体辉光放电效果图）。

同一种物质的不同状态，表示这种物质中粒子所具有的能量大小不同，例如: 冰（固态）经加温后变成水（液态），再加温又变成水蒸汽（气态），表示水分子从外界吸取了能量（热能），由较低的能态达到较高的能态，其分子的能量增加了，存在状态也随之发生了变化。但是不论是上述哪一种物质状态，组成物质的分子和原子都是电中性的，而且其能量也不太高，最高也不到1eV（电子福特，1eV=13600度）。

气态水在特定的物理条件下经电磁波激发又可形成等离子体，其粒子吸收了电磁波的能量发生跃升形成辉光放电，此时其粒子的能量约从几个eV到几千eV,因此说

等离子体是一种能量更高的物质聚集态。

在整个宇宙中，99,以上的物质都是以等离子体的状态存在的，如灿烂无比的太阳、广阔无垠的星际空间、绚丽多彩的霓虹灯、瑰丽的极光、壮观的闪电、还有热核聚变等所产生的物质状态等都是等离子体。

1.2. 等离子体的种类: 等离子体的种类是多种多样。从物理学角度按照组成它的粒子能量的大小及热力学性质可将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体中带电粒子的温度可达到绝对温度几千万度到亿度，如太阳上的核聚变及地球上的

热核聚变反应等。低温等离子体又分为热等离子体（热力学平衡）和冷等离子体（非热力学平衡），其中热等离子体中粒子的能量约几千度到几万度，通常用于需要高温作业的领域，如磁流体发电、等离子体焊接与切割、等离子体煤裂解制备乙炔、等离子体处理医疗垃圾等。

冷等离子体是通过气体放电使气体分子电离而产生的，使用的激发源有直流电磁波、中频或射频电磁波、微波和激光等。不同的放电条件产生的气体放电形式也不同，如辉光放电、电弧放电等。根据不同的目的又有不同的放电方式，如电晕放电、低气压辉光放电及大气压下的辉光放电等等。由于冷等离子体其粒子的温度是不相同的，其中电子的温度（能量）从几千度到几十万度，而离子的温度（宏观温度）与室温相差无几。因此，冷等离子体有着十分重要的应用价值, 这就是它可用于化工材料表面处理、医疗器械低温灭菌等多种具体应用的根本原因所在〔1〕。

目前人们常说的低温等离子体是指上述的冷等离子体一类，对其应用研究可以追溯到十九世纪50年代。1857年Sime ns首先利用介质阻挡放电产生低温等离子体技术来合成臭氧。至今，低温等离子体技术已广泛应用，诸如合成臭氧、产生无声放电紫外光源、对多种材料表面进行改性处理、等离子体喷涂、集成电路等离子体清洗、各种颜色的霓虹灯、日光灯的光源、等离子体电视机、医用等离子体低温灭菌、工业废气（烟气、挥发性有机物、汽车尾气）的处理等等。

1.3. 过氧化氢等离子体的产生:

许多气体都可以形成低温等离子体，如02 N2 CO2甲醛、H2O2等等。激发产生低温等离子体的激发源也有多种方式，如射频电磁波、激光、微波、高中频电磁波等等。过氧化氢等离子体灭菌器选用H2O2乍为灭菌介质，最主要的原因是利用H2O2自身具有较强的氧化杀菌的效能，形成等离子体后其灭菌效能更强；同时H2O2毒性很低，结束灭菌后H2O2等离子体复合成分子状态更加稳定的H20和02 从而不产生有

毒的残留物，对人及

环境无危害及污染。

H2O2等离子体的产生为：借助等离子体灭菌器中机械装置，将H2O2气化定量注入灭菌室内，经特定的真空和射频电磁场等物理条件激发产生辉光放电，形成H2O2等离子体。其可能的反应方程式为：

(1) H2O2 ? HO? + HO? (HO?为氢氧自由基)

(2) HO? + H2O2 ? H2O + HO2? (HO2?为过羟自由基)

(3) H2O2 ? H2O2 ? (H2O2 ?为激发态的过氧化氢分子)

(4) H2O2 ? ? H2O2 + 可见光/ 紫外线(3.3,3.6eV)

(5) HO? + HO? ? H2O + O? (O? 为活化氧原子)

(6) HO? + O? ? H? + O2 ( H? 为活化氢原子)

(7) HO? + HO2? ? H2O + O2

从上述H2O2等离子体形成过程中可以看出：H2O2等离子体中含有氢氧自由基HO?过羟自由基HO2?激发态H2O2*活性氧原子O?活化氢原子H?等活性成分和紫外线。这些活性离子以及紫外线具有很高的动能，从而极大地提高了与微生物蛋白质和核酸物质的作用效能，可在极短的时间内使微生物死亡，达到对器械灭菌的目的。其最终复合成少量的水和氧气分子，在完成对器械灭菌操作后，不会在被灭菌物品表面形成有害的残留物质，危害人与环境。

2. 医用等离子体灭菌器的作用机理

2.1. 医用等离子体灭菌器的结构和工作过程：

医用等离子体灭菌器的结构主要是由灭菌腔及真空系统、过氧化氢注入与控制、等离子体激发源与调配系统、配电系统、自动程序软件控制系统等组成。

医用等离子体灭菌器的工作过程

(1) 置入灭菌物品: 将待灭菌的物品放入灭菌器灭菌室内，将灭菌室门关闭密封

(2) 抽真空: 启动真空泵抽除空气，使灭菌室内达到足够的低压(30-80Pa ，大气压为10万Pa);此时灭菌室内物品上若有残留水份即被完全抽干。

(3) 注入H2O2容液：定量注入H2O2并在灭菌室内汽化，使其扩散渗透至整个灭菌室，并环绕着所有需要灭菌的物品周围及管腔内壁，实现初步的杀灭微生物的目的。(4)等离子体化：再次抽真空(达到50,150Pa),通过输入电磁波能量来产生一个适当的电场，借助灭菌室内的金属电极激发灭菌腔内H2O2气体分子的碰撞和解离，产生辉光放电形成低温等离子体，开始了对微生物的灭活作用。

灭菌过程完成并切断外接电磁场后，H2O2等离子体重新结合生成更稳定的氧和水蒸汽分子。至此，设备完成第一个灭菌循环，一般需要再重复上述3、4 步骤采

用二循环或三循环直至完成整个灭菌过程，以增强灭菌的彻底性。

(5) 恢复灭菌室内气压：关闭等离子激发源，引入经除菌过滤的空气使灭菌室恢复至大气压。打开灭菌室门，取出灭菌物品。

2.2 H2O2 等离子体灭菌机理

从医用H2O2等离子体灭菌器的运行过程可以看出，其灭菌作用主要有二个阶段：第一阶段:在真空状态下，将少量H2O2液体汽化扩散到灭菌室内器械周围及管腔内壁，并保持一定的扩散作用时间，实现初步的杀灭微生物的目的;第二阶段是将H2O2气体分子激发成等离子体，借助其中包含的大量高活性基团、高速粒子和紫外线等，共同作用于物品表面上的微生物，在短时内使其灭活，达到对器械灭菌的目的。由于

H2O2本身具有杀灭微生物的功能，将器械浸泡在过氧化氢液体中2

小时，就可以达到高水平消毒；当H2O2分子激发成等离子体后，粒子吸收外来能量具有较高动能，使H2O2原有的灭菌效能放大数十倍，从而能够用极少量的H2O2作用于器械表面，并在很短时间内达到灭菌的水平；H2O2激发成等离子体的另外一个