不同氮氧混比下介质阻挡放电产物模式与规律及其灭菌应用

论文摘要

介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）作为一种可在大气压条件下产生大面积低温等离子体的技术手段,早期被广泛应用于臭氧合成,大多数的学者也主要致力于研究DBD产生臭氧的机理,而忽略了DBD产生氮氧化物的研究工作。随着等离子体医学的发展,那些氮氧化物特别是ONOO-在生物医疗方面的作用逐渐凸显出来,如NO具有抗动脉粥样硬化特性,可用于血管舒张、改善微循环障碍,并促进伤口愈合;NO2可用于医疗器械的灭菌,具有残留消毒剂少、可在室温条件灭菌等优点;N2O作为一种吸入式麻醉气体,可用于手术麻醉;ONOO-在人体的细胞信号转导和抗菌防御方面发挥着重要作用,是一种应用前景广阔的环保型抗菌药物。然而缺乏对DBD产生氮氧化物调控机理的认识,阻碍了DBD在生物医学领域的进一步的拓展。因此,本文以改变工作气体的氮氧比例为调控手段,对不同电压、气流量和含氧量条件下的DBD产物模式和规律进行研究,并对DBD放电产物中是否存在气态ONOO-这一问题进行了探索,最后将其应用于生物灭菌。首先,采用傅里叶红外光谱法对交流驱动同轴DBD的放电产物进行检测,发现在不同的氮氧混比条件下,DBD的放电产物均呈现出三种不同的模式:臭氧模式、氮氧化物模式和过渡模式,其中臭氧模式易出现在低电压、高气流量的条件,氮氧化物模式倾向于出现在高电压、低气流量的条件,而过渡模式则是出现在臭氧模式和氮氧化物模式的交界处。为了进一步研究DBD产物模式转换的机理,本文引入了基于ICCD图像的单位面积能量计算方法,对不同DBD产物模式下的单位面积能量进行了计算,其结果表明臭氧模式的单位面积能量总是低于氮氧化物模式,而过渡模式的单位面积能量则介于臭氧模式和氮氧化物模式之间。同时,随着工作气体含氧量的增大,DBD产物模式从臭氧转换为氮氧化物所需的单位面积能量也随之增大。其次,研究了不同电压、气流量和含氧量条件下DBD气态产物浓度的变化规律,并结合单位面积能量对产物规律进行了机理解释。另外,利用液相色谱-质谱和荧光光谱两种检测方法对DBD产物中是否存在气态ONOO-这一问题进行了探索,并发现了DBD放电可产生气态ONOO-,且ONOO-仅存在于氮氧化物模式,臭氧模式和过渡模式则没有ONOO-的生成。最后,采用DBD气态产物对指状青霉菌进行处理,研究了不同DBD产物模式下青霉菌孢子的萌发抑制情况,并结合DBD气态产物浓度随电压、气流量和含氧量的变化规律对灭菌结果进行机理分析。其结果显示,臭氧模式下低电压更有利于提高DBD产物对青霉菌孢子的萌发抑制效果,其主要抑菌物质为O3;而对于氮氧化物模式,低气流量更有利于提高青霉菌孢子的萌发抑制率,其主要抑菌物质为NO和ONOO-;相比于臭氧模式和氮氧化物模式,过渡模式的萌发抑制率较低,其萌发抑制效果是由O3、NO2、N2O和N2O5多种产物的协同作用引起的。

论文目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 不同氮氧混比下DBD放电研究现状

1.2.2 DBD产物模式转换阈值研究现状

1.2.3 不同氮氧混比下DBD产物研究现状

1.2.4 DBD生物灭菌应用研究现状

1.3 本文研究的目的及研究内容

2 不同氮氧混比下DBD产物模式和单位面积能量研究

2.1 引言

2.2 实验系统设计

2.3 不同氮氧混比下的DBD产物模式研究

2.3.1 DBD的三种产物模式

2.3.2 不同氮氧混比下的DBD产物模式转换

2.4 不同氮氧混比下的DBD单位面积能量研究

2.4.1 不同氮氧混比下的DBD放电形貌

2.4.2 DBD放电面积的计算

2.4.3 DBD放电功率的计算

2.4.4 不同氮氧混比下的DBD单位面积能量计算

2.5 DBD产物模式与单位面积能量关系研究

2.5.1 不同DBD产物模式下的单位面积能量

2.5.2 不同氮氧混比下DBD产物模式转换的单位面积能量

2.6 本章小结

3 不同氮氧混比下DBD产物规律研究

3.1 引言

3.2 常见DBD产物的规律研究

3规律研究'> 3.2.1 不同氮氧混比下的O₃规律研究

3.2.2 不同氮氧混比下的NO规律研究

2规律研究'> 3.2.3 不同氮氧混比下的NO₂规律研究

2O规律研究'> 3.2.4 不同氮氧混比下的N₂O规律研究

2O₅ 规律研究'> 3.2.5 不同氮氧混比下的N₂O₅规律研究

-的规律研究'> 3.3 气态ONOO^-的规律研究

-'> 3.3.1 液相色谱-质谱法检测ONOO^-

-'> 3.3.2 荧光光谱法检测ONOO^-

-的规律研究'> 3.3.3 气态ONOO^-的规律研究

3.4 本章小结

4 DBD气态产物灭菌研究

4.1 引言

4.2 实验操作步骤

4.3 臭氧模式下的产物灭菌研究

4.3.1 臭氧模式下的灭菌实验结果

4.3.2 臭氧模式下的灭菌机理分析

4.4 氮氧化物模式下的产物灭菌研究

4.4.1 氮氧化物模式下的灭菌实验结果

4.4.2 氮氧化物模式下的灭菌机理分析

4.5 过渡模式下的产物灭菌研究

4.5.1 过渡模式下的灭菌实验结果

4.5.2 过渡模式下的灭菌机理分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文的主要结论

5.2 后续研究工作与展望

参考文献

附录

A作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录

C作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目目录

D学位论文数据集

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑振峰

导师: 刘坤

关键词: 氮氧混比,产物模式,灭菌

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 物理学,基础医学,生物医学工程

单位: 重庆大学

分类号: O53;R312

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000888

总页数: 77

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