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大氣壓低溫等離子體在去除有害微生物以及降解有機污染物方面具有廣闊的應用前景。如何綠色高效、環保節能地殺滅有害微生物以及降解有機污染物是大氣壓低溫等離子體技術在環境保護、水處理等領域應用推廣的重點問題之一。
近期，中科院合肥研究院智能所黃青研究員課題組在《Chemical Engineering Journal》期刊上發表了題為「Enhance the inactivation of fungi by the sequential use of cold atmospheric plasma and plasma-activated water: synergistic effect and mechanism study」 的文章。這項研究提供了一種高效利用低溫等離子體聯合等離子體活化水來提高真菌微生物殺滅效率的方法。許航博（博士後）為文章的第一作者，黃青研究員為通訊作者。此研究得到安徽省重點研發計劃、中國博士後基金等項目資助。
近年來，黃青研究員帶領課題組研究人員在低溫等離子體微生物消殺機理及應用方面做了系統的研究工作。在本研究中，他們提出利用大氣壓低溫等離子體（CAP）射流聯合由此製備的等離子體活化水（PAW）共同滅菌的處理方式，並以處理兩種典型真菌（酵母菌和黃麴黴菌）為例，深入研究了大氣壓低溫等離子體，等離子體活化水以及兩者聯合滅菌機理。他們發現，等離子體與等離子體活化水聯合處理具有協同效應，能夠有效提高殺菌效率（圖1）。
圖1：CAP與PAW聯合處理提高了對酵母和黃麴黴菌的殺滅效率。
為了闡明這種協同作用機制，他們進一步研究了兩者產生的RONS（·OH，1O2，H2O2，ONOO-，NO2-，NO3-）情況。發現等離子體射流處理過程中產生的RONS與等離子體活化水中的RONS具有區別 （圖2）。研究發現，在單獨等離子體射流處理下，主要是ROS起作用，·OH和1O2能夠通過破壞壁膜結構導致真菌失活（圖3,5）；而單獨等離子體活化水並不能直接導致真菌壁膜損傷，但是容易導致真菌處於一種不可培養狀態（VBNC）（圖5）。最後，通過對胞內各種RONS（·OH，1O2，H2O2，NO，ONOO-）變化進行檢測，闡明了低溫等離子體與等離子體活化水的聯合處理協同效應機制。在第一階段等離子體處理下，真菌的壁膜結構受到損傷；而在隨後的等離子體活化水處理中，更多的1O2和ONOO- 進入細胞（圖4），並對線粒體和能量代謝系統造成不可逆損傷，從而導致真菌失活（圖5）。
圖2：CAP與PAW中產生的RONS
圖3：三種不同處理方式下（CAP，PAW以及CAP+PAW）真菌壁膜變化
圖4：三種不同處理方式下（CAP，PAW以及CAP+PAW）真菌胞內1O2，ONOO-變化
作者簡介
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黃青，中科院合肥物質科學研究院 研究員，博士生導師，中科院重點實驗室副主任。長期從事物理生物、輻射生物物理、生物光譜基礎和應用研究，近年來將光譜技術和低溫等離子體技術相結合應用於環境、生物醫學、農業等領域，取得一系列有特色和創新性的研究成果，迄今已在JACS、Water Res、Adv. Funct. Mater.、ES&T.、J. Hazard. Mater.、Anal. Chem.、Bioresour. Technol.、Sci. Total Environ.、Food Chem.等國際知名期刊發表SCI論文200餘篇。現為安徽省核學會副理事長兼核農學專業委員會主任、安徽省光學學會激光生物醫學副主任、英國皇家化學學會會士（Fellow）。
許航博，博士畢業於鄭州大學，目前在中科院合肥物質科學研究院黃青研究員課題組進行博士後研究工作，主要進行低溫等離子體消殺領域相關研究。已在Water Res、Sci. Total Environ. 等國際知名期刊發表多篇文章。
原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139596
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