近年来,基于大气压低温等离子体具有低温、高效、环保、安全、便携等特点,其在医疗器械、皮肤、口腔、食品、环境等领域的杀菌效应及机理研究一直是等离子体医学的研究热点。尽管等离子体对多种微生物的杀灭效果已经毋庸置疑,但是由于等离子体成分及生物响应的复杂性,其对微生物的杀灭机制仍需进行深入探讨。因此,本论文以金黄色葡萄球菌为实验对象,研究了大气压低温等离子体的理化性质及主要活性氧成分,以及等离子体对细菌形态、细胞壁、细胞膜、细胞表面生物大分子、胞内活性氧、细胞凋亡、毒力因子的影响,从而进一步揭示大气压低温等离子体的杀菌机制。本论文主要包括以下四个部分:(1)等离子体放电参数及杀菌效果评价:本研究对大气压氦气低温等离子体放电过程中的电压、电流以及温湿度进行实时监测,同时采用平板菌落计数法评估大气压低温等离子体对金黄色葡萄球菌的杀菌效率。研究结果发现以氦气作为工作气体时,等离子体持续放电过程中电压和电流稳定,且处理时间越长,放电腔室中的湿度越高,此外细菌的存活率随着等离子体处理时间的延长而显著降低。(2)等离子体理化特性评价:本研究通过加入特异性捕获剂或清除剂对大气压低温等离子体处理后水溶液中的羟基自由基和单线态氧进行检测,同时测量溶液的氧化还原电位和pH值。研究结果发现大气压低温等离子体产生的羟基自由基和单线态氧随着处理时间的延长在溶液中不断累积,同时使溶液呈现强氧化性与酸性。(3)等离子体对细菌生物学损伤评价:本研究通过流式细胞仪对细菌细胞凋亡、细胞膜电位和胞内活性氧进行检测,并测定胞内核酸和蛋白质的泄漏量,同时采用扫描电子显微镜对细菌细胞表面形态进行观察,最后采用傅里叶变换红外光谱对细菌细胞的生物大分子进行分析。研究结果显示大气压低温等离子体产生的活性物质作用于细菌细胞时,对蛋白质、脂肪等生物大分子进行氧化攻击,引起细胞膜电位和细胞表面形态发生变化,致使外界更多等离子体活性成分进入到细胞内部,细胞内容物泄露,细胞正常生理功能发生紊乱,从而导致细胞凋亡或者坏死。此研究结果从细菌生物响应角度出发,揭示了大气压低温等离子体对金黄色葡萄球菌的氧化损伤机理。(4)等离子体对细菌毒力因子的影响:葡萄球菌黄素是金黄色葡萄球菌重要的毒力因子之一,本研究采用拉曼光谱和高效液相色谱对等离子体处理前后金黄色葡萄球菌胞膜中葡萄球菌黄素进行定性定量检测,研究结果首次发现大气压低温等离子体处理20 min后,能将金黄色葡萄球菌细胞膜中的葡萄球菌黄素含量从448.75μg/mL显著降低至19.72μg/mL,从而降低细菌的毒力水平。此研究结果从细菌本身的毒力因子出发,为大气压低温等离子体对金黄色葡萄球菌的杀菌机制研究提供了一个全新思路。