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研究人员优化标准协议对比 7 种非热等离子体（NTP）发生装置，发现 vDBD 杀菌效果最强，为相关应用提供参考。
在现代科学的奇妙世界里，非热等离子体（NTP）就像一颗冉冉升起的新星，吸引着众多科研人员的目光。它具有强大的抗菌特性，在食品工业、医学、农业等领域展现出巨大的应用潜力。想象一下，在食品保鲜中，它能有效杀灭有害微生物，延长食品保质期；在医学领域，它或许能成为伤口消毒、治疗感染的新利器。
然而，这颗新星的发展并非一帆风顺。目前，NTP 的研究遇到了不少难题。由于 NTP 发生装置种类繁多，不同研究在测试这些装置时，实验设置差异很大，比如使用的微生物种类不同、样本制备方法各异，这使得研究结果难以相互比较。打个比方，就好像大家都在建造一座名为 “非热等离子体应用” 的大厦，但每个人使用的图纸、材料和建造方法都不一样，导致大厦的建设进度受阻。而且，现有的一些比较 NTP 发生装置的方法和标准，要么过于简单，无法全面反映装置的复杂特性；要么过于复杂，实施起来困难重重，难以在科研领域广泛应用。所以，为了充分挖掘 NTP 的潜力，让它更好地服务于各个领域，迫切需要一种统一、有效的方法来比较不同的 NTP 发生装置。
为了解决这些问题，来自捷克、意大利、波兰等多个欧洲国家的研究人员携手合作，开展了一项极具意义的研究。他们对之前的标准协议进行优化，使用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的芽孢作为实验样本，对比了 7 种不同的 NTP 发生装置，从技术参数和杀芽孢特性等方面进行了全面评估。最终，他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员在实验过程中，采用了多种关键技术方法。他们通过购买商业芽孢悬液简化样本制备过程，并在同一实验室进行样本准备和评估，只将样本送到不同实验室接受 NTP 处理，减少了样本差异带来的影响。在评估 NTP 的杀芽孢效果时，运用了菌落形成单位（CFU）计数法，通过比较处理前后存活细菌数量来确定杀菌效果；同时，利用 Aurora 软件分析抑制区（即无细菌生长区域）的大小，进一步评估 NTP 的局部杀芽孢效果。此外，还通过生成红外图片（热图）来跟踪 NTP 处理后样本的能量沉积情况。
下面来看看具体的研究结果：
- 技术特性：研究人员对 7 种 NTP 发生装置的多个技术参数进行了比较，包括峰峰值电压、功率、激励信号类型等。这些装置的驱动方式各不相同，有的由射频波（RF）驱动，有的由微波源驱动等。而且，它们的功率范围差异较大，从 0.41W 到 24W 不等。例如，间接 RF 源功率较低，为 0.41 ± 0.05W，而体积介电阻挡放电（vDBD）装置功率范围较宽，为 5.4 - 24.2W123。
- CFU 减少情况：经 NTP 处理后，通过 CFU 计数来确定存活细菌数量。结果显示，vDBD 装置的杀芽孢效果最为显著，处理后仅检测到约 10 个 CFU，降低了约 4 个数量级，与作为阳性对照的紫外线辐射效果相当。MiniJet 装置是最有效的等离子体射流装置，能使 CFU 降低约 2.5 个数量级。其他装置的 CFU 降低幅度较小，大多在 1 个数量级及以下。而且，对于可调参数的装置，CFU 减少情况与设定功率之间几乎没有相关性45。
- 抑制区情况：通过检查抑制区百分比来进一步确定 NTP 的杀芽孢效果。结果表明，vDBD 装置的抑制区范围在 86% - 97.5% 之间，与 CFU 减少结果相符，甚至比阳性对照还要强。MiniJet 装置的抑制区约为 15%，其他装置如 PCC、间接 RF 源等的抑制区在 2% - 13% 之间。同样，氩气（Ar）气流似乎比氦气（He）气流更有效，且抑制区大小与功率几乎无关678。
- 能量沉积（热图）：研究人员通过热图分析能量沉积情况，发现不同装置的能量沉积分布和峰值温度各有特点。例如，PCC 和间接 RF 源的峰值温度区域在样本中心，边缘温度急剧下降；而 vDBD 装置的温度在整个膜上分布均匀。峰值温度似乎与单个装置的功率有关，MiniJet 装置的整体峰值温度最高，约为 60°C91011。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，他们优化后的标准协议具有良好的可重复性和适用性，能够对不同实验室的 NTP 发生装置进行全面、有效的比较。该研究首次对 7 种不同的 NTP 发生装置进行了如此广泛的比较，揭示了一些有趣的普遍趋势。比如，vDBD 装置和 Ar 等离子体射流的杀芽孢效果较强，这可能与它们使带电粒子和短寿命物种直接接触细菌的直接暴露方式有关。同时，研究还发现 Ar 等离子体射流似乎比 He 等离子体射流更有效，且杀芽孢效果与功率之间没有直接关联，这与以往一些研究认为功率增加会增强抗菌效果的观点不同。
此外，这项研究还明确了每种装置的特性和优势，为其在不同领域的应用提供了参考。vDBD 装置适合对大面积的薄且抗性强的物体进行去污；Ar 等离子体射流则在需要精确聚焦和无害处理小区域的医学领域，如伤口治疗、牙科等方面具有潜力；而电晕放电（CD）装置虽然杀芽孢效果相对较弱，但因其便携、易用、安全等特点，适合用于大面积温和处理的场景，如皮肤治疗。
总的来说，这项研究为 NTP 发生装置的研究和应用开辟了新的道路。优化后的标准协议简单易用、资源需求低，有望在科学界广泛应用，推动 NTP 在生物医学、食品工业等领域的进一步发展，让非热等离子体这颗新星在更多领域绽放光芒。
