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低溫等離子體-探究科學世界的一件“利器”

發布日期:2020-07-15 00:00 來源:http://www.kfada.com 點擊:

低溫等離子體-探究科學世界的一件“利器”

    固體、液體、氣體,是物質一般存在的三種形狀。奇特的等離子體,則是除了這三種形狀之外的“物質第四態”。在自然界中,熾熱爍爍的火焰、光輝奪目的閃電、絢爛壯麗的極光等,都是等離子體參加或作用的效果。什么是等離子體以及低溫等離子體?低溫等離子體有哪些奇特的運用?記者日前走進中科院合肥物質科學研討院,深入采訪技能生物與農業工程研討所研討員黃青。

誘變育種出別致

    靈芝素有“仙草”的美譽,自古以來就為人們所熟知。靈芝多糖含量的多少,直接影響著靈芝的藥效。近期,黃青課題組運用低溫等離子體誘變靈芝原生質體,取得多種誘變菌株,并運用紅外光譜對其篩選檢測,辨別篩選出靈芝多糖含量高的誘變菌株,終究培養出多糖含量高的靈芝新品種。效果宣布在近期一期世界聞名學術期刊《公共科學圖書館期刊·歸納》上。

   “低溫等離子體誘變育種技能,是取得品質改良的靈芝等食藥用真菌的一種安全高效的誘變方法?!秉S青介紹,他們課題組用低溫等離子體對靈芝原生質體進行誘變,取得很多誘變菌株,隨后運用此前構建的基于紅外光譜的靈芝多糖定量模型,對誘變菌株的靈芝多糖含量進行篩選,終究取得靈芝多糖含量較高的誘變菌株,并得到酶學和電鏡效果的證明。

    誘變育種是指在人為的條件下,運用物理、化學等因素,誘發生物體發生驟變,從中挑選、培養動植物和微生物的新品種。它是繼挑選育種和雜交育種之后發展起來的一項現代育種技能。近年來,黃青課題組運用低溫等離子體技能,先后誘變育出雨生紅球藻驟變株等多個微生物新品種,并與廣州灃芝生物科技有限公司等企業展開產學研協作,推動新品種的產業化。

     蝦青素是天然的強抗氧化劑,雨生紅球藻是天然蝦青素出產的首要來源,但在自然狀態下藻株生長速率慢、蝦青素產值低。黃青課題組與協作者通過低溫等離子體誘變技能,取得了諸多高產蝦青素的雨生紅球藻驟變株,其間較高單位蝦青素產值是誘導前的近兩倍,并驗證了驟變藻株中蝦青素產值的進步與參加調控類胡蘿卜素合成的要害酶基因表達水平密切相關。

    等離子體即電離了的“氣體”,是一種由自由電子和帶電離子為首要成分的物質形狀??此啤吧衩亍钡牡入x子體,其實是世界中的常見物質。就整個世界而言,等離子體是物質存在的首要方式,占世界物質總量的99%以上,如恒星、星際物質以及地球周圍的電離層等都是等離子體?!皬碾x子和電子溫度是否共同考慮,等離子體有高溫、低溫之分?!秉S青介紹,高溫等離子體離子和電子到達平衡,這只有在溫度足夠高時才能發生,如太陽便是高溫等離子體,研討熱核聚變的全超導托卡馬克運用的便是高溫等離子體;低溫等離子體在常溫下就能發生,現在在誘變育種、生物醫學、農業和環境科學等范疇均有重要運用。

滅菌消毒護健康

     促進傷口愈合、治療皮膚潰瘍、殺滅癌細胞,有用消除皮膚皺紋和淡化痤瘡瘢痕……近年來,低溫等離子體技能在生物醫學范疇顯示出巨大的運用遠景及優勢,遭到廣泛關注。其間,低溫等離子體滅菌消毒是該技能在生物醫學研討中的熱門?,F在,已有多個研討顯示其在傷口消毒、醫療設備消毒、農產品安全及食品安全等范疇,均具有寬廣的滅菌運用遠景。
   “早在12年前,等離子體醫學世界權威弗里德曼教授等,就初次報導了低溫等離子體具有明顯促凝血作用。但是,低溫等離子體促凝血的具體原因尚不清楚?!秉S青標明,他們課題組經過研討發現,低溫等離子體處理血液樣品時,血液中血紅素分子可明顯促進促凝血作用。在此促進作用下,血液外表蛋白聚合構成薄膜,這與曾經研討報導中低溫等離子體處理下血液外表構成的凝血塊類似;而剖析凝血塊成分,發現它首要是由聚集的纖維蛋白組成。這項作業揭示了以往被忽視的低溫等離子體中血紅素促進促凝血的機制,也為該技能的實踐臨床運用供給了有用信息。
     世界上較薄的材料石墨烯,以其共同的力學和電學特性,被稱為“奇特材料”。一起,作為一種新型二維碳材料,石墨烯不只具有廣譜抑菌才能,還不會引發細菌發生耐藥性,這為處理日趨嚴重的細菌耐藥性問題,供給了一種可能的處理方案。但與抗生素、銀等傳統滅菌藥物/材料相比,一般的石墨烯類滅菌才能較弱。黃青課題組運用射頻驅動氫等離子體處理氧化石墨烯后,發現其滅菌才能明顯進步。未經處理的氧化石墨烯在0.5毫克/毫升濃度下,未表現出明顯的滅菌才能,而處理后的氧化石墨烯在0.02毫克/毫升濃度下,即可引起近90%細菌的滅活。
     “搞理解低溫等離子體的各種滅菌機制,是我們課題組的重要努力方向?!秉S青泄漏。為何氧氮混合比例下的等離子體滅菌作用較強?他們對不同氣體等離子體處理后的活性基團含量剖析發現,溶液中生成的亞硝酸根含量差別,是不同氣體等離子體滅菌作用不同的首要原因。為安在氧氣等離子體處理下,溶液中氯離子存在可明顯促進滅菌作用?他們研討發現,氯離子在氧氣等離子體處理下會快速氧化生成活性氯,后者可進一步進入細菌胞內,引起細菌死亡。通過對細胞膜通透性的剖析標明,氯離子通過調節等離子體處理細胞膜的損害而改動等離子體的滅菌作用。

污染管理添利器

      每年夏天,巢湖藍藻爆發都會引起社會的廣泛關注。巢湖是全國第五大淡水湖,藍藻水華爆發嚴重影響水體景觀和水體功用,藍藻細胞死亡后釋放的微囊藻毒素則直接威脅飲用水安全和人類健康?!暗蜏氐入x子技能可去除環境中各種污染物,具有經濟實用、簡便易行、無二次污染等優點,運用該技能處理污水是當時研討熱門之一?!秉S青告訴記者。

     就巢湖藍藻管理而言,黃青課題組已持續關注多年,一種新的嘗試便是運用等離子體。等離子體放電過程中,發生帶正電的離子和負電的電子,能量可達上千電子伏特。它們與水分子碰撞能夠發生活性氧和自由基等,而且伴有紫外線,能氧化降解水中的多種有毒有害物質,是一種高檔氧化水處理技能?!耙话闼幚砑寄苤豢紤]殺滅藍藻細胞或許去除藍藻毒素,而運用等離子體滅藻,方法上可能有一定優勢,在殺滅藍藻細胞的一起又能把藻細胞釋放的毒素降解去除?!秉S青泄漏,他們正在嘗試開發一些新的技能運用到巢湖藍藻管理中。

    當時,低溫等離子體在處理印染廢水、醫療廢水等方面,顯示出較好的運用遠景。多氯苯酚類化合物是生物殺蟲劑、木材防腐劑、染料、除銹劑等產品的首要成分。該類化合物在環境中能長時間安穩存在,并經食物鏈進入人體,其很多運用對人類健康形成嚴重威脅。本年4月,黃青課題組在低溫等離子體降解含多氯酚類有機廢水的研討方面取得重要進展。他們研討發現,氬氣等離子體對氯苯酚的降解速率明顯高于氮氣等離子體,而對化學需氧量的去除速率,氮氣等離子體明顯高于氬氣等離子體,這為實踐運用中進步等離子體去污作用供給了根據。

    在降解抗生素方面,低溫等離子體也有奇特作用。本年7月,黃青課題組運用低溫等離子體技能對廣譜類代表性抗生素諾氟沙星進行處理,發現低溫等離子放電發生的活性因子對降解水體中的抗生素具有重要作用?!斑@一效果對運用低溫等離子體技能處理水體中抗生素供給了理論支撐,也為技能實踐運用如處理醫療廢水等供給了根據和方向?!秉S青標明。近年來,他們團隊先后環繞藍藻細胞、藻毒素、含多氯酚類物質等污染物展開等離子體降解機理研討,并聯合安徽華豐節能環??萍加邢薰鹃_發醫用污水智能一體化處理設備,不斷推進新技能產業化。
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