CN107412812A - 一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化学工程、生物学和医学领域的微生物灭活、强化、诱变育种设备领域，具体是一种新型可同时处理多个样品的等离子体放电装置。该装置包括样品平台、气瓶、等离子体电源，还包括一一对应的4个上电极和4个下电极，4个下电极分别内置于样品平台上的4个凹槽底部，4个上电极分别固定在一有机玻璃外罩上，有机玻璃外罩通过旋钮杆与样品平台相连，有机玻璃外罩上有一进气孔与气瓶相连，与进气孔相对一侧有出气孔；等离子体电源还包括电源放大器，分别与4个上电极相连。本发明实现了处理生物样本的多样性和高效性，可同时处理多个样品或同时进行样品的平行实验，极大提高了等离子体处理样品的可重复性。

Description

一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置
技术领域
本发明涉及化学工程、生物学和医学领域的微生物灭活、强化、诱变育种设备领域，具体是一种新型可同时处理多个样品的等离子体放电装置。
背景技术
等离子体放电装置是为医学消毒灭菌、微生物菌种诱变和生化反应过程强化提供的核心设备。它的结构、操作方式和操作条件与菌体存活率、微生物突变率和生化反应强化效果密切相关。
大气压低温等离子体是物质的第四态，放电过程可以产生大量活性粒子，如高能电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基，这些活性因子具有高度的物理和化学活性，因而在物理学、生物化学工程、生物学和医学等领域具有广泛的应用。
现有的等离子体放电装置通常利用一对上下电极处理生物样本，往往存在处理样品数量有限、实验重复率不好的现象。因此，如何在等离子体处理样品过程中，保证实验的可重复性，是目前等离子体技术在应用领域急需解决的问题之一。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，包括样品平台、气瓶、等离子体电源，气瓶上带有气阀、气压表和气体流量计，等离子体电源包括电源主机，电源主机上有电源开关和电流调节旋钮，所述等离子体放电装置包括4对电极，分别是一一对应的4个上电极和4个下电极；下电极为圆形金属平板Ⅰ，4个下电极分别内置于样品平台上的4个圆形凹槽底部；上电极由圆形金属平板Ⅱ、电极杆、螺母Ⅰ组成，圆形金属平板Ⅱ外面包被石英玻璃外罩，电极杆外包被聚四氟乙烯外套，4个上电极分别通过4个螺母Ⅰ固定在一正方体有机玻璃外罩上；有机玻璃外罩通过旋钮杆与样品平台相连，旋钮杆一端固定在样品平台上，另一端以螺母Ⅱ固定有机玻璃外罩；有机玻璃外罩上有一进气孔与气瓶相连，与进气孔相对一侧对应位置有一出气孔；所述等离子体电源还包括电源放大器，电源放大器可分别与4个上电极相连。
上述有机玻璃外罩内部中间位置有一固定板，4个上电极和旋钮杆分别穿过固定板。
上述上电极和下电极所用金属为铜、铝、不锈钢中的一种。
上述气瓶中所用气体为空气、氧气、氮气、氦气或氩气。
上述样品平台的面积为220cm×220cm。
上述凹槽的深度为1cm，凹槽直径5.5cm，两个凹槽之间距离16～20cm，每个凹槽距离样品平台边缘10～15cm。
上述4个上电极呈平行排列。
上述下电极圆形金属平板Ⅰ的直径为5.5cm；上电极圆形金属平板Ⅱ直径为5.0cm，上电极之间距离16～20cm，每个上电极距离样品平台边缘10～15cm。
上述有机玻璃外罩上有合页，有机玻璃外罩前后两个外端面上各有一把手。
上述有机玻璃外罩是无色透明的。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明实现了处理生物样本的多样性和高效性，可同时处理多个样品或同时进行样品的平行实验，极大提高了等离子体处理样品的可重复性，保证今后研究工作的准确性和重复性。本发明在等离子体技术、生物化工、医药和发酵工程等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1：本发明装置结构示意图；
图2：本发明上电极结构示意图；
图中1.样品平台，2.圆形金属平板Ⅰ，3.凹槽，4.圆形金属平板Ⅱ，5.电极杆，6.螺母Ⅰ， 7.石英玻璃外罩，8.聚四氟乙烯外套，9.有机玻璃外罩，10.旋钮杆，11.螺母Ⅱ，12.固定板，13.进气孔，14.气瓶，15.出气孔，16.气阀，17.气压表，18.气体流量计，19.电源主机，20.电源开关，21.电流调节旋钮，22.电源放大器，23.合页，24.把手。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，包括样品平台1、气瓶14、等离子体电源，样品平台的面积为220cm×220cm，气瓶14上带有气阀16、气压表17和气体流量计18，等离子体电源包括电源主机19，电源主机上有电源开关20和电流调节旋钮21，所述装置包括4对电极，分别是一一对应的4个上电极和4个下电极；下电极为圆形金属平板Ⅰ2，其直径为5.5cm，4个下电极分别内置于样品台上的4个凹槽3底部，凹槽深度为1cm，凹槽直径5.5cm，两个凹槽之间距离16～20cm，每个凹槽距离样品平台边缘10～15cm；上电极由圆形金属平板Ⅱ4、电极杆5、螺母Ⅰ6组成，圆形金属平板Ⅱ4直径为5.0cm，圆形金属平板Ⅱ4外面包被石英玻璃外罩7，电极杆5外包被聚四氟乙烯外套8，电极杆5带有外螺纹，4个上电极分别通过螺母Ⅰ6固定在一正方体有机玻璃外罩9上，4个上电极呈平行排列，上电极之间距离16～20cm，每个上电极距离样品平台边缘10～15cm。上电极和下电极所用金属为铜、铝、不锈钢中的一种。有机玻璃外罩9通过旋钮杆10与样品平台1相连，旋钮杆10带有外螺纹，旋钮杆10一端固定在样品平台1上，另一端以螺母Ⅱ11固定有机玻璃外罩9，有机玻璃罩9通过旋转旋钮杆10调整罩体整体升降，从而带动4个上电极的升降，最终固定上电极与下电极的间距；有机玻璃外罩9内部中间位置有一固定板12用于加固有机玻璃罩9，4个上电极和旋钮杆10分别穿过固定板12。有机玻璃外罩9上有一进气孔13通过胶皮管与气瓶14相连，与进气孔13相对一侧对应位置有一出气孔15，进气量由气阀16、气压表17和气体流量计18控制，气瓶中所用气体为空气、氧气、氮气、氦气或氩气；所述等离子体电源还包括电源放大器22，电源放大器可分别与4个上电极相连，根据实验需要选择电源放大器连接1个、2个、3个或4个上电极。有机玻璃外罩9上有四个合页23，有机玻璃外罩前后两个外端面上各有一个把手24，用于打开玻璃外罩，放置样品。
在实验过程中，将要处理的样品置于凹槽内下电极上，通过旋钮杆调整有机玻璃外罩升降从而带动上电极的升降调整下电极与上电极的距离，根据实验需要通入空气、氧气、氮气、氦气或氩气，打开电源开关启动电源主机，根据实验需要将电源放大器与实验所用上电极相连，调节电源放大器至试验电压，再调节电源主机上的电流调节旋钮到指定实验电流，上、下电极通电进而气体放电产生所需的等离子体开始实验。
实施例1
(一)大气压介质阻挡放电冷等离子体平行电极对酿酒酵母灭活率影响
菌种：酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)由本课题组自行筛选鉴定，并保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，菌种保藏号是CGMCC no.6184。
菌液制备：将冰箱保藏的菌种接入另一新鲜斜面YPD培养基，30℃培养24～48小时，然后接种于YPD液体培养基，30℃培养18～20小时，新鲜YPD培养液调整菌液浓度OD600＝2.0。
1.1空气等离子体灭活实验：将2份3mL菌液分别放置于直径5cm的石英培养皿中，分别置于样品平台2个凹槽的下电极上，调整旋钮杆，上电极距离菌液表面3mm，空气放电。胎盘蓝染色，分别计数活细胞数量和死细胞数量，通过公式计算菌体致死率：致死率＝(死细胞数量/细胞总数)×100％。结果如表1所示，各处理组细胞致死率显著高于对照，这说明本发明装置空气放电对酿酒酵母具有显著地杀灭作用；两对平行电极在相同放电参数条件下，细胞致死率均无显著性差异，这一结果说明两对电极可以作为平行电极，用于平行实验，从而实现实验数据的可重复性。
表1空气放电等离子体两对平行电极对微生物致死率影响的比较
aP<0.005，bP<0.001
1.2氮气等离子体灭活实验：将4份3mL菌液分别放置于直径5cm的石英培养皿中，分别置于样品平台4个凹槽内下电极上，调整旋钮杆，上电极距离菌液表面3mm，氮气放电。胎盘蓝染色，分别计数活细胞数量和死细胞数量，通过公式计算菌体致死率：致死率＝(死细胞数量/细胞总数)×100％。结果如表2所示，各处理组细胞致死率显著高于对照，这说明该装置氮气放电对酿酒酵母具有显著地杀灭作用；在统一放电参数条件下四对平行电极，细胞致死率均无显著性差异，这一结果说明四对电极可以作为平行电极，用于平行实验，从而实现实验数据的可重复性。
表2氦气放电等离子体四对平行电极对微生物致死率影响的比较
aP<0.005，bP<0.001
实施例2
(二)大气压介质阻挡放电冷等离子体平行电极对酿酒酵母激活效应
菌种：酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)由本课题组自行筛选鉴定，并保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，菌种保藏号是CGMCC no.6184。
菌液制备：将冰箱保藏的菌种接入另一新鲜斜面YPD培养基，30℃培养24～48小时，然后接种于YPD液体培养基，30℃培养18～20小时，新鲜YPD培养液调整菌液浓度OD600＝2.0。 2.1空气等离子体激活实验：将2份1mL菌液分别放置于直径5cm的石英培养皿中，分别置于样品平台2个凹槽的下电极上，调整旋钮杆，使上电极距离菌液表面3mm，空气放电。将处理菌体细胞计数，调整各处理组于相同细胞浓度(1×107)，分别以1％接种量接种于YPD液体培养基，30℃摇瓶培养24h。通过公式计算发酵末期单位细胞生物量(单位OD600)，单位OD600＝发酵末期OD600/1×107细胞。结果如表3所示，当放电功率为54W，等离子体两个平行电极分别处理3min的酿酒酵母接种体经揺瓶发酵24h，它们发酵末期单位OD600分别显著高于对照组。两对平行电极处理的接种体发酵后，其单位OD600在0.005和0.001水平无显著性差异。上述结果表明，大气压空气介质阻挡放电冷等离子体对酿酒酵母接种体具有强化激活效应，同时，两对平行电极的实验结果是一致的，可以用于平行实验的重复工作。
表3空气放电等离子体两对平行电极对微生物激活效应的比较
aP<0.005，bP<0.001
2.2氮气等离子体激活实验：将4份1mL菌液分别放置于直径5cm的石英培养皿中，分别置于样品平台4个凹槽的下电极上，调整旋钮杆，上电极距离菌液表面3mm，氮气放电。将处理菌体细胞计数，调整各处理组于相同细胞浓度(1×107)，分别以1％接种量接种于YPD 液体培养基，30℃摇瓶培养。通过公式计算发酵末期单位细胞生物量(单位OD600)，单位OD600＝发酵末期OD600/1×107细胞。结果如表4所示，当放电功率为36W，等离子体四个平行电极分别处理1min的酿酒酵母接种体经揺瓶发酵24h，它们发酵末期单位OD600分别显著高于对照组。四对平行电极处理的接种体发酵后，其单位OD600在0.001水平无显著性差异。上述结果表明，大气压空气介质阻挡放电冷等离子体对酿酒酵母接种体具有强化激活效应，同时，四对平行电极的实验结果是一致的，可以用于平行实验的重复工作。
表4氦气放电等离子体四对平行电极对微生物激活效应的比较
aP<0.005，bP<0.001。

Claims (10)

1.一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，包括样品平台(1)、气瓶(14)、等离子体电源，气瓶(14)上带有气阀(16)、气压表(17)和气体流量计(18)，等离子体电源包括电源主机(19)，电源主机上有电源开关(20)和电流调节旋钮(21)，其特征在于，所述等离子体放电装置包括4对电极，分别是一一对应的4个上电极和4个下电极；下电极为圆形金属平板Ⅰ(2)，4个下电极分别内置于样品平台(1)上的4个圆形凹槽(3)底部；上电极由圆形金属平板Ⅱ(4)、电极杆(5)、螺母Ⅰ(6)组成，圆形金属平板Ⅱ(4)外面包被石英玻璃外罩(7)，电极杆(5)外包被聚四氟乙烯外套(8)，4个上电极分别通过4个螺母Ⅰ(6)固定在一正方体有机玻璃外罩(9)上；有机玻璃外罩(9)通过旋钮杆(10)与样品平台(1)相连，旋钮杆(10)一端固定在样品平台(1)上，另一端以螺母Ⅱ(11)固定有机玻璃外罩(9)；有机玻璃外罩(9)上有一进气孔(13)与气瓶(14)相连，与进气孔(13)相对一侧对应位置有一出气孔(15)；所述等离子体电源还包括电源放大器(22)，电源放大器(22)可分别与4个上电极相连。
2.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，有机玻璃外罩(9)内部中间位置有一固定板(12)，4个上电极和旋钮杆(10)分别穿过固定板(12)。
3.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，上电极和下电极所用金属为铜、铝、不锈钢中的一种。
4.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，气瓶(14)中所用气体为空气、氧气、氮气、氦气或氩气。
5.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，样品平台(1)的面积为220cm×220cm。
6.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，凹槽(3)的深度为1cm，凹槽(3)直径5.5cm，两个凹槽之间距离16～20cm，每个凹槽距离样品平台边缘10～15cm。
7.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，4个上电极呈平行排列。
8.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，下电极圆形金属平板Ⅰ(2)直径为5.5cm；上电极圆形金属平板Ⅱ(4)的直径为5.0cm，上电极之间距离16～20cm，每个上电极距离样品平台边缘10～15cm。
9.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，有机玻璃外罩(9)上有合页(23)，有机玻璃外罩(9)前后两个外端面上各有一把手(24)。
10.如权利要求1所述的一种新型可同时处理多个生物样品的等离子体放电装置，其特征在于，有机玻璃外罩(9)是无色透明的。
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