基于等離子體的新冠病毒咽拭子
的快速無害化新技術(shù)
作者：孫靖鈞、姜浩天、梁宏程、赫顯 電機系
指導(dǎo)老師：羅海云 電機系
關(guān)鍵詞：等離子體、新冠病毒的快速無害化處理、咽拭子
摘要
新冠疫情爆發(fā)以來，針對臨床標(biāo)本實現(xiàn)新冠病毒等病原體的快速無害化存在著一個重要困難：咽拭子等標(biāo)本的處理環(huán)節(jié)危險而耗時。該挑戰(zhàn)杯研究項目針對上述問題，發(fā)明了一項新型的快速滅活技術(shù)替代耗時的加熱滅活環(huán)節(jié)。
背景
在進(jìn)行新冠病毒核酸檢測過程中，從采樣到給出結(jié)果通常要十幾個步驟，長達(dá)2-4個小時。為了安全，工作人員會在標(biāo)本匯集后、核酸提取之前先把病毒滅活。實踐中這個滅活環(huán)節(jié) 一般是用56攝氏度加熱30分鐘。這種辦法過于危險而耗時，面對海量的咽拭子標(biāo)本，極大限制了新冠病毒的檢測效率，迫切需要能夠替代它的新型殺滅手段。事實上，大氣壓空氣放電等離子體在實現(xiàn)這個任務(wù)上非常合適，且有極大的優(yōu)勢。
等離子體被稱為物質(zhì)的第四態(tài)，通常對空氣施加高電壓可靈活的產(chǎn)生不同形式的等離子體，它瞬時產(chǎn)生的高密度羥基自由基、活性氧、活性氮等，在十秒級～分鐘級可殺滅空氣中懸浮的或物表附著的多種病原體。實際上放電等離子體作為消毒新手段，比傳統(tǒng)的物化手段具有快速、高效、廣譜、綠色等優(yōu)點，而且其發(fā)生方式靈活可控，滿足“快速查殺一體化”的部分要求。快速滅活咽拭子等病毒樣本的等離子體滅活機研制，通過與較慢的加熱滅活法比較，可以把滅活時長從三十分鐘將至分鐘級甚至數(shù)十秒，有望大幅提高新冠病毒檢測效率。
設(shè)備實現(xiàn)
盛放樣品的病毒采樣管（類似試管），不論里面盛放是何種液體，要在不打開采樣管的情況下對內(nèi)部的樣品進(jìn)行滅活，最簡單而有效的方法就是：介質(zhì)阻擋放電，它是大氣壓下產(chǎn)生大體積低溫等離子體的有效方法，利用采樣管壁作為阻擋介質(zhì)（與內(nèi)部的氣體/液體串聯(lián)），可以在不破壞容器密封完整性的前提下在容器內(nèi)部放電。
實際樣機如下所示：
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
圖1 樣機展示
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
圖2 樣機展示
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{C}{C}
圖3 樣機展示
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
圖4 實際運行效果
實際效果
在實驗室中利用樣機進(jìn)行大腸桿菌滅活實驗，在通入16kV，2kHz正弦波交流電壓的情況下，處理后菌液在特定濃度下和處理前菌液相同濃度下稀釋一百倍后，菌落數(shù)量級相同滅菌效果達(dá)到99%。
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
圖5 處理前后的對比
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
圖6 處理前后的對比
