基于等离子体的新冠病毒咽拭子
的快速无害化新技术
作者：孙靖钧、姜浩天、梁宏程、赫显 电机系
指导老师：罗海云 电机系
关键词：等离子体、新冠病毒的快速无害化处理、咽拭子
摘要
新冠疫情爆发以来，针对临床标本实现新冠病毒等病原体的快速无害化存在着一个重要困难：咽拭子等标本的处理环节危险而耗时。该挑战杯研究项目针对上述问题，发明了一项新型的快速灭活技术替代耗时的加热灭活环节。
背景
在进行新冠病毒核酸检测过程中，从采样到给出结果通常要十几个步骤，长达2-4个小时。为了安全，工作人员会在标本汇集后、核酸提取之前先把病毒灭活。实践中这个灭活环节 一般是用56摄氏度加热30分钟。这种办法过于危险而耗时，面对海量的咽拭子标本，极大限制了新冠病毒的检测效率，迫切需要能够替代它的新型杀灭手段。事实上，大气压空气放电等离子体在实现这个任务上非常合适，且有极大的优势。
等离子体被称为物质的第四态，通常对空气施加高电压可灵活的产生不同形式的等离子体，它瞬时产生的高密度羟基自由基、活性氧、活性氮等，在十秒级～分钟级可杀灭空气中悬浮的或物表附着的多种病原体。实际上放电等离子体作为消毒新手段，比传统的物化手段具有快速、高效、广谱、绿色等优点，而且其发生方式灵活可控，满足“快速查杀一体化”的部分要求。快速灭活咽拭子等病毒样本的等离子体灭活机研制，通过与较慢的加热灭活法比较，可以把灭活时长从三十分钟将至分钟级甚至数十秒，有望大幅提高新冠病毒检测效率。
设备实现
盛放样品的病毒采样管（类似试管），不论里面盛放是何种液体，要在不打开采样管的情况下对内部的样品进行灭活，最简单而有效的方法就是：介质阻挡放电，它是大气压下产生大体积低温等离子体的有效方法，利用采样管壁作为阻挡介质（与内部的气体/液体串联），可以在不破坏容器密封完整性的前提下在容器内部放电。
实际样机如下所示：
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
图1 样机展示
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
图2 样机展示
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
图3 样机展示
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
图4 实际运行效果
实际效果
在实验室中利用样机进行大肠杆菌灭活实验，在通入16kV，2kHz正弦波交流电压的情况下，处理后菌液在特定浓度下和处理前菌液相同浓度下稀释一百倍后，菌落数量级相同灭菌效果达到99%。
{C}{C}{C}{C}
{C}{C}
图5 处理前后的对比
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{C}{C}
图6 处理前后的对比
