Đề Tài Dùng Lò Vi Sóng Tạo Ra Plasma Để Khử Trùng

HỘI THI KHOA HỌC KỸ THUẬT VISEF 2015 ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP QUỐC GIA LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 – 2015) Đề tài: DÙNG LÒ VI SÓNG TẠO RA PLASMA ĐỂ KHỬ TRÙNG Lĩnh vực: Vật lý Thiên văn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Nguyễn Thế Anh - Giáo viên Trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam TÁC GIẢ: Phạm Quỳnh Nhi Hà Thế Trung Lớp: 10 Lý - Trường THPT Chuyên Hà Nội - Amsterdam Lớp: 10 Lý - Trường THPT Chuyên Hà Nội - Amsterdam HÀ NỘI - 2015 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Thế Anh, người Thầy tận tình giúp đỡ chúng em từ bắt đầu đề tài, cho chúng em lời khuyên, góp ý quý giá vấn đề lý thuyết việc chế tạo mô hình Chúng em xin trân trọng cảm ơn Cô Trần Thị Thu Hương – giáo viên phụ trách nhóm nghiên cứu khoa học Cô Phạm Thị Phương tất thầy cô trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam theo sát chúng em suốt trình thực đề tài, hỗ trợ nhiệt tình tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài Chúng em xin chân thành cám ơn Tiến sĩ Đỗ Hoàng Tùng Viện Vật lý, Tiến sĩ Lê Thị Nguyên Bình Viện Công nghệ gen Thạc sĩ Nguyễn Thành Đạt - Phó giám đốc Trung tâm Kiểm nghiệm Hà Nội tạo điều kiện cho chúng em thực hành thí nghiệm phát triển dự án Chúng em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 01 năm 2015 Các tác giả Phạm Quỳnh Nhi Hà Thế Trung Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Phần II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các cách khử trùng thông dụng Plasma 10 Lò Vi sóng 14 Cách tạo plasma từ lò vi sóng 16 Phần III.THIẾT KẾ HỆ MÁY TẠO PLASMA ĐỂ KHỬ TRÙNG .18 Nguyên lý hoạt động hệ máy 18 Nguyên lý phận 19 Phần IV THỰC NGHIỆM 20 Mục đích Thí nghiệm 20 Các phận hệ thống thí nghiệm 20 Các thí nghiệm 21 Kết 23 Phần V KẾT LUẬN 30 Các đặc điểm 30 Hướng nghiên cứu 31 PHỤ LỤC 32 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng TÓM TẮT ĐỀ TÀI Một vấn đề cần quan tâm việc bảo vệ sức khỏe người xã hội việc khử trùng vật dụng gia đình phòng thí nghiệm Khử trùng thực phương pháp dùng nhiệt, hóa chất, chiếu xạ, áp suất cao kết hợp nhiều phương pháp Phương pháp nhà khoa học quan tâm nghiên cứu sử dụng công nghệ plasma cho việc khử trùng, áp suất thấp (chân không) áp suất thường Đề tài chúng em nghiên cứu phương pháp “Dùng lò vi sóng tạo plasma để khử trùng” với mục tiêu thiết kế hệ máy đơn giản, tiện dụng, có khả tiêu diệt vi khuẩn nhanh, hiệu gần gũi với sống Sau đưa vật cần khử trùng vào hộp kín, máy bơm hút không khí hộp kín chân không thấp (từ 25mmHg trở xuống) với mục đích làm tăng quãng đường tự trung bình electron tự Sau đó, hộp kín đưa vào lò vi sóng Khi môi trường lò vi sóng, với quãng đường tự trung bình đủ lớn, electron tự bị gia tốc Từ đó, electron nhận đủ lượng để ion hóa phân tử khí, tạo môi trường plasma mà không làm ảnh hưởng đến kết cấu, chức lò vi sóng Đề tài chế tạo hệ thống đơn giản hệ máy, khảo sát ảnh hưởng điều kiện công suất thời gian hoạt động lò vi sóng đến công suất hệ máy Bên cạnh đó, đề tài khẳng định khả diệt khuẩn ưu việt plasma chân không thấp môi trường lò vi sóng thí nghiệm đối chứng với điều kiện diệt khuẩn khác bề mặt kim loại nhôm khuẩn E.coli khoảng thời gian khác Ngoài việc khảo sát nhiệt độ loại vật liệu sau xử lý chứng minh hệ máy khử trùng mà không gây biến dạng đồ vật Đặc biệt với vật liệu kim loại bị cấm đưa vào lò vi sóng thiết bị xử lí an toàn mà không gây nguy hiểm Vì vậy, phương pháp khử trùng plasma tạo từ lò vi sóng diệt vi khuẩn hầu hết loại vật liệu mà không gây hư hỏng, biến dạng hay làm tăng nhiệt độ cao Nhóm tiến hành nghiên cứu xử lí bề mặt chuyển hóa hóa học chất sau xử lí plasma, đưa quy trình xử lí loại vật liệu cụ Ngoài ra, thời gian tới nhóm tính đến toán giá thành dự án Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1: Plasma tự nhiên Hình 2: Quá trình tạo plasma Hình 3: Ảnh SEM bào tử (a) trước (b) sau xử lý plasma Hình 4: Giản đồ minh họa đường cong sống sót vi khuẩn Hình 5: Cấu tạo lò vi sóng Hình 6: Các phận lò vi sóng Hình 7: Nguồn phát sóng cao tần Hình 8: Quá trình hình thành plasma Hình 9: Đường cong giản lược Paschen Hình 10: Sơ đồ nguyên lý Hình 11: Cấu tạo hộp kín Hình 12: Hộp kín Hình 13: Máy bơm hút chân không Hình 14: Lò vi sóng Hình 15: Biểu đồ số lượng khuẩn lạc theo thời gian hoạt động plasma Hình 16: Quá trình hút bớt khí khỏi hộp kín Hình 17: Đưa hộp kín vào lò vi sóng Hình 18: Một số hình ảnh làm thí nghiệm Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1: Các phương pháp khử trùng thông dụng Bảng 2: Thời gian hoạt động công suất plasma mức công suất lò vi sóng Bảng 3: Kết thí nghiệm so sánh mật độ plasma mức áp suất khác Bảng 4: Nhiệt độ loại vật liệu mức công suất lò vi sóng Bảng 5: Kết thí nghiệm chứng minh khả diệt khuẩn plasma bề mặt kim loại Bảng 6: Kết thí nghiệm khảo sát khả diệt khuẩn plasma theo thời gian Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Trong xã hội nay, môi trường bị ô nhiễm nặng nề Hơn nữa, nước ta vùng có khí hậu nóng ẩm, điều kiện thuận lợi cho nhiều dịch bệnh, vi khuẩn, vi trùng phát triển Đặc biệt, vài bệnh lây qua đường tiếp xúc tiêu chảy virus, tay chân miệng, nhiễm trùng da, viêm kết mạc… đại dịch Ebola Trong phòng thí nghiệm bệnh viện thiếu trang thiết bị phù hợp làm vật dụng, dễ khiến cho bệnh nhân, y bác sĩ nhân viên tham gia công tác nghiên cứu bị phơi nhiễm với bệnh tật vi trùng Trong hộ gia đình, vấn đề khử trùng gặp nhiều khó khăn thiết bị không diệt diệt vi khuẩn gây bệnh Vì đồ vật gia đình vật trung gian lây bệnh, điều đặc biệt nguy hiểm đối tượng có hệ miễn dịch yếu trẻ sơ sinh Hiện có nhiều phương pháp khử trùng vật lý hóa học như: dùng nồi hấp, tia cực tím, phóng xạ, siêu âm dùng loại hóa chất, loại cồn, formol, … Tuy nhiên, hầu hết phương pháp phức tạp sử dụng nhiều thời gian Hơn nữa, cách khử trùng thực không cách gây hại đến sức khỏe người sử dụng, đặc biệt phương pháp sử dụng hóa chất Vì vậy, với quy mô phòng thí nghiệm hộ gia đình phương pháp khử trùng xa lạ mà không đem lại hiệu mong đợi Phương pháp nhà khoa học quan tâm phương pháp sử dụng plasma Khử trùng plasma không dùng hóa chất không độc hại không gây hiệu ứng phụ Khả khử trùng plasma cao, điều chứng minh từ thực nghiệm Mặt khác, plasma làm khe kẽ đồ vật mà không làm giảm tuổi thọ hay hình dạng Thời gian khử trùng ngắn, khoảng 60s Do đó, phương pháp plasma mang lại nhiều tiện ích có tính khả dụng cao Mục tiêu đề tài tạo thiết bị đơn giản hiệu quả: thiết bị tạo plasma từ đồ vật sẵn có, dễ kiếm để thể áp dụng khử trùng hộ gia đình phòng thí nghiệm nhỏ Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Mục đích đề tài Trong phạm vi đề tài này, chúng em mong muốn giải vấn đề sau: - Sử dụng lò vi sóng, máy bơm hút chân không chế tạo hộp kín để tạo thành phận hệ máy Nghiên cứu nguyên lý hoạt động hệ thống Tiến hành thử nghiệm hoạt động mô hình thí nghiệm tạo plasma thử diệt số loại khuẩn Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các cách khử trùng thông dụng 1.1 Phương pháp vật lý 1.1.1 Khử trùng nóng (nhiệt ẩm) - Thời gian khử khuẩn: 45 phút-1 Thời gian để làm khô dụng cụ khoảng 15-20 phút Ưu điểm: dễ thực hiện, an toàn, làm hư hỏng vật liệu hấp, thời gian ngắn Nhược điểm: dễ tạo tải, dễ làm ướt vật liệu hấp, vận hành không quy cách, mau làm hỏng đồ vật 1.1.2 Khử trùng nhiệt nóng (sấy khô) - Nguồn lượng đốt than hay điện, nhiệt độ hộp sấy tăng dần lên, đạt đến 180°C Thời gian sấy từ 15-45 phút Ở nhiệt độ phân tử hữu bị phân hủy thành carbon vô khuẩn tuyệt đối Nhược điểm: dụng cụ mau hỏng, đồ nhựa, cao su, vải bị cháy nên không áp dụng 1.1.3 Khử trùng phương pháp đun sôi Do loại nấm, vi khuẩn chịu nhiệt đặc biệt loại virut nha bào vi khuẩn sống nước sôi 100°C vài giờ, không nên khử khuẩn đun sôi đơn áp suất khí Tuy nhiên hoàn cảnh khó khăn khử khuẩn dụng cụ đun sôi 100°C/30 phút 1.1.4 Khử trùng tia cực tím - Tia phóng từ đèn thủy ngân, có bước sóng dài, dễ hấp thu chất hữu với dụng cụ suốt Tác dụng diệt khuẩn gần tia dụng cụ sạch, áp dụng phạm vi nhỏ Nhược điểm phương pháp không tác dụng phòng bị ô nhiễm vật có cản quang không hấp thu tia cực tím 1.1.5 Khử trùng siêu âm - - Siêu âm tác dụng với tần số cao dịch khí không khí gần Trên môi trường lỏng, siêu âm có tác dụng vừa oxy hóa khử mạnh tác dụng sát khuẩn Hiện người ta ứng dụng siêu âm có tần số 50.000Hz để lau chùi dụng cụ kim loại trước đem khử khuẩn phương tiện khác 1.1.6 Khử trùng tia phóng xạ Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng - Tác dụng tia phóng xạ tách electron, biến vật thể thành ion âm dương (làm ion hóa vật thể) Áp dụng phương pháp cho thấy: loại vi khuẩn nhạy cảm với tia khác Trong môi trường, tia lại tác dụng khác nhau, độ nhạy cảm với tia khác tùy theo loại vi khuẩn, nấm hay virus 1.2 Khử trùng phương pháp hóa học 1.2.1 Khử trùng khí ethylene oxyde (EO) - - Thời gian khử khuẩn trung bình EO từ 3-6 Ưu điểm: phương pháp khử khuẩn để thay phương pháp khử khuẩn nhiệt nóng, áp dụng cho số vật liệu, dụng cụ áp dụng phương pháp này, trì thời gian vô trùng lâu Nhược điểm: thời gian khử khuẩn lâu phương pháp nhiệt nóng Khí đắt tiền, trang thiết bị đặc biệt, dễ nhiễm độc số vật liệu dễ hấp thụ khí EO cao su, silium EO gây bỏng 1.2.2 Khử trùng chất hoạt chất glutaraldehyde - Ưu điểm : dễ thấm, dễ xâm nhập gia tăng nồng độ bên vật liệu khử khuẩn An toàn, không gây kích thích Không làm hư hỏng dụng cụ Cao su, plastic không bị hấp thụ Glutaraldehyde có hiệu diệt khuẩn nhiệt độ bình thường - Nhược điểm: có mùi đặc biệt có độc tính, ảnh hưởng đến người sử dụng 1.2.3 Khử trùng loại cồn - Cồn Ethylic: Sau vài giây tiếp xúc có tác dụng diệt vi khuẩn nha bào, ức chế hoạt động virus - Cồn propylic: Diệt khuẩn mạnh nhược điểm kích thích mạnh Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng PHẦN IV: THỰC NGHIỆM Thiết bị thử nghiệm, đo đạc thông số vật lý phòng Plasma viện Vật lý - Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam Thiết bị thử nghiệm khả diệt khuẩn chủng E coli Viện nghiên cứu hệ gen Mục đích thí nghiệm - Tạo plasma chân không thấp môi trường lò vi sóng - Tìm điều kiện tối thiểu để tạo plasma - Chứng minh khả diệt khuẩn plasma điều kiện khác Các phận hệ thống Với mục đích khử trùng Plasma tạo từ lò vi sóng, phận hệ thống chế tạo cụ thể sau: 2.1 Hộp kín - Dung tích: 1000 ml - Chất liệu: Thủy tinh chịu nhiệt, khả chịu nhiệt đến 400 oC, có tỉ lệ giãn nở thấp Hình 12: Hộp kín 2.2 Máy bơm - Áp suất tối đa: 5x10-4 mmHg - Thể tích dầu: 0,6 lit - Công suất điện: 400W Hình 13: Máy bơm hút chân không 2.3 Lò vi sóng 20 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Sử dụng lò vi sóng thông dụng thường sử dụng hộ gia đình Dung tích: 21 l Năng lượng điện sản sinh tối đa: 800W Năng lượng nhận vào: 1200W Hình 14: Lò vi sóng Các thí nghiệm 3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát công suất plasma chu kỳ hoạt động lò vi sóng Đo thời gian xuất plasma mức công suất lò vi sóng Từ tính công suất hoạt động plasma 3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát độ đồng plasma vào áp suất hộp kín Áp dụng thuật toán tìm kiếm nhị phân để tìm kiếm giới hạn áp suất hộp kín Từ tìm giới hạn áp suất xuất plasma 3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát nhiệt độ trước sau xử lí plasma vật liệu thông dụng Chọn đồ vật có chất liệu khác nhau, thông dụng Đo nhiệt độ vật trước sau xử lí 3.4 Thí nghiệm 4: Đánh giá tổng quan khả khử trùng thiết bị Chuẩn bị - Bề mặt mẫu: nhôm kích thước 20mm x 40mm x 1mm tiệt trùng - Dung dịch môi trường nuôi cấy (dung dịch Lysogeny Broth: Gồm trypetone, chất lên men, NaCl) - Dung dịch khuẩn E.coli - ống nghiệm tương đương với mẫu vật xử lý bề mặt khác có chứa 1ml dung dịch LB lỏng 21 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng - ống nghiệm tương đương với mẫu vật xử lý bề mặt khác có chứa 0.9ml dung dịch LB lỏng Các bước tiến hành Bước 1: Làm nhiễm khuẩn cho bề mặt mẫu - Các bề mặt mẫu nhỏ 0.1 ml dung dịch vi khuẩn dải bề mặt - Các bề mặt mẫu sau nhiễm khuẩn làm khô đem xử lý theo bốn cách: • Bề mặt đối chứng (ký hiệu C) • Bề mặt đặt hộp chân không 20s (V) • Bề mặt không chân không chịu tác động 20s vi sóng (M) • Bề mặt xử lý plasma 20s (P) Bước 2: Đồng mẫu - Dùng tăm vô trùng thấm ướt dung dịch LB lỏng phết lên bề mặt mẫu vừa xử lý - Nhúng đầu tăm vào ống nghiệm có chứa 1ml dung dịch LB lỏng, đậy nắp rung lắc, ta dung dịch có chứa mẫu chưa pha loãng Bước 3: Pha loãng dung dịch nồng độ 1:10 - Dùng micropipet lấy 0.1ml từ ống chứa dung dịch mẫu chưa pha loãng đưa vào ống nghiệm chứa 0.9ml dung dịch LB - Tiến hành rung lắc ống nghiệm, thu dung dịch vi khuẩn pha loãng nồng độ 1:10 Bước 4: Pha loãng dung dịch nồng độ 1:100 - Dùng micropipet lấy 0.1ml từ ống chứa dung dịch mẫu pha loãng 1:10 đưa vào ống nghiệm chứa 0.9ml dung dịch LB - Tiến hành rung lắc ống nghiệm, thu dung dịch vi khuẩn pha loãng nồng độ 1:100 Bước 5: Nuôi cấy dịch mẫu - Dùng micropipet lấy 0.1ml dịch mẫu nồng độ không pha loãng, pha loãng 1:10 pha loãng 1:100 tương đương với mẫu C, P, V, M cho vào đĩa thạch LB - Dùng que cấy thủy tinh trải dung dịch mẫu đĩa đến khô - Lật ngược đĩa, ủ mẫu nhiệt độ 37oC tủ ổn nhiệt qua đêm - Sau tiến hành đếm khuẩn lạc đĩa [15] 3.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát khả diệt khuẩn plasma theo thời gian 22 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Xử lí bề mặt mẫu plasma thời gian khác - Bề mặt đối chứng (ký hiệu C) Bề mặt xử lý plasma 5s (P 5s) Bề mặt xử lý plasma 15s (P 15s) Bề mặt xử lý plasma 30s (P 30s) Chuẩn bị Bề mặt mẫu: nhôm kích thước 20x40x1(mm3) tiệt trùng Dung dịch môi trường nuôi cấy (LB) Dung dịch khuẩn E.coli ống nghiệm tương đương với mẫu vật xử lý bề mặt khác có chứa 1ml dung dịch LB lỏng - 12 ống nghiệm tương đương với mẫu vật xử lý bề mặt khác có chứa 0.9ml dung dịch LB lỏng - Các bước tiến hành Tiến hành theo bước thí nghiệm Pha loãng dung dịch chứa khuẩn đến tỉ lệ 1:1000 Kết 4.1 Kết thí nghiệm 1: Khảo sát công suất plasma chu kỳ hoạt động lò vi sóng Hệ máy sử dụng lò vi sóng dân dụng, lò vi sóng hoạt động mức công suất khác có thời gian phát sóng khác Mục tiêu thí nghiệm xác định công suất plasma dựa công suất biểu kiến lò vi sóng Bảng 2: Thời gian hoạt động công suất plasma mức công suất lò vi sóng Công suất Công suất lò Thời gian hoạt Thời gian vi sóng (W) (Pa) động (s) (T1) nghỉ (s) (T2) 160 16 22 586,67 320 10 12 22 704 480 14 22 754,3 640 18 22 782,2 Chu kỳ (s) (T) Plasma (W) (Pr) Pr = 23 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng 800 22 22 800 4.2 Kết thí nghiệm 2: Khảo sát độ đồng plasma vào áp suất hộp kín Độ đồng plasma thay đổi theo áp suất hộp kín Từ thí nghiệm rút áp suất thấp plasma đồng Bảng 3: Kết thí nghiệm so sánh mật độ plasma mức áp suất khác Áp suất 1mbar 10mbar 30mbar Độ đồng plasma Kết luận Áp suất thấp, plasma sinh đồng Trong thí nghiệm sau, áp suất hộp kín giảm xuống khoảng 1mbar mức áp suất tối thiểu hệ máy đạt mà xuất plasma đồng nhất, cho hiệu cao 4.3 Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trước sau xử lí plasma vật liệu thông dụng Plasma hình thành vùng nhiệt độ cao cục bộ, có khả làm tăng nhiệt độ vật Mục tiêu thí nghiệm xác định độ tăng nhiệt độ trạng thái vật liệu khử trùng Bảng thể thay đổi nhiệt độ số vật liệu thường sử dụng gia đình khử trùng mức công suất khác lò vi sóng Sau xử lí, nhiệt độ không tăng cao, độ tăng nhiệt độ lớn 41,6 OC trình khử trùng không làm biến dạng vật liệu xử lí Hệ máy có khử trùng cách an toàn Bảng 4: Sự thay đổi nhiệt độ loại vật liệu khử trùng mức công suất lò vi sóng 24 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Đồ vật Nhiệt độ đầu (oC) Nhiệt độ sau (oC) 160W 320W 480W 640W 800W 21,6 30,5 39,7 49,8 63,2 56,7 21,6 24,5 24,8 38,5 44,4 46,9 21,6 36 46,8 37,5 61,4 48,2 21,6 25,7 28,8 32,6 55,7 42,1 21,6 30,5 42,3 43,8 48,4 57,8 Xi lanh (nhựa) Nắp (nhựa) Ống nghiệm (thủy tinh) Silicone Miếng đồng 25 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Ống hút (nhựa, dài, lòng ống hẹp) 21,6 28,2 40,5 44,5 45,2 40,1 4.4 Thí nghiệm đánh giá tổng quan khả khử trùng thiết bị Trong trình khử trùng, vật mẫu chịu tác dụng môi trường: điện từ trường lò vi sóng, chân không plasma Mục tiêu thí nghiệm xác định nhân tố diệt khuẩn hệ máy bề mặt kim loại nhôm có kích thước 20x40x1 (mm3) Lò vi sóng chân ảnh hưởng đến khả diệt khuẩn hệ máy Ở đĩa thạch (M) (V), khuẩn lạc chồng chéo lên nhau, đếm Số lượng vi khuẩn gần không thay đổi so với đĩa (C) Mặt khác, đĩa thạch (P) lượng vi khuẩn giảm đáng kể Như vậy, sau trình thí nghiệm, nhóm rút kết luận: không thường nghĩ, môi trường chân không tác động lò vi sóng tần số cao khả diệt khuẩn thời gian ngắn, plasma nhân tố diệt khuẩn Bảng 5: Kết thí nghiệm chứng minh khả diệt khuẩn plasma bề mặt kim loại Nồn g độ Bề mặt đặt chân không (V) Bề mặt đặt lò vi sóng (M) 26 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng 1:100 Không có hiệu ứng diệt khuẩn Bề mặt đối chứng (C) Bề mặt xử lí plasma (P) 1:100 Plasma có khả diệt khuẩn rõ rệt 8.5 Thí nghiệm khảo sát khả diệt khuẩn plasma theo thời gian Plasma chứng minh có khả diệt khuẩn tốt Mục đích thí nghiệm xác minh khả diệt khuẩn theo thời gian plasma hệ máy Việc đếm số vi khuẩn khó khăn chúng có kích cỡ nhỏ Việc đếm trực tiếp thực qua kính hiển vi, việc tốn thời gian yêu cầu khả chuyên môn Cách dễ để ước đoán cấy vi khuẩn lên vùng diện tích lớn đếm số khuẩn lạc Giới hạn đếm theo phương pháp pha loãng: - Từ 30 – 200 khuẩn lạc: Đếm xác - Dưới 30 khuẩn lạc: Quá ít, không mang tính thống kê - Trên 200 khuẩn lạc: Quá nhiều, đếm xác khuẩn lạc chồng chập lên Bảng 6: Kết thí nghiệm khảo sát khả diệt khuẩn plasma theo thời gian 27 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Nồng độ Bề mặt đối chứng (C) Bề mặt xử lí plasma 5s Bề mặt xử lí plasma 15s Bề mặt xử lí plasma 30s Quá nhiều khuẩn lạc Quá nhiều khuẩn lạc 172 khuẩn lạc Không có khuẩn lạc Quá nhiều khuẩn lạc 157 khuẩn lạc Quá khuẩn lạc Không có khuẩn lạc Quá nhiều khuẩn lạc Quá khuẩn lạc Quá khuẩn lạc Không có khuẩn lạc 41 khuẩn lạc Quá khuẩn lạc Quá khuẩn lạc Không có khuẩn lạc 1:1 1:10 1:100 1:1000 Ghi chú: Các hình đánh dấu đỏ có lượng khuẩn lạc nằm vùng đếm 28 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Hình 15: Biểu đồ số lượng khuẩn lạc theo thời gian hoạt động plasma Khi không xử lí plasma, lượng vi khuẩn đĩa thạch không pha loãng khoảng 410,000 vi khuẩn Như vậy, mật độ vi khuẩn bề mặt chưa xử lí plasma: khoảng 50,000 vi khuẩn/cm2 Sau xử lí, tùy theo mức độ thời gian, số lượng khuẩn lạc giảm đáng kể Khi xử lí plasma 30s, không tồn vi khuẩn Dựa vào đồ thị, xử lí plasma khoảng 20s, số khuẩn lạc giới hạn xác định, coi diệt vi khuẩn Trong đó, số lượng vi khuẩn bề mặt đồ dùng hàng ngày khoảng 50 – 35,000 vi khuẩn/cm2 Vì vậy, hệ máy áp dụng để khử trùng đồ vật đời sống hàng ngày, đem lại hiệu đáng kể sau thời gian ngắn 29 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Phần V KẾT LUẬN Xuất phát từ ý tưởng muốn khử trùng Plasma tạo từ vật dụng thường ngày, chúng em tìm giải pháp sáng tạo, hợp lý khả thi hệ thống tạo plasma từ lò vi sóng để khử trùng Qua trình nghiên cứu, nhóm tìm mức áp suất bắt đầu xuất plasma khoảng 25mmHg (33mbar), khảo sát dải công suất lò vi sóng, từ tìm công suất hoạt động plasma Để thí nghiệm đạt hiệu cao nhất, nhóm chọn mức công suất tối thiểu lò vi sóng 160W áp suất thấp, khoảng 0.75 mmHg (1mbar) Đề tài chứng minh khả khử trùng hệ máy khuẩn E.coli, cho thấy kết rõ rệt Từ rút kết luận, sau xử lí plasma sau 30s, bề mặt vật mẫu không vi khuẩn Ngoài ra, nhiệt độ vật liệu không tăng cao, độ tăng nhiệt độ lớn 41.6 oC đồ vật không bị biến dạng Như vậy, nói, hệ máy diệt vi khuẩn mà không làm ảnh hưởng đến đồ vật Các đặc điểm hệ thống Ưu điểm hệ thống Hệ thống khử trùng gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện sống sinh hoạt gia đình phòng thí nghiệm Tính - Tạo plasma từ lò vi sóng thiết bị sẵn có, dễ kiếm - Thiết bị dễ sử dụng, thời gian khử trùng ngắn, hiệu cao - Xử lí nhiều loại vật liệu mà không làm tăng nhiệt độ cao Tính hiệu - Nhanh giảm độ nhiễm khuẩn vài phút - Có khả làm khe kẽ vật cần xử lí - Không gây nguy hiểm, không gây kích ứng phụ Tính khả thi - Có thể áp dụng đời sống hàng ngày tiện lợi, sẵn có phận hệ thống - Đáp ứng nhu cầu khử trùng hộ gia đình phòng thí nghiệm - Áp dụng khử trùng hầu hết cho đồ vật, không làm tăng nhiệt độ vật cao thời gian xử lí, không làm biến dạng vật liệu Hướng nghiên cứu 30 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Các tính toán thí nghiệm điều kiện đơn giản Do đó, để áp dụng phương án khử trùng phù hợp với thực tế hơn, chúng em ngày hoàn thiện mở rộng nghiên cứu hoạt động sau: - Nghiên cứu quy trình xử lí cụ thể mẫu vật liệu cụ thể - Nghiên cứu xử lí bề mặt vật liệu chuyển hóa hóa học - Tính đến toán giá thành chi phí dự án 31 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng PHỤ LỤC Một số hình ảnh khác Hình 16: Hệ thống bơm hộp kín ban đầu Hình 17: Đưa hộp kín vào lò vi sóng sau hút chân không Hình 18: Hệ thống máy bơm đồng hồ đo áp lúc sau Hình 19 : Một số hình ảnh làm thí nghiệm vi sinh 32 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Các thông số kĩ thuật Máy bơm Hình 20: Thông số máy bơm Lò vi sóng Hình 21 : Thông số lò vi sóng 33 Dùng lò vi sóng tạo Plasma để khử trùng Tài liệu tham khảo [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_(physics) [2] Deng X T, Shi J and Kong M G 2006 Physical mechanisms of inactivation of Bacillus subtilis spores using cold atmospheric plasmas IEEE Trans Plasma Sci 34 1310–6 [3] F Rossi , O Kylián and M Hasiwa, Plasma Process Polym 3, 431–42 (2006) [4] M Laroussi, Plasma Process Polym 391–400 (2005) [5] H Eto, Y Ono, A Ogino and M Nagatsu, Appl Phys Lett 93, 221502 (2008) [6] J Feichtinger, U Schumacher et al., Surf Coat Technol 174–175, 564–9 (2003) [7] M K Boudam, M Moisan et al., J Phys D: Appl Phys 39, 3494–507 (2006) [8] H Halfmann, B Denis, N Bibinov, et al., J Phys D: Appl Phys 40, 5907–11 (2007) [9] S Lerouge, A C Fozza, M R Wertheimer, et al., Plasma Polym 5, 31–46 (2000) [10] Hamish Shahani, Devitalisation of viral DNA (2009) [11] http://www.ccohs.ca/oshanswers/phys_agents/microwave_ovens.html [12] Chương IV - sách giáo khoa Vật lý nâng cao lớp 12 [13] Masaaki Nagatsu, Microwave plasma sterilizing method and device (2010) Patent No US 7,700,039 B2 [14] http://en.wikipedia.org/wiki/Paschen%27s_law [15] http://www.waksman-foundation.org/labs/rochester/dilution.htm 34