因具有低温、高效、环保、安全、便携等特点,大气压低温等离子体受到了越来越多的关注。人们发现其在杀菌、肿瘤治疗、食品安全、环境保护等领域有很好的应用前景。尽管大气压低温等离子体对各种微生物的有效杀灭效果已经毋庸置疑,但是由于等离子体发生装置的多样性、等离子体组分的复杂性及各种细胞不同的生物响应,其对微生物的杀灭机理仍需深入探讨。沿面放电（Surface micro-discharge,SMD）等离子体装置因其能够较容易地产生大面积、宏观均匀的等离子体,在生物医学领域具有巨大的发展潜力和广阔的市场潜能。但是SMD等离子体主要活性成分的产生、分布特性以及杀菌机理仍不清楚。因此本论文研究了SMD等离子体在气相、组织相以及液相主要抗菌活性物质的产生方式以及其传输方式,并以真核模式生物酿酒酵母为实验对象,重点研究了氦气放电情况下产生的主要活性氧氮（RONS）及其对酵母细胞的损伤效应与作用机理。本论文主要包括以下三个部分:（1）对比研究氦气和空气下SMD等离子体产生的主要杀菌成分:本研究采用特异性化学探针以及琼脂糖凝胶组织模型对氦气和空气SMD等离子体在组织模型表面产生的主要RONS成分的组成、二维分布特性及其对酵母的杀菌效果进行了比较研究。结果发现,不同的工作气体,氦气和空气SMD等离子体表现出不一样的RONS形成方式,进而表现出不同的抗菌效果。在氦气SMD等离子体下主要产生羟基自由基（·OH）和过氧化氢（H₂O₂）,他们主要分布在每个六边形微放电单元的中间部位,并且其浓度随着辐照距离（1,2,3,5,10 mm）的增加而减少。而在空气SMD等离子体下主要产生臭氧（O₃）、亚硝酸根（NO₂ˉ）以及过氧亚硝酸根/过氧亚硝酸（OONOˉ/ONOOH）,他们基本能分布到整个组织模型表面。更为重要的是,氦气SMD等离子体在组织表面产生的·OH主要来自于等离子体传输,而空气SMD等离子体是通过紫外线在组织表面光解水分子产生的in situ·OH。此外,在该等离子体-组织相互作用系统中,氦气和空气SMD等离子体的主要抗菌成分分别为·OH和O₃,并且空气SMD等离子体对酵母细胞具有更强的杀菌能力。（2）探究在氦气条件下SMD等离子体对酵母的失活机理,深入研究了氦气SMD等离子体产生的羟基自由基（·OH）、过氧化氢（H₂O₂）、以及电化学特性,氧化还原电势（ORP）和p H在导致酵母细胞失活中的作用:通过上一部分研究,我们发现·OH和H₂O₂主要在3 mm的辐照距离内产生。因此,我们进一步探究在1,2和3 mm辐照距离下,氦气SMD等离子体对酵母菌的杀灭效应。我们除了对组织模型表面·OH和H₂O₂产生以及分布情况进行调查外,还检测了组织表面微环境中的电化学参数。通过皮尔森相关性分析证明,·OH在杀灭酵母细胞中起主要作用,这与第一部分研究结果相一致。进一步地,我们利用·OH的特异性清除剂D-甘露醇（D-mannitol,D-man）和p H缓冲剂-磷酸缓冲液（phosphate buffer solution,PBS）探究了等离子体产生的·OH和低p H对酵母细胞活性、细胞膜完整性以及胞内活性氧和p H的影响。结果表明D-man能保护细胞膜的完整性以及阻止胞内活性氧增加和p H下降,进而显著提高酵母细胞的存活率。而PBS只能轻微减轻等离子体导致的酵母细胞损伤。综合来说,等离子体产生的·OH通过破坏酵母细胞膜完整性以及导致胞内活性氧累积与p H下降,最终导致酵母细胞死亡。（3）SMD等离子体与液体反应系统（SMD plasma-liquid interaction system）中产生的主要活性成分及其导致酵母细胞失活机理:在这一部分,我们从亚细胞水平更为系统地研究了氦气SMD等离子体对液体环境中酵母细胞胞内多组分的影响,并通过特异性化学探针与相应的清除剂研究了氦气SMD等离子体在溶液中产生的主要活性成分及其在酵母杀灭过程中的贡献与特异性攻击靶标。研究结果表明氦气SMD等离子体能够破坏酵母的细胞膜系统、胞内氧化还原平衡、酸碱平衡、钙离子与钾离子平衡、能量代谢系统与蛋白质、脂质、DNA分子等胞内大分子物质结构,从而导致酵母细胞死亡。在·OH、单线态氧（¹O₂）、超氧阴离子（O₂ˉ）、H₂O₂、p H五种活性成分中,·OH和¹O₂对溶液中酵母灭活的贡献最大。其中·OH主要攻击细胞膜系统,导致细胞遭受氧化压力;¹O₂主要攻击胞内线粒体膜,导致能量代谢紊乱;溶液中的较低的p H可以破坏胞内酸碱平衡,从而降低细胞膜电位;而O₂ˉ主要作为¹O₂的前体发挥作用,H₂O₂对酵母灭活的贡献较小。以上研究结果揭示了沿面放电等离子体在组织相、液相中产生的主要活性成分及其对酵母细胞的杀灭机理,对沿面放电等离子体在皮肤与水体杀菌领域的应用具有重要指导意义。