dùng lò vi sóng tạo ra plasma để khử trùng

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Một trong những vấn đề cần quan tâm trong việc bảo vệ sức khỏe con người
trong xã hội hiện nay là việc chống nhiễm khuẩn các vật dụng trong gia đình cũng
như các phòng thí nghiệm.
Khử trùng (sterilization) là một thuật ngữ dùng để chỉ bất kỳ quá trình nào
dùng để loại trừ hoặc tiêu diệt tất cả các hình thái sự sống bao gồm các tác nhân
gây truyền nhiễm như nấm, vi khuẩn, virus, các dạng bào tử, hiện diện trên bề
mặt, hay tồn tại trong canh trường, dung dịch thuốc, hoặc các hợp chất dùng trong
nuối cấy sinh học. Khử trùng có thể thực hiện được bằng các phương pháp như
dùng nhiệt, hóa chất, chiếu xạ, áp suất cao, và lọc hay có thể kết hợp nhiều yếu tố
trên. Khử trùng một số vật dụng dễ nhiễm khuẩn trong sinh hoạt hàng ngày bằng
những phương pháp đơn giản và tận dụng những thiết bị sẵn có là ý tưởng mà
chúng em hướng tới.
Đề tài của chúng em là nghiên cứu phương pháp “Dùng lò vi sóng tạo ra
plasma để khử trùng” với mục tiêu thiết kế hệ máy mới đơn giản, tiện dụng có khả
năng tiêu diệt vi khuẩn nhanh, hiệu quả và gần gũi với cuộc sống của chúng ta.
Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã tìm ra cách tạo ra một thiết bị vừa đơn
giản và dễ sử dụng, vừa phù hợp để tạo ra dòng plasma diệt khuẩn. Thiết bị này tạo
ra plasma từ những đồ vật dễ kiếm (lò vi sóng, máy bơm hút chân không) để diệt
khuẩn các đồ gia dụng và dụng cụ thí nghiệm. Ưu điểm của thiết bị là tiện dụng,
hiệu quả cao và có thể diệt sạch vi khuẩn trong thời gian ngắn. Nguyên lý vận
hành của thiết bị là: Sau khi vật nhiễm khuẩn được cho vào buồng kín, buồng kín
sẽ được hút chân không và sau đó được đưa vào lò vi sóng. Bật lò tạo ra plasma để
diệt khuẩn.
Đề tài đã đạt được mục tiêu đề ra, đó là tạo ra được nguồn plasma trong lò vi
sóng, một thiết bị mà gia đình nào cũng có, và có thể tiệt trùng được một số loại vi
khuẩn trên một số vật dụng với những bằng chứng khoa học rõ ràng. Chúng em sẽ
tiếp tục triển khai để chế tạo mô hình cho cả hệ thống để có thể áp dụng tiệt khuẩn
các dung cụ thí nghiệm như que cấy, đĩa petri, ống nghiệm. Hiện nay các dụng cụ
này đang được sử dụng phương pháp hấp tiệt trùng ở nhiệt độ 121
o

C trong vòng 30
phút . Nếu thiết bị của nhóm nghiên cứu áp dụng thành công, việc tiệt trùng dụng
cụ thí nghiệm sẽ rút ngắn được thời gian, cũng như năng lượng.
1
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1: Plasma trong tự nhiên
Hình 2: Quá trình tạo ra plasma
Hình 3: Ảnh SEM của bào tử (a) trước và (b) sau khi xử lý bằng plama.
Hình 4: Giản đồ minh họa đường cong sống sót của vi khuẩn.
Hình 5: Cấu tạo lò vi sóng
Hình 6: Các bộ phận chính của lò vi sóng
Hình 7: Nguồn phát sóng cao tần
Hình 8: Cấu tạo buồng kín
Hình 9: Đệm cao su
Hình 10: Nắp thủy tinh
Hình 11-12: Bản vẽ mặt cắt của buồng kín
Hình 13: Sơ đồ nguyên lí của hệ thống
Hình 14: Buồng kín
Hình 15: Đồng hồ đo áp
Hình 16: Máy bơm hút chân không
Hình 17: Van hút chân không
Hình 18: Quá trình hút bớt khí ra khỏi buồng kín
Hình 19: Xử lí plasma vật nhiễm khuẩn
Hình 20: Môi trường thạch chứa vi khuẩn
2
Phần I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Tình hình hiện nay:
Trong xã hội ngày này, môi trường đang bị ô nhiễm nặng nề. Hơn nữa, nước ta ở
trong vùng có khí hậu nóng ẩm, đây là điều kiện thuận lợi cho rất nhiều dịch bệnh,
vi khuẩn, vi trùng phát triển. Đặc biệt, một vài bệnh có thể lây qua đường tiếp xúc

như tiêu chảy do virus, tay chân miệng, nhiễm trùng da, viêm kết mạc… và mới
đây là đại dịch Ebola. Trong phòng thí nghiệm và các bệnh viện cũng thiếu các
trang thiết bị phù hợp làm sạch vật dụng, dễ khiến cho bệnh nhân, y bác sĩ cũng
như những nhân viên tham gia công tác nghiên cứu bị phơi nhiễm với bệnh tật và
các vi trùng. Trong các hộ gia đình, vấn đề khử trùng đang gặp nhiều khó khăn khi
các thiết bị không diệt được vi khuẩn gây bệnh. Vì vậy các đồ vật trong gia đình
chính là những vật trung gian lây bệnh. Điều này đặc biệt nguy hiểm đối với những
đối tượng có hệ miễn dịch yếu như trẻ sơ sinh.
Hiện tại cũng đã có nhiều phương pháp khử trùng bằng vật lý cũng như hóa học:
dùng nồi hấp, tia cực tím, phóng xạ, siêu âm hoặc dùng các loại hóa chất, các loại
cồn, formol… Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp trên đều có nhược điểm là giá
thành không hề rẻ. Kinh phí nhà nước đáp ứng cho các bệnh viện, phòng nghiên
cứu và kinh tế các hộ gia đình khó lòng có thể thực hiện những phương pháp khử
trùng phức tạp. Hơn nữa, những cách khử trùng trên nếu được thực hiện không
đúng cách còn có thể gây hại đến sức khỏe người sử dụng đặc biệt là phương pháp
sử dụng hóa chất khử trùng.
Trong khi đó, phương pháp khử trùng bằng plasma đã khắc phục được hầu hết
các nhược điểm kể trên. Khử trùng bằng plasma không dùng hóa chất nào do đó
không độc hại và không gây hiệu ứng phụ. Khả năng khử trùng của plasma rất cao;
điều này đã được chứng minh từ thực nghiệm. Bên cạnh đó khử trùng bằng plasma
còn rất đa năng thể hiện ở hiệu quả trên mọi loại vi khuẩn [2] và có thể khử trùng
hầu như bất kỳ vật liệu nào với bất kỳ hình dạng nào dù có các góc và khe kẽ, cũng
như không làm giảm tuổi thọ của dụng cụ, không ảnh hưởng đến sức khỏe con
người. Do đó, xử lý bằng plasma nhanh và hiệu quả hơn nhiều phương pháp khác.
Mục tiêu của đề tài là tạo ra một thiết bị rẻ và hiệu quả: thiết bị tạo ra plasma từ
những đồ vật sẵn có và dễ kiếm để khử trùng.
1.2. Mục đích của đề tài
Trong phạm vi của đề tài này, chúng em mong muốn giải quyết những vấn đề
sau:
- Chế tạo ra các bộ phận của hệ thống từ lò vi sóng, máy bơm hút chân không và

buồng kín.
- Nghiên cứu hoạt động, nguyên lý của hệ thống.
- Tiến hành thử nghiệm hoạt động của mô hình thí nghiệm tạo ra plasma và diệt trên
một số loại khuẩn.
Phần II: TỔNG QUAN
1. Các cách khử trùng thông dụng
Các phương
pháp khử trùng
Nguyên lí Cách
tiến
hành
Thờ
i
gian
Ưu điểm Khuyết điểm
Phương pháp vật lí
Khử trùng bằng hơi
nóng (nhiệt ẩm)
Nhiệt độ và hơi
ẩm
Hấp 15-
20
phút
Nhanh, rẻ dễ làm
thời gian ngắn
Phải xử lí dụng cụ
trước khi hấp.
Khử trùng bằng
nhiệt nóng (sấy
khô)

Nhiệt độ cao Sấy 15-
45
phút
Nhanh,Vô khuẩn
được tuyệt đối
Dụng cụ mau
hỏng,không làm đc
với nhựa và cao su.
Khử trùng bằng
phương pháp đun
sôi
Nhiệt độ cao Đun sôi 30
phút
Dễ thực hiện, giá
thành rẻ
Không vô khuẩn
tuyệt đối
Khử trùng bằng tia
cực tím
Bước sóng tia
cực tím
Chiếu
tia cực
tím
5-10
phút
Nhanh,Diệt được
hầu hết các loại vi
khuẩn
Áp dụng phạm vi

nhỏ không dung
được với vật cản
quang
Khử trùng bằng
siêu âm
Sóng siêu âm Chiếu
sóng
siêu âm
10-
15
phút
Nhanh, dùng
được với vật có
góc cạnh
Thiết bị phức
tạp,Không diệt được
nhiều loại vi khuẩn
cứng đầu
Khử trùng bằng
phóng xạ
Tia phóng xạ Chiếu
tia X
10-
15
phút
Nhanh,diệt được 1
số chủng vi khuẩn
cứng đầu
Mỗi loại vi khuẩn lại
phải dùng bước sóng

khác nhau
Khử trùng bằng
plasma
Làm hỏng
màng tế bào,
gây hư hại
khiến TB chết
Chiếu
plasma
20-
45
giây
Nhanh, tiện lợi,
dễ sử dụng, diệt
được hầu hết vi
khuẩn
Áp dụng trong các
bệnh viện lớn
Phương pháp hóahọc
Khử trùng bằng
Khí ethylene oxyde
(EO)
Ức chế Tiếp
xúc
3-6
giờ
Thay thế phương
pháp vật lý
Lâu,không an toàn
Khử trùng bằng

chất hoạt chất
glutaraldéhyde
Ức chế Ngâm >= 6
giờ
Không kích
thích,khử trùng
mạnh
Độc,cần pha trộn với
hóa chất khác
Khử trùng bằng các
loại cồn
Ức chế Ngâm 30
phút
An toàn, khử
trùng mạnh
Kích thích mạnh
2. Cơ sở lý thuyết
2.1. Plasma
2.1.1. Khái niệm
Plasma, trạng thái thứ tư của vật chất cùng với thể rắn, thể lỏng và thể khí, là
một hỗn hợp khí ion hóa, trong đó bao gồm các hạt mang điện như
electron, ion, và kể cả các hạt trung hòa. Trong hỗn hợp đó, giá trị tuyệt đối của
điện tích dương bằng giá trị tuyệt đối của điện tích âm. Như vậy, plasma là hệ trung
hòa điện tích, và là vật dẫn điện tốt. Tuy nhiên không phải lúc nào trong plasma
điện tích dương cũng bằng điện tích âm, khi có sự mất cân bằng điện tích thì trong
plasma sẽ sinh ra một điện trường mạnh để ngăn cản sự mất cân bằng và làm cho
plasma này trở nên trung hòa về điện. Nói một cách khác, mật độ hạt mang điện
tích âm gần bằng mật độ hạt mang điện tích dương trong một đơn vị thể tích. [4]
Plasma trong tự nhiên tồn tại ở các ngân hà, mặt trời, sao chổi, tinh vân, ánh
bình minh, chớp, …

Hình 1: Plasma trong tự nhiên.
2.1.3 Cách tạo ra plasma
Ở thể rắn, nguyên tử và phân tử hầu như ở vị trí cục bộ và ít di động. Mặc dù
nguyên tử có dao động nhưng với biên độ nhỏ, nên thể rắn có thể tích và hình dạng
rõ rệt. Khi được cung cấp thêm năng lượng, các nguyên tử dao động mạnh hơn, cấu
trúc tinh thể bị phá hủy và chuyển sang thể lỏng. Ở thể lỏng, các nguyên tử bắt đầu
di động nhiều hơn nhưng vẫn còn ở trong tầm liên kết với các nguyên tử bên cạnh.
Đây là trạng thái dính, nó có thể tích nhất định nhưng thay đổi tùy theo hình thể của
vật chứa. Nếu thêm nhiều năng lượng hơn nữa, độ dính giảm; những thành phần cá
nhân của trạng thái lỏng được “tự do” và bắt đầu di chuyển độc lập với nhau và thể
lỏng chuyển trạng thái sang thể khí. Thể khí không có thể tích và hình dạng nhất
định nào cả. Tiếp tục cung cấp thêm năng lượng, đến một ngưỡng nào đó, thành
phần trung hòa bị ion hóa và tạo thành một môi trường bao gồm hạt electron, ion và
hạt trung hòa – đó là trạng thái plasma.
Hình 2: Quá trình tạo Plasma.
Hiện này có ba phương pháp chính tạo nên plasma là:
- Dùng các hạt có dòng năng lượng cao.
- Dùng điện trường kích thích.
- Dùng các sóng điện từ kích thích.
2.1.4 Phân loại:
Người ta có thể phân loại plasma dựa vào nhiều tiêu chí khác nhau như nhiệt độ
plasma, mức độ ion hóa, mối quan hệ giữa vận tốc pha của sóng plasma và, vận tốc
nhiệt của electron …
 Dựa vào tiêu chí đầu tiên, plasma có thể được chia thành plasma nhiệt độ thấp và
plasma nhiệt độ cao:
 Plasma nhiệt độ thấp (< 70.000 0C) lại được chia thành hai nhánh:
- Plasma không cân bằng nhiệt (plasma lạnh): trong plasma, nhiệt độ electron lớn
hơn rất nhiều nhiệt độ ion. Ví dụ: bóng đèn huỳnh quang, phóng điện phát quang,
tivi plasma, …
- Plasma cân bằng nhiệt: trong plasma, nhiệt độ electron bằng nhiệt độ ion. Ví dụ:

Hồ quang điện, mỏ hàn plasma, v.v…
 Plasma nhiệt độ cao (> 70.000 – vài tỉ độ): chiếm 99% vũ trụ, ví dụ: mặt trời, các
ngôi sao, thiên hà, bom hidro, phản ứng nhiệt hạch.
 Để phân loại plasma dựa vào độ ion hóa, người ta đưa ra khái niệm bậc ion hóa:
0
,
n
n
ie
=
β
(Với β là bậc ion hóa, n
e,i
là nồng độ các hạt mang điện và n
0
là nồng độ các hạt khí
trong môi trường)
Nhờ vào bậc ion hóa người ta chia plasma ra làm hai loại là:
 Plasma ion hóa hoàn toàn: thường xảy ra ở nhiệt độ cao, lúc này, tính chất của
plasma được xác định bởi tính chất của điện tử và ion chứa trong nó.
 Plasma ion hóa một phần :
2.2 Cơ chế khử trùng của plasma:
Theo các nghiên cứu khoa học cho thấy: cho dù được thiết kế dưới dạng nào,
plasma cũng tồn tại các thành phần n hư sau:
- Gốc tự do OH: Sự xuất hiện các phân tử nước trong hồ quang điện plasma dẫn tới
sự hình thành gốc tự do OH. và H. do phân tử H
2
O bị phân tách, bị ion hóa … theo
các phương trình dưới đây:
Gốc tự do hidroxy đóng vai trò then chốt trong phản ứng phân hủy các chất

hữu cơ trong nước bằng cách tách các nguyên tử H của liên kết C-H no hoặc là một
tác nhân electrophin tấn công và các liên kết không no hoặc đóng vai trò chất oxi
hóa cực mạnh trong các phản ứng oxi hóa khử .
- Trung tâm hoạt động chứa Oxi: bao gồm các nguyên tử O, phân tử O
3
, H
2
O
2
, gốc
tự do OH., hoặc ion HO
2
-
. Ngoài việc tham gia phản ứng oxi hóa trực tiếp (E
o
O3
/O
2
= 2,07V), ozon kết hợp với HO
2
-
cung cấp thêm các gốc tự do OH.
- Hidroxy peroxit: Trong khi các gốc tự do hoặc ion có hoạt tính hóa học cực mạnh
nhưng thời gian tồn tại ngắn (10
-8
, 10
-9
s) thì sự hình thành H
2
O

2
“gìn giữ” tác dụng
oxi hóa các hợp chất hữu cơ của hồ quang điện plasma. H
2
O
2
có khả năng khử
trùng tốt nhưng không phản ứng trực tiếp với nhiều chất hữu cơ khó phân hủy.
Dưới tác động của hồ quang điện plasma H
2
O
2
bị phân hủy thành gốc tự do OH
- Tác nhân khử: sự có mặt của các electron tự do đóng vai trò tác nhân khử rất
mạnh (E
o
H2O
/e
-
= -2,77V) tấn công các nhóm chức hoặc các liên kết khó phân hủy
như C-F, C-Cl trong các quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ cũng như phá hủy
màng tế bào vi khuẩn.
- Tia cực tím: là một đặc trưng của bất kì dạng plasma nào, tia cực tím khiến các
phân tử hữu cơ chuyển lên trạng thái kích thích trong một thời gian ngắn rồi phát
xạ năng lượng hình thành sản phẩm mới. Quá trình được lặp đi lặp lại bẻ gãy các
phân tử lớn thành các phân tử dễ bị oxi hóa hơn bởi các tác nhân khác.
- Nhiệt: plasma nhiệt độ thường vẫn hình thành vùng nhiệt độ cao cục bộ.
Như vậy với sự tổ hợp các yếu tố kể trên, plasma rõ ràng là “ứng cử viên” cho
việc phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ độc hại cũng như những vi khuẩn.
Plasma nhiệt độ thấp đã được chứng minh là rất hiệu quả chống lại các loại

vi khuẩn, bào tử, vi rút và nấm [5] . Plasma nhiệt độ thấp có thể làm hỏng màng tế
bào hay gây ra những hư hại không thể phục hồi của một số thành phần tế bào, dẫn
đến cái chết của tế bào. Hình cho ta thấy ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của
một bào tử trước và sau khi bị xử lý bằng plasma.
Hình 3: Hình ảnh SEM của bào tử (a) trước và (b) sau khi xử lý bằng plasma. Mũi tên
trong (b) chỉ ra các bào tử vỡ . [6]
Các cơ chế tiêu diệt hay bất hoạt bào tử bằng plasma là đối tượng của nhiều
nghiên cứu [7] – [11] .Có hai cơ chế chính của quá trình bất hoạt hay tiêu diệt bào
tử bằng plasma là:
- Cơ chế đầu tiên liên quan đến sự bất hoạt của các bào tử do tương tác của các
photon tia cực tím phát ra từ plasma với DNA [12] – [14]. Các nghiên cứu chỉ ra
rằng photon cực tím trong phạm vi bước sóng 200-300 nm cho hiệu quả cao nhất
[14], [15] và luôn tồn tại một liều tối thiểu để ngăn ngừa quá trình sửa chữa DNA
của các bào tử qua đó có thể tiêu diệt bào tử.
- Cơ chế thứ hai là khắc và ăn mòn bào tử bởi các gốc tự do và các hoạt chất do
plasma sinh ra (ví dụ như oxy nguyên tử, nitơ nguyên tử và các gốc OH hoặc flo
nguyên tử) . Các bào tử về cơ bản tạo nên từ các nguyên tử đơn giản như C, O, N,
H và các loại tương tự. Các gốc tự do được plasma tạo ra sẽ phản ứng với các
nguyên tử này để tạo thành các hợp chất đơn giản như CO
2
, H
2
O sau đó có thể sẽ
được giải phóng. Khắc có thể trực tiếp giết chết bào tử do màng tế bào của chúng bị
phá hủy hoặc gián tiếp thông qua việc loại bỏ các vật liệu làm lá chắn ngăn tia cực
tím tác động vào cấu trúc nội bào . Cả hai hiệu ứng trên kết hợp lại làm cho tốc độ
khử trùng tăng lên rất nhiều.
Hình 4: Giản đồ minh họa đường cong sống sót với ba pha đặc trưng của quá trình khử trùng
plasma. Trong mỗi giai đoạn có hiển thị các cơ chế chủ yếu hoạt động trong giai đoạn đó. [16]
Thông thường cả hai cơ chế trên có thể tác động đồng thời trong quá trình xử

lý và cùng góp phần giết chết/bất hoạt bào tử. Nhưng, tốc độ của hai cơ chế này lại
khác nhau rõ rệt, do đó động học của quá trình xử lý thường gồm hai hay ba giai
đoạn như được báo cáo trong các tài liệu. Hơn nữa, ý nghĩa của hai quá trình này
phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện cục bộ của plasma, hay nói cách khác là vào
vị trí của đối tượng được xử lý đối với plasma. Nếu đối tượng được xử lý nằm
trong môi trường plasma thì quá trình khắc bào tử được thúc đẩy do có sự bắn phá
ion, nhưng nếu đặt mẫu ngoài môi trường plasma vai trò tương đối của bức xạ tia
cực tím lại tăng lên do ion thường không tồn tại trong những điều kiện này.
2.2 Cách tạo ra plasma lạnh từ lò vi sóng
 Plasma lạnh là dạng plasma ở trạng thái không cân bằng nhiệt, nhiệt độ ion thấp
hơn nhiều. Plasma lạnh bao gồm các phân tử khí, các hạt tích điện dưới hình thức
là ion dương và ion âm, các gốc tự do, các electron tự do và lượng tử bức xạ điện từ
(photon) ở gần nhiệt độ phòng.
 Năng lượng plasma chủ yếu ở electron tự do, do đó tạo nên các electron năng
lượng cao, trong khi các ion và nguyên tử trung hòa vẫn ở nhiệt độ phòng.
 Các đặc tính của plasma lạnh: Không cân bằng nhiệt, tích điện, dẫn điện, tác dụng
hóa học, ngoài ra còn phát sóng điện từ UV có tác dụng khử trùng,…
 Kết nối máy bơm với van. Máy bơm sử dụng năng lượng điện để hút khí trong
buồng kín nhằm giảm áp suất :
p =
Trong đó : △p là sự thay đổi áp suất trước và sau khi hút (Pa)
Q là lưu lượng khí (m
3
)
 Máy bơm hút không khí trong buồng kín cho đến khi trong buồng kín là chân
không thấp. Ở mức áp suất này, quãng đường tự do trung bình đủ lớn để cho các
electron tự do có khả năng gia tốc lấy đủ năng lượng để ion hóa các hạt.
λ = K
b
Trong đó : Kb là hằng số Boltzmann (J/K)

T là nhiệt độ (K)
p là áp suất (Pa)
d là đường kính hạt phân tử khí (m)
 Gia tốc của electron được tính bằng công thức :
=
Trong đó : F là lực mà electron chịu (N)
m là khối lượng của electron
 Trong điện trường electron phải chịu lực :
= e
Trong đó e là điện tích của electron
 Tần số va chạm:
Tần số va chạm là số va chạm trong một đơn vị thời gian. Nếu hạt chuyển
động với vận tốc v, thì tần số va chạm sẽ bằng:
λ
συ
v
vN
==
Trong đó : v là vận tốc của hạt
λ là quãng đường tự do trung bình
σ là tiết diện hiệu dụng
 Sự va chạm của electron với các phân tử khí có thể chia làm 2 loại :
- Va chạm đàn hồi : chạm đàn hồi là va chạm không làm thay đổi tính chất của hạt
- Va chạm không đàn hồi : là va chạm làm thay đổi tính chất của một hay nhiều hạt.
Nhờ vào sự va chạm không đàn hồi mà các quá trình như: sự ion hóa, sự kích thích,
sự phân li, sự hóa hợp… có thể xảy ra.
 Trong quá trình di chuyển , electron sẽ va chạm với các phân tử khí hoặc electron
của các phân tử từ đó ion hóa các phân tử khí. Quá trình ion hóa là sự tách electron
khỏi nguyên tử hoặc phân tử khí, nó đóng một vai trò đặc biệt, thiếu quá trình ion
hóa thì không thể có plasma. Sự ion hóa có thể do nguyên tử va chạm với electron :

eeAAe ++→+
+
3. Lò vi sóng
Hình 5: Cấu tạo lò vi sóng
3.1. Cấu tạo:
3.1.1. Buồng nấu (usable space):
Buồng nấu là một lồng Faraday (Điện trường bên ngoài tạo ra dòng điện
trong lồng Faraday, làm cho bên trong lồng không có điện trường) gồm kim loại
hay lưới kim loại bao quanh, đảm bảo cho sóng không lọt ra ngoài. Lưới kim loại
thường được quan sát ở cửa lò vi sóng. Các lỗ trên lưới này có kích thước nhỏ hơn
nhiều bước sóng (bước sóng cỡ 12,24 cm) nên sóng vi sóng không lọt ra, nhưng
ánh sáng (ở bước sóng ngắn hơn nhiều) vẫn lọt qua được, giúp quan sát thức ăn bên
trong.
Hình 6: Các bộ phận chính của lò vi sóng[1]
3.1.2. Máy phát sóng cao tần (magnetron) – nguồn phát sóng
Hình 7: Nguồn phát sóng cao tần.

Magnetron là máy phát sóng cao tần (sóng vi sóng) có công suất lớn, sóng vi
sóng được tạo ra từ một bộ dao động điện tử và được khuếch đại nhờ magnetron
hoạt động như một đèn điện tử 3 cực. Nó gồm một hình trụ rỗng bằng kim loại gồm
một cực dương anode trong đó người ta đặt những lỗ hổng cộng hưởng để làm tăng
tần số từ 50 MHz lên 2450 MHz. (Sóng vi sóng trong lò là các dao động của trường
điện từ với tần số thường ở 2450 MHz). Đối với mạch cộng hưởng trị số của cuộn
co bin và tụ điện sẽ xác định tần số.
Ở giữa trụ rỗng là âm cực (cathode) trong đó có một dây để đốt nóng (filament)
Bên trong magnetron là chân không, giữa điện cực âm và dương người ta dùng hiệu
điện thế khoảng 2300 V để tạo từ trường.
3.1.3. Ống dẫn sóng (Waveguide)
Các ống dẫn sóng có thể được cấu tạo từ các ống kim loại rỗng, hoặc từ các
ống chất điện môi rỗng hoặc đặc. Các đường cáp điện như cáp đồng trục cũng có

thể coi là các dạng của ống dẫn sóng.
Sóng lan truyền trong ống dẫn sóng, có thể coi là do bị phản xạ qua lại giữa
các thành ống (phản xạ trên bề mặt kim loại hay phản xạ toàn phần trên bề mặt điện
môi), khiến cho năng lượng sóng điện từ được dẫn truyền trong lòng ống.
3.2 Nguyên lí hoạt động của lò vi sóng:
Lò vi sóng tạo ra một điện trường cực mạnh để bức xạ sóng điện từ. Sóng vi
sóng được sinh ra từ nguồn magnetron, được dẫn theo ống dẫn sóng, vào ngăn nấu
rồi phản xạ qua lại giữa các bức tường của ngăn nấu, nên mọi vật có cấu tạo lưỡng
cực điện sẽ nhận được sóng này. Những lưỡng cực điện này có xu hướng quay sao
cho nằm song song với chiều điện trường ngoài. Khi điện trường dao động, các
phân tử bị quay nhanh qua lại. Dao động quay được chuyển hóa thành chuyển động
nhiệt hỗn loạn qua va chạm phân tử.
Phần III:
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG
1. Nguyên lý hoạt động:
Hệ máy gồm 3 bộ phận chính là máy bơm để hút không khí , buồng kín và lò vi
sóng .
1.1 Buồng kín
Hình 8: Cấu tạo buồng kín.
Buồng kín là nơi để vật dụng cần khử trùng. Buồng kín gồm 4 bộ phận
chính : Van chân không, nắp thủy tinh, đệm cao su và buồng xử lý.
- Van chân không dùng để kết nối với máy bơm, van chân không có thể đóng, mở để
giữ môi trường chân không ở bên trong buồng kín hoặc cho khí vào.
- Nắp thủy tinh và gioăng (đệm cao su) để đậy kín buồng kín trong quá trình hút
chân không ở bên trong buồng kín không cho khí lọt vào.

Hình 9: Đệm cao su Hình 10: Nắp thủy tinh
- Buồng xử lý là nơi để thiết bị cần được khử trùng. Đây là nơi mà plasma sẽ được
tạo ra

Hình 11 Hình 12: Mặt cắt dọc buồng kín.
1.2 Máy bơm chân không
Máy bơm được dùng để hút không khí trong buồng kín nhằm làm giảm áp suất
trong buồng kín từ đó làm tang quãng đường tự do trung bình. Do ở áp suất thường
(760 Torr) , quãng đường tự do trung bình trong buồng kín nhỏ → không thể tạo ra
plasma được
1.3 Lò vi sóng
Sử dụng điện trường xoay chiều của lò vi sóng để tạo ra plasma.

2. Tiến trình hoạt động
Hình 13: Sơ đồ nguyên lí
1) Buồng xử lý
2) Van
3) Đồng hồ đo áp
4) Máy bơm chân không
5) Lò vi sóng
Các bước tiến hành cụ thể như sau:
Bước 1 : Cho vật cần khử trùng vào buồng xử lý
Bước 2 : Đóng nắp thủy tinh, dùng máy bơm kết nối với van, bật máy bơm và chờ
cho đến khi đạt được áp suất cần thiết
Bước 3 : Đóng van, đưa hệ vào lò vi sóng, chỉnh công suất và thời gian
Bước 4 : Đưa hệ ra khỏi lò, mở nắp van cho khí lọt vào, mở nắp thủy tinh và quan
sát kết quả.
Phần IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
1. Mục đích thí nghiệm:
- Xác minh khả năng khử trùng của plasma
- Xác định được lượng vi khuẩn bị tiêu diệt theo các mức công suất và thời
gian khác nhau.
2. Mô hình các bộ phận của hệ thống:
Với mục đích khử trùng bằng Plasma được tạo ra từ lò vi sóng, các bộ phận của

hệ thống được chế tạo cụ thể như sau:
Hình 14: Buồng kín

Hình 16: Máy bơm hút chân không Hình 17: Van hút chân không
3: Các bước tiến hành thí nghiệm
Bước 1:Đưa đồ vật bị nhiễm khuẩn vào buồng kín và hút chân không
Hình 18: Tiến hành hút bớt khí trong buồng kín sau khi đã đưa vật vào
Bước 2: Chuyển buồng kín đã được hút chân không vào lò vi sóng.
Hình 19: Đưa buồng kín vào lò vi sóng
Bước 3: Sau khi xử lí đồ vật, đưa vi khuẩn trên đồ vật đó vào dung dịch muối 0.9%
(đã được hấp tiệt trùng ở 121 độ/30ph)
Bước 4: Cấy vào đĩa petri 1ml nước muối chứa vi khuẩn, nuôi trong môi trường
thạch dinh dưỡng. Ủ đĩa thạch trong môi trường thích hợp, theo dõi sự phát triển
của vi sinh vật.
Hình 20: Cấy vi khuẩn vào đĩa petri trong môi trường thạch
Bước 5: Sau 3 ngày, đọc kết quả: nếu đĩa thạch không có khuẩn lạc: vi sinh vật đã
chết hết.
Phần V. KẾT LUẬN
1. Kết quả
Xuất phát từ ý tưởng muốn khử trùng bằng Plasma tạo ra từ những vật dụng
thường ngày, chúng em đã tìm ra giải pháp sáng tạo, hợp lý và khả thi là hệ thống
tạo ra plasma từ lò vi sóng .
• Trong đề tài này, chúng em đã giải quyết được các vấn đề chính yếu sau đây:
- Tìm ra giải pháp sáng tạo, hợp lý và khả thi để khử trùng bằng cách sử dụng hệ
thống tạo ra plasma từ lò vi sóng.
- Nghiên cứu thí nghiệm tính hiệu quả của hệ thống tạo plasma trên vi khuẩn: cho
thấy kết quả rõ rệt trên vật khi không xử lí plasma và xử lí plasma trong các thời
gian khác nhau
Không xử lí plasma Xử lí plasma trong 10s Xử lí plasma trong 20s

2. Hướng nghiên cứu tiếp theo
Các tính toán và thí nghiệm trên đều còn đang ở những điều kiện đơn giản. Do
đó, để có thể áp dụng phương án khử trùng phù hợp với thực tế hơn, chúng em
đang ngày càng hoàn thiện và mở rộng nghiên cứu của mình bằng các hoạt động
sau:
 Thiết kế và chế tạo mô hình đơn giản của hệ thống để khẳng định tính khả thi của
đề tài cũng như kiểm tra các kết quả dự đoán đã đạt được.
 Làm thí nghiệm để chứng minh sự khử trùng của plasma theo thời gian và công
suất của lò vi sóng
 Nghiên cứu sâu hơn về tính an toàn, khả thi và hiệu quả của dự án.
 Tính đến bài toán giá thành chi phí của dự án.
 Phát triển hệ máy theo hướng nhỏ gọn và tiện dụng hơn phù hợp với yêu cầu gia
đình
3. Các đặc điểm của hệ thống
a. Ưu điểm của hệ thống:
Hệ thống khử trùng gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện
sống sinh hoạt trong gia đình hoặc trong phòng thí nghiệm.
b. Tính mới:
- Tạo ra plasma từ lờ vi sóng bằng các thiết bị sẵn có, dễ kiếm;
- Thiết bị dễ sử dụng, thời gian khử trùng ngắn, hiệu quả cao;
- Áp dụng khử trùng được hầu hết được cho mọi đồ vật.
KẾT QUẢ
1. Tìm ra giải pháp sáng
tạo, hợp lý và khả thi để
khử trùng bằng cách sử
dụng hệ thống tạo ra
plasma từ lò vi sóng.
2. Nghiên cứu thí nghiệm
tính hiệu quả của hệ

thống tạo plasma trên vi
khuẩn: cho thấy kết quả
rõ rệt trên vật khi không
xử lí plasma và xử lí
plasma trong các thời
gian khác nhau

c. Tính hiệu quả:
- Nhanh giảm độ nhiễm khuẩn chỉ trong vài phút;
- Có khả năng làm sạch khe kẽ của vật cần xử lí;
- Không gây nguy hiểm, không gây kích ứng phụ.
d. Tính khả thi:
- Có thể áp dụng trong đời sống hàng ngày vì sự tiện lợi, sẵn có của các bộ
phận của hệ thống;
- Đáp ứng được nhu cầu khử trùng hiện nay của các hộ gia đình và trong
phòng thí nghiệm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] R Brandenburg, et al., Contrib. Plasma Phys. 47, 72 (2007).
[2] B J Park, D. H. Lee, J C. Park, et al., Physics of Plasmas 10, 4539 (2003).
[3] />[4] />[5] M Laroussi, IEEE Trans. Plasma Sci. 30, 1409–15 (2002)
[6] X T Deng, J Shi and M G Kong, IEEE Trans. Plasma Sci. 34, 1310–6 (2006).
/>[7] F Rossi , O Kylián and M Hasiwa, Plasma Process. Polym. 3, 431–42 (2006)
[8] M Moisan, J Barbeau, M-C Crevier, et al., Pure Appl. Chem. 74, 349–58 (2002)
[9] M Laroussi, Plasma Process. Polym. 2 391–400 (2005)
[10] M Laroussi, D A Mendis and M Rosenberg, New J. Phys. 5, 41 (2003)
[11] H Eto, Y Ono, A Ogino and M Nagatsu, Appl. Phys. Lett. 93, 221502 (2008)
[12] J Feichtinger, U Schumacher et al., Surf. Coat. Technol. 174–175, 564–9 (2003)
[13] M K Boudam, M Moisan et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 39, 3494–507 (2006)
[14] H Halfmann, B Denis, N Bibinov, et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 5907–11 (2007).
[15] S Lerouge, A C Fozza, M R Wertheimer, et al., Plasma Polym. 5, 31–46 (2000)

[16] />[17] />gclid=CjwKEAjwrNeiBRD3goG_1s-0_XMSJADuGQQcym6e9pwIcsosJi-
fpvW9L344ijyTGA4yhLznD67yJxoC2UDw_wcB