ARTP诱变系统[ARTP诱变系统]
名词解释
ARTP是常压室温等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma）的简称，能够在大气压下产生温度在25-40 °C之间的、具有高活性粒子（包括处于激发态的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）浓度的等离子体射流。
物理学原理
按照热力学平衡状态，等离子体可分为三种：完全热力学平衡等离子体（也称高温等离子体，其电子温度（Te）、离子温度（Ti）和中性粒子温度（Tn）完全一致），局部热力学平衡等离子体（也称热等离子体，Te≈Ti≈Tn=3×10~3×10），以及非热力学平衡等离子体（也称冷等离子体，其Te≥Ti，Ti≈Tn）。 大气压辉光放电（Atmospheric Pressure Glow Discharge，APGD）是一个被广泛使用的、用来描述大气压条件下各种气体放电冷等离子体的总称。在各种大气压非平衡放电等离子体源中，采用裸露金属电极结构的大气压射频辉光放电（Radio Frequency Atmospheric Pressure Glow Discharge，RF APGD）等离子体源是近几年提出的一种新的大气压辉光放电冷等离子体源。为了从生物技术应用的角度突出这种等离子体源的特点，采用常压室温等离子体即ARTP来代表这种RF APGD等离子体源。
ARTP的生物领域应用
ARTP在生物领域的应用有如下优点：
1、ARTP本身的温度低、活性粒子浓度高且种类多样；
2、ARTP放电形式多样，可以针对需求制成各种不同形式的处理装置，如可以使用管状的放电区，深入组织内部，或者制成表面的处理装置；
3、ARTP设备简单、操作简易、运行成本低廉；
4、ARTP本身对环境无污染和危害。
由于ARTP上述特性，最近几年其在微生物突变育种及生物医学领域中已经引起人们越来越多的注意，已经成为当前一个相当活跃的交叉学科研究领域。此外，研究发现等离子体可以在与生物组织或者细胞之间发生复杂而可控的生化过程，如催化、诊断、激发反应等。等离子体的化学特性也可以通过处理材料表面，改变材料特性而应用于生物医学领域。等离子体表面处理因其优良的性能，如高纯性、无菌性以及表面的多样性等，得到越来越广泛的应用。
ARTP微生物突变育种技术
科学研究表明，等离子体中的活性粒子作用于微生物，能够使微生物细胞壁/ 膜的结构及通透性改变，并引起基因损伤，进而使微生物基因序列及其代谢网络显著变化，最终导致微生物产生突变。与传统诱变方法相比，采用ARTP能够有效造成DNA多样性的损伤，突变率高，并易获得遗传稳定性良好的突变株；与分子操作手段相比，ARTP进行微生物诱变育种具有操作简便、成本低、无有毒有害物质参与诱变过程等优点。思清源生物科技有限公司联合清华大学化工系和工物系依据此原理，结合工程学原理，共同开发了ARTP常温诱变育种系统，制造了一种简单易用、安全高效的微生物诱变育种机。
等离子体对DNA损伤示意图
诱变机理
采用氦气为工作气体的常压室温等离子体源中含有多种化学活性粒子成分，主要是处于激发态的He、O、N2、OH等粒子。ARTP富含的活性能量粒子对菌株/植株/细胞等的遗传物质造成损伤，并诱发生物细胞启动SOS修复机制。SOS修复过程为一种高容错率修复，因此修复过程中会产生种类丰富的错配位点，并最终稳定遗传进而形成突变株。SOS修复强度，和DNA受损伤的程度有很大关联。由umu-test方法可知，ARTP对生物的遗传物质损伤效果明显、损伤机制丰富、尤其是对于染色体等真核生物的遗传物质均有很强的损伤效果；因而ARTP较其他诱变方法显示出更高效的突变性能、更广谱的适用范围。经基因组测序得知，经ARTP诱变处理获得的突变株，具有更丰富的基因突变位点。
ARTP发射光谱图
ARTP诱变育种的优势.
与常规的菌株改造手段相比，ARTP具有很多独特的优点：
1、ARTP具有成本低、操作方便等优点。由于没有很多物理诱变设备（如离子束注入等）所需的离子或电子加速、真空和制冷等附属设备，ARTP的构造非常精巧，易于运输，且操作简便。
2、和传统的诱变方法相比，ARTP对遗传物质的损伤机制多样，因而获得突变型的多样性的可能性增大，这使得ARTP在应对代谢网络复杂的微生物的诱变育种时，显示出独特的优势。
3、ARTP对环境无污染，保证操作者的人身安全。无论用何种气体放电，其均无有害气体产生；另外，无论用何种气体放电，其放电过程中没有核的聚变和裂变等反应，存在的仅是从几十纳米波长，到紫外线，到可见光甚至更强的光线产生。这种长波的光线与辐射射线不同，其对身体损伤较小。
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