典型大气压冷等离子体射流的剂量评估

在大气压冷等离子体(Cold atmospheric plasma,CAP)的生物医学应用中,不同强度的CAP处理生物材料会带来具有显著差异的作用效果。因此,引入等离子体剂量来定量化描述等离子体对材料的作用量,从而获得理想的CAP处理效果,对于推动CAP的生物医学应用具有十分迫切的需求。药学中常采用“半数致死剂量(LD_(50))”描述药物毒性,而我们前期的研究工作表明该方法也适用于等离子体剂量的评估,且具有通用性强、操作便捷等特点。本论文基于LD_(50)-等离子体剂量评估方法获得了大气压射频辉光放电等离子体射流处理人体胚胎肾293细胞的LD_(50)数值,并与另一种典型CAP源,即大气压介质阻挡放电等离子体射流的剂量值进行了对比和分析。本论文工作进一步验证了LD_(50)-等离子体剂量评估方法的可靠性和便捷性,也为两种典型CAP源在生物医学等领域的实际应用提供了一定的理论指导和剂量参考。

大气压冷等离子体在皮肤科的直接与间接应用

大气压冷等离子体作为一种适用于生物治疗的技术,在医学上有着丰富而广泛的应用,包括医疗器械灭菌、口腔、肿瘤及皮肤疾病等领域。大气压冷等离子体的应用有直接和间接两种形式,二者相辅相成。大气压冷等离子体是一种很有前途的皮肤病治疗技术,但仍需要进一步的探索和研究。我们总结了大气压冷等离子体在皮肤科中的直接和间接应用并展望,为等离子体医学的发展方向提供参考。

大气压冷等离子体在皮肤疾病中的应用

等离子体是指气体在加热或强电场作用下电离产生的气体云,因其正、负电荷总数相等,故称为等离子体。大气压冷等离子体(cold atmospheric pressure plasma,CAP)具备常温、安全、高效等特点在皮肤科学中广泛应用。CAP对生物体的作用是通过等离子体中的活性成分如化学活性粒子(活性氧ROS、活性氮RNS等)、紫外线(UV)、带电粒子(电子、正负离子等)及处于电场等对生物体从分子层面的综合作用来实现的。CAP中的活性粒子向皮肤内运输主要包括透皮等离子体递送(等离子体穿孔)以及组织渗透两种途径。大气压冷等离子体在皮肤感染性疾病、免疫性疾病以及肿瘤性疾病中均有大量研究报道,本文对其做一综述。

大气压冷等离子体与水溶液作用过程的数值模拟研究进展

作为一种新型高效多样的化学反应场,近年来大气压冷等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)在生物、医学、环保、材料等领域的研究和应用日益广泛。由于这些领域的应用大多涉及以水溶液为介质的反应体系,因此,深入认识和理解CAP与水溶液的相互作用机制具有重要的理论意义和实用价值。然而CAP与水溶液的反应过程高度复杂,现有实验检测手段难以全面揭示其作用机制,而近年计算模拟在CAP领域的研究获得了长足发展,并成为研究CAP与溶液相互作用机制的重要手段之一。本文重点综述了近几年流体力学模拟和分子动力学模拟在CAP与水溶液相互作用机制研究中的应用。在流体力学模拟方面,本文详细介绍了近几年发展的二维模型、一维模型和Global模型的特点以及这些模型在介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)和等离子体射流与水溶液相互作用研究中的应用,以揭示等离子体作用于水溶液后的反应过程;在分子动力学模拟方面,本文详细介绍了将基于反应性力场(reactive force field)的分子动力学模拟用于含氧活性粒子(reactive oxygen species,ROS)与水溶液中生物分子相互作用机制研究中的应用。在此基础上,本文进一步分析和比较了流体力学模型和分子动力学模拟的特点,并展望了在CAP与水溶液相互作用机制研究中亟待解决的问题和未来这一领域研究工作的发展方向。

大气压冷等离子体活性因子分析及其对克雷伯氏菌细胞膜影响

使用电源电压为26 V交流电激发空气来产生大气压冷等离子体,分别处理样品0、1、2、3、4、5 min。使用发射光谱(OES)对等离子体的活性成分进行分析;采用光谱扫描多功能读数仪(SSMR)对克雷伯氏菌细胞内活性氧进行分析;利用荧光分光光度计(FS)分析克雷伯氏菌细胞膜电位和膜通透性。OES结果表明,在电源电压26 V,放电间隙3 mm时,大气压空气介质阻挡放电等离子体产生的活性因子主要是紫外线和活性氧自由基。SSMR结果显示,与对照相比,克雷伯氏菌细胞内活性氧浓度随着处理时间延长,呈现先升高,再降低趋势。FS结果表明,细胞膜电位升高,促使细胞膜超极化,从而提高细胞膜通透性。研究结果提示,大气压介质阻挡放电等离子体在生物化学工程与技术领域具有潜在的巨大应用价值。

大气压冷等离子体处理对果蔬表面E.coli O157∶H7生物膜的清除作用

本文探究了大气压冷等离子体(ACP)处理对E.coli O157∶H7生物膜清除作用的最佳处理功率和处理时间,并进一步探究了ACP处理对E.coli O157∶H7生物膜的抗菌机制,利用场发射扫描电镜观察了ACP处理前后生物膜形态的变化,最后将ACP处理应用到四种果蔬表面E.coli O157∶H7生物膜的清除上。结果表明,在最佳处理功率400 W,最佳处理时间3 min下,ACP通过抑制胞外聚合物中多糖及蛋白质的合成与分泌来抑制生物膜的形成,并在处理当天分别对户太葡萄、圣女果、维多利亚青提及生菜这四种果蔬表面清除98.99%±0.38%、99.92%±0.20%、96.84%±0.18%、99.80%±0.23%的E.coli O157∶H7生物膜,在5 d内仍表现出了较好的抑制效果,延长了四种果蔬的贮藏期。结合感官评定结果,ACP处理虽对四种果蔬的色泽和感官品质略有影响,但仍能被大家所接受。综上,ACP处理可在基本不影响四种果蔬的色泽及感官品质前提下,对果蔬表面的E.coli O157∶H7生物膜有明显的清除效果。

大气压冷等离子体杀菌作用及其机制的研究进展

目前,对大气压冷等离子体在灭菌方面的应用已经进行了深入的研究,但是对其杀菌机制的研究还较少,各研究结论还有很大分歧。本文从各种活性因子在杀菌过程中所起作用、不同细菌存活曲线以及现有的几种杀菌机制学说三方面进行综述,认为细菌存活曲线主要有3种,有4种主要的杀菌机制。

大气压冷等离子体刷诱导黑色素瘤细胞凋亡

采用低温常压氦/氧等离子体刷对G361人黑色素瘤细胞进行处理,研究氧气添加量和处理时间对灭活效果的影响.这种大气压等离子刷可在低于20 W的功率条件下实现大面积均匀放电.利用荧光染色法检测了等离子体处理后细胞凋亡的形态学变化.结果表明,氦氧等离子体的灭活效率与氦等离子体中的氧浓度密切相关.发射光谱测试发现在室温氦/氧等离子体中产生的O和OH等活性物质在灭活过程中起着重要作用.

大气压冷等离子体提高乙醇转化率的实验参数优化研究

以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为研究对象,研究大气压冷等离子体激活酿酒酵母提高乙醇转化率的工艺条件。在单因素实验基础上,选取等离子体处理时间、等离子体电源电压和处理菌液体积为影响因子,以乙醇转化率为响应值,应用Box-Behnken中心组合实验建立数学模型,进行响应面分析。结果表明,大气压冷等离子体提高乙醇转化率的最佳实验参数为:处理时间1 min,电源电压24 V,处理菌液体积9 mL。在此条件下,乙醇转化率达到0.58 g/g,比未处理过的酿酒酵母发酵葡萄糖生成乙醇的转化率高23.6%。

大气压冷等离子体射流诱导乳癌细胞凋亡研究

目的研究大气压冷等离子体射流对乳癌细胞系MDA-MB-468细胞的凋亡诱导作用。方法采用自行研制的大气压冷等离子体射流发生装置,处理MDA-MB-468细胞。大气压冷等离子体射流处理时间分别为10、30、60和90s,以不处理者为空白对照组,以单纯气流处理90s者为实验对照组。采用四甲基偶氮唑盐(MTT)法检测各组细胞增殖抑制率,二脒基苯基吲哚(DAPI)染色检测各组细胞的核形态变化,荧光定量聚合酶链反应(FQ-PCR)测定各组细胞Bax和Bcl-2mRNA的表达变化。结果大气压冷等离子体射流可明显抑制细胞的增殖,且有明显的剂量依赖性(F=22.4、42.3,P<0.01),而单纯气流对MDA-MB-468细胞无明显影响。经大气压冷等离子体射流处理后细胞出现核固缩及核碎裂。大气压冷等离子体射流作用后细胞Bax的表达上调,Bcl-2的表达下调(F=32.3、12.4,P<0.05)。结论大气压冷等离子体射流对MDA-MB-468细胞有增殖抑制作用,可能与Bax表达上调及Bcl-2表达下调诱导细胞凋亡有关。

大气压冷等离子体处理水溶液:液相活性粒子检测方法综述

近年来,大气压冷等离子体技术凭借在生物医学、材料处理、环境保护等领域展现出的良好应用潜力,受到了广泛关注。越来越多的研究结果显示等离子体产生的活性粒子在应用中起到了关键作用,但由于被处理物往往处于潮湿环境甚至水溶液中,等离子体产生的气相活性粒子首先需要进入水溶液并转化为液相活性粒子才能起到直接的作用。等离子体产生的液相活性粒子种类繁多,但目前的检测技术存在方法少、特异性差且定量困难等问题,严重制约了人们对等离子体处理水溶液这一过程的认知水平,成为限制相关应用发展的瓶颈。该文整理了近年来国内外报道的液相活性粒子检测方法,对11种主要的活性氧粒子、活性氮粒子以及氢粒子的检测方法作了综述,为相关的理论和应用研究提供参考。

大气压冷等离子体在鲜切果蔬保鲜中的应用研究进展

鲜切果蔬因具有新鲜方便、无添加剂和营养价值高等优点而广受消费者喜爱,但是鲜切果蔬在加工和贮藏过程中极易受微生物污染,导致食品品质劣变并缩短货架期。大气压冷等离子体(Atmospheric cold plasma,ACP)是一种新型非热加工技术,广泛应用于食品及生物医药领域。本文综述了ACP对鲜切果蔬表面微生物的灭活效果以及对鲜切果蔬中酶活的作用,同时探讨了ACP处理对鲜切果蔬品质的影响,旨在为ACP在鲜切果蔬保鲜中的应用提供参考。

大气压冷等离子体在食品农药残留和真菌毒素控制领域的应用研究进展

在简述大气压冷等离子体(Atmospheric Cold Plasma,ACP)概念和产生方式的基础上,综述了国内外ACP降解食品中农药残留和真菌毒素的研究进展,并归纳分析了ACP对农药残留和真菌毒素的降解机制及影响其降解效果的因素。认为:ACP能有效降解食品中的农药残留和真菌毒素,其机制是产生的活性物质导致农药与真菌毒素结构中的化学键断裂,从而实现有毒物质的降解,而ACP类型和处理参数、放电气体特性、农药及真菌毒素性质等均会影响降解效果。因此,在实际应用中应系统优化ACP处理参数,以达到最佳降解效果。未来应加强降解产物的安全性评估、ACP设备研发等,以促进ACP在食品工业中的产业化应用。

大气压冷等离子体对肿瘤细胞增殖和凋亡的影响及其机制

目的:探讨大气压冷等离子体(CAP)对人肿瘤细胞增殖和凋亡的影响。方法:将处于对数生长期的人神经胶质瘤细胞(U87)和宫颈癌细胞(Hela)接种于培养板或培养皿中,待细胞贴壁生长后,将其随机分为正常对照(control)组、氦气(He)组和CAP不同时间处理组,细胞在接受不同时间CAP处理后,采用CCK-8方法检测细胞活力,流式细胞仪检测细胞凋亡情况,蛋白印迹法检测凋亡相关蛋白caspase3和氧化应激相关蛋白Nrf2的表达水平。结果:He处理对U87和Hela细胞的增殖能力和自发凋亡无明显影响,CAP处理后两种肿瘤细胞的细胞活力均显著降低,凋亡水平明显上升,caspase3蛋白和Nrf2蛋白的表达显著增加,CAP处理时间越长,效应越明显。结论:本实验条件下的CAP处理可抑制人肿瘤细胞的增殖,并诱导其凋亡,其机制可能与CAP导致的氧化应激有关。

大气压冷等离子体对大鼠凝血功能的影响

目的:筛选和探讨大气压冷等离子体(CAP)对血液凝固的影响并筛选其最佳参数,初步探讨其作用机制。方法:首先,利用不同作用距离(1、2、3cm),不同放电电压(3.33、6.73、8.03kV),不同作用时间(30、60、120s)的CAP处理大鼠血滴,观察不同参数CAP对血滴凝固效果的影响,筛选CAP促进凝血的最佳参数。之后,将22只SD大鼠随机分为空白对照组(n=11)和CAP处理组(n=11),验证上述最佳CAP参数对SD大鼠出血模型的止血效果。最后,通过抗凝血滴实验探讨CAP促进血液凝固的机制。结果:体外血滴实验结果显示,与对照组相比,CAP组血滴凝固效果更明显,主要表现为血滴表面干燥和酒窝样凹陷增多,且血滴凝固效果与CAP处理时间和放电电压呈正相关,与CAP作用距离呈负相关。动物出血模型研究结果显示,放电电压8.03kV、作用时间120s、作用距离1cm的CAP处理出血部位可以显著缩短出血时间并降低出血量。抗凝血滴结果显示,CAP可以显著促进枸橼酸钠抗凝血滴的凝固。结论:CAP对血液凝固具有明显的时间促进作用,且与作用距离和放电电压密切相关。其机制可能与CAP促进纤维蛋白原向纤维蛋白转化有关。

双频大气压冷等离子体射流制备TiO_2的表面形貌研究

利用N_2携带先驱体钛酸异丙酯,通过双频驱动的Ar/O_2大气压冷等离子体制备了TiO_2薄膜,探究了不同放电参数对TiO_2表面形貌的影响.研究结果表明,不同的放电参数可以制备出纳米纤维状、球状和塌陷的球状不同形貌的TiO_2.制备的TiO_2包含锐钛矿相和金红石相.同时利用光谱仪和射频分析仪对离子体的光学特性和电学特性进行了检测.

大气压冷等离子体对人脐带间充质干细胞增殖和分化的影响

人脐带间充质干细胞(hUC-MSCs)是一种具有多向分化潜能的干细胞,具有广阔的应用前景,但是由于其体外大量增殖和定向分化等问题尚未解决,制约了其进一步应用。既往研究表明,大气压冷等离子体(CAP)可促进离体培养的脂肪或骨髓来源MSCs的增殖和分化,但对hUC-MSCs的影响国内外尚未见报道。因此,本研究的目标是探讨CAP对hUC-MSCs增殖和成骨分化的影响。在电源频率(17 kHz)和气体流量(4 slpm)保持不变的条件下,原代培养的hUC-MSCs经不同放电电压下产生的氦(He)等离子体处理后,在不同时间点收集细胞,采用CCK-8法检测细胞活力,微板法检测碱性磷酸酶(ALP)的活性,茜红素染色检测钙化结节的形成。结果显示,与对照组相比,纯氦气组上述指标无明显变化,而CAP组的细胞活力显著降低,并且与等离子体放电电压和处理时间呈负相关; CAP处理10 s和30 s后,ALP活性则无明显变化,而处理60 s后ALP活性显著下降,同时CAP处理30 s后钙化结节面积无显著变化。以上结果表明,本试验条件下的CAP处理可抑制hUCMSCs的增殖,但对其体外成骨分化无明显影响。

大气压冷等离子体在皮肤病学中的应用

大气压冷等离子体(CAP)是一种新兴的治疗技术,具有安全、高效、耐受性好、无明显副作用的优点。近年来,CAP逐渐被应用于皮肤病领域。CAP具有抗微生物(细菌、病毒及真菌)感染,促使组织增生与伤口愈合,以及抑制肿瘤细胞的增殖、迁移等作用。CAP通过活性氧途径对角质形成细胞等产生调控效应。CAP应用于皮肤创伤愈合、皮肤慢性溃疡、头颈部鳞状细胞癌、银屑病等疾病,并取得较好的疗效。本文综述CAP的概念、物理特征及其在皮肤科的研究与应用现状。

氩气辅助激发大气压微波冷等离子体射流的研究

微波同轴谐振器已被广泛用作大气压等离子体射流的发生装置,其产生的等离子体射流已用于生物医学、材料表面处理等众多领域,大气压条件下微波放电等离子体源的功率阈值是影响其能否广泛应用的关键问题。文中设计的微波等离子体射流源工作频率2.6 GHz,回波损耗13.99 dB,工作气体为Ar气,大气压条件下产生紫色的丝状射流,击穿功率41.1 dBm(12.9 W),维持功率仅20 dBm(0.1 W)。结合实验观察和ANSYS Fluent流体力学仿真方法探究了等离子体射流长度与气体体积流量、输入功率的关系,发现层流状态下射流长度随气体体积流量增大而伸长,湍流状态下则反之,但不同气体体积流量下射流长度均随着输入功率单调增大。同时,实验发现关断Ar气后等离子体并未熄灭,而是诱发了同轴尖端附近位置的空气等离子体维持状态。在此基础上提出以Ar气或He气为先导气体,将其电离击穿后辅助激发难电离气体产生冷等离子体射流,在不需要提供高微波功率条件下实现了CO_(2)、N_(2)、O_(2)等冷等离子体射流。

大气压冷等离子体技术在食品工业中的应用研究进展

大气压冷等离子体(Atmospheric cold plasma,ACP)是一种新型非热加工技术,在食品工业中具有广阔应用前景。综述了大气压冷等离子体在食品杀菌、内源酶失活、食品组分改性、真菌毒素和农药残留降解、食品包装等领域应用研究进展,同时对影响ACP技术应用的一些问题进行了讨论。研究为大气压冷等离子体技术在食品工业中的广泛应用提供了参考。