大气压He/H2O等离子体放射流OH(A)生成机制的研究

Hydroxyl radicals produced by atmospheric liquid containing plasmas play important role on bacteria killing and wound healing. A He/H2O plasma jet can produce abundant OH radicals with low gas temperature.OH(A) emitted at 309nm is a convinient way to monitor the OH production. At present, some possible reactions to produce OH(A)309nm are concluded, however, the main mechanism to produce OH(A)309nm and the influence of plasma working mode and water vapour concentration on OH(A)309nm generation are still not clear.It is generally regarded that the accurate measurements of electron density and electron temperature play key role on the analysis of OH production mechanism.In this project, the main generation and loss mechanisms of OH(A)309nm will be found out by both experimental measurements of time-spatial distribution of OH(A)309nm emission intensity, electron density and electron temperature at different working modes and water vapour concentrations, and neutral gas and plasma fluid simulations.The influence of plasma working mode and water vapour concentration on OH(A)309nm and OH(X) production and their flux arriving on the substrate is also investigated to optimize the He/H2O plasma jet for bio-medical application.

大气压液体参与的等离子体产生的OH在杀菌和伤口愈合过程中起着重要的作用，一种He/H2O等离子体放射流能低温产生丰富的OH颗粒。OH(A)在309nm处的辐射是一种监测OH产量的便捷途径，目前人们仅是对OH(A)309nm的可能产生途径进行了归纳，并未确定其主要生成机制以及OH(A)309nm随着等离子体工作模式和水蒸气含量改变而变化的原因。目前为止的研究认为，电子密度和电子温度的精确测量在分析OH生成机制的过程中起着非常关键的作用，本项目将在不同工作模式和水蒸气含量条件下，OH(A)309nm辐射强度、电子密度和电子温度的时空分布的实验测量基础上，通过与中性气流和等离子体流体模型仿真相结合，找出OH(A)309nm的主要产生和损失机制, 研究工作模式和水蒸气含量对基态OH(X)和激发态OH(A)的产量以及到达处理对象通量的影响，从而更好地指导He/H2O等离子体放射流在生物医学上的应用。

等离子体中含有的OH、O和H2O2等活性成分在杀菌和伤口愈合过程中起着重要的作用。对处理不耐高温的活组织，等离子体还需兼备低温的特点。一种DBD结构的He/H2O射流等离子体能低温有效地产生OH和H2O2。本项目在测得He/H2O射流等离子体中50µm空间分辨的相关辐射光谱，获得空间分辨的气体温度、振动温度、电子密度和电子激发温度的基础上，结合二维稳态中性气流模型和一维流体模型仿真，分析出影响激发态OH(A-X)309nm的产生和损失的原因为电子碰撞离解以及后续的OH+OH→H2O2反应。同时，生理盐水中H2O2形成研究表明：当水蒸气含量为1200ppm时，He/H2O射流等离子体在子弹工作模式下能够最为有效地生成H2O2。等离子体源停止作用后，生理盐水中的H2O2可以有较长的存储时间（55分钟时间内6%的降解），暗示出其可能的等离子体药学应用前景。