大气压沿面放电等离子体中活性物种 OH、NO、N2(A)的激光诱导荧光诊断研究

Surface discharge plasma at atmospheric pressure has an enormous application potential in plasma medicine and plasma biology.The in-situ density measurements of reactive species is a key issue to increase the efficiency of the plasma medicne processing and unravel the mechanism of the plasma physico-chemical and biological effects.The species of OH, NO in air surface discharge plasma have been proposed to play very important roles in plasma medicine and plasma biologic modification, but the detailed mechanism is unclear due to the shortage of adequate diagnosis data. The measurements of species in ground state are very difficult using traditional diagnostic techniques due to limited accessing space for diagnosis system in the surface micro-discharge configuration. Laser Induced Flourescence (LIF), with very high sensitivity and highly spatial and temporal resolution, has been sucussefully appllied in the diagnosis of reactive species in a jet discharge plasma at atmospheric pressure. In this project, we will carry out direct in-situ measurements of the species density and investigations on the density distribution-functions of OH, NO, N2(A) versus space and time along the surface discharge-zone.The results will improve the understanding of the physico-chemical and biological mechanism and enhance the processing efficiency of plasma medicine and plasma biology in air surface discharge plasma at atmospheric pressure.

大气压沿面放电等离子体在等离子体医学和生物学领域有巨大的应用潜力。等离子体中活性物种浓度的原位测量和调控对改进等离子体医疗及生物处理工艺，探索等离子体医学及生物效应的微观机理具有重要意义。研究表明含空气沿面放电等离子体中的OH，NO等物种在等离子体生物医学过程起重要作用。但因缺少相关诊断研究，其作用机理仍停留在经验猜测水平。由于沿面放电等离子体空间分布的特殊限制，传统的诊断手段很难对处于基态的活性物种实现原位测量。激光诱导荧光（LIF）方法，具有高灵敏度和高时间空间分辨率，近年来已经被成功应用于大气压射流等离子体中活性物种的诊断研究。本项目拟通过LIF手段，直接对这些物种进行高分辨原位测量，建立物种浓度沿放电电极表面的空间及时间分布数据库，探索这些物种引发沿面放电等离子体物理化学及生物学效应的微观机理，为相关的等离子体医学工艺优化提供机理支持。

大气压沿面放电等离子体在等离子体医学和生物学领域有巨大的应用潜力。等离子体中活性物种浓度的原位测量和调控对改进等离子体医疗及生物处理工艺，探索等离子体医学及生物效应的微观机理具有重要意义。课题组利用激光诱导荧光技术的高时间空间分辨特性，开展了沿面放电等离子体中OH 自由基、NO以及N2(A)物种的激光诱导荧光（LIF）诊断研究，实现了大气压沿面放电等离子体中 OH、NO物种的分布成像诊断，重点研究了放电中产生的OH和NO的绝对浓度及空间和时间分布特性，以及OH自由基和NO物种的绝对浓度随气体配比、输入功率等参数的变化规律。同时，考察了连续和调制放电模式电源驱动方案对于活性物种浓度空间分布特性的影响，通过优化沿面放电等离子体源及电极结构，改变沿面放电参数，获得了这些物种浓度对放电参数的函数关系，为实现物种的可控产生提供实验数据。研究结果表明OH自由基的传输主要受离子风影响，在垂直电极表面方向传输距离可达约8mm，在氦气放电中NO的寿命及传输距离均长于OH自由基，传输距离可超过20mm。此外课题组通过生物实验，评估了OH的分布特性对等离子体医疗效果的影响。结果表明OH自由基在酵母细胞的杀菌过程中发挥了主要作用。酵母细胞的杀菌率随着OH密度的增加而增加。本项目通过平面LIF测量方法，直接对关键物种进行了高分辨原位测量，初步建立了物种浓度沿放电电极表面的空间及时间分布数据库，为进一步将大气压沿面放电等离子体应用于等离子体医学应用提供了重要的实验数据支撑。