大气压等离子体放电诱导血吸虫尾蚴凋亡机制研究

In this program, we will develop the plasma source in lab-scale for schistosoma japonicum cercaria which can directly infect man and beast. By the apparatus, we will take the experiments on apoptosis of cercaria and find the relations between discharge parameters and inactivated efficiency. Then the discharge parameters will be optimized to improve the inactivated efficiency. With the results of theory and experiment, we will explore the apoptosis mechanisms and further reveal the effect of plasma on common microbe. The way of atmospheric plasma on the preventive treatment of schistosoma japonicum hasn’t reported internationally. The development of the technology will compensate medicine’s shortcoming such as large quantity and serious contamination. By the study, the theoretical and experimental results will be helpful to improve the development on plasma biomedical.

本项目以直接感染人畜的血吸虫尾蚴为对象，利用绿色环保的大气压放电等离子体技术，研制出实验室规模的等离子体杀灭尾蚴装置。进行尾蚴凋亡实验，找到等离子体放电条件与尾蚴灭活之间的关系，优化放电参数，提高灭活效率，发展尾蚴灭活新技术。结合理论和实验结果探索出尾蚴凋亡理论机制，并进一步揭示大气压等离子体对一般微生物的作用机制。采用大气压等离子体放电的方法进行血吸虫防治的研究，此方法国际上尚未见有关报道。通过该技术的研发，有望弥补常规药物和施药方法防治血吸虫尾蚴，用药量大，环境污染严重的缺点。并为等离子体生物医学的发展、应用提供理论和实验基础。

针对血吸虫尾蚴的生理生化特性，本项目以直接感染人畜的尾蚴为对象，采用大气压等离子体放电的方法进行血吸虫防治研究，以弥补药物防治带来的环境污染等问题。项目执行期间设计了IGBT驱动及保护电路，由此构建了等离子体高压电源，具有结构简单、参数可调、成本低等优点；研制了适合于尾蚴杀灭实验的介质阻挡放电、滑动弧放电等离子体源，以及几种适合于水处理的等离子体发生装置及水面微生物检测装置。利用自制介质阻挡放电装置进行了血吸虫尾蚴凋亡实验，氧气和空气等离子体放电处理10分钟后尾蚴存活率分别下降到了12%和20%。另外提出了一种比介质阻挡放电更适合于杀灭水面微生物的处理方法即大气压滑动弧空气射流放电方法，用于血吸虫尾蚴凋亡实验也取得了较好的效果。结合放电光谱测试，分析探讨了等离子体中各种活性物种与尾蚴之间相互作用的机制，推断出氧气放电时激发态O原子是致死尾蚴的关键粒子，而空气放电时激发态的NO分子才是致死尾蚴的关键粒子。期间于2016年获批组建了赣南师范大学学科协同创新团队“低温等离子体物理及其应用研究创新团队”，在此基础上于2018年获批成立赣南师范大学“低温等离子体技术研究所”校级研究机构，为开展等离子体技术及其应用研究提供了更好的平台条件。本项目发表相关研究论文8篇，其中6篇SCI检索；参加学术会议并提交会议论文4篇，申请专利17项（含8项已授权），较好的达到了预期目标。本项目的实施为等离子体生物医学的发展、应用提供了一定的理论和实验基础。