等离子体射流产生的活性成分在生物组织中的穿透机制研究

Plasma medicine has developed into an independent discipline, and quantitative research on the penetration depth and transmission mechanism of active components in plasma is an urgent problem in the clinical application of plasma. This project establishes the diagnostic model of plasma directly applied to the liquid phase active particles of biological tissue. Firstly, the most simple liquid phase environment, double-distilled water, will be used to determine the penetrating depth of the active particles by measuring the concentration of active particles in the water under the tissue section. Secondly, considering the complexity of real biological tissue cells, it is proposed to study the penetration of active groups in different liquid environments. In addition, combined with the gas phase active particles diagnosis way, by regulating the discharge parameters, respectively in the diagnosis of the gas phase, liquid phase density of active particles, thus establishing active particles from gas phase to transfer mechanism of biological tissue, optimization and regulation of active particles, make its precision controlled in biomedical applications. Finally, we will cultivate bacteria and fungi at the liquid environment through the tissue section and explore the plasma jet sterilization effect in order to study the relationship between sterilization and the concentration of active group. Quantitative research on the transfer mechanism of active ingredients in plasma in biological tissue provides theoretical guidance for precise control of plasma dose in clinical application.

等离子体生物医学应用已发展为一门独立学科，定量研究等离子体中的活性成分在生物组织中的穿透深度及其传递机制是等离子体临床应用急需解决的问题。本项目建立等离子体直接作用于生物组织的液相活性粒子的诊断模型。首先，采用最简单的液相环境——水，通过测量组织切片下水中活性粒子的浓度确定活性粒子的穿透深度问题。其次，考虑到真实生物组织细胞间质的复杂性，拟将真实生物组织切片置于不同液体环境中，研究活性基团的穿透情况。另外，结合气相活性粒子诊断方式，通过调控放电参数，诊断气相、液相活性粒子的密度，从而建立活性粒子从气相到生物组织的传递机制，优化和调控活性粒子，使其在生物医学应用中精准可控。最后，通过在组织切片下方的液相环境中培养细菌、真菌，探究等离子体射流穿透生物组织后的杀菌效果与测量的活性基团浓度之间的关系。定量研究等离子体中的活性成分在生物组织中的传递机制为临床应用中精准控制等离子体剂量提供理论指导。

低温等离子体在生物医学方面的应用被广泛认可，其富含的活性氮氧粒子被认为是其与生物组织相互作用时的关键有效成分。本项目围绕着活性氮氧粒子在生物组织中的穿透机制，及其从气相到液相的传递过程中存在的影响因素展开研究。经研究发现，活性氮氧粒子在猪肌肉组织中可穿透至1.25mm，皮肤组织对高活性氮氧粒子具有显著的阻挡作用，且角质层在阻挡活性粒子进入皮肤中发挥了重要的作用；其次，通过采用双电源激励的方式，实现了气相活性粒子的灵活调控，且发现脉冲电压与交流电压之间的相位差对活性粒子浓度具有重要的影响，当相位差为90度时，活性粒子浓度最高；通过改变液相成分以及液相中溶液的气体种类，可有效的影响活性粒子在液相中的浓度；第三，探究了等离子体用于促进经皮给药的可能性，经实验探究发现等离子体处理皮肤组织后，可提高大分子药物的经皮渗透率，等离子体活性粒子作用于角质层，产生氧化剥脱作用，破坏角质层的屏障作用；最后，研究了相同剂量的等离子体处理细菌和正常组织细胞时的作用效果的差异性，发现处理3min可全部杀灭大肠杆菌、铜绿假单胞菌及金葡菌，而处理成纤维细胞和上皮细胞24h后存活率可高达70%。本项目的研究结果，对于等离子体生物医学应用具有重要的参考意义，对于等离子体的临床应用具有指导意义。