低温等离子体刷对活体皮肤癣菌的作用及机理研究

Atmospheric pressure plasma technology has been shown to be potentially useful for material surface modification, “three wastes” treatment, especially biological sterilization. However, in the research of plasma sterilization, there still exist many problems, including non-control sizes of the plasma plume, limited to the medium, lack of practical in vivo experimentation and other issues. In this work, the vivo dermatophytosis will be treated by a high-flexibility and high-controllability plasma brush, which size of the plasma plume could be changed. Temporal and space dynamics will be diagnosed by high-resolution spectroscopy, ICCD high-speed camera and fast pulse high voltage probe. The standard skin pathogenic fungi will be inoculated on live skin. After plasma treatment, the cell morphological changes of the dermatophytosis will be observed through scanning probe microscopy and laser confocal microscopy; The treatment depth of plasma was explored by medical microscopy and case analysis; The flow cytometry will be used to detect the ROS and NO’s content of mycelium. Then we can judge the progress of in vivo sterilization, in order to find the relationship between the discharge conditions and in vivo sterilization. Finally, the mechanism of the action of low temperature plasma on the vivo dermatophytosis was obtained. This program provides theoretical and experimental basis for the development of plasma physics. It will provide valuable reference for the further clinical application of plasma.

大气压等离子体技术在材料表面改性，三废处理，尤其是在生物灭菌方面具有广阔的应用前景。但目前在灭菌方面的研究仍存在等离子体羽尺寸不可调、实验样品局限于培养基上、缺乏活体实验等问题。在本课题中，我们利用一种灵活性高、可控性强、等离子体羽尺寸可调的等离子体刷对活体癣菌进行处理。通过高分辨光谱仪、ICCD高速摄像机、快脉冲高压探头等仪器来诊断等离子体羽的时空动力学特性；将标准的皮肤致病癣菌接种在活体皮肤上进行实验。利用激光共聚焦显微镜、扫描探针显微镜检测样品处理后的细胞形态学变化;引用医学镜检和病例分析探究等离子体的处理深度；结合流式细胞仪对菌体的ROS和NO含量进行检测，从而评判等离子体活体灭菌过程中细胞凋亡的进展情况，推论出放电条件与活体灭菌之间的关系，最终得出低温等离子体对活体癣菌的作用机理。为等离子体物理和生物临床医学的发展提供理论和实验基础，为等离子体进一步走向临床应用提供有价值的参考。

目前在灭菌方面的研究仍存在等离子体羽尺寸不可调、实验样品局限于培养基上、缺乏活体实验等问题。在本课题中，我们利用一种等离子体羽尺寸可调的等离子体刷对活体癣菌进行处理。通过高分辨光谱仪、快脉冲高压探头等仪器来诊断等离子体羽的时空动力学特性；将标准的皮肤致病癣菌接种在活体皮肤上进行实验。利用激光共聚焦显微镜、扫描探针显微镜检测样品处理后的细胞形态学变化;引用医学镜检和病例分析探究等离子体的处理深度；结合流式细胞仪对菌体的ROS和RNS含量进行检测，评判等离子体活体灭菌过程中细胞凋亡的进展情况，推论出其作用机理。.项目经过前三阶段的实验研究取得了以下进展和成果：.1、在大气压条件下，以氧气和氦气的混合气体作为工作气体产生温度在25°左右的非平衡低温等离子体。等离子体羽的形状为刷状，放电形式为介质阻挡放电。通过示波器检测放电电压-电流波形图并结合发射光谱图验证了装置在电压为1.6kV，频率为9.92kHz时产生类辉光放电等离子体。其中含有大量活性含氧粒子如：O，OH-和O3等。这些活性粒子可以破坏细菌内的不饱和脂肪酸，同时它们对于细胞的外部结构具有很强的氧化作用，这可能是杀灭红色毛癣菌和石膏样小孢子菌的主要灭菌机理。.2、通过标准菌株的接种，在活体SD大鼠上成功建立了红色毛癣菌和石膏样小孢子菌感染的动物模型。.3、通过活体动物模型预实验，利用细胞形态学分析方法结合医学切片检测手段，检测了SD大鼠在等离子体刷照射前、后，皮肤表皮的HE染色变化、RNS和ROS含量变化。通过对比可以发现等离子体刷照射后表皮深处组织松散，RNS和ROS含量有所提高。具体完整结果需要进一步实验。通过现有实验数据分析可以得出初步结论即：低温等离子体刷对于活体动物模型皮肤癣菌具有一定的杀灭作用。.经过第四阶段完整实验，可以将项目的研究内容全部完成，并可得到项目的预期成果。为等离子体物理和生物临床医学的发展提供理论和实验基础，为等离子体进一步走向临床应用提供有价值的参考。