常压冷等离子体对人体组织模型的渗透作用及其调控

How deep can cold atmospheric-pressure plasmas act on human tissue? What are the main influence factors? And how can the effective depth be enhanced? These are among the most important open questions that faced by the plasma medicine, but no satisfactory answers are possible with current understanding and diagnostic technologies of plasma-tissue interactions. In recent years, researchers including ourselves have developed some tissue models and then investigated the penetration processes of reactive species which are crucial for plasma medicine, for the purpose to reflect the penetration effect of plasmas on human tissues. By analyzing and harnessing previous findings, in this project gelatin gels and BAMA minipig skin are chosen to model human tissue. This will then be used to study four typical types of reactive plasma species in terms of their passage through the tissue model, the related chemical reactions and possible strategies for controlling key chemical pathways. A numerical model will be developed for the whole interaction system of plasma and gelatin gel, and the reactive species in several forms of matter will be measured. The simulation and experiments are combined to enhance the accuracy and systematicness of the research results. Additional innovation is introduced with an external tuning of the penetration of plasma species using a biased voltage and radical scavengers applied to the tissue model. This provides a modulation of penetration depth of reactive species within tissue model and offers benefits of control and convenience in clinical studies. This study will benefit how the current understanding of plasma biomedicine is translated into clinical applications.

常压冷等离子体对人体组织能够作用多深？主要的影响因素有哪些？以及如何增加作用深度？这是等离子体医学面临的关键问题，在当前的理论与技术水平下难以通过直接研究来解决。近几年来，包括申请人在内的国内外学者通过构建人体组织模型，研究等离子体医学中起关键作用的活性粒子的渗透过程，以此反映等离子体对人体组织的渗透作用。本项目正是在前期研究的基础上，采用明胶水凝胶与巴马香猪皮肤构建人体组织模型，并设计等离子体源产生4种典型类别的活性粒子，进而研究它们的渗透过程、内在机制及其调控策略。采用仿真与实验相结合的研究方法，建立面向等离子体与明胶水凝胶整个作用体系的自洽仿真模型，并在多物质形态下对活性粒子进行直接测定，以此提高研究结果的准确性与系统性。创新性的引入作用体系之外的控制因子调控活性粒子的渗透深度，具有特异性、幅度大且便于临床应用的优点。本项目将有助于等离子体医学突破理论认知与应用范围的一个重要瓶颈。

常压冷等离子体对人体组织能够作用多深？主要的影响因素有哪些？以及如何增加作用深.度？这是等离子体医学面临的关键问题，在当前的理论与技术水平下难以通过直接研究来解决。近几年来，包括申请人在内的国内外学者通过构建人体组织模型，研究等离子体医学中起关键作用的活性粒子的渗透过程，以此反映等离子体对人体组织的渗透作用。本项目正是在总结前期研究经验的基础上，采用明胶水凝胶构建人体组织模型，并设计等离子体源产生4种典型类别的活性粒子，进而研究它们的渗透过程、内在机制及其调控策略。采用仿真与实验相结合的研究方法，建立面向等离子体与明胶水凝胶整个作用体系的自洽仿真模型，并在多物质形态下对活性粒子进行直接测定，以此提高研究结果的准确性与系统性。创新性的引入作用体系之外的控制因子调控活性粒子的渗透深度，具有特异性、幅度大且便于临床应用的优点。研究发现对于活性粒子的渗透速度而言，He+O2等离子体大于Ar+O2等离子体，并大于空气表面放电等离子体，进而揭示了气流场、电场在促进渗透方面的重要作用，提出了结合旋转电极、He和Ar掺杂来改变气流场，促进活性粒子处理均匀性的方法；以及采用气流场、电场和自由基清除剂提高活性粒子渗透速度的方法。研究工作发表论文15篇，其中14篇被SCI收录，申请发明专利2项，并在国际国内学术会议做特邀报告3次。本项目的研究将有助于等离子体医学突破理论认知与应用范围的一个重要瓶颈，对于等离子体医学应用的发展具有重要参考价值。