大气压非平衡等离子体与皮肤组织作用机理研究

The cell and tissue can bear gas temperature of atmospheric pressure non-equilibrium plasma (APNP) by decreasing the thermal output of plasma, therefore, plasma biomedicine became one of the frontier research direction of gas discharge plasma. Skin is the largest human organ. The dermopathic treatment based on the APNP has become one of main development directions of plasma medicine, which has realized the preliminary treatment of chronic skin wound and atopic dermatitis. However, the dermopathic treatment based on the APNP still has the shortcomings of inefficiency of APNP sources, the limited penetration depth in the skin of APNP reactive species, the unknown therapy mechanism of APNP reactive species. This project is based on self-developed large arear uniform air plasma source, and plans tooptimize the penetration depth of APNP reactive species in skin lesion with complex construction, and master the interaction mechanism between the subcutaneous APNP reactive species and immune system, blood vessel. The implement of the project will provide experimental and theoretical guidance on the development of dermopathic treatment based on the APNP.

通过将能量集中于等离子体的电离和激发、降低热量输出，基于大气压非平衡等离子体(APNP)技术的等离子体生物医学逐渐成为放电等离子体领域的前沿研究方向之一。皮肤是人体最大的器官，基于APNP的皮肤病治疗已经成为等离子体生物医学的主要发展方向之一，但仍存在APNP活性成分透皮深度有限、APNP活性成分治疗机理不明得不足。针对这些不足，本项目计划在自行研制的大面积均匀空气APNP装置的基础上，研究不同类型皮损表面APNP关键活性成分产生规律；研究复杂结构皮损中APNP活性成分的扩散输运机理，并采用光动力、超声波和电穿孔等导入方法进行输运优化；研究透皮APNP活性成分加速血流和激活免疫系统的非本地作用机理；从而扩大APNP活性成分在复杂结构皮损中的作用范围，系统掌握APNP治疗皮肤病的初步作用机理。上述研究的实施将为基于APNP的皮肤病治疗的发展提供一定的实验和理论指导。

本项目针对目前等离子体实验治疗皮肤病过程中所暴露出的大气压非平衡等离子体（APNP）与皮肤组织作用机理不明的现状，在皮肤组织表面APNP产生、皮损组织中APNP活性成分的输运、透皮APNP活性成分治疗作用这三方面开展相关机理与规律研究。. 在不同类型皮损表面等离子体活性粒子产生规律研究方面，研发了多种不同结构、能够实现针对伤口和皮肤病高效处理的等离子体治疗装置，通过调节电压幅值、气体流速、装置与皮肤间距、气体混合比例等分析不同条件下皮损愈合的效果，分别确定了最优工作条件。系统使用双光子吸收激光诱导荧光、吸收光谱法及特殊气体探测器分别获得几种放电条件下O、O3、OH、NO、NO2的浓度，及光谱绝对测量法获得UV的强度，并与等离子体伤口效果进行综合分析。. 在复杂结构皮损中APNP活性成分输运机理研究方面，搭建Franz透皮扩散池，系统研究等离子体的透皮输运过程。采用格里斯试剂分光光度法测量溶解后长效等离子体活性成分及其衍生物在伤口组织中的扩散输运情况。使用扫描电镜和透视电镜观察等离子体作用后角质层形态和结构的变化，发现了等离子体通过强电场和氧化的综合作用，破坏角质层增强透皮的作用规律。. 透皮APNP活性成分的非本地效应作用机理研究方面，采用复合氧微电极传感器等方法确定透皮活性氧粒子提高是通过引起血管扩张、活性氮粒子浓度的增加能提高血液中NO含量加速处理区域附近血流的规律。通过白细胞荧光标记本地白细胞和输入性白细胞的变化情况，对比对照组输入性白细胞的变化情况确定引起输入性白细胞明显增加的透皮等离子体成分种类及其作用阈值，初步掌握等离子体激活免疫系统的机制。还研发了“等离子体活化油”制备装置、以及等离子体射流阵列治疗仪对小鼠银屑病模型进行治疗实验。. 所有研究目标均已完成，发表SCI论文9篇、授权发明专利2项，培养博士生2名，硕士生4名，在国内外重要学术会议上做邀请报告4次。