等离子体射流和其医学应用

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1、等离子体射流及其医学应用　　由于大气压非平衡等离子体射流装置能够在开放空间、而不是如传统放电仅在放电间隙内产生等离子体，这个显著优点对于许多应用，特别是近几年来兴起的等离子体医学方面的应用是至关重要的。为此，首先对大气压非平衡等离子体射流的研究现状进行阐述，结合作者课题组所作的研究，以及国内外其他研究者的成果，分别介绍几种以惰性气体、氮气和空气作为工作气体的典型。此外，由于等离子体医学的发展与的发展是紧密联系的，还简要介绍了等离子体医学的发展历史，并对等离子体医学的两个代表性的研究方向，即在口腔医学和诱导癌细胞凋亡这两个研究方向的

2、最新研究成果作了概述。最后对等离子体射流和等离子体医学所面临的一些问题，及未来的研究方向进行了展望。　　对于低气压放电，由于气体的密度较低，电子与中性粒子的碰撞频率也比较低，因此电子在电场的作用下比较容易获得较高的能量。这就使得电离较为容易发生，导致在低气压条件下比较容易获得较高密度的等离子体，此时活性粒子的浓度也相对较高，同时还能保证气体的温度保持在较低的水平。　　这就使得低气压非平衡等离子体在工业中具有广泛的应用，如等离子体刻蚀、材料表面改性与清洗、改善材料的生物兼容性、生成纳米材料等。此外，在低气压下比较容易产生均匀的等离子

3、体，这对于许多应用，如表面改性、刻蚀等是至关重要的。然而，低气压下产生等离子体具有一个致命的缺点，即真空系统是不可避免的。这就使得低气压等离子体只能用于那些具有高附加值且适合于真空条件下的应用。　　为了克服低气压等离子体的缺点，研究者在大气压条件下通过放电产生了非平衡等离子体，从而避免了复杂且昂贵的真空系统。但是在大气压下产生非平衡等离子体，人们面临着诸多困难，其中包括等离子体的气体温度都相对比较高、容易过度到非均匀放电和弧光放电等。在过去的20多年里，人们采用了多种手段去克服这些问题，如介质阻挡放电、微放电等，从而使得在大气压下

4、产生均匀的、气体温度较低的非1416平衡等离子体变为可能。　　但是，在大气压下放电，由于气体的击穿电压较高，因此放电间隙通常在几mm到几cm的量级，这就使得被处理样品的尺寸受到了限制。此外，有的样品放到放电间隙中还会影响放电的稳定性。如果将被处理物放置在放电间隙外，通过气体流动的方法使放电所产生的活性粒子输运到样品表面来达到处理目的，则带电粒子及一些寿命较短的活性粒子在到达样品前就可能已经消失了，从而大大降低了处理效果。为了克服上述缺点，近年来研究者研制出了大气压非平衡等离子体射流。　　由于大气压非平衡等离子体射流能够在开放的空间

5、、而不是在间隙内产生大气压非平衡等离子体，这就使得许多应用的实现成为可能。正是由于的这个显著优点，近年来在国际上上掀起了N-APPJ的热潮。为了满足各种特定应用的需要，人们研制出了多种多样的。在射流的研究中取得了诸多突破，射流的长度从几mm到十几cm，射流的气体温度从几百到常温，工作气体从以惰性气体为主到完全用周围空气。　　推动N-APPJ研究热潮的非常重要的原因之一是等离子体医学的发展。等离子体医学是近几年发展起来的一门新兴的交叉学科。等离子体医学的发展与N-APPJ的发展几乎是同步的。特别是近几年来，研究者希望将大气压非平衡等

6、离子体用于人体和动物的临床应用，这就迫切需要研制出适合于各种具体应用的装置。因为不可能将人体或动物放置到一个放电间隙里，当N-APPJ与人体相接触时，必须保证人体的绝对安全。也就是说此时不仅要求的气体温度基本保持在常温，而且要求该等离子体不会对人体造成任何电伤害。幸运的是，通过研究者的不懈努力，人们研制出了多种可用于人体或动物进行直接处理的N-APPJ。　　虽然早期人们发表过几篇关于非平衡大气压等离子体射流的综述论文，但由于该研究方向在最近几年的迅速发展，这些早期的论文当然也就没有包含最近几年研究者所取得的最新研究成果。此外，最近

7、这些年人们在N-APPJ所取得的研究成果非常多，研制出了多种多样的N-APPJ装置，本论文不可能一一介绍。因此，本文将首先对一些典型的N-APPJ作简要介绍，以这些射流源的工作气体为主线，先介绍以惰性气体为工作气体的N-APPJ，然后介绍以氮气为工作气体的N-APPJ，接着讲述以空气作为工作气体的N-APPJ。　　此外，如前所述，等离子体射流的发展与等离子体医学的发展是紧密联系的。因此，本论文的第３部分也对等离子体医学的发展历史做个简要的回顾；对N-APPJ中的各种活性成份与生物体相互作用中所起的潜在作用进行分析。由于等离子体医学

8、的应用领域非常广泛，本文仅介绍等离子体医学在口腔医学和诱导癌细胞凋亡这两个具有代表性应用方向的最新研究成果。　　文章最后对当今等离子体射流与等离子体医学的研究现状进行了总结，并对其所面临的问题和研究前景进行了展望。　　非平衡大气压等离子体射流惰性气