等离子体射流及其医学应用_卢新培

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1、高电压技术第３７卷第６期２０１１年６月３０日１４１６ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ３０，２０１１等离子体射流及其医学应用卢新培（华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室，武汉４３００７４）摘要：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（Ｎ－ＡＰＰＪ）的研究现状进行阐述，结合作者课题组所作的研究，以及国

2、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的Ｎ－ＡＰＰＪ。此外，由于等离子体医学的发展与Ｎ－ＡＰＰＪ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Ｎ－ＡＰＰＪ在口腔医学和诱导癌细胞凋亡这两个研究方向的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。关键词：大气压等离子体；非平衡等离子体；等离子体射流；等离子体医学；介质阻挡放电；口腔医学；细胞凋亡中图分类号：ＴＭ８９文献标志码：Ａ文章编

3、号：１００３－６５２０（２０１１）０６－１４１６－１０ＰｌａｓｍａＪｅｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＬＵＸｉｎ－ｐｅｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｌａｓｍａｊｅｔｄｅｖｉｃｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｐｌａｓｍａｐｌｕｍｅｓｉｎｏｐｅｎｓｐａｃｅ（ｓｕ

4、ｒｒｏｕｎｄｉｎｇａｉｒ）ｒａｔｈｅｒｔｈａｎｉｎｃｏｎｆｉｎｅｄｄｉｓ－ｃｈａｒｇｅｇａｐｓｏｎｌｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｙｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｄｉｒｅｃｔｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｒｅｉｓｎｏｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔｔｏｂｅｔｒｅａｔｅｄ．Ｔｈｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｓｖｅｒｙａｔｔｒａｃｔｉｖｅｆｏｒｖａｒｉｏｕｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈａｓｐｌａｓｍａｍｅｄｉｃｉｎｅ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｓｔａｔｅｓｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒ

5、ｅｎｏｎ－ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｌａｓｍａｊｅｔｓａｒｅｏｖｅｒｖｉｅｗｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌｔｙｐｉｃａｌｐｌａｓｍａｊｅｔｄｅｖｉｃｅｓ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｎｏｂｌｅｇａｓ，ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄａｉｒａｓｗｏｒｋｉｎｇｇａｓｅｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｐｌａｓｍａｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｗｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｐｉｃｓｏｆｐｌａｓｍａｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｉ．ｅ．ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｏｒａｌｂａｃｔｅｒｉａａｎｄｉｎｄｕ

6、ｃｉｎｇａｐ－ｏｐｔｏｓｉｓｏｆｃａｎｃｅｒｃｅｌｌｓｂｙｕｓｉｎｇｐｌａｓｍａｊｅｔｓ，ａｒｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｏｎｐｌａｓｍａｊｅｔｓａｎｄｐｌａｓｍａｍｅｄｉｃｉｎｅｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｐｌａｓｍａ；ｎｏｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｌａｓｍａ；ｐｌａｓｍａｊｅｔ；ｐｌａｓｍａｍｅｄｉｃｉｎｅ；ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｏｒａｌ；ａｐｏｐｔｏｓｉｓ善材料的生物兼容性

7、、生成纳米材料等。此外，在低０引言气压下比较容易产生均匀的等离子体，这对于许多对于低气压放电，由于气体的密度较低，电子与应用，如表面改性、刻蚀等是至关重要的。然而，低中性粒子的碰撞频率也比较低，因此电子在电场的气压下产生等离子体具有一个致命的缺点，即真空作用下比较容易获得较高的能量。这就使得电离较系统是不可避免的。这就使得低气压等离子体只能为容易发生，导致在低气压条件下比较容易获得较用于那些具有高附加值且适合于真空条件下的应高密度的等离子体，此时活性粒子的浓度也相对较用。高，同时还能保证气体的温度保持在较低的水平。为了

8、克服低气压等离子体的缺点，研究者在大这就使得低气压非平衡等离子体在工业中具有广泛气压条件下通过放电产生了非平衡等离子体，从而的应用，如等离子体刻蚀、材料表面改性与清洗、改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，其中包括基金资助项目：国家自然科学基金（１０８７５０４８；５１０７７０６３）；高