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[硕士论文] 鲍平
电气工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:近来,等离子体医学在等离子体学和生物学领域受到了很多的关注。大多数等离子体医学处理对象是组织中的细胞(比如血液或者细胞培养基)。等离子体产生的气相活性物质能够传递到液体中并且有可能转换成不同类型的液相活性物质,从而作用于细胞或者组织,最终使得等离子体具有在不破坏细胞形态的情况下到达细胞内部并造成不可逆的损伤从而杀死细胞的能力。
  本文通过实验和仿真分析了等离子体在不影响细胞形态的情况下对细胞增殖的抑制以及灭活的能力,等离子体可以传递到液相并且在不破坏细胞形态的基础上造成细胞内蛋白质不可逆的损伤。以NO和OH为例,通过求解速率方程阐述了从气相传递到液相中物质浓度的演变过程。进一步采用等离子体和细胞在培养基中交互影响的数值模拟模型,研究通过液体中的质量守恒模型来研究溶解的活性物质(ROS(O2-,OH,H2O2,HO2,O3)和RNS(O2NO-,NO,NO2-,NO3-,O2NOH))的时空演化,对溶解的活性物质的反应机理和有效传递范围进行了分析。发现培养基中液体的PH值对于O2-,HO2,O2NO-和O2NOH的浓度有着非常重要的作用。酸性PH值环境下,物质HO2和O2NOH通过细胞膜的浓度升高,从而解释了酸性环境下等离子体治疗效率高的原因。我们进一步使用球对称的浓度场守恒方程研究了HO2,O2N O-和O2N OH等等离子体液相活性物质在细胞和亚细胞的浓度,发现等离子体的治疗可以提高细胞中O2NO-物质浓度的10倍,等离子体生成的HO2是超氧化物穿透细胞膜和破坏胞质延胡索酸酶B的唯一方法。该课题对等离子体“气相-液相-细胞”的全链条输送过程进行了深入研究,发现了等离子体形成的主要液相活性物质及其与细胞的作用机理,为后续研究工作的开展奠定了坚实的理论基础。
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