大气压低温等离子体疗法在小鼠伤口愈合过程中的实验研究

摘要

近年来大气压低温等离子体技术在生物医疗工程领域的应用作为一个新兴的研究领域，已经吸引了国内外众多研究课题组的兴趣。大气压低温等离子是一种很特殊的气体物质其中包含有活性含氧成分、活性含氮成分、电磁场、热量、紫外线和其他带电粒子以及自由基等。研究表明大气压低温等离子体已经表现出能够激发、提升、控制以及催化生物系统中多种复杂行为和反应的能力。大气压低温等离子体中包含有一氧化氮和过氧化氢等活性成分，大气压低温等离子体中的活性含氧成分已经被证明为具有广谱杀菌作用并且同时能够启动自然凝血机理使伤口迅速止血;过氧化氢可以通过激活氧化还原反应来影响伤口的闭合过程;一氧化氮在是一个影响皮肤对感染的反应的重要的中介物质，一氧化氮是可以影响许多生物功能包括调节凝血，免疫反应，神经通讯，放松平滑肌，调节荷尔蒙分泌，一氧化氮可以作为杀菌剂和抗癌剂等。大气压低温等离子体是在大气压环境下产生并不需要真空系统，工作气体可以为空气、稀有气体或者几中气体的混合物。大气压低温等离子体可以直接作用于各种材料和皮肤表面等;调节不同的放电参数比如电压、放电距离或者放电气体等可以调节大气压低温等离子体各种成分的组成，正是这种可接触性和可调性使得大气压低温等离子体更加适合应用在生物医疗领域。
　　皮肤是人体的最大的器官。皮肤的最基本的功能是保护人体的内环境不被一些病原体入侵避免引起严重的感染。因此长时间以来皮肤伤口的愈合吸引了广泛的关注。皮肤伤口的愈合是一个包括炎症期、增殖期和重建期的复杂动态生物过程。对任一时期的破坏都会导致伤口发展成为慢性难愈合的伤口、截肢甚至引起死亡的发生。尽管对慢性伤口的治疗有非常重大的临床意义，目前仍然没有一种行之有效的治疗方法。因此研究大气压低温等离子体在皮肤伤口愈合中的作用具有深远的意义。
　　本文的主要研究内容如下:
　　本文设计了手持式的大气压低温等离子体源，该大气压低温等离子体可以在常温大气压条件下击穿空气产生温和的大气压低温等离子体直接作用于伤口。该装置采用开关电源技术，把12V电压升高至十几kV。该电压足以击穿空气产生等离子体。该装置具有体积小、功耗低和方便携带等特点。该装置可以将电池的DC12V电压升高至输出为DC8000-15000V范围内可调，工作频率为30kHz。文中对整体电路的拓扑结构选择、变压器设计、脉冲调制模块设计、隔离反馈模块设计和整体设计几部分做了详细的介绍。实验证明本文设计的实验装置可以可靠的产生大气压低温等离子体。
　　为了验证低温等离子体在治疗伤口愈合中的作用，我们设计了并进行了动物实验，利用裸鼠的视窗伤口模型来研究大气压低温等离子体疗法的作用和效果。实验中我们把12只带有视窗取好伤口的裸鼠平均分为3组:①对照组，不用等离子体做处理;②用等离子体处理伤口，剂量为每天2分钟;③用等离子体处理伤口，剂量为每天30秒钟。并且采用实验室已有的多模态光学系统对伤口愈合情况进行无损评估。实验结果表明相比于治疗前大气压低温等离子体可以迅速提高伤口周围组织的血氧含量和血流速度;在伤口愈合过程中的观测表明治疗组的血流速度较对照组更早恢复正常水平。

目录

封面

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 大气压低温等离子体在生物医学工程中的应用分类

1．2．2 大气压低温等离子体在生物医学工程中的应用简介

1．3 课题意义和主要研究内容

1．3．1 课题的意义

1．3．2 课题的主要研究内容

1．3．3 论文的结构组织

第2章 大气压低温等离子体源的设计

2．1 引言

2．2 大气压低温等离子体源简介

2．3 便携式等离子体源设计方案

2．3．1 放电方法的选择

2．3．2 高压电源的硬件设计

2．4 预实验

2．5 本章小结

第3章 动物模型实验

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 动物饲养

3．2．2 鼠背视窗模型的建立

3．2．3 大气压低温等离子体治疗系统的搭建

3．2．4 多模态系统搭建和算法介绍

3．2．5 实验步骤

3．3 本章小结

第4章 实验结果分析

4．1 引言

4．2 结果分析

4．2．1 多模态影像分析

4．2．2 大气压低温等离子体治疗效果分析

4．3 本章小结

第5章 论文的总结与展望

5．1 总结

5．2 存在问题和工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文