本文關(guān)鍵詞：大氣壓介質(zhì)阻擋等離子體放電模式轉(zhuǎn)化及其與細胞相互作用的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：大氣壓冷等離子體可以在氣體溫度保持在室溫附近的條件下產(chǎn)生大量的活性粒子,且其產(chǎn)生不需要昂貴復雜的真空設(shè)備,使用方便,具有極為廣泛的應用。其中用等離子體處理生命組織和細胞,比如用于殺菌、誘導癌細胞凋亡等都是新興的應用領(lǐng)域,在臨床治療中用冷等離子體取代藥物或者輔助藥物治療,有望取得更好的治療效果。細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位,研究等離子體與細胞的相互作用是等離子體醫(yī)學的重要基礎(chǔ),對揭示等離子體生物醫(yī)學應用的內(nèi)在機理具有重要意義。本文首先熟悉了放電等離子體本身的特性,通過流體模擬并與實驗結(jié)果相對比,系統(tǒng)研究了頻率從kHz到MHz變化過程中大氣壓氦氣介質(zhì)阻擋放電的各種放電模式及其轉(zhuǎn)化。然后將大氣壓介質(zhì)阻擋等離子體的流體模型和細胞多層介電模型耦合起來,研究了大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體與細胞的相互作用。得到以下主要結(jié)論:大氣壓氦氣介質(zhì)阻擋放電的放電模式,在每種頻域下可分為低功率模式和高功率模式,在25kHz至100kHz的低頻域有湯森放電模式和輝光放電模式,在中頻域200kHz至3MHz則有Ω模式和混合模式,而到了射頻頻域,在5MHz至15MHz的高頻域則有Ω模式和α模式。中頻域是低頻和高頻的一個過渡區(qū)域,其混合模式的特征是低頻輝光放電和高頻α模式特征的混合,混合模式的放電結(jié)構(gòu)不如低頻輝光放電模式和高頻α模式的穩(wěn)定,隨著頻率或電壓的上升,其放電結(jié)構(gòu)中α模式的特征逐步增大而低頻輝光放電模式的特征逐步減小,最終過渡到射頻頻域的α模式,可以這樣說,從低頻域下輝光放電模式到中頻域的混合放電模式,再到到高頻域的α模式,這給出了隨著頻率的變化放電模式的完整演化。在大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體的作用下,細胞膜電壓占據(jù)了細胞總體電壓降落的絕大部分,細胞質(zhì)、核質(zhì)、核膜等其他各層的電壓較小并且呈脈沖形式在放電期間出現(xiàn)峰值;當提高外施電壓的幅值或頻率時,細胞各層的電壓會有所增加,但當提高電壓幅值時細胞膜比核膜電壓增加得快,而提高頻率時核膜電壓比細胞膜電壓增加得快。對比正常細胞和腫瘤細胞,發(fā)現(xiàn)正常細胞總體所承受到的電壓比腫瘤細胞小,這有利于正常細胞的外膜不被擊穿。對于細胞內(nèi)膜,在放電期間正常細胞的內(nèi)膜電壓比腫瘤細胞的要小,但是在非放電期間正常細胞的內(nèi)膜電壓比腫瘤細胞的要大,正常細胞內(nèi)膜這種對電壓沖擊削峰填谷的特征有利于其不受電傷害。腫瘤細胞內(nèi)外膜比正常細胞更容易擊穿,通過外施2kV和7kV的電壓發(fā)現(xiàn),在兩種外施電壓下所有細胞內(nèi)膜都沒有擊穿,而7kV時兩種細胞外膜都發(fā)生了擊穿,2kV時腫瘤細胞外膜擊穿了而正常細胞外膜沒有擊穿,故可以通過參數(shù)選擇來實現(xiàn)細胞選擇性電穿孔。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O461.2

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本文編號：1263260