大氣壓常溫等離子體射流源及其在根管治療中的應用研究.pdf

1、大氣壓常溫等離子體射流(RT-APPJs)在生物醫(yī)學中有著很大的應用前景,這主要有兩個方面的原因,一方面其能在氣體溫度保持常溫的條件下產生大氣壓等離子體,另一方面,等離子體射流源將等離子體產生在周圍的開放空間,使得被處理的物體不受空間尺寸的限制,這對一些產業(yè)應用如等離子體醫(yī)學應用來說是至關重要的?，F(xiàn)如今,國內外已在RT-APPJs應用于滅菌消毒,皮膚病處理,血液凝結,癌細胞凋亡、口腔醫(yī)學等方面做了大量的研究工作,并取得了可喜的進展。其中

2、,RT-APPJs在口腔醫(yī)學中的應用包括治療齲齒,牙周病,口腔粘膜病,牙齒美白等。現(xiàn)階段,等離子體在口腔臨床中的應用還不成熟,本文主要從實驗角度研究了大氣壓常溫等離子體射流對口腔各種致病微生物的滅活及其機理研究以及等離子體的生物安全性檢測,結合將來臨床應用,對口腔疾病的治療特別是根管治療進行了深入細致地系統(tǒng)研究。
　　主要內容包括以下幾個方面:
　　1、適用于生物醫(yī)學特別是口腔根管治療的大氣壓低溫等離子體源的研制。(i)脈沖

3、直流驅動的電阻電容(RC)惰性氣體等離子體針裝置,該裝置以一根醫(yī)用注射器針頭為高壓電極,通過串聯(lián)的電阻電容與高壓脈沖電源相連,直接在牙齒根管內產生安全的常溫等離子體(氣體溫度~300K),對人體無電擊感,將活性粒子直接產生在根管內,使得一些活性高但壽命短的粒子,如帶電粒子能被高效利用,從而大大提高根管治療效果;(ii)脈沖直流驅動的RC空氣等離子體針裝置,此裝置直接使用周圍的大氣作為工作氣體,克服了空氣放電由輝光到弧光放電的風險,并保持

4、氣體溫度為常溫。不僅在等離子體源的設計上減去了復雜的氣路設計,使得裝置更加便捷小巧。
　　2、大氣壓常溫等離子體的診斷、各種成分在滅菌中的作用及條件優(yōu)化。采用發(fā)射光譜法,激光誘導熒光光譜法,NO檢測試劑盒等方法測量了等離子體射流中的各種活性物質(OH,NO,紫外等)含量。著重針對在病菌滅活中起著至關重要作用的OH分子和O原子,測量了等離子體射流裝置中的OH的絕對濃度以及O密度在射流中的空間分布,發(fā)現(xiàn)等離子體射流中的OH濃度最高為2

5、.4×1013cm-3。測量了不同電壓幅值,頻率,脈寬,氣體組分,氣流速度下的OH和O密度的時空分布,并通過比較各種條件下的滅菌效果,發(fā)現(xiàn)N*,He*及其離子以及電子等在等離子體射流的滅菌過程中作用不大,而活性氧粒子(如OH,O等)以及O的負離子等在滅菌過程中起到了主要作用。
　　3、等離子體射流對口腔內代表性浮游致病菌作用效果研究及處理條件優(yōu)化。針對口腔疾病特別是根管治療,選取了2種典型的致病細菌(糞腸球菌,牙齦卟啉單胞菌),口

6、腔最常檢出真菌(白色念珠菌)以及2種典型口腔病毒(腺病毒和單純性皰疹病毒I型),研究了等離子體對這幾種浮游致病微生物的滅活效果,發(fā)現(xiàn)等離子體對口腔各類致病微生物都有很好的殺滅效果,本文首次使用大氣壓常溫等離子體射流成功滅活了腺病毒,在8分鐘內使得病毒滴度下降至少2個量級。通過觀察等離子體處理前后微生物細胞的內外微觀變化,發(fā)現(xiàn)等離子體通過破壞細胞的骨架結構使得胞質流失,等離子體中的活性成分直接作用于細胞遺傳物質而導致微生物細胞死亡。同時,

7、等離子體的刻蝕作用可使得細胞瓦解,成為碎片。
　　4、等離子體射流滅活口腔致病菌生物膜的研究。針對致病菌在口腔內的常見形態(tài)—生物膜,本文分別采用常溫等離子體射流分別對單一細菌生物膜(糞腸球菌生物膜和牙齦卟啉單胞菌生物膜)和混合菌種生物膜進行了處理,成功滅活生長于平面基底上的細菌生物膜。并與傳統(tǒng)的抗生素藥物(洗必泰)治療效果進行了對比,發(fā)現(xiàn)等離子體處理效果明顯高于抗生素的處理效果。使用激光共聚焦顯微鏡手段首次研究了等離子體射流的作用

8、深度,發(fā)現(xiàn)在5分鐘內至少能穿透40微米以上的生物膜。若在工作氣體中混入藥物(洗必泰等)形成的載藥等離子體能增強對細菌生物膜的作用效果。
　　5、等離子體射流對牙齒根管治療效果研究。采用牙齒根管模型以及真實人牙接種牙齒根管疾病,使用等離子體射流裝置處理,并結合臨床實際,采用生理鹽水沖洗,藥物沖洗等輔助手段來進一步增強治療效果。發(fā)現(xiàn)單純等離子體在12分鐘就可以使得根管模型內部的病菌數(shù)量下降約5個量級,而使用生理鹽水沖洗輔助以及在工作氣

9、體中混入5.25％的次氯酸鈉(NaCLO)后,12分鐘可以使得病菌下降達6個量級。在真實的人牙根管處理中,15分鐘的單純等離子體處理也可以使得病菌量下降3個量級,而先使用2%洗必泰浸泡,再使用載有洗必泰的等離子體處理的實驗組在15分鐘使得根管內的病菌量下降達4個量級,達到了很好的治療效果。
　　6、等離子體射流生物安全性研究。分別對體外培養(yǎng)的成骨細胞以及家兔口腔頰黏膜和舌粘膜,黃金地鼠口腔頰囊粘膜進行了等離子體的生物安全性測試。結

10、果表明體外培養(yǎng)細胞的抗等離子體性能遠弱于動物細胞組織,在成骨細胞表層覆蓋一層液體可以大大降低等離子體對其活性的影響。而等離子體和藥物增強型等離子體處理10分鐘后的家兔及地鼠口腔黏膜的病理切片顯示,等離子體處理不會對細胞組織產生任何影響,表明等離子體對于動物和人體是十分安全的。
　　7、等離子體口腔綜合治療儀的研制。開發(fā)了一臺適用于牙齒根管治療、種植體周圍炎、牙周炎、牙齦炎、齲齒治療、口腔潰瘍等口腔疾病的等離子體口腔綜合治療儀。此樣