大氣壓常溫等離子體射流源及其在根管治療中的應(yīng)用研究.pdf

1、大氣壓常溫等離子體射流(RT-APPJs)在生物醫(yī)學(xué)中有著很大的應(yīng)用前景,這主要有兩個(gè)方面的原因,一方面其能在氣體溫度保持常溫的條件下產(chǎn)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(chǎn)生在周?chē)拈_(kāi)放空間,使得被處理的物體不受空間尺寸的限制,這對(duì)一些產(chǎn)業(yè)應(yīng)用如等離子體醫(yī)學(xué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。現(xiàn)如今,國(guó)內(nèi)外已在RT-APPJs應(yīng)用于滅菌消毒,皮膚病處理,血液凝結(jié),癌細(xì)胞凋亡、口腔醫(yī)學(xué)等方面做了大量的研究工作,并取得了可喜的進(jìn)展。其中

2、,RT-APPJs在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用包括治療齲齒,牙周病,口腔粘膜病,牙齒美白等?，F(xiàn)階段,等離子體在口腔臨床中的應(yīng)用還不成熟,本文主要從實(shí)驗(yàn)角度研究了大氣壓常溫等離子體射流對(duì)口腔各種致病微生物的滅活及其機(jī)理研究以及等離子體的生物安全性檢測(cè),結(jié)合將來(lái)臨床應(yīng)用,對(duì)口腔疾病的治療特別是根管治療進(jìn)行了深入細(xì)致地系統(tǒng)研究。
　　主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　1、適用于生物醫(yī)學(xué)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(qū)動(dòng)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(guò)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(nèi)產(chǎn)生安全的常溫等離子體(氣體溫度~300K),對(duì)人體無(wú)電擊感,將活性粒子直接產(chǎn)生在根管內(nèi),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(qū)動(dòng)的RC空氣等離子體針裝置,此裝置直接使用周?chē)拇髿庾鳛楣ぷ鳉怏w,克服了空氣放電由輝光到弧光放電的風(fēng)險(xiǎn),并保持

4、氣體溫度為常溫。不僅在等離子體源的設(shè)計(jì)上減去了復(fù)雜的氣路設(shè)計(jì),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(dǎo)熒光光譜法,NO檢測(cè)試劑盒等方法測(cè)量了等離子體射流中的各種活性物質(zhì)(OH,NO,紫外等)含量。著重針對(duì)在病菌滅活中起著至關(guān)重要作用的OH分子和O原子,測(cè)量了等離子體射流裝置中的OH的絕對(duì)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(cè)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(shí)空分布,并通過(guò)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(guò)程中作用不大,而活性氧粒子(如OH,O等)以及O的負(fù)離子等在滅菌過(guò)程中起到了主要作用。
　　3、等離子體射流對(duì)口腔內(nèi)代表性浮游致病菌作用效果研究及處理?xiàng)l件優(yōu)化。針對(duì)口腔疾病特別是根管治療,選取了2種典型的致病細(xì)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(duì)這幾種浮游致病微生物的滅活效果,發(fā)現(xiàn)等離子體對(duì)口腔各類(lèi)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(nèi)使得病毒滴度下降至少2個(gè)量級(jí)。通過(guò)觀察等離子體處理前后微生物細(xì)胞的內(nèi)外微觀變化,發(fā)現(xiàn)等離子體通過(guò)破壞細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu)使得胞質(zhì)流失,等離子體中的活性成分直接作用于細(xì)胞遺傳物質(zhì)而導(dǎo)致微生物細(xì)胞死亡。同時(shí),

7、等離子體的刻蝕作用可使得細(xì)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(duì)致病菌在口腔內(nèi)的常見(jiàn)形態(tài)—生物膜,本文分別采用常溫等離子體射流分別對(duì)單一細(xì)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(jìn)行了處理,成功滅活生長(zhǎng)于平面基底上的細(xì)菌生物膜。并與傳統(tǒng)的抗生素藥物(洗必泰)治療效果進(jìn)行了對(duì)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(nèi)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(qiáng)對(duì)細(xì)菌生物膜的作用效果。
　　5、等離子體射流對(duì)牙齒根管治療效果研究。采用牙齒根管模型以及真實(shí)人牙接種牙齒根管疾病,使用等離子體射流裝置處理,并結(jié)合臨床實(shí)際,采用生理鹽水沖洗,藥物沖洗等輔助手段來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)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(nèi)部的病菌數(shù)量下降約5個(gè)量級(jí),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(dá)6個(gè)量級(jí)。在真實(shí)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(gè)量級(jí),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(shí)驗(yàn)組在15分鐘使得根管內(nèi)的病菌量下降達(dá)4個(gè)量級(jí),達(dá)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(duì)體外培養(yǎng)的成骨細(xì)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(jìn)行了等離子體的生物安全性測(cè)試。結(jié)

10、果表明體外培養(yǎng)細(xì)胞的抗等離子體性能遠(yuǎn)弱于動(dòng)物細(xì)胞組織,在成骨細(xì)胞表層覆蓋一層液體可以大大降低等離子體對(duì)其活性的影響。而等離子體和藥物增強(qiáng)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(huì)對(duì)細(xì)胞組織產(chǎn)生任何影響,表明等離子體對(duì)于動(dòng)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(kāi)發(fā)了一臺(tái)適用于牙齒根管治療、種植體周?chē)?、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