Исследование источника холодной плазмы

СЕКЦИЯ 5. СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ХОЛОДНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В МЕДИЦИНЕ
Виноградова О.И., Телицкий С.Ю., Великая В.В.
Научный руководитель: Алейник А.Н., с.н.с.
Томский Политехнический Университет, г. Томск, пр. Ленина, 30
Томский Военно-Медицинский Институт, г. Томск, пр. Кирова, 49
НИИ Онкологии ТНЦ СО РАМН, г. Томск, пер.Корпоративный, 5
E-mail: [email protected]
До настоящего времени использование в медицине неравновесной плазмы было ограниченным, однако, в последнее время ситуация быстро
меняется и особое внимание уделяется методам
ее воздействия на живые ткани. В неравновесной
плазме ионы и нейтральные частицы имеют очень
малую энергию, поэтому температура такой плазмы небольшая. В ТПУ разработан источник холодной плазмы (температура < 45°C) для исследования ее взаимодействия с живыми организмами. Предварительные результаты показывают, что
после обработки крови неравновесной плазмой,
она коагулирует в течение 5-10 секунд. При этом
наблюдается эффективное стерилизующее воздействие, в результате чего процесс выздоровления значительно ускоряется.
Плазма образуется с помощью барьерного
разряда. Вид разряда показан на рис. 1.
Рис.1. Вид плазмы для обработки биологических
объектов.
Рис. 3. Время коагуляции крови. 1– обработанный
образец; 2– контрольный образец; 3– кровь с антикоагулянтом (цитрат); 4 – кровь с антикоагулянтом (гепарин).
Механизм ускорения коагуляции крови к настоящему времени остается невыясненным. Скорее всего, он связан с наличием в плазме активных химических реагентов, таких как O3, NO, HO,
H2O2, атомарного кислорода и других.
Далее исследовалась возможность стерилизации бактерий с помощью разработанного прибора.
Проверено влияние плазмы на инактивацию микроорганизмов. Образцы были взяты с кожи здорового человека и выращены в питательной среде
до концентрации 109 мл-1. Инактивация проводилась в воздушной среде при атмосферном давлении и температуре 297 К. Кривая выживания показана на рис. 4.
Для исследования коагуляции крови под воздействием холодной плазмы, две капли крови были помещены на предметное стекло.
Стекло располагалось на заземленном электроде. Расстояние между образцом крови и барьером равно 2 мм. Первая капля была обработана
плазмой в течение 15 секунд, вторая – служила
контрольным образцом. Время коагуляции для
первого образца равнялось 15 с, в то время как,
для контрольного 300 с. Далее, кровь была разбавлена двумя видами антикоагулянтов – цитрат и
гепарин в стандартном контейнере в процентном
отношении согласно требованиям гематологии.
Время коагуляции для всех видов образцов показано на рис. 3.
Рис.4. Количество выживших бактерий в зависимости от времени обработки.
На кривой выживания можно выделить два
участка – крутой до 5 с и пологий. В течение пер-
525
XIV Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
вой фазы стерилизации активные частицы плазмы
воздействуют на внешнюю мембрану клеток, индуцируя в ней необратимые изменения. После
того как мембраны получили достаточное количество повреждений, происходит интенсивная гибель клеток. Последующая фаза, очевидно, обусловлена наличием микроорганизмов, имеющих
более устойчивую мембрану и различными условиями обработки.
Стерилизация осуществляется за счет следующих механизмов: воздействия УФ-излучения и
химических реакций, вызываемых активными частицами плазмы. В принципе, холодная плазма
способна уничтожить любые виды бактерий.
Для проверки практического применения плазмы по стерилизации биологических объектов проведен следующий эксперимент. Кусок говяжьего
мяса из холодильника после оттаивания был разрезан на две равные части, объемом примерно 20
3
см . Первый обрабатывался плазмой один раз в
сутки в течение 15 с, второй являлся контрольным
образцом. Образцы хранились в полиэтиленовых
пакетах при температуре 300 К. Контрольный образец потемнел на вторые сутки, в то время как,
обработанный имел розовую окраску на 5 день
хранения.
Воздействие неравновесной плазмы на живой
организм проверялось на собаке. Был сделан разрез глубиной 5 мм и длиной 10 см на внутренней
части задней лапы. После этого проводилась обработка раны плазмой. На краях раны кровь свернулась в течение 5 сек. Однако, возникли затруднения при обработке раны в глубине разреза, так
как форма электрода не позволяла достичь дна
раны.
С помощью прибора проводилась инактивация
микроорганизмов на поверхности язвы, образовавшейся после курса радиотерапии. До лечения
размер раны составлял 30 см в диаметре и глубиной 5 мм, внутри был толстый слой некрозной ткани. В течении полугода она не поддавалась лечению никакими средствами. Обработка холодной
плазмой позволила ускорить процесс заживления
с помощью озонотерапии.
Плазма может применяться в разных областях
медицины, в том числе и стоматологии. Для проверки применения в данной области зубы были
обработаны источником холодной плазмы.
Рис.6. Вид плазмы при обработке зубов
Результаты показали, что при воздействии источника на микроорганизмы вызывающие такие
заболевания как кариес, стоматит и т.д. происходит их интенсивная гибель, что приводит к скорейшему выздоровлению.
Таким образом, разработанный источник холодной плазмы, может применяться в различных
медицинских и биологических приложениях. Показано эффективное стерилизующее действие
плазмы и способность ускорять процесс коагуляции крови.
Библиографический список
3.
4.
Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge
Plasma.// IEEE Transactions on Plasma Science. –
2007. - Vol.35. №5. P.1559-1566
Roth J., Nourgostar S., Bonds A. The One Atmospheric Uniform Glow Discharge Plasma. – A Platst
form Technology for the 21 Century // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2007. - Vol.35. №2. P.233-250.
Kelly-Winterberg K., Montie T.C., Brikman C.,
Roth J.R., Room temperature Sterilization of
Surfaces and Fabrics with a One Atmosphere
Uniform Glow Discharge plasma.//J. IND. Microbiol.- 1998.-Vol.20. p. 69-74.
6. Larousi M., Alexeff I., Kang W. Biological Decon5.
tamination by Nonthermal Plasmas.// IEEE Transactions on Plasma Science. - 2000. - Vol.28. №1.
P.184-188.
7.
8.
526
Kalghait U., Fridman G., Cooper M., Nagarai G.,
Peddinghaus M.,Vasilets V., Gutsol A., Fridman
A. Mechanism of Blood Coagulation by Nonthermal
Namihira T., Tsukamoto S., Wang D., Katsuki
S., Hackam R., Okamoto K., Akiyama H. Production of Nitric Monoxide Using Pulsed Discharges for a
medical Application.// IEEE Transactions on Plasma
Science. - 2000. –Vol.28. №1. P.109-114.
Виноградова О.И., Телицкий С.Ю., Щукина Е.В,
Алейник А.Н. Применение неравновесной плазмы
в медицине и биологии// Научная сессия МИФИ2009.