大气压等离子体射流对活性氮氧化物穿透肌肉组织的影响

实验装置示意图如图5.3.1所示。将冷冻的猪里脊肌肉组织用切片机切成500μm、750μm、1250μm 和1500μm 四种厚度的薄片，将不同厚度组织切片放在装有不同种类溶液的接收室顶部。实验时确保接收室内的液体与组织切片良好接触。然后采用大气压非平衡等离子体射流进行处理，大气压非平衡等离子体射流由交流电源驱动，工作气体为流速2L/min的氦气（He）混合0.5%氧气（O2），实验用交流电压峰-峰值为16kV，频率为8kHz，电压与放电电流波形如图5.3.1所示。

图5.3.1　等离子体射流实验装置图及放电电压、电流波形图[16]

产生等离子体射流的喷嘴与组织切片上表面间距固定为5 mm，选择5min、10min和20min三个时间梯度进行处理。为保证液体中RONS的均匀分布，液体内置一颗小磁力转子，并在处理过程中使用磁力搅拌器搅拌液体。处理结束后，等候5min使渗入组织中的活性粒子充分渗入接收液中，再取接收室中液体采用化学法测量其中的过氧化氢（H2O2）、硝酸根（）和亚硝酸根（）粒子浓度，具体实验细节读者可参考文献[16]。

大气压非平衡等离子体射流处理后，穿透不同厚度的肌肉组织切片渗入接收液中的H2O2浓度如图5.3.2所示。当接收池中液体为双蒸水时，如图5.3.2（a）所示，接收液中H2O2粒子浓度随等离子体处理时间增加非线性增加。当接收室上覆盖的组织厚度为500μm 时，渗透进接收液的过氧化氢粒子浓度约为覆盖组织厚度为750μm 时的2倍；而当覆盖组织切片厚度进一步增加到1250μm 和1500μm 时，渗透进接收液的过氧化氢浓度急速降低为2～5μmol/L，约为覆盖组织切片厚度为500μm 时的1/10；当覆盖组织切片厚度再增加到2000μm 时，接收液中H2O2浓度低于检测极限。

图5.3.2（b）给出了接收液为PBS时，等离子处理后，渗透不同厚度猪肌肉组织切片进入1%PBS接收液中的H2O2浓度。相较于图5.3.2（a）所示的双蒸水中的H2O2浓度，相同处理时间和覆盖组织厚度下，PBS 接收液中H2O2浓度更高，这种情况在覆盖组织厚度为500μm 的情况下尤为明显。覆盖相同厚度的组织，处理时间为20min时，PBS接收液中H2O2浓度高达60 μmol/L而DDW 中H2O2浓度低于20μmol/L。另外需要注意到的一点是处理时间从10min变到20min，接收液中H2O2浓度的增加并不是非常明显。

图5.3.2（c）为生理盐水作为接收液时，不同厚度组织切片和不同处理时间下，接收液中H2O2含量。同图5.3.2（a）与图5.3.2（b）比较，相同实验条件下，生理盐水接收液中H2O2浓度高于DDW 而低于PBS溶液中。这可能会与生理盐水中存在较高浓度的Cl-有关。

图5.3.2（d）所示为5%葡萄糖溶液作为接收液情况下，不同处理时间，穿过不同厚度猪肌肉组织进入接收室中的H2O2浓度。相同处理时间，覆盖组织厚度为500μm 时，进入葡萄糖接收液中H2O2浓度为450μmol/L，约为同条件下双蒸水接收液中测量得到的H2O2浓度的20倍以上；当覆盖组织厚度增加到750μm 甚至更厚，进入接收液的H2O2浓度大大降低，这与另外几种情况下H2O2浓度变化规律相同。不过还需要注意一点是，覆盖组织厚度为500μm，处理时间为10min或者20min，测量得到的H2O2浓度较5min处理时间的情况急速增加。

图5.3.2（e）与图5.3.2（f）显示了用1%PBS溶液稀释后的人血清作为接收液，测量透过组织的H2O2浓度的结果。从图5.3.2（e）可以看出，与葡萄糖溶液作为接收液结果类似，500μm 厚度的覆盖组织条件下，人血清接收液中H2O2浓度远高于双蒸水接收液中H2O2浓度；同样当覆盖组织厚度增加，接收液中H2O2浓度骤减。而从图5.3.2（f）可见，10%人血清作为接收液，其中H2O2浓度比2%人血清接收液中的浓度低，但是依旧高于同等实验条件下的双蒸水接收液中H2O2浓度。

图5.3.2　等离子体射流处理后，穿透不同厚度的肌肉组织切片渗入接收液中的H2O2浓度[16]

图5.3.3则给出了大气压非平衡等离子体射流直接处理后，不同接收液中H2O2的浓度。可以看出，等离子直接处理情况下，无机组（双蒸水、1%磷酸盐缓冲液、0.9% NaCl溶液）的三种接收液中H2O2浓度在同一数量级，而三种有机溶液（5%葡萄糖溶液、2%人血清溶液、10%人血清溶液）中的H2O2含量明显较无机组接收液中高约1个数量级。这表明等离子体可与溶液中有机成分反应促进H2O2生成。

图5.3.3　不同处理时间下等离子体射流直接处理各种接收液中H2O2的浓度[16]

大气压非平衡等离子体射流处理后，穿透不同厚度的肌肉组织薄片渗入接收液中的浓度如图5.3.4所示。

图5.3.4（a）为双蒸水接收液情况下，测量的含量。结果显示覆盖组织厚度为500μm 时，随着处理时间从10min增加到20min，含量从（25±5）μmol/L激增至（75±5）μmol/L；而当覆盖组织厚度增加，浓度明显降低。

图5.3.4（b）给出了接收液为1%PBS溶液时，不同处理时间和覆盖组织厚度下测量所得浓度。从图中可见，每个实验条件下测量得到的浓度均高于同等实验条件下双蒸水接收液中测量得到的浓度。当覆盖组织厚度高达2000μm 时，穿透肌肉组织进入接收液的浓度低于检测极限。(www.xing528.com)

图5.3.4　等离子体射流处理后穿透不同厚度的肌肉组织切片渗入接收液中的N浓度[16]

图5.3.4（c）为接收液是0.9% NaCl溶液时，等离子体处理后，其中的浓度。其与处理时间和覆盖组织厚度的相关性类似于1% PBS接收液中的情况。比较图5.3.4（b）和图5.3.4（c）的结果可以看出，在相同条件下，0.9% NaCl溶液中的浓度低于1% PBS溶液中浓度，且低于相同条件下双蒸水中的浓度。

图5.3.4（d）、图5.3.4（e）以及图5.3.4（f）分别给出了5%葡萄糖溶液作为接收液和2%、10%人血清溶液作为接收液时，等离子体处理后其中的浓度。由图5.3.4（d）可见，5%葡萄糖溶液中浓度与处理时间和覆盖组织厚度的相关性与双蒸水接收液中类似。而图5.3.4（e）与图5.3.4（f）所示结果则表明，人血清作为接收液，尤其是10%人血清接收液中含量在相同实验条件下约为双蒸水接收液中的数倍。

大气压非平衡等离子体射流直接处理接收液，不同处理时间下，各种接收液中的浓度如图5.3.5所示。从图中可以看出，随着处理时间增加，所有接收液中亚硝酸根离子含量均增加，但是相较于另外四种接收液，2%和10%人血清作为接收液在被大气压非平衡等离子体射流直接处理后，其中浓度随处理时间增加幅度更明显。

图5.3.5　不同处理时间下等离子体射流直接处理各种接收液中N的浓度[16]

大气压非平衡等离子体射流处理后，穿透不同厚度的肌肉组织薄片渗入接收液中的浓度如图5.3.6所示。

图5.3.6（a）、图5.3.6（b）以及图5.3.6（c）分别给出了接收液为双蒸水、1%PBS溶液和0.9% NaCl溶液时，大气压非平衡等离子体射流处理后，渗透进入接收液的浓度。对比这三张图可以发现，覆盖500μm 组织薄片的情况下，双蒸水接收液中含量在所有处理时间梯度下高于另外两种无机接收液中含量。这个现象在除1500μm 厚度组织覆盖外的其他实验条件下均存在。但覆盖组织厚度为1500μm 时，0.9% NaCl溶液中浓度在所有处理时间下均高于双蒸水接收液的情况。

图5.3.6　大气压非平衡等离子体射流处理后，穿透不同厚度的肌肉组织切片渗入接收液中的N浓度[16]

图5.3.6（d）、图5.3.6（e）以及图5.3.6（f）所示为接收液是有机溶液时测量的浓度。可以发现，覆盖500μm 厚度肌肉组织时，5%葡萄糖溶液中渗透的浓度略低于双蒸水中渗透入的浓度。若接收液为2%人血清溶液，透过500μm 厚度肌肉组织的浓度在所有处理时间梯度下都远高于双蒸水接收液中的浓度，这一点在处理时间为10min和20min的情况下尤为明显；不过这种现象随着覆盖组织厚度的增加渐渐减弱。比较图5.3.6（e）与图5.3.5（f），可以看出当使用的人血清接收液浓度从2%增加到10%时，接收液中浓度骤降。以覆盖500μm 厚度肌肉组织、等离子体处理20min的实验条件为例，浓度从2%人血清接收液中的360μmol/L 降至10%人血清接收液中的160μmol/L，这甚至比同等实验条件下双蒸水接收液中浓度还要低。

大气压非平衡等离子体射流直接处理接收液，不同处理时间下，各种接收液中的浓度如图5.3.7所示。从图中可以看出，浓度随处理时间的变化趋势与H2O2以及浓度的变化趋势相同，随着处理时间的增加浓度增大。在10%人血清接收液中，用等离子体射流处理10 min 或20 min，浓度将远高于同等条件下在另外5种接收液中的情况。

图5.3.7　不同处理时间下等离子体射流直接处理各种接收液中N的浓度[16]