大气压非平衡等离子体射流可穿透皮肤组织(生物医学应用)

图5.4.2　测量等离子体产生的RONS穿透小鼠皮肤组织的实验装置示意图[21]

正常或者去掉角质层的小鼠皮肤覆盖在充满水或者检测试剂的接收室上。等离子体射流处理时，活性粒子穿透皮肤组织溶解入下方溶液中，同时磁转子匀速转动使溶液混合均匀。处理完后，检测溶液以及皮肤中的RONS

下面采用如图5.4.2所示的实验装置研究大气压非平衡等离子体射流产生的RONS对皮肤的穿透，并探究角质层在RONS的穿透中所扮演的角色。实验时先后使用正常的小鼠皮肤以及去角质层的小鼠皮肤进行实验。具体来说，将新鲜剥离的小鼠皮肤（正常皮肤或者去掉角质层的皮肤）覆盖在接收室上，接收室中充满水或者检测试剂。当等离子体射流处理皮肤组织时，等离子体产生的RONS将穿透皮肤，溶解到接收室中的溶液中。等离子体处理完后，检测接收室溶液中RONS（总RONS、OH、1O2、O3、H2O2、）的浓度即可获知穿透皮肤组织的RONS的量。为了深入了解大气压非平衡等离子体射流处理完后，几种长寿命RONS在皮肤组织中的留存情况，实验还检测了留存在皮肤组织中的几种长寿命RONS（即H2O2、）的量。等离子体处理时，磁转子匀速转动使接收室内溶液混合均匀。

实验采用峰-峰电压幅值为20kV、频率为1kHz的交流电源驱动该等离子体射流。等离子体的工作气体为2L/min的氦气混合10 mL/min的氧气（0.5%的氧掺量）。等离子体射流喷嘴距离皮肤的距离为5mm。实验中采用的接收室是标准96孔板的一个培养孔，其底面直径为0.64cm，高度为1.125 cm，体积为0.2048cm3。实验采用化学法测量接收室中以及留存在皮肤中的RONS，具体实验细节读者可参考文献[21]。

图5.4.3　等离子体处理后，接收室中总RONS的变化[21]

接收室中的总RONS由DCFH 测量，其相对荧光强度表示RONS的相对浓度。经过不同的大气压非平衡等离子体射流处理后，接收室中DCFH 的相对荧光强度变化如图5.4.3所示。由图5.4.3可以看出，当接收室没有被皮肤组织覆盖时，等离子体处理后，接收室中溶液的相对荧光强度约为正常皮肤覆盖时的8倍，这说明小鼠皮肤能阻挡大量的RONS穿透。另外，在皮肤角质层被剥离的情况下，等离子体处理后，接收室中溶液的相对荧光强度是接收室被正常皮肤覆盖时的2倍，这说明小鼠皮肤角质层的厚度虽然只约为整层皮肤的十分之一，但其对RONS的阻挡能力却是整层皮肤的二分之一。

接收室中DCFH 的相对荧光强度变化随着等离子体处理时间增长而增大，但皮肤能阻挡大量等离子体产生的RONS。

经过大气压非平衡等离子体射流处理后，接收室溶液中OH、1O2、O3的浓度变化如图5.4.4所示。从图5.4.4可以看出，不论皮肤角质层有没有被剥离，等离子体产生的OH、1O2、O3都不能穿透皮肤组织到达接收室，这说明OH、1O2、O3不能穿透皮肤。

图5.4.4　等离子体处理后，接收室中OH、1O2、O3的浓度变化[21]

当无皮肤组织覆盖时，接收室中OH、1O2、O3的浓度变化随等离子体处理时间增长而增大；但当接收室上覆盖有皮肤层时，接收室中无法检测到OH、1O2、O3的信号（无论是否去除角质层）(www.xing528.com)

大气压非平衡等离子体射流处理后，接收室溶液中以及沉积在皮肤中的H2O2浓度变化如图5.4.5所示。图5.4.5（a）给出了接收室溶液中H2O2浓度的变化情况，从该图可以看出，当接收室没有被皮肤组织覆盖时，接收室溶液中H2O2的浓度随着等离子体处理时间的增长而增加，当处理时间为5min到20min时，其浓度为数百μmol/L 数量级；而当接收室被皮肤组织覆盖时，不论皮肤是否有角质层，接收室溶液中都不能检测到H2O2，这说明等离子体处理时，其产生的H2O2无法穿透皮肤到达皮下组织。等离子体处理后，皮肤中存储的H2O2的密度如图5.4.5（b）所示。从该图可以看出：①等离子体处理后，皮肤中存储有大量的H2O2，例如处理20min的情况下，皮肤中存储的H2O2的密度为10×1016～20×1016cm-2；②无论处理时间长短，去除角质层皮肤中存储的H2O2含量都大于正常皮肤中存储的H2O2含量，这说明去掉角质层能增强皮肤中H2O2的存储。

图5.4.5　等离子体处理后，接收室溶液中及沉积在皮肤中的H2O2浓度变化[21]

（a）接收室溶液中H2O2浓度的变化，无论是否有角质层，等离子体产生的H2O2都无法穿透皮肤；（b）沉积在皮肤中的H2O2的变化情况，等离子体处理后，皮肤中存储了大量的H2O2，角质层对H2O2的存储有阻碍作用

大气压非平衡等离子体射流处理后，接收室溶液中以及沉积在皮肤中的浓度变化如图5.4.6所示。图5.4.6（a）给出了接收室中浓度的变化情况。从图中可以看出，当接收室没有被皮肤组织覆盖时，接收室溶液中的浓度随着等离子体处理时间的增长而增加，当处理时间为5min到20min时，其浓度数量级为数千nmol/L。而当接收室被皮肤组织覆盖时，接收室溶液中仍能检测到。但是皮肤角质层被剥离的情况下，接收室中的浓度只稍高于正常皮肤覆盖时的浓度，这说明在等离子体处理时，能够穿透皮肤，而且皮肤角质层对其穿透没有太大影响。等离子体处理后，皮肤中存储的的密度如图5.4.6（b）所示。从图中可以看出：①等离子体处理后，皮肤中存储有少量的，在等离子体处理20 min的情况下，皮肤中存储的的密度约为30×1014cm-2；②无论处理时间长短，正常皮肤中存储的的浓度与去除角质层皮肤存储的的浓度相差不大（处于同一误差棒范围内），这说明角质层对的存储并没有太大影响。

图5.4.6　等离子体处理后，接收室溶液中及沉积在皮肤中的N浓度变化[21]

（a）接收室中溶液N浓度的变化情况，等离子体产生的N能够穿透皮肤，皮肤角质层对其穿透没有太大影响；（b）皮肤中存储的N的变化情况

图5.4.7　等离子体处理后，接收室溶液中及沉积在皮肤中的N浓度变化情况[21]

（a）接收室溶液中N浓度的变化情况，可以看出等离子体产生的N能够穿透皮肤，皮肤角质层对其穿透没有太大影响；（b）皮肤中存储的N的变化情况

大气压非平衡等离子体处理后，接收室溶液中以及皮肤中的浓度变化如图5.4.7所示。图5.4.7（a）给出了接收室中浓度的变化情况。从图中可以看出，当接收室没有被皮肤组织覆盖时，接收室溶液中的浓度随着等离子体处理时间的增长而增加，当处理时间为5min到20min时，其浓度为几十μmol/L量级；而当接收室被皮肤组织覆盖时，接收室溶液中仍能检测到，且皮肤角质层被剥离的情况下，接收室中的浓度只稍高于正常皮肤覆盖时的浓度，这说明在等离子体处理时，能够穿透皮肤并且皮肤角质层对其穿透没有太大影响。等离子体处理后，皮肤中沉积的的密度如图5.4.7（b）所示。从图中可以看出：①等离子体处理后，皮肤中存储有部分，在等离子体处理20min的情况下，皮肤中存储的的密度约为120×1014cm-2；②无论处理时间长短，正常皮肤中存储的的浓度与去除角质层皮肤中存储的的浓度相差不大（处于同一误差棒范围内），这说明角质层对存储在皮肤中的密度并没有太大影响。