等离子体与水溶液相互作用中电子效应的模拟研究

论文摘要

近年来,大气压冷等离子体在生物医学上的应用（亦称等离子体生物医学—plasma biomedicine）已成为人们关注的研究领域,越来越多的实验研究表明,大气压冷等离子体在如医疗消毒、外科手术、伤口愈合甚至癌症治疗等生物医学应用上有着广阔的前景。在这些临床应用中,被处理物是生物组织,表面通常覆盖有几十到几百微米不等的水层,等离子体作用于生物组织之前,必然与水溶液相互作用,作用过程中会产生复杂的物理效应和多样的化学反应,所以当等离子体经过水溶液最终到达被处理物时,最终起作用的活性粒子种类和浓度可能会与等离子体自身的情况有很大不同。因此,等离子体与水溶液相互作用及其中活性粒子的传质就成为等离子体生物医学中基本而重要的研究课题。实验诊断上,已表明了在等离子体传质过程中,水溶液会对等离子体中活性粒子成分、密度及分布状态产生显著影响,但限于目前的诊断技术,完全测定并定量解析水溶液对等离子体传质的影响尚待实验技术的进一步发展。为此,通过数值模拟对等离子体在水液体中的传质过程作理论分析是目前较为可行的途径。本文基于一维漂移扩散模型,研究含氧活性粒子从等离子体气相区进入液相区的传质过程。在气相区通过加入磁力偏转装置来去除等离子体中的电子从而控制电子的有无,同时假设不影响其他粒子的运动状态,研究去除电子和只有电子进入水溶液两种情况下,五种主要活性粒子OH、O3、HO2、O2-和H2O2在水溶液中渗透深度的变化。本文工作表明,在射入液相区的等离子体中去除电子之后,O2-的渗透深度会大幅减小,而O3和OH的渗透深度有较大增长;令偏转出的电子束单独进入液相区时,O2-和H2O2的渗透深度与未去除电子时模拟的渗透深度一致,而其他粒子的渗透深度几乎归零。此外,本文还研究了以上几种情形下主要活性粒子的主要生成、去除反应,定量地给出了各个反应的贡献。本文工作对于研究穿过水层最终可能作用到细胞表面的活性粒子种类的调控以及它们对细胞的协同作用具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 等离子体概述
•     1.1.1 等离子的定义
•     1.1.2 等离子体的分类
•     1.1.3 大气压冷等离子体概述
•   1.2 等离子体生物医学
•     1.2.1 主要研究进展
•     1.2.2 当前应用中需要解决的问题
•   1.3 等离子体与水溶液相互作用的研究背景
•     1.3.1 等离子体与水溶液相互作用的形式
•     1.3.2 等离子体与水溶液相互作用的过程
•   1.4 国内外研究现状
•     1.4.1 实验检测方面
•     1.4.2 仿真模拟方面
•   1.5 本文的主要研究内容及章节安排
• 第2章 等离子体与水溶液相互作用的仿真模型
•   2.1 模型的基本结构
•   2.2 模型的建立
•     2.2.1 气相区
•     2.2.2 气液边界区
•     2.2.3 液相区
•   2.3 本章小结
• 第3章 大气压氦氧等离子体在水中的传质以及主要反应路径
•   3.1 等离子体与水溶液相互作用的仿真结果
•     3.1.1 活性粒子在水溶液中的浓度以及渗透深度的时空演变
•     3.1.2 活性粒子在水溶液中的主要反应路径
•   3.2 仿真结果的验证
•     3.2.1 关于臭氧在水溶液中的分布特性
•     3.2.2 关于等离子体活化水的pH
•   3.3 本章小结
• 第4章 大气压氦氧等离子体水溶液传质过程中的电子效应
•   4.1 滤除电子后的传质简化模型
•   4.2 滤除电子的ROS进入水溶液的情况
•     4.2.1 粒子分布
•     4.2.2 主要反应路径
•   4.3 只有电子进入水溶液的情况
•   4.4 各仿真情况的数据整合分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 主要成果与结论
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩佳奇

导师: 谭震宇

关键词: 大气压冷等离子体,等离子体生物医学,活性粒子传质,等离子体与水溶液相互作用

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 物理学,生物学,生物医学工程

单位: 山东大学

分类号: O53;R318

总页数: 61

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