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大气等离子体装置

大气等离子体设备

元热低温常压等离子体(CAP)射流设备是一套专为生物医学研究设计的非接触式、室温级等离子体发生系统。设备基于介质阻挡放电(DBD)原理构建,采用高频交流电源驱动,以氦气为工作气体,在大气压下产生温度接近室温、长度可达数厘米的稳定等离子体射流。系统无需真空环境,操作灵活,既能满足体外细胞实验对培养基活化(PAM)的需求,也可通过专用 创新性微型针头直接插入肿瘤组织内部,实现活体动物层面的等离子体介入治疗。该设备已在实际研究中证实对三阴型乳腺癌细胞具有显著的增殖抑制作用,并能有效抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长,是一种极具潜力的新型肿瘤物理治疗工具。

产品图片

大气等离子体装置副本

核心性能参数

指标

规格

放电结构

改进型 DBD(螺旋接地电极 + 倒置锥形石英管)

驱动电源

高频交流电源(CTP-2000K),输出频率 8.8 kHz

工作气体

高纯氦气(He)

气体流量范围

体外模式 1.5 L/min;体内模式 ≤ 0.22 L/min

起辉电压

改进后 ≤ 0.23 kV(加装元热体内针头),较早期降低约 50%

射流长度

最大 ≥ 11 mm(不装针头);加装针头后仍可稳定放电

射流温度

≤ 25 °C(0.6 kV 以下持续照射 5 分钟)

安全电流

流经人体阻抗模拟电路的峰值电流 ≤ 1.24 mA(0.6 kV 时)

安全电压

模拟人体两端电压 ≤ 1.83 V(远低于 IEC 50 V 安全标准)

射流主要活性成分

N₂、NOₓ、OH 自由基、He 亚稳态原子

系统组成

模块

说明

高压发生模块

苏曼 CTP-2000K 高频交流电源,提供稳定可调的高压输出

放电喷头

石英管 + 内置钨钢高压电极 + 外绕螺旋铜线接地电极,倒置锥形过渡设计

气体控制模块

精密流量计,支持氦气流量连续调节

元热体内处理针头

双针嵌套结构,射流接触肿瘤后废气从针间间隙排出,无需额外排气切口

安全监测接口

可接入人体阻抗模拟电路,实时监测输出电压/电流,确保实验安全

技术特色

🔬 从类 DBD 到真 DBD 的安全升级

  • 电极结构优化:增强轴向电场均匀性,降低起辉电压

  • 石英管流道优化:在层流条件下保持射流放电稳定性

  • 高压电极介质涂层:有效抑制射流接触生物体时产生的随机丝状放电

🌡️ 真正的”冷”等离子体

       在 0.6 kV 峰值电压下持续照射 30 分钟,石英管表面仅微温;射流核心温度始终低于 25°C,不会造成皮肤热损伤,完全满足 Henriques 烧伤积分模型下的安全阈值要求。

💉 元热自创针头 — 专为体内肿瘤治疗设计

       特制双腔针头结构巧妙解决了”射流送入深部组织”与”废气排出”的矛盾:

  • 等离子体射流从内针喷出直达肿瘤内部,废气沿两针间隙自然排出

  • 无需在肿瘤另开排气口,最大程度减少创伤

🧪 已验证的抗癌疗效

      设备经江南大学医学院平台系统验证:

  • 体外:CAP 活化培养基(PAM)处理 SUM149 三阴型乳腺癌细胞 24 h,细胞存活率降至约 20%;流式与荧光检测证实细胞内 ROS 和脂质过氧化物大量累积

  • 体内:对荷瘤 Balb/c 裸鼠进行瘤内 CAP 直接治疗(每 5 天一次,共 26 天),肿瘤生长显著受抑,小鼠体重正常增长

  • 机制阐明:确定 CAP 杀伤 SUM149 细胞的死亡形式为铁死亡(Ferroptosis),而非传统凋亡——线粒体皱缩、嵴减少、GPX4 蛋白下调、铁死亡抑制剂 Fer-1 可逆转杀伤效应

📊 发射光谱(OES)成分可控

通过 Mechelle ME5000 光谱仪对射流成分进行标定,证实射流中富含氮氧化物(NOₓ)和 OH 自由基,为后续研究 CAP 杀伤癌细胞的生化机理提供了物质基础数据。

典型应用

应用场景

说明

体外抗癌研究

PAM 制备、癌细胞增殖抑制检测、铁死亡机制探索

活体肿瘤治疗

小鼠皮下移植瘤的瘤内等离子体直接介入治疗

等离子体医学机理

ROS/脂质过氧化物动态监测、线粒体功能评估、蛋白质印迹分析

安全参数标定

人体阻抗模拟电路下的电压/电流/温度安全边界测试

教学与演示

直观展示大气压低温等离子体放电现象及生物医学应用潜力

1人评论了“大气等离子体装置”

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