Однако струи плазмы, которые могут использовать врачи, часто становятся турбулентными, а направление и скорость резко меняются. Теперь исследователи обнаружили, что эта турбулентность, вероятно, возникает из-за тепловых звуковых волн, генерируемых на плазменных электродах.
Это новое понимание имеет решающее значение для более последовательной и эффективной медицинской терапии.«Теперь, когда мы понимаем, откуда исходит индуцированная турбулентность в плазменных струях атмосферного давления, возможно, станет возможным лучше ее контролировать», — сказала Аманда Литц из Мичиганского университета, которая является автором нового отчета, в котором обсуждаются эти результаты. о компьютерном моделировании, появившемся в качестве обложки на этой неделе в журнале Applied Physics Letters от AIP Publishing.Плазма — это ионизированный газ, состоящий из положительно заряженных ионов и свободно текущих электронов. Они имеют тенденцию быть очень горячими, как те, что используются в термоядерных устройствах.
Однако струи плазмы при неравновесном атмосферном давлении холодные на ощупь.В обычном медицинском устройстве плазма атмосферного давления создается из благородного газа, такого как гелий.
Электрическое поле ионизирует гелий, удаляя электрон из каждого атома, создавая плазму не только атмосферного давления, но и близкой к комнатной температуре.Плазма проходит через портативный инструмент размером с ручку и выходит в виде высокоскоростной струи.
Струя смешивается с окружающим воздухом, который наполнен такими химическими веществами, как кислород, азот и молекулы водяного пара. Быстро движущиеся электроны в плазме сталкиваются с этими молекулами, производя высокореактивные частицы, такие как молекулы гидроксила и оксида азота. Эти радикалы, как их еще называют, обладают терапевтическим действием.
Ученые до сих пор не совсем уверены, почему эти плазменные радикалы так полезны для лечения людей. Они предполагают, что реактивные частицы могут вызывать иммунный ответ в организме или изменять биохимические сигнальные агенты между клетками. В случае рака радикалы могут также вызвать реакцию окислительного стресса. Поскольку раковые клетки уже находятся в более напряженном состоянии, чем здоровые клетки, радикалы могут подтолкнуть раковые клетки к краю, убивая их, в то время как здоровые клетки остаются невредимыми.
Чтобы убить открытые бактерии, радикалы могут проникать в стенки бактериальных клеток. Следовательно, плазму также можно использовать для стерилизации хирургических инструментов. Хотя плазма используется для резки в хирургии, FDA еще не одобрило прямую плазменную обработку для заживления ран и рака, хотя врачи использовали ее в отдельных исследованиях, санкционированных FDA. Клинические испытания в Европе уже начались.
Одна проблема заключается в том, что плазменные струи могут иметь темперамент, по словам Марка Дж. Кушнера из Мичиганского университета, а также одного из авторов статьи. Иногда струи бывают идеально ламинарными и ровными. В других случаях они бурные, что приводит к невоспроизводимым результатам.
«С клинической точки зрения, это, вероятно, не то, что вам нужно», — сказал он. «Чтобы получить одобрение FDA на плазменный процесс, вы должны иметь возможность сказать, что каждый раз, когда я лечу пациента, я лечу одинаково».В то же время вам может понадобиться некоторая турбулентность, чтобы произвести больше радикалов, необходимых для конкретной терапии. Тем не менее, никто не был уверен, что вызывает турбулентность.
Когда исследователи смоделировали плазменные струи, они обнаружили, что электроды в приборе, необходимые для создания электрического поля, вызывающего плазму, выделяют тепло. Это тепло порождает звуковую волну, которая распространяется через струю и вдоль границы, где плазма встречается с воздухом, слоя, который склонен к нестабильности. Звуковая волна нарушает этот слой, вероятно, вызывая турбулентные шлейфы.По словам Кушнера, теперь, когда это явление относительно понятно, исследователи могут усилить или ослабить этот эффект в зависимости от того, что лучше для пациента.
В конечном итоге, сказал он, этот новый анализ может привести к одобренному и надежному лечению.