Plasma Jet trong Y hoc

Thiết kế, chế tạo nguồn plasma jet ứng dụng y học Mục lục Lời nói đầu Chương Giới thiệu 1.1 Tổng quan vật lý plasma ứng dụng 1.1.1 Plasma gì? 1.1.2 Các ứng dụng plasma 1.1.3 Phân loại plasma 1.1.3.1 Plasma nhiệt phi nhiệt 1.1.2.2 Plasma tự nhiên nhân tạo 1.1.2.3 Plasma ion hóa hoàn toàn ion hóa yếu 1.2 Ứng dụng plasma y học 1.3 Cơ cở plasma y học 12 1.3.1 Hóa học plasma 12 1.3.2 Sự tương tác Plasma phi nhiệt với tế bào mô sống 16 1.3.3 Cơ chế tương tác plasma với tế bào 18 1.3.3.1 Các giai đoạn tương tác đối tượng chủ chốt 18 1.3.3.2 Cơ chế sinh học tương tác plasma tế bào động vật có vú 22 Chương Thiết kế, chế tạo nguồn plasma jet 25 2.1 Phóng điện hồ quang trượt 25 2.2 Thiết kế chế tạo nguồn plasma jet 28 2.2.1 Điều khiển hiển thị 28 2.2.2 Nguồn nuôi plasma 29 2.2.3 Nguồn khí trì plasma 30 2.2.4 Đầu phát tia plasma hồ quang trượt, lạnh 31 Chương Đo đạc thông số vật lý nguồn plasma jet 35 3.1 Đo đặc trưng dòng đầu phát plasma 35 3.2 Đặc trưng quang học tia plasma 35 3.2.1 Quang phổ phát xạ tia plasma 35 3.2.2 Cường độ UV tia plasma 37 3.2.2.1 Phương pháp đo 37 3.2.2.2 Kết bàn luận 39 3.3 Nhiệt độ tia plasma 41 Chương Nghiên cứu khả diệt khuẩn plasma jet 45 4.1 Chuẩn bị mẫu xử lý 45 4.1.1 Vi khuẩn Peudomonas aeruginosa 45 4.1.2 Quy trình nuôi cấy xử lý 47 4.2 Đánh giá khả diệt khuẩn plasma jet với thông số khác 47 4.2.1 Đường kính tia chiếu 47 4.2.2 Tốc độ dòng khí 48 4.2.3 Khoảng cách chiếu tia 49 4.2.4 Thời gian chiếu tia 50 4.2.5 Chế độ chiếu xung 50 4.3 So sánh phương pháp điều trị phương pháp điều trị tia plasma hồ quang lạnh 52 Kết luận 55 Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined Các chữ viết tắt sử dụng luận văn Trong luận văn sử dụng chữ viết tắt sau: Nội dung Viết tắt Tia cực tím UV Trạng thái cân nhiệt động lực học cục LTE Sự phóng điện qua hàng rào điện môi DBD Phóng điện phát sáng áp suất khí APG Phóng điện qua hàng rào điện môi với điện cực thả FE-DBD Bức xạ ion hóa IR Hoạt chất chứa Oxi ROS Hoạt chất chứa Nito NRS Sự đứt gãy kép DSB Bộ điều khiển trung tâm PLC Chiều dài tia plasma T Electron e Plasma chấp nhận mô TTP Lời nói đầu Plasma ngành Vật lý kỹ thuật có nhiều ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực công nghiệp, môi trường, hóa học, sinh học Vì thập niên gần đây, ngành plasma phát triển mạnh mẽ Một ứng dụng vô độc đáo lạ plasma ứng dụng y học Plasma vật lý công nghệ hứa hẹn hiệu kháng sinh nó, đặc biệt điều trị vết thương nhiễm trùng mãn tính Hơn nữa, nhiều ứng dụng y học nghiên cứu với quan tâm ngày tăng cao phát triển mạnh mẽ Plasma hồ quang trượt dạng plasma chuyển tiếp vừa có hiệu hóa học cao plasma nhiệt, đồng thời lại có tính chọn lọc cao plasma phi nhiệt Tuy nhiên, nguồn plasma hồ quang trượt lại có nhiệt độ lớn không phù hợp cho việc tác động trực tiếp lên da người Xuất phát từ lý trên, việc nghiên cứu chế tạo nguồn plasma thỏa mãn hai tiêu chí: (1) Không gây tác hại nhiệt hay gây đau đớn cho người điều trị; (2) Có tính chọn lọc hiệu điều trị cao cần thiết Vì lựa chọn để tài: “Thiết kế, chế tạo nguồn plasma jet ứng dụng y học” phù hợp với tiêu chí đặt Nguồn plasma jet máy phát tia plasma hồ quang trượt, lạnh áp suất khí quyển, loại plasma cung cấp nhiều phản ứng hóa học nhiệt độ phòng áp suất khí có mặt electron có lượng cao [1] Vì đặc trưng nhiệt tương đương với nhiệt độ phòng nên tác động trực tiếp lên vùng bị bệnh mô sống động vật người Máy phát tia plasma hồ quang trượt lạnh áp suất khí hoàn thành đưa vào thử nghiệm lâm sàng Bước đầu thu kết khả quan Luận văn sau trình bày chi tiết nguồn plasma jet, thông số đo máy kết thử nghiệm với vi khuẩn, cụ thể trực khuẩn mủ xanh Chương Giới thiệu 1.1 Tổng quan vật lý plasma ứng dụng 1.1.1 Plasma gì? Plasma trạng thái thứ tư vật chất chất bị ion hóa Khi nhiệt độ tăng, nguyên tử phân tử hoạt động mạnh mẽ trạng thái vật chất biến đổi theo trình tự: rắn sang lỏng, lỏng sang khí cuối khí sang plasma, điều giải thích cho tên gọi “trạng thái thứ tư vật chất” Khí ion hóa định nghĩa plasma trung hòa điện (mật độ e cân với mật độ ion dương) chứa số lượng lớn hạt mang điện vừa đủ ảnh hưởng đến tính chất trạng thái điện Plasma không phổ biến Trái đất nhiên ước tính 99 % vật chất vũ trụ biết đến tồn dạng plasma Vì bốn trạng thái vật chất, plasma nên xem trạng thái vũ trụ Thuật ngữ plasma lần giới thiệu Iving Langmuir năm 1928 nhiều thành phần, tương tác mạnh mẽ khí ion hóa khiến ông nghĩ đến huyết tương; thân thuật ngữ plasma có mối quan hệ chặt chẽ với y học 1.1.2 Các ứng dụng plasma Plasma sinh cách tự nhiên tạo phòng thí nghiệm công nghiệp bệnh viện, tạo hội cho vô số ứng dụng bao gồm tổng hợp nhiệt hạch, điện tử, lade, đèn huỳnh quang, chữa bệnh phẫu thuật cắt mô nhiều ứng dụng khác Hầu hết phần cứng máy tính điện thoại di động sản xuất dựa công nghệ plasma, không kể đến TV plasma Plasma ngày ứng dụng rộng rãi Nói chung, plasma cung cấp ba tính cho ứng dụng thiết thực: Nhiệt độ mật độ lượng vài thành phần plasma vượt công nghệ thông thường Nhiệt độ dễ dàng vượt mức 10.000 K Ví dụ, làm gốm tan chảy đòi hỏi cung cấp cho lớp bề mặt nhiệt độ 3000 K, lựa chọn khác việc sử dụng plasma Trong môi trường y tế, nhiệt độ cao mật độ lượng hữu ích cho đốt cắt mô trình phẫu thuật 2 Plasma sản xuất nồng độ thật cao hoạt chất hóa học (e, ion dương âm, nguyên tử gốc tự do, nguyên tử phân tử bị kích thích, photon có dải quang phổ rộng) Một nồng độ cao hoạt chất hóa học quan trọng thiết yếu cho ứng dụng plasma plasma hỗ trợ để sinh tia lửa điện đốt cháy (có thể ứng dụng lâu đời Plasma) sinh ozon để làm nước Trong môi trường y tế, việc tạo nồng độ cao chất phản ứng kích thích hữu ích cho việc khử trùng bề mặt, không khí nước công nghệ mô sống Hệ thống plasma xa với trạng thái cân nhiệt động lực học, cung cấp nồng độ cao hoạt chất hóa học trì nhiệt độ phòng Tính xác định độc quyền plasma sử dụng ngành công nghiệp vi điện tử bán dẫn: hầu hết chi tiết máy tính đại, điện thoại di động, thiết bị vô tuyến, ánh sáng lạnh, thiết bị điện tử khác sản xuất dựa công nghệ plasma lạnh Tính quan trọng định ứng dụng rộng rãi plasma lạnh việc xử lý polyme: hầu hết sợi dệt may cho quần áo chúng ta, giấy ảnh, bao bì vật liệu xử lý plasma Trong môi trường y tế, việc tạo nồng độ cao hoạt chất hóa học trì nhiệt độ phòng hữu ích cho: chữa trị đông máu không nhiệt, điều trị thành phần tính chất máu; khử khuẩn da mô sống khác; chữa lành vết thương; điều trị bệnh mà trước điều trị hiệu phương pháp thông thường Ba tính cụ thể mô tả cho phép tăng cường đáng kể cải tiến có hiệu phương pháp hóa học hóa sinh truyền thống, xúc tác thành công phản ứng hóa học hóa sinh vốn sử dụng kỹ thuật thông thường 1.1.3 Phân loại plasma 1.1.3.1 Plasma nhiệt phi nhiệt Nếu ion hóa xảy việc nhận lượng từ dòng vật chất bên ngoài, từ xạ điện từ plasma gọi plasma nguội hay plasma phi nhiệt Ví dụ tượng phóng điện chất khí, electron bắn từ catod làm ion hóa số phân tử trung hòa Các electron bị tách chuyển động nhanh điện trường tiếp tục làm ion hóa phân tử khác Hiện tượng ion hóa mang tính dây chuyền làm số đông phân tử chất khí bị ion hóa khí chuyển sang trạng thái plasma Thành phần loại plasma có ion dương, ion âm, electron phân tử trung hòa Đại diện plasma phi nhiệt tự nhiên cực quang Boreallis Nếu ion hóa xảy va chạm nhiệt phân tử hay nguyên tử nhiệt độ cao plasma gọi plasma nóng hay plasma nhiệt Khi nhiệt độ tăng dần, electron bị tách khỏi nguyên tử nhiệt độ lớn, toàn nguyên tử bị ion hóa Ở nhiệt độ cao, nguyên tử bị ion hóa độ, hạt nhân electron tự Nhiệt độ plasma xác định lượng trung bình hạt plasma (trung hòa mang điện) liên quan đến độ tự chúng (chuyển động tịnh tiến, chuyển động tròn, dao động kích thích có liên quan đến điện) Là hệ nhiều thành phần nên plasma thể nhiều nhiệt độ Sự phóng điện chung plasma sinh phòng thí nghiệm, nượng điện trường tích lũy e suốt trình va chạm; sau chuyển từ e sang hạt nặng Electron nhận lượng từ điện trường suốt quãng đường tự trung bình chúng Khi va chạm với hạt có khối lượng, chúng phần nhỏ lượng (vì e nhanh nhiều so với hạt nặng) Điều giải thích nhiệt độ e plasma ban đầu cao nhiệt độ hạt nặng Rồi sau đó, va chạm e với hạt nặng (nhiệt Joule) cân nhiệt độ chúng trừ thời gian lượng khả cân (như trạng thái cực quang tia lửa điện) Nhiệt độ khác e hạt nặng trung hòa nhiệt Joule va chạm plasma ion hóa không hoàn toàn biến đổi cân bình phương tỷ lệ điện trường (E) với áp suất (p) Chỉ trường hợp E/p có giá trị nhỏ, nhiệt độ e hạt nặng gần Đó điều kiện sở cần thiết gọi trạng thái cân nhiệt động lực học cục (LTE) plasma Thêm vào đó, điều kiện LTE yêu cầu cân hóa học hạn chế gradient LTE plasma định luật tổng quát trạng thái cân nhiệt động lực học mô tả đặc điểm nhiệt độ điểm không gian Quá trình ion hóa trình hóa học loại plasma xác định nhiệt độ (và gián tiếp điện trường nhiệt Joule) Loại plasma gần cân gọi plasma nhiệt Trong tự nhiên, plasma nhiệt tiêu biểu plasma mặt trời Hình 1.1 Plasma mặt trời Đa số plasma trì xa so với trạng thái cân nhiệt động lực học mô tả nhiều nhiệt độ có liên quan đến hạt khác plasm độ tự khác Nhiệt độ e thường lớn nhiều nhiệt độ hạt nặng (Te>>T0) Quá trình ion hóa trình hóa học loại plasma không cân xác định trực tiếp nhiệt độ e, không ảnh hưởng đến trình nhiệt nhiệt độ khí Loại plasma phi cân thường dẫn đến plasma phi nhiệt Plasma phi nhiệt tự nhiên đại diện cực quang Borealis ngược với plasma nhiệt tiêu biểu sét Mặc dù liên quan nhiệt độ plasma khác plasma phi nhiệt phức tạp, chuyển đổi thể va chạm plasma ion hóa yếu: Te > Tv > Tr ~ Tl ~ T0 Nhiệt độ e, Te lớn hệ, theo sau nhiệt độ kích thích dao động phân tử Tv Nhiệt độ thấp thường thấy plasma nhiệt độ hạt nặng trung hòa (T0, nhiệt độ độ tịnh tiến tự đơn giản nhiệt độ khí), nhiệt độ ion (Tl), nhiệt độ chuyển động tròn tự phân tử (Tr) Trong nhiều hệ plasma phi nhiệt, nhiệt độ e vào khoảng c.1 eV (c = 11000 K), nhiệt độ khí nhiệt độ phòng Plasma phi nhiệt thường tạo áp suất thấp, mức lượng thấp hơn, loại khác hệ phóng xung điện Khía cạnh kỹ thuật lĩnh vực ứng dụng plasma nhiệt phi nhiệt hoàn toàn khác Plasma nhiệt thường có lượng lớn (lên đến 30 MW cao hơn) plasma phi nhiệt chọn lọc sử dụng ứng dụng nhạy cảm mà không làm môi trường xung quanh xấu Tuy nhiên nhiều loại khí ion hóa có đặc điểm chung Lưu ý plasma nhiệt phi nhiệt thường có nhiệt độ cao (Te trường hợp T0 trường hợp khác) có độ lớn tầm eV, khoảng 10% lượng ion hóa (khoảng 10 eV) Điều phản ánh thật chung đề Zeldovich Frank – Kamenetsky cho nguyên tử phân tử nhỏ động lực học hóa học: nhiệt độ phụ thuộc vào trình hóa học điển hình khoảng 10% tổng lượng yêu cầu, lượng kích hoạt Arrhenius Nhiệt độ plasma bão hòa đến mức độ lượng “đặt cọc” cho trình ion hóa (ví dụ, từ nguyên tắc tương tự 10% thường ứng dụng tính toán lượng đặt cọc làm chấp) Plasma nhiệt phi nhiệt có đặc trưng riêng loại thích hợp cho ứng dụng sinh học y học Nhiệt độ mật độ lượng cao điển hình plasma nhiệt xác định ứng dụng chúng đốt cắt mô trình phẫu thuật Loại thiết bị ngày sử dụng rộng rãi hoạt động y học; số chúng chí kết hợp với đặc điểm nêu với việc sát trùng mô Plasma nhiệt không khí hiệu việc tạo NO, ứng dụng gọi plasma liệu pháp NO hiệu plasma điều trị vết thương bệnh khác Plasma phi nhiệt cho phép sinh nồng độ cao hoạt chất hóa học giữ nhiệt độ phòng Nó xác định ứng dụng thích hợp plasma phi nhiệt thường chế chống đông máu sửa chữa thành phần tính chất máu, khử trùng da mô sống khác; khử trùng dụng cụ y tế vật liệu thiết bị dễ vỡ; xử lý polymer sinh học; kĩ thuật mô; cuối plasma phi nhiệt chữa lành vết thương bệnh mà trước điều trị chưa có hiệu Chương 4.1 Nghiên cứu khả diệt khuẩn plasma jet Chuẩn bị mẫu xử lý 4.1.1 Vi khuẩn Peudomonas aeruginosa Pseudomonas aeruginosa (hay gọi trực khuẩn mủ xanh) vi khuẩn phổ biến gây bệnh động vật người Nó tìm thấy đất, nước, hệ vi sinh vật da môi trường nhân tạo Vi khuẩn không phát triển môi trường không khí bình thường, mà sống môi trường có khí oxy, cư trú nhiều môi trường tự nhiên nhân tạo Vi khuẩn phát triển nhiều hợp chất hữu : thể, nhờ khả thích ứng vi khuẩn lây nhiễm phá hủy mô người bị suy giảm hệ miễn dịch Triệu chứng chung việc lây nhiễm thông thường gây viêm nhiễm nhiễm trùng huyết Nếu vi khuẩn xâm nhập vào quan thiết yếu thể phổi, đường tiết niệu thận gây nguy tử vong cao; vi khuẩn phát triển tốt bề mặt niêm mạc bên thể Bên cạnh đó, vi khuẩn phát dụng cụ y khoa bao gồm catheter, gây nhiễm khuẩn bệnh viện phòng mạch Đây nguyên nhân gây viêm chân lông Trực khuẩn mủ xanh thường sống đất, nước da niêm mạc người động vật Là loại vi khuẩn gây bệnh có điều kiện, thể bị suy giảm miễn dịch, bị mắc bệnh ác tính mạn tính…Nó có nhiều nơi, nhiều dụng cụ máy móc bệnh viện ống thông, máy hô hấp nhân tạo… Chúng xâm nhập vào thể qua da (nhất sau bị bỏng) qua vết thương, phẫu thuật Tại chỗ vi khuẩn gây viêm có mủ, điển hình mủ có màu xanh Nếu thể giảm sức đề kháng bệnh toàn thân, vi khuẩn xâm nhập gây viêm quan viêm bàng quang, viêm tai giữa, viêm màng não, viêm màng bụng Có thể vi khuẩn vào máu gây nhiễm khuẩn huyết, viêm nội tâm mạc 45 Hình 4.1 Trực khuẩn mủ xanh kính hiển vi Ngoài ra, ngày trực khuẩn mủ xanh coi tác nhân gây nhiễm khuẩn bệnh viện mắc phải bệnh nhân nằm viện lâu ngày Nhiễm khuẩn trực khuẩn mủ xanh ngày trở nên trầm trọng kháng kháng sinh mạnh vi khuẩn Đây nguyên chủ yếu gây nhiễm trùng bệnh viện Hình 4.2 Trực khuẩn mủ xanh thường xuất vết thương bị nhiễm trùng hay bệnh viêm loét giác mạc Trực khuẩn mủ xanh mọc dễ dàng môi trường nuôi cấy thông thường Đây loại vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối Nhiệt độ nuôi cấy thích hợp 37 oC, phát triển nhiệt độ 5–42oC; pH thích hợp 7,2-7,5 phát triển pH 4,5-9,0 46 Trên môi trường đặc môi trường thạch, khuẩn lạc thường to giống trứng ốp (fried eggs), nhẵn, dẹt, trung tâm lồi, có màu xanh ánh kim có xu hướng mọc lan nên dễ dàng quan sát đếm khuẩn lạc 4.1.2 Quy trình nuôi cấy xử lý Vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa SG 81 cung cấp phòng vi sinh học trường Đại học Y Hà Nội P aeruginosa SG 81 nuôi cấy thạch với mật độ 106 vi khuẩn ml dung dịch phương pháp rải bề mặt Sau đem xử lý plasma với thông số tia plasma thay đổi đường kính tia chiếu, tốc độ dòng khí, thời gian khoảng cách chiếu tia chế độ chiếu xung thí nghiệm riêng biệt Khả diệt khuẩn plasma đánh giá đường kính vùng ức chế vi khuẩn Đây quy trình nhiều nhà khoa học nhóm nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu khả diệt khuẩn thiết bị khác[11] 4.2 Đánh giá khả diệt khuẩn plasma jet với thông số khác 4.2.1 Đường kính tia chiếu Chia thạch thành vùng riêng biệt, sau giữ nguyên khoảng cách chiếu tia T tốc độ dòng khí 10 lít/ phút, thời gian xử lý 60 s xử lý vùng với đường kính tia chiếu thay đổi mm (tương ứng với plasma), mm, mm mm Kết thu hình 4.3 Hình 4.3 Đường kính tia chiếu khả diệt khuẩn, khoảng cách T, tốc độ 47 dòng khí 10 lít/ phút, thời gian 60 s Bảng 4.1 Đường kính tia chiếu khả diệt khuẩn Đường kính tia chiếu (mm) Đường kính vùng diệt khuẩn (mm) 12 15 Với kết thu trên, ta dễ dàng nhận thấy trường hợp đường kính tia chiếu 6mm đường kính vùng ức chế vi khuẩn lớn nên từ thí nghiệm sau, đường kính tia chiếu giữ nguyên mm để thu hiệu diệt khuẩn tốt 4.2.2 Tốc độ dòng khí Tốc độ dòng khí yếu tố ảnh hưởng rõ nét đến khả diệt khuẩn Đĩa thạch chia làm vùng, chiếu tia plasma lên vùng với tốc độ dòng khí khác nhau, đường kính tia chiếu mm, thời gian chiếu 60 s khoảng cách T Dễ dàng nhận thấy vùng đĩa thạch có vùng ức chế vi khuẩn khuẩn khác vùng chiếu tia có tốc độ dòng khí 10 lít/ phút có đường kính diệt khuẩn lớn Từ kết luận với tốc độ dòng khí 10 lít/ phút hiệu diệt khuẩn cao Hình 4.4 Tốc độ dòng khí khả diệt khuẩn Bảng 4.2 Tốc độ dòng khí đường kính vùng vô khuẩn Tốc độ dòng khí (lít/phút) 10 20 Đường kính vùng diệt khuẩn (mm) 12 18 15 48 Sau tiến hành hai phép đo ta kết luận với tốc độ dòng khí 10lít/ phút đường kính tia chiếu mm cho hiệu diệt khuẩn cao Từ ta điều chỉnh phần cứng nguồn plasma jet cố định đường kính tia chiếu 6mm tốc độ dòng khí 10 lít / phút để đưa vào sử dụng mang lại hiệu điều trị cao Và từ thí nghiệm sau đường kính tia chiếu tốc độ dòng khí giữ cố định kết luận 4.2.3 Khoảng cách chiếu tia Ngoài hai yếu tố kể có ảnh hưởng tới khả diệt khuẩn tia plasma khoảng cách chiếu tia yếu tố cần kể đến Trong trường hợp giữ đường kính tia tốc độ dòng khí cố định mm 10 l/phút, thay đổi khoảng cách từ đầu phun plasma đến đĩa thạch cấy vi khuẩn 0.5 T; T; T T chiếu tia với khoảng thời gian 60 s với vùng khác đĩa thạch Kết thu hình 4.5 Hình 4.5 Khoảng cách chiếu tia với khả diệt khuẩn, đường kính tia chiếu mm, tốc độ dòng khí 10 lít/ phút Trên hình 4.5 dễ dàng nhận thấy với khoảng cách chiếu tia khác khả diệt khuẩn khác Cụ thể với khoảng cách chiếu tia lớn khả diệt khuẩn giảm Như kết luận, để đạt hiệu điều trị tốt ta nên chiếu tia khoảng cách gần 49 Bảng 4.3 Khoảng cách tia chiếu khả diệt khuẩn Khoảng cách chiếu tia (T) 0,5 Đường kính vùng diệt khuẩn (mm) 19 16 Vệt 4.2.4 Thời gian chiếu tia Thay đổi thời gian chiếu tia đĩa với khoảng cách chiếu tia T, tốc độ dòng khí đường kính tia chiếu giữ cố định Sau ủ 24 h nhiệt độ 37oC tương dương với nhiệt độ thể người kết thu hình 4.6 Hình 4.6 Thời gian chiếu tia khả diệt khuẩn, khoảng cách T, đường kính tia chiếu 6mm, tốc độ dòng khí 10 lít/ phút Ta nhận thấy chỗ chiếu tia plasma xuất vùng ức chế thời gian chiếu tia lâu đường kính vùng diệt khuẩn lớn Bảng 4.4 Thời gian chiếu tia khả diệt khuẩn Thời gian chiếu (s) 10 30 60 120 180 ĐK vùng diệt khuẩn (mm) 12 16 20 23 4.2.5 Chế độ chiếu xung Một yếu tố cần tính đến ảnh hưởng khả hiệu diệt khuẩn tia plasma chế độ chiếu xung 50 Thiết lập chế độ chiếu tia với thời gian lần chiếu thay đổi với số lần chiếu tia để tổng thời gian tia tiếp xúc với đĩa nuôi cấy nhau, thời gian nghỉ lần chiếu 10s Các thông số khác giữ nguyên thí nghiệm Ta thu kết sau: Bảng 4.5 Mối liên quan chế độ chiếu xung khả diệt khuẩn 60s 30s 20s 10s 60s 60s 60s 60s 16x17 17x17 15x18 15x18 Thời gian lần Số lần chiếu Tổng Diện tích vùng diệt khuẩn (mm2) Hình 4.7 Chế độ chiếu tia, đường kính tia chiếu mm, tốc độ dòng khí 10 lít/ phút, khoảng cách 1T Kết thu hình 4.7 bảng cho thấy chế độ chiếu xung ảnh hưởng không đáng kể đến kết diệt khuẩn tia plasma lạnh So sánh với khả diệt khuẩn nguồn plasma khác kINPen [11], nguồn plasma chấp nhận mô (TTP) với liều lượng giới hạn [12, 13], thí nghiệm vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa SG81 [14] Thí nghiệm vi sinh để kiểm tra khả diệt khuẩn kINPen tiến hành tương tự thí 51 nghiệm với thông số đường kính tia chiếu, khoảng cách chiếu tia tốc độ dòng khí điều chỉnh cách tối ưu Kết thu bảng 4.6 Bảng 4.6 Mối liên hệ khả diệt khuẩn thời gian chiếu tia nguồn plasma kINPen Thời gian chiếu tia (s) 10 30 60 120 Đường kính vùng diệt khuẩn (mm) 14.5 17 19 Từ kết bảng so sánh với bảng 4.4, ta thấy khả diệt khuẩn tia plasma hồ quang trượt, lạnh chủng vi khuẩn tương đương Nếu thời gian chiếu lâu hiệu diệt khuẩn cao Do kết luận tia plasma hồ quang lạnh có khả diệt khuẩn đạt hiệu tương đương với thiết bị nước Những thí nghiệm so sánh chứng minh khả diệt khuẩn tia plasma với mức độ khác tùy thuộc vào thông số tia plasma đường kính tia chiếu, tốc độ dòng khí, khoảng cách chiếu tia thời gian chiếu tia Từ rút kết luận với đường kính tia chiếu mm, tốc độ dòng khí 10 lít / phút tia plasma có hiệu diệt khuẩn cao Do đó, phần cứng máy cố định với thông số để đưa vào thử nghiệm lâm sàng ứng dụng vào thực tế để đem lại hiệu cao Thời gian chiếu tia khoảng cách chiếu tia tùy thuộc vào trường hợp cụ thể để có điều chỉnh hợp lý 4.3 So sánh phương pháp điều trị phương pháp điều trị tia plasma hồ quang lạnh Với kết ta hoàn toàn tính thời gian chi phí điều trị cho ca bệnh nhiễm trực khuẩn mủ xanh Một ví dụ điển hình bệnh viêm loét giác mạc Viêm loét giác mạc bệnh thường gặp Việt Nam Nó nguyên nhân hàng đầu gây mù loà nước ta Việc điều trị bệnh loét giác mạc nói phụ thuộc vào dạng loét Loét không bị nhiễm trùng hay loét bị nhiễm trùng ( nhiễm khuẩn), vết loét bị nhiễm trùng đòi hỏi phải có cách 52 điều trị liệt: số trường hợp tiến hành nhỏ thuốc kháng sinh vào mắt sau 15 phút loại thuốc có chứa Steroit không định dùng trường hợp viêm loét nhiễm trùng Trong thực tiễn điều trị nhãn khoa Nga, thường bệnh viêm loét giác mạc định điều trị theo phương thức nội trú, việc định điều trị kiểu không thực tra thuốc nhỏ tra thuốc mỡ vào mắt, mà tiến hành tiêm ( tiêm trực tiếp vào tĩnh mạch bên mắt) Các vết loét dạng không bị nhiễm trùng thường định điều trị phương pháp tra, nhỏ mắt dung dịch có chứa không chứa Steroit kết hợp với việc dùng kháng sinh nhỏ mắt [15] Với cách điều trị tốn nhiều thời gian tiền bạc hiệu điều trị không cao Trong việc uống kháng sinh ảnh hưởng đến thể gây nhiều tác dụng phụ không mong muốn tiêu chảy kháng sinh làm thay đổi vi khuẩn thông thường ác loại mem nấm, hay bị mẩn đỏ dị ứng với thành phần thuốc, nặng phản ứng phản vệ (sốc phản vệ) nguy hiểm đến tính mạng người bệnh Hơn nữa, dùng kháng sinh thường xuyên sinh loại vi khuẩn kháng thuốc biến thể phức tạp khó phương pháp điều trị hữu hiệu Hình 4.8 Dị ứng kháng sinh 53 Trong đó, dùng tia plasma để xử lý theo bảng 4.2, tốc độ dòng khí 10 lít/ phút cho kết tốt Với chi phí cho bình Argon 80.000 vnđ cho bình khí lít 150 atm Khi chiếu tia plasma hồ quang lạnh áp suất khí với tốc độ 10 lít/ phút ta chiếu liên tục trong: 8x150:10 = 120 (phút) Với chỗ viêm loét giác mạc có đường kính ước tính khoảng 3cm ta chia thành vùng cần xử lý với đường kính xử lý 1,5 cm Mỗi vùng chiếu 60s với tốc độ dòng khí 10 lít/ phút phút xử lý Tùy vào tình trạng vết thương nặng hay nhẹ mà ta có số lần chiếu nhiều hay (với bình Ar xử lý 120:4=30 lần) Vậy chi phí cho việc điều trị so với việc điều trị kháng sinh Hơn nữa, bệnh nhân điều trị ngoại trú cần đến điều trị vào định ngày nhà có người mang máy đến nên không chi phí giường bệnh Ngoài ra, chế tương tác plasma với vi khuẩn xử lý trực tiếp (như trình bày chương 1) nên xử lý chỗ có vi khuẩn không tác động lên toàn thể nên không gây hiệu không mong muốn cho người bệnh Từ so sánh kết luận rằng, phương pháp điều trị vết thương da tia plasma hồ quang lạnh mang đến hiệu cao mà chi phí thấp lại ảnh hưởng không tốt đến người bệnh Đây phương pháp ưu việt hẳn phát triển mạnh tương lai, ứng dụng rộng rãi bệnh viện, giúp người bệnh có thêm hội chữa bệnh tốt 54 Kết luận Thiết kế, chế tạo nguồn plasma jet ứng dụng y học thu kết sau: Thiết kế chế tạo thành công máy phát tia plasma hồ quang trượt có tia plasma với nhiệt độ mong muốn phù hợp với yêu cầu toán đặt Đo đạc thông số vật lý đặc trưng dòng điện hiệu điện nguồn, đặc trưng phổ tia, nhiệt độ cường độ UV tia plasma phát Chứng minh khả diệt khuẩn thí nghiệm vi sinh với đối tượng trực khuẩn mủ xanh, loại vi khuẩn gây viêm loét thường gặp vết thương mạn tính Bài báo việc thiết kế chế tạo nguồn plasma jet đăng tải tạp chí Communications in Physics, tập 24, số 3S2 (2014) Nguồn plamsma jet đưa vào thử nghiệm lâm sàng, bước đầu thu kết khả quan: Tiến hành điều trị plasma jet trường hợp bệnh nhân Việt Nam bị viêm loét nhiều nguyên nhân vị trí khác thu kết hình (a) Bệnh nhân có vết thương mãn tính với vết lở loét nghiêm trọng có dấu hiệu phục hồi rõ rệt điều trị vòng ngày; (b) Người có vết chó cắn chân gần bình phục sau điều trị ngày; (c) Trường hợp bị loét gót chân sau chấn thương cột sống năm sau điều trị 26 ngày gần lành (d) Vết chàm vô chân sau năm phục hồi hoàn toàn sau tháng điều trị Với kết lâm sàng trên, ta hi vọng rằng, việc điều trị bệnh tia plasma jet thay phần lớn phương pháp điều trị kháng sinh vừa tốn lại mang đến nhiều tác dụng không mong muốn Cách điều trị đem đến nhiều hi vọng cho người bệnh ưu điểm dễ sử dụng, chi phí thấp cho hiệu cao, liệu pháp chữa bệnh phổ biến bệnh viện tương lai gần 55 Hình ảnh bác sĩ điều trị cho bệnh nhân tia plasma jet Các kết lâm sàng thu đưa nguồn plasma jet vào thử nghiệm Do phòng nghiên cứu chưa trang bị đầy đủ thiết bị đo đạc nên chưa đo nồng độ Ozone có tia plasma phát Đây yếu tố ảnh hưởng đến khả diệt khuẩn plasma jet Trong thời gian gần nhất, tiến 56 hành đo đạc nồng độ Ozone để hoàn thiện thông số cần biết máy phát tia plasma hồ quang trượt, lạnh áp suất khí 57 Tài liệu tham khảo [1] J Park, I Henins, H W Hermann, G S Selwyn, R F Hicks, J Appl Phys 89 (2001) 20 [2] M Laroussi, IEEE Trans Plasma Sci 30 (2002) 1409 [3] E Stoffels, A J Flikweert, W W Stoffels, G M W Kroesen, Plasma Sources Sci Technol 11 (2002) 383 [4] E Stoffels, Contrib Plasma Phys 1-2 (2007) 40 [5] Misyn, F.A and Gostev, V.A (2000) Cold plasma application in eyelid phlegmon curing, in Diagnostics and Treatment of Infectious Diseases, ed Petrozavodsk University, Petrozavodsk, Russia [6] Gostev, V and Dobrynin, D (2006) “Medical microplasmatron.” Medical microplasmatron 3-rd International Workshopon Microplasmas (IWM-2006), Greifswald, Germany [7] Abraham, R.T (2004) “PI 3-kinase related kinases: „Big‟ players in stressinduced signaling pathways.” DNA Repair, 3, 883-887 [8] Kalghatgi, S., Kelly, C.M., Cerchar, E., et al (2011) “Effects of non-thermal plasma on mammalian cells.” PLoS One, 6(1), e16270 [9] Lupu, Alexandra (2006-07-20) "UV Radiation – What UVA, UVB and UVC Rays Are and How They Affect Us" Seasonal Discomforts Softpedia Retrieved 2006-09-09 [10] "UV Index Scale" EPA Sunwise 2014 [11] Weltmann KD, Kindel E, Brandenburg R, Meyer C, Bussiahn R, Wilke C, von Woedtke T Atmospheric Pressure Plasma Jet for Medical Therapy: Plasma Parameters and Risk Estimation Contrib Plasma Phys.2009;49(9):631–640 [12] Hammann A, Huebner NO, Bender C, Ekkernkamp A, Hartmann B, Hinz P, Kindel E, Koban I, Koch S, Kohlmann T, Lademann J, Matthes R, Müller G, 58 Titze R, Weltmann KD, Kramer A Antiseptic efficacy and tolerance of tissuetolerable plasma compared with two wound antiseptics on artificially bacterially contaminated eyes from commercially slaughtered pigs Skin Pharmacol Physiol 2010;23(6):328–332 [13] Lademann O, Kramer A, Richter H, Patzelt A, Meinke MC, Czaika V, Weltmann KD, Hartmann B, Koch S Skin disinfection by plasma-tissue interaction: comparison of the effectivity of tissue-tolerable plasma and a standard antiseptic Skin Pharmacol Physiol 2011;24(5):284–288 [14] Matthes R, Hübner N-O, Bender C, Koban I, Weltmann K-D, Kramer A Screening test for quality control of surface barrier discharged plasma sources with the microorganism-agar test (MAT) GMS Krankenhaushyg Interdiszip 2010;5(2):Doc02 [15] http://matvietnga.com/kien-thuc-nhan-khoa/cac-benh-ve-mat/cac-tat-khucxa/benh-loet-giac-mac/ 59