بیوشیمی پلاسما در درمان سرطان

این فصل نقش گونه‌های فعال اکسیژن/نیتروژن فعال (ROS/RNS) را در انکوژنز چند مرحله‌ای و همچنین مجموعه‌ای از ویژگی‌های مرکزی ترکیب و اثرات ضد توموری پلاسمای اتمسفری سرد (CAP) و محیط فعال شده با پلاسما (PAM) را خلاصه می‌کند. خلاصه‌ای از منابع و واکنش‌های مهم ROS/RNS در زمینه تعاملات CAP و PAM با سلول‌های غیر بدخیم در مقایسه با سلول‌های بدخیم فراهم می‌کند. از آنجایی که ROS/RNS مشتق از CAP و PAM مستقیماً با سطح سلول‌های هدف، عناصر مرتبط با اکسیداسیون و کاهش روی غشای سلول‌های غیر بدخیم، سلول‌های تبدیل شده (مرحله اولیه انکوژن) و سلول‌های تومور با حسن نیت (در اواخر) در تعامل هستند. مرحله انکوژنز) به تفصیل بیان شده است. بر اساس این اطلاعات، مفهوم تجربی مشتق‌شده از تولید اکسیژن منفرد اولیه از ترکیبات CAP و PAM و عملکرد محرک آن‌ها برای تولید پایدار و پویا اکسیژن منفرد ثانویه توسط خود سلول‌های تومور ارائه شده است. این داده‌ها امکان ارائه سناریویی از عملکرد CAP و PAM را در طول درمان تومور می‌دهد، که در آن CAP و PAM محرک‌ها هستند، در حالی که سلول‌های تومور خود عاملی برای القای مرگ سلولی آنها هستند. شواهدی برای آسیب انتخابی در سلول های غیر بدخیم نسبت به بدخیم در چنین زمینه ای ارائه شده است. این مفهوم در رابطه با مفاهیم موجود بحث خواهد شد که بر این فرض استوار است که CAP و PAM از قبل حاوی ترکیب القاکننده مرگ سلولی در غلظت کافی برای ایجاد اثرات مشاهده شده هستند.

منابع پلاسمای اتمسفری سرد برای کاربردهای سرطان و تشخیص آنها

به طور کلی، پلاسمای مورد استفاده برای درمان سرطان می تواند در حالت فشار اتمسفر در محیط هوای محیط با تزریق انواع دیگر گازها مانند He، Ar، نیتروژن، مولکول های آب و مخلوط آنها برای کاربردهای مناسب تولید شود. این پلاسما باید دارای ویژگی‌های ایمنی زیر برای درمان سرطان باشد، مانند ویژگی‌های دمای غیرحرارتی یا سرد (کمتر از 40 درجه سانتی‌گراد)، جریان‌های نشتی الکتریکی کم به پوست (کمتر از 100 واحد آمپر) بدون شوک الکتریکی، و میزان تولید ازن کم (کمتر از 0.05 ppm) برای ایمنی تنفس. این نوع پلاسما به عنوان "پلاسمای فشار جوی غیرحرارتی (NAPP)" یا "پلاسمای زیست سازگار غیر گرمایی (NBP)" یا "پلاسمای فشار اتمسفر سرد (CAP)" نامیده می شود. علاوه بر این، این پلاسما باید برای آزمایش بالینی آسان باشد.

این فصل دستگاه های پلاسمایی خاص برای کاربرد سرطان و تشخیص آنها را توضیح می دهد.

کلید واژه ها

جت پلاسما نرم

 دماهای چرخشی و ارتعاشی

گونه های رادیکال

فتولیز UV

تخلیه سد مقاومتی (RBD)

DBD ها نیاز به کار در فرکانس هایی در محدوده کیلوهرتز و بالاتر دارند. این امر مستلزم استفاده از تقویت کننده های ولتاژ بالا است که می توانند در این محدوده فرکانس کار کنند. برای گسترش محدوده فرکانس کاری زیر کیلوهرتز، روش‌های کمی پیشنهاد شد. به عنوان مثال، اوکازاکی و همکارانش از یک الکترود مش سیم دی الکتریک برای تولید تخلیه در فرکانس 50 هرتز استفاده کردند [19]. لاروسی و همکارانش از یک لایه/فیلم با مقاومت بالا برای پوشاندن یکی از الکترودهای دستگاهی استفاده کردند که از آن به عنوان تخلیه سد مقاومتی (RBD) یاد می‌شود [26]. RBD را می توان با فرکانس های پایین که تا DC ادامه می یابد کار کرد. مانع فیلم معمولاً دارای مقاومت کمی MΩ.cm است. فیلم با مقاومت بالا نقش یک بالاست مقاومتی توزیع شده را بازی می کند که مانع از تخلیه از موضعی شدن و رسیدن جریان به مقادیر بالا می شود. به این ترتیب از انتقال درخشش به قوس جلوگیری می شود. اگر هلیوم به عنوان گاز عامل استفاده شود، پلاسمای پراکنده را می توان در شکاف های جداسازی الکترودها تا 5 سانتی متر نگه داشت. اگر از مخلوط هلیوم/هوا استفاده شود، پلاسما حتی برای فواصل شکاف کوچک رشته ای می شود [26]. شکل 2.4 شماتیکی از RBD را نشان می دهد.

شماتیک تخلیه سد مقاومتی (RBD)

تحت تحریک AC و DC، جریان تخلیه یک سری پالس است که RBD را به یک تخلیه خود پالسی شبیه DBD تبدیل می کند. پالس جریان تخلیه را می توان با ماهیت ترکیبی مقاومتی و خازنی دستگاه توضیح داد. هنگامی که تخلیه مشتعل می شود، جریانی شروع به جریان می کند و ظرفیت معادل الکترودها تا جایی شارژ می شود که بیشتر ولتاژ اعمال شده در سراسر لایه مقاومتی پوشاننده الکترودها ظاهر می شود. ولتاژ در طول شکاف برای حفظ پلاسما بسیار کوچک می شود. هنگامی که تخلیه خاموش می شود، خازن معادل از طریق لایه مقاومتی تخلیه می شود. این منجر به کاهش سریع ولتاژ در سراسر لایه مقاومتی و افزایش ولتاژ در سراسر گاز می شود و دوباره تخلیه را آغاز می کند [27].

RBD برای کاربردهای مختلف صنعتی و بیولوژیکی از جمله غیرفعال کردن باکتری‌ها برای اهداف استریل‌سازی/ضد آلودگی استفاده شده است.

عملیات تخلیه سد دی الکتریک

عملیات تخلیه سد دی الکتریک

تخلیه سد دی الکتریک اولین وسیله ای بود که برای تولید پلاسمای پراکنده فشار اتمسفر با حجم زیاد استفاده شد. چندین دهه استفاده باعث درک و بهبود عملکرد آن شد [4، 5، 6، 15، 16، 17، 18، 19، 20، 21، 22، 23]. DBD ها از مواد دی الکتریک مانند شیشه یا آلومینا برای پوشش حداقل یکی از دو الکترود استفاده می کنند. الکترودها توسط ولتاژهای بالا (چند کیلو ولت) در فرکانس های محدوده کیلوهرتز تغذیه می شوند. پلاسمای تولید شده توسط DBD ها می تواند برای پردازش سطح، به عنوان محرک های کنترل جریان و برای تولید ازن استفاده شود [16، 24، 25]. از اواسط دهه 1990 که گزارش شد پلاسمای سرد تولید شده توسط DBD ها باکتری ها را به طور موثر غیرفعال می کند، DBD ها نیز به طور گسترده برای کاربردهای زیست پزشکی مورد استفاده قرار گرفته اند [11، 12، 13، 14].

DBD ها را می توان در پیکربندی های هندسی مختلف طراحی کرد. شکل 2.1 تعدادی از آنها را نشان می دهد.

تخلیه سد دی الکتریک (DBD)

تاریخ

Theodose du Moncel اولین کسی بود که در سال 1855 کشف کرد که تخلیه می تواند در شکافی که دو صفحه رسانا پوشیده شده توسط دو صفحه شیشه ای را از هم جدا می کند، ایجاد شود. برای هدایت تخلیه، او از یک سیم پیچ Ruhmkorff استفاده کرد، که یک سیم پیچ القایی است که امکان تولید ولتاژهای AC بالا از یک منبع DC ولتاژ پایین را فراهم می کند. این کار، 2 سال بعد، توسط ورنر فون زیمنس دنبال شد که در مورد کاربرد تخلیه مانع دی الکتریک (DBD) برای تولید ازن گزارش داد [2]. طرح زیمنس هندسه ای استوانه ای با ورق های قلع به عنوان الکترود و شیشه به عنوان دی الکتریک داشت. در دهه 1930، فون انگل تلاش کرد، نه چندان موفق، با کنترل دمای کاتد، یک پلاسمای غیرتعادل فشار اتمسفر بدون استفاده از مانع دی الکتریک تولید کند [3]. سرانجام، در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990، گزارش هایی در مورد تولید پلاسمای فشار جوی غیر تعادلی و منتشر با استفاده از DBD منتشر شد [4، 5، 6]. هندسه الکترود مسطح و ولتاژهای سینوسی در کیلوولت در فرکانس‌های محدوده کیلوهرتز استفاده شد. عملکرد DBD بعداً با استفاده از پالس‌های ولتاژ زمان افزایش سریع مکرر با عرض پالس در محدوده نانوثانیه-میکرو ثانیه بهبود یافت [7، 8، 9]. با استفاده از پالس های کوتاه تکراری، انرژی اعمال شده ترجیحاً با جمعیت الکترون جفت می شود و بنابراین، کنترل بهتر تابع توزیع انرژی الکترون (EEDF) برقرار می شود [8، 9، 10]. DBD ها به طور گسترده در کاربردهای پردازش سطحی و اخیراً، از اواسط دهه 1990، در کاربردهای زیست پزشکی، به عنوان مثال، پزشکی پلاسما استفاده شده است.

بررسی منابع پلاسمای فشار اتمسفر سرد برای کاربردهای سرطان

پلاسمای سرد شرایط انرژی غیرتعادلی را نشان می دهد که در آن الکترون ها انرژی بالایی دارند در حالی که ذرات سنگین (یون ها و خنثی) انرژی پایینی دارند. به این ترتیب، پلاسمایی که ضعیف یونیزه می شود، می تواند دمای نسبتاً پایینی داشته باشد، به اندازه دمای اتاق. منابع اصلی مورد بحث در اینجا تخلیه سد دی الکتریک (DBD)، تخلیه سد مقاومتی (RBD) و جت های پلاسمای فشار اتمسفر غیرتعادلی (N-APPJs) هستند. همه این منابع امکان تولید گونه‌های واکنش‌پذیر مانند گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) و گونه‌های نیتروژن فعال (RNS) را فراهم می‌کنند، که اعتقاد بر این است که نقش کلیدی در تعامل پلاسمای سرد با سلول‌ها و بافت‌ها دارند. علاوه بر این، گونه های باردار و میدان های الکتریکی نسبتاً زیاد تولید شده توسط این منابع می توانند در برخی از اثرات بیولوژیکی دخیل باشند.

منابع پلاسمای فشار اتمسفر سرد برای کاربردهای سرطان

در این فصل، فیزیک و مهندسی منابع پلاسمایی با دمای پایین مورد استفاده در پزشکی پلاسما پوشش داده شده است. ابتدا، یک بررسی کلی از دستگاه های اصلی پلاسما ارائه شده است. در ادامه توضیحات مفصلی درباره یکی از منابع اصلی پلاسما مورد استفاده در انکولوژی پلاسما، جت پلاسمای فشار اتمسفر غیرتعادلی (N-APPJ) ارائه می شود.

تابع توزیع انرژی الکترون

  تخلیه سد مقاومتی

تخلیه سد دی الکتریک

عدم تعادل

فشار جو

جت های پلاسما

گلوله پلاسما

کتاب درمان سرطان با پلاسما

پلاسما یک گاز یونیزه است که معمولاً در شرایط آزمایشگاهی با دمای بالا تشکیل می شود. پیشرفت اخیر در پلاسمای جوی منجر به تولید دستگاه های پلاسمای جوی غیر حرارتی یا سرد (CAP) با دمای یون نزدیک به دمای اتاق شده است. CAP پتانسیل قابل توجهی در درمان سرطان نشان داد. برخلاف بسیاری از رویکردهای ضد سرطانی موجود، CAP یک روش انتخابی ضد سرطان است. این کتاب که توسط محققان کلیدی در این زمینه نوشته شده است، تجزیه و تحلیل و مروری جامع از پیشرفته ترین درمان سرطان مبتنی بر پلاسما ارائه می دهد. ما همچنین برخی از پیشرفت‌های اخیر در این زمینه، چالش‌های اولیه و مسیرهای آینده را ارائه خواهیم کرد. این کتاب برای مخاطبان گسترده ای، از دانشجویان گرفته تا مهندسان و دانشمندان، که علاقه مند به حوزه نوظهور کاربرد پزشکی پلاسما هستند، در نظر گرفته شده است.

پلاسما

تخلیه های جوی

  جت پلاسما

  تخلیه سد دی الکتریک

فیزیک اتمی و مولکولی (AMP)

معرفی

حوزه فیزیک اتمی و مولکولی (AMP) به پیشرفت های قابل توجهی در تکنیک های اندازه گیری تجربی با دقت بالا دست یافته است. این منطقه طیف گسترده ای را در بر می گیرد که از نواحی چند رشته ای معمولی تا نوظهور جدید مانند فیزیک یون های باردار بالا (HCI)، فیزیک مولکولی، علوم نوری، فناوری لیزر فوق سریع و غیره را شامل می شود. این کتاب شامل موضوعات مهم ساختار اتمی، فیزیک اتمی است. برخورد، برانگیختگی نوری، فرآیندهای یونیزاسیون نوری، خنک‌سازی و به دام انداختن لیزر، تراکم بوز انیشتین و کاربردهای فناوری پیشرفته AMP در زمینه‌های نجوم، اخترفیزیک، همجوشی، زیست‌شناسی و نانوتکنولوژی. این کتاب برای محققان، اساتید، دانشجویان فارغ التحصیل، فوق لیسانس و دکترا که با فیزیک اتمی و مولکولی سروکار دارند مفید است. این کتاب دامنه وسیعی با کاربردها در زمینه های همسایه مانند فیزیک پلاسما، اخترفیزیک، برخوردهای سرد، نانوتکنولوژی و منابع انرژی همجوشی آینده مانند دستگاه پلاسما توکوماک ITER (راکتور آزمایشی حرارتی هسته ای بین المللی) دارد که به داده های AMP دقیق نیاز دارد.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

فیزیک اتمی، مولکولی، نوری و پلاسما

خصوصیات و ارزیابی مواد

طیف سنجی و میکروسکوپی

فیزیک دمای پایین

نانوتکنولوژی و مهندسی میکرو