lから高分子量の化学生成物の生成に対する過渡スパークプラズマ放電の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2059 (2023) この記事を引用

1254 アクセス

2 引用

メトリクスの詳細

低温大気圧プラズマは、多くの研究分野で今後の手法と考えられています。 プラズマ処理された生体材料に加えて、生体分子のプラズマ修飾も多くの注目を集めています。 したがって、この研究では、過渡スパーク プラズマ (TSP) 放電を操作して、L-システインの化学構造に対するその効果を研究しました。 TSP はピンとリングの電極配置で構成され、Ar ガスが流されました。 また、2 つの化学物質の影響も調査しました。 ジメチルスルホキシド (DMSO) と過酸化水素 (H2O2) をバブリング法で分析し、それらが新しい化学バイオ製品の生成にどのような変化をもたらすかを示します。 紫外可視吸収分光法、フーリエ変換赤外分光法、液体クロマトグラフィー質量分析法を使用して、システイン構造の化学結合の変化を調査し、新しい生体分子の生成を描写しました。 表示された結果に基づくと、プラズマ生成反応種はシステインの化学構造に大きな役割を果たしています。 DMSO と H2O2 を血漿に入れると新しい生成物が生成され、最も重い生体分子は DMSO と H2O2 の同時添加によって生成されました。 この結果は、システイン溶液の重合プロセスから、より高い分子量をもつ一部の化学生成物やアミノ酸が生成されることも予測しました。 強力な酸化プロセスにより、重化学化合物が生成されます。

低温大気圧プラズマが持つ、多くの分野、特にプラズマ医学において多種多様な反応種を生成する独特の能力は、多くの研究者によって検討されてきました。 細菌およびウイルスの不活化 1,2、創傷治癒 3,4、皮膚疾患 5,6、およびさまざまな種類の癌疾患 7,8,9,10 は、冷大気圧プラズマで扱われる興味深いトピックです。 これまでに、特定の目標を達成するために、大気圧プラズマジェット (APPJ)13、14、15、16 および誘電体バリア放電 (DBD)17、18、19 のさまざまなプラズマ実験構成 11、12 が設計され、強化されてきました。 電圧、電流、周波数、放電ギャップ、供給ガスの種類などのさまざまなパラメータを変更することは、反応種の量と種類の形成に重要な役割を果たす可能性があります。 血漿医学の応用を研究する際、研究者は生物学的システムに焦点を当てます。 彼らは、シミュレーションと実験法の両方を使用して、生体サンプルと血漿の間の相互作用を理解することを目的としています20、21、22。 複雑な生物学的システムとして知られるタンパク質などの有機システムは、さまざまなプラズマ放電によって検討されています。 血漿によって生成される反応種の量と種類は治療に非常に効果的であるため、科学者はさまざまな血漿構成がタンパク質の主成分であるアミノ酸に及ぼす影響を研究してきました。 2014 年に遡ると、Takai ら 23 は 20 個のアミノ酸に対するプラズマ ジェットの効果を研究し、14 個のアミノ酸側鎖に対する変化を報告しました。 2016 年に、Zhou ら 24 は、プラズマがタンパク質の構造にどのような影響を与えるかを示すために、プラズマ ジェット システムをより多くのマイクロ プラズマ ジェットにアップグレードしました。 数年後、ウェンデらは、 およびSremackiら。 KINPen プラズマ ジェット 25 と RF プラズマ ジェットをエアロゾル システム 26 と組み合わせてそれぞれ使用し、血漿-液体相互作用プロセスとそのシステイン アミノ酸への影響を調査しました。 さらに、Lackmann et al. は、2 つのプラズマ源を使用して、各プラズマ源で異なる化学的特性の結果を示しました27。 2014 年に、Li らにより、バリンアミノ酸の分解生成物のいくつかのメカニズムを調査するために、誘電体バリア放電 (DBD) プラズマ装置が設計されました。 また、他の研究者は、処理時間や溶液濃度などの要因が改質の品質に影響を与える可能性があることを示しました29。 興味深いことに、硫黄含有アミノ酸は良い標的と考えられています。 他のものよりもプラズマ処理による化学修飾を受けているようです。 前述したように、低温大気圧プラズマの最も重要な特徴は、室温付近に留まる高活性酸素および窒素種 (RONS) を生成できることです。 したがって、それらは生体系の改変に適しています。 血漿と水性媒体の間の相互作用が多くの応用、特に生体系にとって不可欠であることは注目に値します。 生物には水分が含まれているため、血漿と液体の相互作用を研究することが重要です 30,31,32。 このようにして、科学者たちはプラズマ活性化水 (PAW) に焦点を当ててきました 33,34。 プラズマにさらすことによる水面の上または下の処理 35,36 は、水を多くの反応種を含む活性媒体に変換します。 プラズマ由来のラジカルや粒子と水分子との相互作用により、さまざまな化学反応が起こります。 実際、プラズマ相から水性液体に来る高エネルギー種と粒子を捕捉することによって、多くの新しい気液界面の化学反応が形成され、その後、水に溶解する他の多くの反応性粒子が生成されます 37,38。 これらの反応種には、液相種 (H2O2、NO2-、NO3-、・OH、ONOOH、ONOO-) および (NO、NO2、O3、原子状 O、NO、NO2、N2O、HNO2) などの活性酸素または窒素種が含まれる場合があります。 、HNO3、O2–、1O2)39,40,41,42,43。 さまざまな種類の低温大気圧プラズマの中でも、過渡スパーク プラズマ放電 (TSP) は電子密度が高いため、非常に有用です。 TSP 放電は、1 ～ 10 kHz の繰り返し周波数を持つ DC 駆動の自己パルスとして知られており、通常は持続時間が短い電流パルス (10 ～ 100 ns)44 です。 このタイプのプラズマ放電は、頭部内にほぼ 200 kV/cm の電場を持つ多数のストリーマで構成され、短いスパーク電流パルスに変換されます。 TSP 放電のこの特徴により、イオン化と効果的な化学プロセスを簡単に実行できます 45,46。