等離子體化學(xué)的基本原理和應(yīng)用

1、等離子體化學(xué)的基本原理及應(yīng)用等離子體化學(xué)是20世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的一門新興交叉科學(xué)。經(jīng)過40多年的研究發(fā)展，已經(jīng)廣泛地引用于化工、冶金、機(jī)械、紡織、電子、能源、半導(dǎo)體，醫(yī)藥等不同領(lǐng)域。本文對(duì)等離子體化學(xué)在材料、電子、光學(xué)、醫(yī)藥、化學(xué)合成、環(huán)境保護(hù)幾個(gè)方面的一些應(yīng)用進(jìn)行綜述。1-21理論概述3對(duì)常溫常壓條件下的氣體通過高溫加速電子加速離子給物質(zhì)以能量，物質(zhì)被解離成陰、陽離子的狀態(tài)，由于整個(gè)體系陰、陽離子總電荷相等，故稱為等離子體。而從通常的能量排布：氣體>液體>固體的角度來說，等離子的能量比氣體更高，能表現(xiàn)出一般氣體所不具有的特性，所以也被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。當(dāng)氣體電離生成電子正離子

2、一般在段時(shí)間內(nèi)發(fā)生結(jié)合，回到中性分子狀態(tài)，這個(gè)過程產(chǎn)生的電子、離子的一部分能量以電磁波等不同形式消耗，在分子離解時(shí)常生成自由基，生成的電子結(jié)合中性原子，分子形成負(fù)離子。因此，整個(gè)等離子體是電子正負(fù)離子激發(fā)態(tài)原子，原子以及自由基的混合狀態(tài)。因?yàn)楦鞣N化學(xué)反應(yīng)都是在高激發(fā)態(tài)下進(jìn)行的，與經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)完全不同。這樣使等離子體的原子或分子的本性通常都發(fā)生改變，即使是較穩(wěn)定的惰性氣體也會(huì)變得具有很強(qiáng)的化學(xué)活潑性。在放電氣體中發(fā)生的反應(yīng)稱為等離子體化學(xué)反應(yīng)，用電子溫度Te和離子溫度Ti作為參數(shù)。若Te Ti稱為平衡等離子體或高溫等離子體。若Te >>Ti稱為非平衡等離子體或低溫等離子體。這兩種不

3、同的情況在不同的領(lǐng)域都有廣泛的運(yùn)用。2設(shè)備與裝置3-4可以將等離子的產(chǎn)生理解為：一定的真空度，外加電場(chǎng)/磁場(chǎng)，通電條件下射頻放電產(chǎn)生的特殊物質(zhì)。各國學(xué)者一直努力研制一種能得到均勻穩(wěn)定的等離子的設(shè)備?？梢酝ㄟ^(1)解光放電、(2)電暈放電、(3)寂靜放電、(4)RF放電、(5)微波放電這5種放電方式(基本特征見圖1)來得到等離子體，但為了保證反應(yīng)產(chǎn)物不分解，一般采用輝光放電形式。這類儀器通過外加電場(chǎng)可以有效地把能量直接傳遞給反應(yīng)體系中的氣體分子，反應(yīng)腔里將發(fā)生氣體放電，產(chǎn)生非平衡等離子體，這種能量傳遞方法不僅經(jīng)濟(jì)有效，而且產(chǎn)生的等離子體具有能量高密度大的特點(diǎn)，所以應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)不

4、同分為內(nèi)部電極方式的反應(yīng)器、外部電極方式的反應(yīng)器、直流放電反映器、采用商業(yè)頻率的反映器、微波放電反映器（見圖2）。而大多數(shù)工業(yè)活動(dòng)需在常壓或加壓(高氣體濃度)條件下進(jìn)行，尤其化學(xué)工業(yè)、環(huán)境工程和材料工業(yè)等還不具備在低氣壓條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的工藝條件。圖1 四類放電形式的特征圖2 等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置33等離子的應(yīng)用等離子雖然是一門新興學(xué)科，但是其在科學(xué)研究各方面已經(jīng)取得了廣泛的運(yùn)用，涉及材料學(xué)，光學(xué)，電子學(xué)，醫(yī)藥學(xué)，環(huán)境學(xué)等不同領(lǐng)域。31材料學(xué)311膜材料對(duì)于制備薄膜技術(shù)而言，低溫等離子體的引入，不僅產(chǎn)生了以有機(jī)單體氣態(tài)聚合合成有機(jī)薄膜的全新等離子體聚合沉積(PPD)3技術(shù)，也在原有的沉積工藝

5、上形成了一系列復(fù)合沉積技術(shù)，如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(FACVD)3、反應(yīng)離子鍍(ARE)3、等離子體增強(qiáng)外延生長(PAE)3等。低溫等離子體在薄膜技術(shù)中的應(yīng)用，無疑是以等離子體化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，充分研究和利用等離子體化學(xué)反應(yīng)將在下列方面優(yōu)化薄膜工藝5： 1、膜材質(zhì)多樣化，由單一的金屬、介質(zhì)膜，發(fā)展到有機(jī)化合物、高分子、金屬有機(jī)化合物及它們的復(fù)合膜；2、膜結(jié)構(gòu)多樣化，已制備出非晶、微晶、多晶及交聯(lián)狀薄膜；3、膜性高功能化，通過控制反應(yīng)物種、配比、反應(yīng)條件，可以獲得迭層、復(fù)合、共混、共聚等多種形態(tài)的薄膜，滿足高功能要求，4、膜品質(zhì)高優(yōu)化。充分發(fā)揮化學(xué)鍵結(jié)合和過渡、界面層理論，可以在各種基體上實(shí)現(xiàn)

6、薄膜的超薄、致密、無針孔、均勻、結(jié)合強(qiáng)度高的薄膜;5、膜生長低溫化，部分無機(jī)化合物薄膜用CVD和FACVD在低溫下生長，是等離子體化學(xué)反應(yīng)降低成膜溫度的一個(gè)例子。等離子體化學(xué)成膜的基本原理是在室溫或較低溫度時(shí)，從外部給氣體施加電磁場(chǎng)形成等離子態(tài)，這時(shí)由于氣體發(fā)生離解，產(chǎn)生蒸氣壓很低的物質(zhì)，它在固體表面沉積形成薄膜。等離子體反應(yīng)薄膜沉積可分為濺射、離子鍍、等離子化學(xué)氣相沉積、等離子表面改性和聚合等類型。其中最引人注目的是等離子化學(xué)氣相沉積方面的研究，最具代表性的是等離子體氮化硅膜（P-SiN）和等離子體氧化硅膜（P-SiO，P-PSG）3。這兩大類膜不僅應(yīng)用廣泛，而且性能穩(wěn)定。最近研究應(yīng)用等離子

7、化學(xué)氣相沉積技術(shù)制得陶瓷薄膜。312超微粉末在等離于體作用下，一些材料可以較為容易地發(fā)生斷鍵和聚合。適當(dāng)控制參數(shù)可以高效率地制備微細(xì)的甚至分子尺度的超細(xì)粉末。制備SiN、Sic 、SiO26-9：等的技術(shù)已在開發(fā)成功，其效率和質(zhì)量都是極有吸引力的。313超導(dǎo)材料自從1986年諾貝爾獎(jiǎng)得主貝德諾爾茲和米勒發(fā)現(xiàn)復(fù)合氧化物高溫超導(dǎo)體后，立即在世界范圍內(nèi)掀起一場(chǎng)超導(dǎo)熱，這與其本身的應(yīng)用有很大關(guān)系，而等離子體化學(xué)氣相淀積不僅是制備薄膜材料的方法，同時(shí)所得的膜是一種特殊的超導(dǎo)材料。我國科學(xué)家運(yùn)用高頻磁控濺射法制得Y-Ba-Cu-O等薄膜超導(dǎo)材料，并在該領(lǐng)域有不斷突破。10-11314高分子材料等離子體技術(shù)

8、在高分子科學(xué)12上的應(yīng)用發(fā)展很快，涉及面廣，大致可分為三個(gè)方面：(1)等離子體聚合；(2)等離子體引發(fā)聚合；(3)高分子材料的等離子體表面改性。其中，等離子體聚合是把有機(jī)單體轉(zhuǎn)變成等離子態(tài)，產(chǎn)生各類活性物種，由活性物種相互間或活性物種與單體間發(fā)生加成反應(yīng)來進(jìn)行聚合，是一種新型聚合法。用這種方法易于對(duì)聚合物賦予各種功能，特別適合于研制功能高分子。例如電子器件、傳感器用的導(dǎo)電高分子膜，集成電路用的光刻膠膜及氣體分離膜等。等離子體引發(fā)聚合是把等離子體輻射作為能源對(duì)單體作短時(shí)間照射，然后將單體置于適當(dāng)溫度下進(jìn)行聚合，是一種不需要引發(fā)劑的新聚合法，適于合成超高分子量聚合體或單晶聚合體，進(jìn)行接枝聚合、嵌段

9、聚合、天機(jī)環(huán)狀化合物開環(huán)聚合、固定化茵等。高分子材料的等離子體表面改性是利用非聚合性氣體的輝光放電，改變待加工材料的表面結(jié)構(gòu)，控制界面物性或進(jìn)行表面敷膜?？捎脕硖岣咚芰系恼辰訌?qiáng)度，改善棉、毛等天然纖維的加工性能，如浸潤性、絲紡性、耐磨性、色牢度等，也可用于表面殺菌。32電子學(xué)電子方面主要是微電子技術(shù)。超大規(guī)模集成電路3，12的生產(chǎn)工藝過程中，一方面要求在一個(gè)直徑通常約為20cm的硅片上同時(shí)制作幾百上千個(gè)芯片；另一方面又要求在每個(gè)芯片上刻蝕上百萬個(gè)模擬晶體管、電容器和電阻等功能的元件。作為一種精細(xì)加工手段等離子體在微電子領(lǐng)域已取得了巨大成功。早在60年代等離子體刻蝕(干法)就已開始逐步取代化學(xué)刻

10、蝕(濕法)（見圖3）而嶄露頭角。目前這仍是一種最成功的廣泛應(yīng)用的微刻蝕技術(shù)。此后等離子體顯影、曝光、等離子體化學(xué)氣相淀積、離子植入、等離子體退火等一系列、微電子加工技術(shù)逐步成熟并推廣。等離子體刻蝕已同化學(xué)刻蝕一起用于超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)中，比起純化學(xué)刻蝕來等離子體刻蝕有兩大優(yōu)點(diǎn)：各向異性和形成保護(hù)膜。隨著要求在一個(gè)芯片上集成更多的元件，光刻工藝的分辨率已難跟上集成度越來越高的要求；等離子體刻蝕與表面沉積技術(shù)卻能很好的處理這一問題。圖333光學(xué)331光電子技術(shù) 光電子技術(shù)在很多方面借鑒了微電子發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，從一開始就應(yīng)用了等離子體加工技術(shù)12。目前等離子體化學(xué)汽相淀積的應(yīng)用早已超出了多晶或非晶硅

11、或砷化鎵等半導(dǎo)體材料、SiO2、Al203等介質(zhì)或金、鋁、銀等金屬薄膜的制備范圍，并已用于生長各種晶體光學(xué)薄膜。例如，非晶硅(aSi)太陽能電池的大規(guī)模廉價(jià)生產(chǎn)。單晶硅太陽能電池雖研制較早，在衛(wèi)星、宇航等方面已成功應(yīng)用，但其制造工藝復(fù)雜，成本太高，不可能大量民用。相比之下，非晶硅太陽能電池卻后來居上，80年代初開始已大量作計(jì)算器、收音機(jī)電源等迅速商品化，這一方面受益于wESpear教授等對(duì)非晶硅進(jìn)行價(jià)電子控制，另一方面是PCVD工藝的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了非晶硅太陽能電池的廉價(jià)大面積自動(dòng)化生產(chǎn)。一般是以硅烷SiH4為主要原料，輝光放電形成等離子體。單獨(dú)用SiH4放電時(shí)反應(yīng)生成的是i型非晶硅半導(dǎo)體層。若在S

12、iH4中摻入少量B2H6便生成p型層，改摻少量NH3則生成n型層。顯然，只需切換輸入反應(yīng)室的放電氣體種類并控制摻雜量就能連續(xù)制成非晶硅太陽能電池的p、i、n結(jié)構(gòu)，不僅適于大規(guī)模連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，還有其他許多優(yōu)點(diǎn)：(1)光電轉(zhuǎn)換效率高 (2)省資源、省能源、原料便宜、成本低。 (3)膜性質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)多晶非晶的半導(dǎo)體材料晶體光學(xué)薄膜。如金剛石碳化硅復(fù)合梯度膜制備研究得到具有特殊性能的光學(xué)薄膜，而這類薄膜的常用近紅外來檢測(cè)。13-14332等離子體顯示技術(shù)近些年美國、日本、意大利等發(fā)達(dá)國家都研制全彩色的交流等離子體顯示器15。世界上第一臺(tái)離子體顯示器于1995年在日本面世，我國也于1997年

13、生產(chǎn)出使用這種顯示器的高清晰度彩色電視機(jī)。隨著這種顯示器造價(jià)的降低，預(yù)計(jì)它很快將廣泛地被用于臺(tái)式、筆記本式計(jì)算機(jī)。等離子體顯示將給信息產(chǎn)業(yè)帶來難以估量的利益。交流等離子體顯示器的工作原理是氣體放電，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作氣體通常采用氮氖惰性氣體。每個(gè)小放電室為一個(gè)工作單元，稱為等離子體室。交流電壓加在底部板上的行電極和頂部板上的列電極之間，放電時(shí)產(chǎn)生的紫外線使周圍的不同熒光物質(zhì)發(fā)出不同顏色的光，這就是彩色交流等離子體顯示技術(shù)。有些研究人員把等離子體聚合與鍍膜(或稱涂層)的技術(shù)用于光導(dǎo)纖維生產(chǎn)和集成光學(xué)芯片的制造中。現(xiàn)已研制出等離子光學(xué)傳感器。333等離子光譜12等離子體光譜是以等離子體作光源的光譜

14、分析法。等離子體是發(fā)光的，實(shí)質(zhì)上是其組成粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)的能量躍遷，稱為等離子體輻射。根據(jù)輻射特征譜線的波長和強(qiáng)度即可進(jìn)行定性定量分折。這種光源用氣體放電法產(chǎn)生，按施加的電場(chǎng)不同可分為三大類：(1)直流等離子體光源，簡(jiǎn)稱DCP。(2)高頻等離子體光源，按耦合方式不同又可分為兩種，即電感耦合高頻等離子體炬(ICP)和電容耦合高頻等離子體炬(CCP)。(3)微波等離子體光源。也可分為電感耦合型(MIP)和電容耦合型(CMP)兩種。 以上幾種等離子體光源中ICP的分析性能最好，也是目前用得最多的一種。圖4為ICP光源概略圖，它是一支同獨(dú)的石英三管炬。三層套管中都通Ar氣，但氣流量和作用不同。外管中

15、的Ar氣流量最大，是發(fā)生工作等離子體的主氣源。中間管中的Ar氣流量較小，起輔助作用，使發(fā)生的等離子體向上稍稍隆起。中心管中的Ar氣是載氣，用它把試樣溶液氣溶膠化并導(dǎo)入等離子體區(qū)。與經(jīng)典的光譜分析相比ICP有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)光源穩(wěn)定，再現(xiàn)性好，克服了長期以來對(duì)于固體標(biāo)樣的依賴。(2)檢出限低，一般可達(dá)ppb(十億分之一)級(jí)。(3)工作曲線的線性范圍廣，可達(dá)56個(gè)數(shù)量級(jí)。(4)測(cè)定精度遠(yuǎn)比經(jīng)典發(fā)射光譜法高。(5)應(yīng)用面廣，分析速度快。幾乎可分析周期表中的所有元素，還能同時(shí)進(jìn)行多元素分析。對(duì)各種樣品種中的元素進(jìn)行測(cè)定已被廣泛運(yùn)用于有效成分含量測(cè)定，金屬離子測(cè)定晶體特性的測(cè)定，雜質(zhì)的定量檢測(cè)。圖434

16、醫(yī)藥學(xué)等離子技術(shù)經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)，用于骨科、脊柱外科、耳鼻喉科、美容、普外、神經(jīng)外科和藥物研究等方面，其優(yōu)異的特性已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到廣大專家和患者的好評(píng)。341生物相容性材料材料的生物相容性是指材料植入生物體后不會(huì)引起凝血、毒性、過敏、致癌、免疫反應(yīng)等, 同時(shí)與生物體協(xié)調(diào)且執(zhí)行預(yù)期的功能。如何改善醫(yī)用生物材料的生物相容性、使其適合臨床移植手術(shù)和科研需要, 一直是廣大生物學(xué)家和材料科學(xué)家追尋的目標(biāo)。低溫等離子體技術(shù)包括刻蝕、沉積、聚合、表面清洗和消毒等, 它可以對(duì)材料表面進(jìn)行鍍膜、聚合、修飾、改性等處理。這可以改善生物材料的親水性、透氣性、血溶性, 以使人造血管、血液透析薄膜等生物醫(yī)用材料得到

17、廣泛應(yīng)用3。341.1眼科材料 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是二十世紀(jì)四十年代就開始用作隱形眼鏡材料。由于PMMA 具有折射率高、硬度合適、生物親和性好等性質(zhì), 直到今天仍然廣為使用。但是, PMMA 親水性不佳,氧氣通透性也較差, 嚴(yán)重者還會(huì)引起并發(fā)癥，這將損傷佩戴者眼睛。利用乙炔、氮?dú)?、水生成的等離子體聚合物鍍于PMMA 透鏡表面形成一層薄膜, 可以改善材料的親水性, 減小角膜上皮細(xì)胞的粘連。在聚合物夾層中加入一種有機(jī)硅氧烷可以提高材料的透氣性, 但是, 由于硅氧烷固有的疏水特性使得材料的保濕性能降低。解決含硅聚合物表面疏水問題是利用輝光放電的辦法來處理。經(jīng)氧等離子對(duì)PMMA 和聚硅氧烷的

18、結(jié)合物處理后,它的表面含碳量降低而含氧量增高, PMMA 保濕性能提高。如果將等離子體沉積甲烷薄膜鍍于硅橡膠表面, 則可以提高它的保濕性, 減小粘性和液體的滲透, 又保持了透氣性。在外科手術(shù)中, PMMA 作為眼內(nèi)晶狀體的移植材料使用得非常普遍, 但它和角膜上皮細(xì)胞的接觸會(huì)導(dǎo)致角膜上皮細(xì)胞的永久損傷。利用等離子體沉積或者輻照處理辦法可以將親水性的單體如異丁烯酸羥乙酯沉積到PMMA 的表面。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有使用等離子處理的PMMA 表面引起1030% 的細(xì)胞損傷, 而經(jīng)過處理的PMMA的細(xì)胞損傷在10以下。341.2骨科牙科 骨和牙的生物兼容性材料的特殊性要求其不僅具有良好的生物兼容性還要求具有一定

19、的硬度和耐用性。如鈦及鈦合金 16-20作為人工材料用于人體硬組織缺損的修復(fù)應(yīng)用于臨床已有很長時(shí)間了，這與其良好的生物兼容性和耐疲勞性被廣泛運(yùn)用，但是其耐磨性極差，對(duì)鈦及鈦合金應(yīng)用等離子滲氮處理的方法的得到新型的鈦及鈦合金材料。另外等離子體活化改性的特殊陶瓷能具有類骨磷灰石的表面形貌、組成和結(jié)構(gòu)。其機(jī)理是等離子體中的高能、高活性的粒子轟擊HA/ TCP ,使其表面刻蝕和粗化,也使HA/ TCP 晶體產(chǎn)生畸變活化,從而增加了特殊陶瓷的溶解性,易使局部鈣、磷離子濃度達(dá)到過飽和,有利于類骨磷灰石的成核和生長。表明等離子體表面改性提高了材料的活性。有利于促進(jìn)骨的形成和生長.2641341.3抗凝血材料

20、 是指它植入生命體內(nèi)不會(huì)引起凝血、毒性、癌變和免疫反應(yīng), 并能執(zhí)行預(yù)期的功能。等離子體沉積的聚合物膜的親水性基團(tuán)(如OH、COOH 等) 往往暴露在外, 因此薄膜表現(xiàn)出良好的親水性, 并且它不受血液濃度或粘度變化的影響。未經(jīng)等離子體處理的人造血管植入人體后能夠引起血小板的聚集, 以致形成血栓。如果使用涂有等離子體沉積膜的人造血管, 血液在流經(jīng)此種膜的表面時(shí), 層流和湍流加快, 而渦流較少發(fā)生, 停滯點(diǎn)流也很少觀察到, 因此出現(xiàn)血栓的機(jī)會(huì)比普通材料大大減少。人工材料接觸血液之后, 一般都會(huì)有炎癥和排異反應(yīng)發(fā)生。近年來, 利用等離子體技術(shù)（如將滌綸(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯, PET ) 材料表面接枝

21、不同分子量的聚乙二醇(PEG)22,21二氧化硫(SO2)23-27處理LDPE 膜）制備的人造心臟、血管、人造骨、口腔材料等已在臨床得到實(shí)際應(yīng)用, 效果良好。342臨床手術(shù)28, 29等離子低溫射頻治療的基本原理是通過100kHz 的等離子射頻電場(chǎng)，使電解液變?yōu)榈蜏氐入x子態(tài)，在電極前形成厚度為100m的等離子體薄層，強(qiáng)大的電場(chǎng)使等離子體薄層中的自由帶電粒子獲得足夠動(dòng)能，打斷分子鍵，使靶組織細(xì)胞以分子為單位解體，在低溫下形成切割和消融效果。這也就使等離子射頻具有“刀”一樣的切割效果，因此，臨床又稱為“等離子刀”。普通射頻或微波的工作原理是將靶組織內(nèi)的水分子隨輸出的磁場(chǎng)左右運(yùn)動(dòng)，分子間摩擦產(chǎn)生熱

22、量，再通過熱能使蛋白凝固、壞死，沒有切割作用。因此，二者的作用原理完全不一樣。等離子低溫射頻除具有“刀”的特性外，還有獨(dú)特的使組織皺縮和止血作用。當(dāng)射頻電場(chǎng)的能量作用于組織（包括血液）時(shí)，組織的阻抗導(dǎo)致熱效應(yīng)，從而產(chǎn)生皺縮和止血作用，與以往通過高溫使組織壞死的熱皺縮技術(shù)不同，等離子刀可以將溫度精確控制在6070，既確保使膠原蛋白分子螺旋結(jié)構(gòu)皺縮，又保持了細(xì)胞的活力3031。等離子體手術(shù)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)32：（1）微創(chuàng)傷：深層組織健康，創(chuàng)口表面所受損傷較小，出血少、疼痛輕、恢復(fù)快。（2）低溫控制：工作溫度僅為40-70OC，創(chuàng)面無炭化，對(duì)周邊組織損傷小。切割溫度不超過54 OC，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電外科

23、設(shè)備和激光的工作溫度。（3）操作精確：等離子體薄層內(nèi)被加速的離子的作用范圍極短，僅為10um，消融作用控制在靶組織表面，因消融作用被精確控制在與射頻電極接融的組織表層，對(duì)深層組織沒有影響，始終保持術(shù)野清晰，解剖層次分明。（4）保障安全：等離刀的所有刀頭均采用擁有專利的雙極結(jié)構(gòu)，射頻電場(chǎng)僅局限于刀頭的雙極之間決不進(jìn)入病人體內(nèi)，工作能量精確地控制在3-4w，避免對(duì)神經(jīng)的損傷。將熱損傷降低至最低，舌根部不再是禁區(qū)。（5）高效減容：可控消融等離子打扎術(shù)，可達(dá)到即刻與遲后的減容效果。（6）功能齊全：醫(yī)生可根據(jù)手術(shù)的需要，選擇不同型號(hào)的等離子刀，并運(yùn)用合適的能量級(jí)。將等離子刀引入臨床手術(shù)中，并運(yùn)用于口腔3

24、334，外科3536，婦科3738，耳鼻喉科39，骨科4041等科室手術(shù)。如等離子刀在軟骨成形術(shù)中應(yīng)用41，治療宮頸糜爛38，用于軟腭、舌根部手術(shù), 治療輕、中度阻塞性睡眠呼吸暫停及扁桃體肥大的手術(shù)治療 29 。343組織培養(yǎng)材料42-44由于塑料材料成本低廉、使用方便、易于消毒,所以利用它們作為組織培養(yǎng)的材料變得越來越普遍。然而, 未經(jīng)處理的塑料例如聚乙烯表面通常不適宜培養(yǎng)許多附著性強(qiáng)的細(xì)胞族, 因?yàn)樗鼈儾荒艽龠M(jìn)細(xì)胞的附著、散播及生長。將聚乙烯培養(yǎng)皿在減壓環(huán)境下用氣體等離子體處理這種處理大大提高了聚乙烯的細(xì)胞培養(yǎng)能力, 并且經(jīng)過處理的培養(yǎng)皿的老化不會(huì)對(duì)它們支持細(xì)胞生長的能力有大的影響。盡管各

25、種表面性質(zhì)和傳遞細(xì)胞的表面化學(xué)過程的相互關(guān)系仍是一個(gè)值得探討的問題, 但通常認(rèn)為輝光放電可用于處理襯底以使其適合于細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用。另外, 等離子體處理也適用于大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)皿的生產(chǎn), 它能抑制孢子增生, 提高親代細(xì)胞和子代細(xì)胞培養(yǎng)的可靠性。344生物材料的表面清洗和消毒等離子體處理用于去除表面的接觸污染, 消除濺射留下的殘?jiān)?減小表面吸附。等離子體環(huán)境的有效殺菌性質(zhì)4546早已為人所知。等離子體消毒應(yīng)用于生物材料制造、外科醫(yī)用材料和器件、食品加工和生物技術(shù)。與普通消毒方法如加熱、加壓、輻射相比, 等離子體消毒技術(shù)47有其獨(dú)特之處, 它非常適用于那些對(duì)高溫和輻射敏感的材料, 它不會(huì)引起材料大范圍

26、的溫度變化, 也可以殺滅那些抗輻射的細(xì)菌, 還可用于那些預(yù)先包裝的物品, 且可省去某些物理消毒方法必要的充氣時(shí)間?，F(xiàn)代醫(yī)用設(shè)備中使用的許多聚合物材料高溫消毒時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重的化學(xué)或形態(tài)學(xué)變化, 可能導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)的改變, 從而破壞這些被消毒品的功效。并且, 許多生物降解性材料不能用高壓滅菌, 因?yàn)榻到膺^程可能被高溫高壓激活,聚合物主要成分會(huì)被降解。在射頻放電中使用的氣體包括空氣、氬氣、鹵素、氧氣和醛類等都可以有效地殺菌, 并且不會(huì)對(duì)材料本身的性質(zhì)造成多大的影響。由于生物材料是直接同生命系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的材料, 因此任何加工材料都需經(jīng)過嚴(yán)格的檢測(cè)和再三的試驗(yàn)。隨著等離子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)將其運(yùn)用到空氣凈化

27、上，對(duì)于醫(yī)院空氣的潔凈尤其重要。研究人員研制出了低溫等離子空氣消毒器，并應(yīng)用到臨床上48。我國中科院經(jīng)過自費(fèi)研制，于2004年2月成功研制出醫(yī)療器械滅菌設(shè)備，經(jīng)使用其效果良好。345新藥研發(fā)表面等離子共振技術(shù)(SPR 技術(shù))（基本結(jié)構(gòu)見圖549） 是20 世紀(jì)90 年代發(fā)展起來的以生物傳感芯片上的配位體與分析物作用應(yīng)用SPR 原理檢測(cè)的一種新技術(shù)。從1992 年Fagerstan 等用于生物特異相互作用分析(BIA) 以來,在DNA，DNA 相互作用的BIA 檢測(cè)、微生物細(xì)胞的監(jiān)測(cè)、蛋白質(zhì)折疊機(jī)制的研究以及細(xì)菌毒素對(duì)糖脂受體親和力和特異性的定量分析等方面已獲得了應(yīng)用。關(guān)于傳感芯片、生物傳感芯片

28、、配位體固體化、SPR 檢測(cè)原理及其在BIA 中的應(yīng)用,已有報(bào)道表面等離子共振技術(shù)(SPR 技術(shù)) 在基因工程藥物研究中的應(yīng)用發(fā)展。如近年來SPR 技術(shù)在2淀粉樣蛋白(A) 沉積的保護(hù)蛋白質(zhì)研究及抗癌新藥和艾滋病病毒新抑制劑篩選中的應(yīng)用。圖5 346藥物釋放系統(tǒng)近二十多年來, 藥物控制釋放的研究發(fā)展非常迅速, 在藥學(xué)的應(yīng)用也越來越廣泛。藥劑釋放器件可以避免傳統(tǒng)方法給藥后血藥濃度產(chǎn)生大的波動(dòng)。程序式藥物釋放方式完全由制劑的結(jié)構(gòu)預(yù)先設(shè)定, 其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于能控制藥物釋放的滯后時(shí)間及藥物釋放的持續(xù)時(shí)間?？刂扑幬镝尫艤髸r(shí)間的方法有: (1) 以油膏狀生物降解聚合物, 如聚原酸酯作為大分子藥物的載體材

29、料阻止內(nèi)部藥物的擴(kuò)散釋放, 直到聚合物降解到一定分子量; (2) 利用不載藥的膜層或聚合物層阻止內(nèi)層藥物的擴(kuò)散釋放,直到膜破裂或聚合物層融蝕掉。藥物釋放持續(xù)時(shí)間的控制方法有利用聚合物融蝕速度控制和利用藥物在水凝膠中的擴(kuò)散釋放速度控制。等離子體沉積膜屬于后者, 它起一種隔離膜的作用, 為藥物擴(kuò)散提供一道限速屏障。藥劑運(yùn)輸過程中的擴(kuò)散是限制釋放速度的因素。盡管藥物釋放系統(tǒng)中聚合物具有重要作用, 若無隔離膜, 它們也不能為藥劑分子的流通提供足夠的擴(kuò)散阻力。等離子體沉積聚合膜可用于控制小分子組分?jǐn)U散通過聚合物的速率, 能有效減少蕓香堿從固體藥物釋放元件或從水凝膠薄膜釋放的速度,也可以減少孕酮擴(kuò)散通過硅

30、膜的速率。在材料表面利用等離子體沉積聚合膜的方法比使用活化的隋性氣體結(jié)合方法能提供一種更合適的擴(kuò)散屏障, 從而可以顯著降低藥物釋放速率, 延長藥物起作用的時(shí)間50-53。347等離子滲藥儀54等離子滲藥儀是基于輝光放電理論和陰極濺射現(xiàn)象而進(jìn)行研制的，它是一種與傳統(tǒng)中醫(yī)相結(jié)合的新型醫(yī)療方法和儀器。將藥罐附著于人體病灶或穴位上，抽成真空，在陰陽級(jí)間加上直流電壓，伴隨著熱效應(yīng)、電磁波和光輻射的發(fā)生可用于理療局部治療和藥物滲入治療。主要用于離子型藥物，最廣泛是用于促進(jìn)外用藥的吸收。348低溫灰化3在用高頻激發(fā)的氧等離子體中使用使得有機(jī)樣品低溫氧化，對(duì)樣品中的無機(jī)成分進(jìn)行定量分析這儀實(shí)驗(yàn)在1962年由G

31、leit等實(shí)現(xiàn)，并命名為低溫灰化法?，F(xiàn)在這種方法已經(jīng)在分析化學(xué)和藥物分析中廣泛應(yīng)用，尤其是原子吸收和電化學(xué)無機(jī)元素定量分析樣品前處理的常用方法。這種方法與傳統(tǒng)的干式灰化法相比回收率更高。運(yùn)用該方法不僅可以對(duì)簡(jiǎn)單的樣品灰化處理，甚至對(duì)血液等生物樣品的濃縮與灰化同樣適用，只是有時(shí)需要使用冷阱捕捉。35化學(xué)合成351臭氧合成與臭氧應(yīng)用 4臭氧的產(chǎn)生是寂靜放電在非平衡放電在等離子體化學(xué)合成方面最為重要應(yīng)用。早在1857年，西門子通過寂靜放電在兩個(gè)單獨(dú)的玻璃圓柱體之間的環(huán)狀放電空間內(nèi)有氧流產(chǎn)生。放電是由通過玻璃壁外加的交變的高電壓維持。西門子把這個(gè)過程稱為“氣相電解”。法國，俄羅斯等過的研究人員研制出專

32、門的臭氧發(fā)生器，這種發(fā)生器利用寂靜放電把雙原于氧分子(02)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)性能活潑得多的三原于臭氧分子(03)。臭氧的強(qiáng)氧化性被用作殺菌劑、殺病毒劑、漂白劑來使用。臭氧的最廣泛的應(yīng)用是水的純化方面，在水純化中，安裝臭氧發(fā)生器的主要目的是減小混濁度，除去顏色、氣味，溶解錳和鐵，以及消毒?，F(xiàn)代技術(shù)將臭氧發(fā)生器應(yīng)用到化學(xué)和藥物工業(yè)中，將臭氧用于油酸的氧化，某些激素和維生素的合成，樟腦和香水的合成，以及水解苯醌。在廢水處理方面，除了消毒外還包括：顏色和氣味的除去，以及對(duì)油、酚化合物和氰化物的降解。 352有機(jī)化合物有些碳?xì)浠衔镆惨言跉怏w放電中合成。最重要的工藝是德國許爾斯股份公司的乙炔合成。通過高達(dá)19

33、10兆瓦的弧放電用來生產(chǎn)C2H2，其年產(chǎn)量在數(shù)百晚噸以上。在這個(gè)工藝中，甲烷在氫等離子體中被分解。在約3000K時(shí)，C2H2和C2H是主要的碳?xì)浠衔?。在快速猝息時(shí)，能夠恢復(fù)大多數(shù)C2H2，部分C2H也能轉(zhuǎn)變?yōu)镃2H2。這種工藝自1939年來一直在運(yùn)用，并把這種一級(jí)工藝轉(zhuǎn)變?yōu)槎?jí)工藝，辦法是在弧放電后面注入甲烷等方式合成其他化合物4。微波誘導(dǎo)低級(jí)醇的等離子反應(yīng)產(chǎn)生乙烯的各項(xiàng)反應(yīng)性能特點(diǎn)的研究59。353無機(jī)合成至今只有臭氧和乙炔能實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，雖然研究人員也已經(jīng)對(duì)其它上百種化合物作了相關(guān)研究，但是都無法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。一般的方案是要激發(fā)或離解初始成分，并以這樣一種方法來影響參數(shù)，使得中間粒子發(fā)生反應(yīng)，生成新的化合物。其中研究最早的是H2、O2、N2這三種常規(guī)氣體之間反應(yīng)的研究。早在二百多年前，人們就注意到氣體放電中會(huì)發(fā)生某些特殊的化學(xué)反應(yīng)。17