Влияние переходного искрового плазменного разряда на получение высокомолекулярных химических продуктов из л

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 2059 (2023) Цитировать эту статью

1023 доступа

Подробности о метриках

Холодная плазма атмосферного давления считается перспективным методом во многих областях исследований. Помимо биоматериалов, обработанных плазмой, большое внимание уделяется плазменной модификации биомолекул. Поэтому в данной работе мы использовали переходный искровой плазменный разряд (ТИП) для изучения его влияния на химическую структуру l-цистеина. TSP имел форму электрода «штифт-кольцо» и пропускал газ Ar. Мы также исследовали влияние двух химических веществ; диметилсульфоксид (ДМСО) и перекись водорода (H2O2) методом барботирования, чтобы показать, как они могут изменить создание новых химических биопродуктов. Ультрафиолетово-видимая абсорбционная спектроскопия, инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье и жидкостная хроматография-масс-спектроскопия использовались для исследования любых изменений в химических связях структуры цистеина и для описания образования новых биомолекул. Судя по представленным результатам, реактивные частицы, генерируемые плазмой, играют большую роль в химической структуре цистеина. Введение ДМСО и H2O2 в плазму привело к образованию новых продуктов, а самая тяжелая биомолекула образовалась при одновременном добавлении ДМСО и H2O2. Результаты также предсказали, что некоторые химические продукты и аминокислоты с более высокой молекулярной массой образуются в процессе полимеризации раствора цистеина. В результате сильного процесса окисления образуются тяжелые химические соединения.

Уникальная способность холодной плазмы атмосферного давления производить широкий спектр реактивных веществ во многих областях, особенно в плазменной медицине, учитывалась многими исследователями. Инактивация бактерий и вирусов1,2, заживление ран3,4, кожные заболевания5,6 и различные виды раковых заболеваний7,8,9,10 относятся к темам, представляющим интерес для лечения с помощью холодной плазмы атмосферного давления. На данный момент для достижения конкретной цели были разработаны и усовершенствованы различные плазменные экспериментальные конфигурации11,12: плазменная струя атмосферного давления (APPJ)13,14,15,16 и диэлектрический барьерный разряд (DBD)17,18,19. Изменение различных параметров, таких как напряжение, ток, частота, разрядный промежуток и тип питающего газа, может играть важную роль в формировании количества и типа активных частиц. При изучении применения плазменной медицины исследователи сосредотачиваются на биологических системах. Они стремились понять взаимодействие между биологическими образцами и плазмой, используя как моделирование, так и экспериментальные методы20,21,22. Органические системы, такие как белки, известные как сложные биологические системы, подвергаются воздействию различных плазменных разрядов. Поскольку количество и тип реактивных форм, вырабатываемых плазмой, очень эффективны при лечении, ученые изучили влияние различных конфигураций плазмы на аминокислоты, которые являются основными компонентами белков. Еще в 2014 году Такай и др.23 изучали влияние плазменной струи на 20 аминокислот и сообщили об изменениях в боковых цепях 14 аминокислот. В 2016 году Чжоу и др.24 модернизировали плазменную систему, увеличив количество микроплазменных струй, чтобы показать, как плазма влияет на структуры белка. Несколько лет спустя Венде и др. и Сремаки и др. использовали соответственно плазменную струю kINPen25 и радиочастотную плазменную струю в сочетании с аэрозольной системой26 для исследования процессов взаимодействия плазмы и жидкости и их влияния на аминокислоту цистеин. Кроме того, Лакманн и др. использовали два источника плазмы, чтобы показать, что химические свойства каждого источника плазмы различны27. В 2014 году Ли и др.28 разработали плазменное устройство диэлектрического барьерного разряда (DBD) для исследования нескольких механизмов распада продуктов аминокислоты валина. Кроме того, другие исследователи показали, что такие факторы, как время обработки и концентрация раствора, могут повлиять на качество модификации29. Интересно, что серосодержащие аминокислоты считаются хорошей мишенью. Похоже, что они подвергаются химическим модификациям при плазменной обработке больше, чем другие. Как упоминалось ранее, наиболее важной особенностью холодной плазмы атмосферного давления является способность создавать высокореактивные формы кислорода и азота (RONS), которые остаются при комнатной температуре. Следовательно, они подходят для модификации биологических систем. Заметно, что взаимодействие плазмы и водной среды существенно для многих приложений, особенно для биологических систем. Живые организмы содержат воду, и поэтому изучение взаимодействия плазмы и жидкости имеет решающее значение30,31,32. Таким образом, ученые сосредоточили свое внимание на воде, активированной плазмой (PAW)33,34. Обработка над или под поверхностью воды путем воздействия плазмы35,36 превращает воду в активную среду, включающую множество химически активных веществ. Взаимодействие плазменных радикалов и частиц с молекулами воды приводит к различным химическим реакциям. Фактически, захватывая энергичные частицы и частицы, поступающие из плазменной фазы, в водную жидкость, образуется множество новых химических реакций на границе газ-жидкость, а затем это приводит к созданию множества других реактивных частиц, которые растворяются в воде37,38. Эти химически активные вещества могут включать активные формы кислорода или азота, такие как соединения жидкой фазы (H2O2, NO2–, NO3–, ·OH, ONOOH, ONOO–) и (NO, NO2, O3, атомарный O, NO, NO2, N2O, HNO2). , HNO3, O2–, 1O2)39,40,41,42,43. Среди различных типов холодной плазмы атмосферного давления переходный искровой плазменный разряд (ИСП) очень полезен из-за его высокой плотности электронов. Разряды TSP известны как автоимпульсные, управляемые постоянным током, с частотой повторения от 1 до 10 кГц и обычно кратковременными импульсами тока (10–100 нс)44. Этот тип плазменного разряда состоит из большого количества стримеров с электрическим полем около 200 кВ/см в их головках, которые могут трансформироваться в короткие импульсы искрового тока. Эта особенность разрядов TSP позволяет легко осуществлять ионизацию и эффективные химические процессы45,46.