l에서 고분자량의 화학 제품을 생산하는 데 일시적 스파크 플라즈마 방전이 미치는 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2059(2023) 이 기사 인용

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저온 대기압 플라즈마는 많은 연구 분야에서 다가오는 방법으로 간주됩니다. 플라즈마 처리된 생체재료 외에도 생체분자의 플라즈마 변형이 많은 주목을 받아왔습니다. 따라서 본 연구에서는 TSP(과도 스파크 플라즈마) 방전을 작동하여 l-시스테인 화학 구조에 미치는 영향을 연구했습니다. TSP는 핀-투-링 전극 배열로 구성되었으며 Ar 가스가 흐르게 되었습니다. 우리는 또한 두 가지 화학 물질의 효과를 조사했습니다. DMSO(다이메틸설폭사이드)와 과산화수소(H2O2)를 버블링 방법으로 분석하여 새로운 화학적 바이오산물의 생성을 어떻게 변화시킬 수 있는지 보여줍니다. 자외선-가시광선 흡수 분광법, 푸리에 변환 적외선 분광법 및 액체 크로마토그래피-질량 분광법을 사용하여 시스테인 구조의 화학 결합 변화를 조사하고 새로운 생체분자의 생성을 묘사했습니다. 표시된 결과에 따르면 플라즈마 생성 반응성 종은 시스테인의 화학 구조에서 큰 역할을 했습니다. 플라즈마에 DMSO와 H2O2를 넣으면 새로운 생성물이 생성되고, DMSO와 H2O2를 동시에 첨가하면 가장 무거운 생체분자가 생성됩니다. 결과는 또한 시스테인 용액의 중합 과정에서 더 높은 분자량의 일부 화학 생성물과 아미노산이 생성된다는 것을 예측했습니다. 강한 산화 과정은 중화학 화합물을 담당합니다.

많은 분야, 특히 혈장 의학에서 다양한 반응종을 생성하는 저온 대기압 플라즈마의 독특한 능력은 많은 연구자들에 의해 고려되었습니다. 박테리아 및 바이러스 불활성화1,2, 상처 치유3,4, 피부 질환5,6 및 다양한 유형의 암 질환7,8,9,10이 저온 대기압 플라즈마로 치료되는 관심 주제입니다. 지금까지 대기압 플라즈마 제트(APPJ)13,14,15,16 및 유전체 장벽 방전(DBD)17,18,19의 다양한 플라즈마 실험 구성11,12이 특정 목표를 달성하기 위해 설계되고 향상되었습니다. 전압, 전류, 주파수, 방전 간격, 공급 가스 유형 등 다양한 매개변수를 변경하는 것은 반응종의 양과 유형을 형성하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 혈장 의학 응용 연구에서 연구자들은 생물학적 시스템에 중점을 둡니다. 그들은 시뮬레이션과 실험 방법을 모두 사용하여 생물학적 샘플과 플라즈마 사이의 상호 작용을 이해하는 것을 목표로 했습니다. 복잡한 생물학적 시스템으로 알려진 단백질과 같은 유기 시스템은 다양한 플라즈마 방전에 의해 고려되고 있습니다. 혈장에 의해 생성된 반응종의 양과 유형은 치료에 매우 효과적이기 때문에 과학자들은 다양한 혈장 구성이 단백질의 주요 구성 요소인 아미노산에 미치는 영향을 연구해 왔습니다. 2014년에 Takai et al.23은 플라즈마 제트가 20개 아미노산에 미치는 영향을 연구하고 14개 아미노산 측쇄에 대한 변화를 보고했습니다. 2016년에 Zhou et al.24은 플라즈마가 단백질 구조에 어떻게 영향을 미치는지 보여주기 위해 플라즈마 제트 시스템을 더 많은 수의 마이크로 플라즈마 제트로 업그레이드했습니다. 몇 년 후, Wende et al. 및 Sremackiet al. 플라즈마-액체 상호 작용 과정과 시스테인 아미노산에 미치는 영향을 조사하기 위해 에어로졸 시스템과 결합된 kINPen 플라즈마 제트 및 RF 플라즈마 제트를 각각 사용했습니다. 또한, Lackmann et al. 화학적 특성의 결과가 각 플라즈마 소스마다 다르다는 것을 보여주기 위해 두 개의 플라즈마 소스를 사용했습니다. 2014년에 Li 등은 발린 아미노산 분해 생성물의 여러 메커니즘을 조사하기 위해 DBD(유전체 장벽 방전) 플라즈마 장치를 설계했습니다. 또한 다른 연구자들은 처리 시간 및 용액 농도와 같은 요인이 변형 품질에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. 흥미롭게도 황 함유 아미노산은 좋은 표적으로 간주됩니다. 다른 것보다 플라즈마 처리에 의해 화학적 변형을 많이 겪는 것 같습니다. 앞서 언급했듯이 저온 대기압 플라즈마의 가장 중요한 특징은 실온에 가깝게 유지되는 반응성이 높은 산소 및 질소 종(RONS)을 생성할 수 있다는 것입니다. 따라서 생물학적 시스템 수정에 적합합니다. 플라즈마와 수성 매체 사이의 상호 작용은 많은 응용 분야, 특히 생물학적 시스템에 필수적이라는 것이 눈에 띕니다. 살아있는 유기체에는 물이 포함되어 있으므로 혈장-액체 상호 작용을 연구하는 것이 중요합니다30,31,32. 이러한 방식으로 과학자들은 플라즈마 활성화수(PAW)33,34에 중점을 두었습니다. 플라즈마 노출에 의한 수면 위 또는 아래의 처리는 물을 많은 반응성 종을 포함하는 활성 매체로 변환합니다. 플라즈마 유래 라디칼과 입자가 물 분자와 상호 작용하면 다양한 화학 반응이 일어납니다. 실제로, 플라즈마 단계에서 수성 액체로 들어오는 에너지 종과 입자를 가두어 많은 새로운 기체-액체 계면 화학 반응이 형성되고, 그 후 물에 용해되는 많은 다른 반응성 입자가 생성됩니다. 이러한 반응성 종에는 액상 종(H2O2, NO2-, NO3-, ·OH, ONOOH, ONOO-) 및 (NO, NO2, O3, 원자 O, NO, NO2, N2O, HNO2와 같은 반응성 산소 또는 질소 종이 포함될 수 있습니다. , HNO3, O2–, 1O2)39,40,41,42,43. 다양한 유형의 저온 대기압 플라즈마 중에서 과도 스파크 플라즈마 방전(TSP)은 전자 밀도가 높기 때문에 매우 유용합니다. TSP 방전은 1~10kHz 사이의 반복 주파수와 일반적으로 짧은 기간의 전류 펄스(10~100ns)를 갖는 DC 구동 자체 펄스로 알려져 있습니다. 이러한 유형의 플라즈마 방전은 짧은 스파크 전류 펄스로 전송될 수 있는 헤드 내 전기장이 거의 200kV/cm에 달하는 다수의 스트리머로 구성됩니다. TSP 방전의 이러한 기능을 통해 이온화 및 효과적인 화학 공정을 쉽게 수행할 수 있습니다.