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大气压非平衡等离子体射流(Non-equilibrium atmospheric pressure plasma jet, N-APPJ )因为其能在常温常压下产生大量而又种类丰富的活性氮氧化物(Reactive oxygen and nitrogen species, RONS)，所以其在抗感染治疗、癌症治疗、皮肤病治疗等生物医学应用方面有着广泛的应用前景。基于两个事实：一是RONS是等离子体产生生物效应的关键活性物种；二是大部分的等离子体医学应用都需要接触到生物组织。所以关于等离子体产生的RONS能在生物组织中穿透多深、影响多广的研究是等离子体医学中重要的基础性课题，研究该课题一方面可以帮助我们更加深入的理解等离子医学的基本原理，另一方面也能为进一步优化等离子体医学应用中的各种参数甚至拓宽其医学应用领域提供参考和指导。
针对“N-APPJ产生的RONS穿透生物组织的研究”这一研究课题，国内外研究者大都采用凝胶(琼脂凝胶或者明胶凝胶)模型来模拟生物组织进行相关的研究，但由于凝胶模型从组成成分到构成结构均与真实组织差别较大，由其实验而获得的结果并不能全面真实地反映N-APPJ产生的各RONS穿透生物组织的情况；另外，单一的凝胶模型并不能模拟各个层次的生物组织，所以据此而获得的实验结果亦无法反映N-APPJ产生的RONS穿透各个层次生物组织的情况。为了全面真实地反映N-APPJ产生的各RONS穿透各个层次的生物组织的情况，本文从等离子体医学的实际应用出发，利用真实的生物组织建立研究模型，系统地研究了N-APPJ产生的各RONS分别穿透肌肉组织、皮肤组织以及皮肤角质层的情况。同时，为了进一步从微观上理解RONS穿透生物组织的行为，本文还利用了分子动力学模拟的方法模拟并分析了各RONS穿透角质层脂质双分子层的情况。
主要内容与结论概括如下：
1)肌肉组织是人体主要且分布广泛的组织，本论文首先研究了N-APPJ产生的RONS(OH,O3,H2O2,NO2-,NO3-,总RONS)穿透肌肉组织的情况。通过测量各RONS穿透不同厚度(0,500μm,750μm,1000μm,1250μm)的肌肉组织薄片的数量，可以比较各RONS穿透肌肉组织的能力并且探究其在肌肉组织中的穿透深度。结果表明，OH以及O3因为具有高反应活性，无法穿透肌肉组织；H2O2因为能被肌肉组织中的有机物消耗并且H2O2分子更难穿透细胞膜，所以其相比于NO2-和NO3-更难穿透肌肉组织；在N-APPJ处理15min的情况下，等离子体产生的RONS(总RONS)能够穿透1.25mm厚的肌肉组织。
2)N-APPJ的大部分的生物医学应用都需要与皮肤组织相互作用，所以本论文研究了N-APPJ产生的RONS(OH,1O2,O3,H2O2,NO2-,NO3-,总RONS)穿透小鼠皮肤组织的情况。通过测量各RONS穿透与留存在正常小鼠皮肤以及去角质层小鼠皮肤中的数量，可以探究各RONS穿透皮肤组织的能力，同时也能量化角质层对各RONS穿透的影响。结果表明，OH,1O2以及O3因为具有高反应活性，无法穿透皮肤组织；H2O2无法穿透皮肤组织，NO2-与NO3-能够穿透皮肤组织；皮肤角质层对总RONS的穿透有着重要影响，能阻挡一半的总RONS穿透皮肤层；另外，发现等离子处理完后有大量的长寿命RONS留存在皮肤中，皮肤可作为RONS的接收池，这可造成等离子体处理的累积效应，由此而引发的治疗效果的延长或者安全隐患应该受到重视。
3)角质层是皮肤组织最外层，是皮肤组织屏障作用最主要的来源，为了探明角质层在阻碍N-APPJ产生的RONS穿透过程中所起的作用，本论文研究了N-APPJ产生的长寿命RONS(H2O2, NO2-, NO3-)穿透角质层的情况。通过测量各RONS穿透与留存在干燥与潮湿角质层中的数量，可以比较各RONS在干燥或者潮湿环境下穿透皮肤角质层的能力。结果表明，H2O2较难穿透角质层，而NO2-以及NO3-的穿透效率比H2O2高，能够穿透角质层；角质层处于潮湿的环境能够促进RONS的穿透与留存，这是因为一方面是在潮湿的环境下，N-APPJ能够产生更多的RONS，另一方面潮湿的环境也增加了角质层本身的通透性。
4)为了从微观上理解RONS穿透皮肤角质层的行为，本论文还利用了分子动力学模拟的方法模拟并分析了等离子体产生的主要RONS(H2O2, OH, HO2, O2, O3, NO, NO2, N2O4, HNO2, HNO3, NO2-, NO3-)穿透角质层双脂质分子层的情况。通过计算各RONS分子穿透角质层脂质双分子层的转移自由能，可以从分子角度比较各RONS分子穿透角质层的能力。结果表明，对于电中性分子而言，相比起亲水性RONS(H2O2, OH, HO2, HNO2, HNO3)，疏水性RONS(O2, O3, NO, NO2, N2O4)穿透角质层脂质双分子层具有更低的自由能势垒，这表明疏水性RONS相比于亲水性RONS更易穿透皮肤角质层；角质层脂质双分子层对于离子型粒子(NO2-, NO3-)有更高的自由能势垒，这表明穿透组织的NO2-以及NO3-可能是由其他形式转化而来；最后，模拟发现当角质层的脂质分子被氧化后，脂质双分子层的有序性被破坏，这降低了RONS穿透脂质双分子层的自由能势垒，能够促进RONS的穿透。
针对“N-APPJ产生的RONS穿透生物组织的研究”这一研究课题，国内外研究者大都采用凝胶(琼脂凝胶或者明胶凝胶)模型来模拟生物组织进行相关的研究，但由于凝胶模型从组成成分到构成结构均与真实组织差别较大，由其实验而获得的结果并不能全面真实地反映N-APPJ产生的各RONS穿透生物组织的情况；另外，单一的凝胶模型并不能模拟各个层次的生物组织，所以据此而获得的实验结果亦无法反映N-APPJ产生的RONS穿透各个层次生物组织的情况。为了全面真实地反映N-APPJ产生的各RONS穿透各个层次的生物组织的情况，本文从等离子体医学的实际应用出发，利用真实的生物组织建立研究模型，系统地研究了N-APPJ产生的各RONS分别穿透肌肉组织、皮肤组织以及皮肤角质层的情况。同时，为了进一步从微观上理解RONS穿透生物组织的行为，本文还利用了分子动力学模拟的方法模拟并分析了各RONS穿透角质层脂质双分子层的情况。
主要内容与结论概括如下：
1)肌肉组织是人体主要且分布广泛的组织，本论文首先研究了N-APPJ产生的RONS(OH,O3,H2O2,NO2-,NO3-,总RONS)穿透肌肉组织的情况。通过测量各RONS穿透不同厚度(0,500μm,750μm,1000μm,1250μm)的肌肉组织薄片的数量，可以比较各RONS穿透肌肉组织的能力并且探究其在肌肉组织中的穿透深度。结果表明，OH以及O3因为具有高反应活性，无法穿透肌肉组织；H2O2因为能被肌肉组织中的有机物消耗并且H2O2分子更难穿透细胞膜，所以其相比于NO2-和NO3-更难穿透肌肉组织；在N-APPJ处理15min的情况下，等离子体产生的RONS(总RONS)能够穿透1.25mm厚的肌肉组织。
2)N-APPJ的大部分的生物医学应用都需要与皮肤组织相互作用，所以本论文研究了N-APPJ产生的RONS(OH,1O2,O3,H2O2,NO2-,NO3-,总RONS)穿透小鼠皮肤组织的情况。通过测量各RONS穿透与留存在正常小鼠皮肤以及去角质层小鼠皮肤中的数量，可以探究各RONS穿透皮肤组织的能力，同时也能量化角质层对各RONS穿透的影响。结果表明，OH,1O2以及O3因为具有高反应活性，无法穿透皮肤组织；H2O2无法穿透皮肤组织，NO2-与NO3-能够穿透皮肤组织；皮肤角质层对总RONS的穿透有着重要影响，能阻挡一半的总RONS穿透皮肤层；另外，发现等离子处理完后有大量的长寿命RONS留存在皮肤中，皮肤可作为RONS的接收池，这可造成等离子体处理的累积效应，由此而引发的治疗效果的延长或者安全隐患应该受到重视。
3)角质层是皮肤组织最外层，是皮肤组织屏障作用最主要的来源，为了探明角质层在阻碍N-APPJ产生的RONS穿透过程中所起的作用，本论文研究了N-APPJ产生的长寿命RONS(H2O2, NO2-, NO3-)穿透角质层的情况。通过测量各RONS穿透与留存在干燥与潮湿角质层中的数量，可以比较各RONS在干燥或者潮湿环境下穿透皮肤角质层的能力。结果表明，H2O2较难穿透角质层，而NO2-以及NO3-的穿透效率比H2O2高，能够穿透角质层；角质层处于潮湿的环境能够促进RONS的穿透与留存，这是因为一方面是在潮湿的环境下，N-APPJ能够产生更多的RONS，另一方面潮湿的环境也增加了角质层本身的通透性。
4)为了从微观上理解RONS穿透皮肤角质层的行为，本论文还利用了分子动力学模拟的方法模拟并分析了等离子体产生的主要RONS(H2O2, OH, HO2, O2, O3, NO, NO2, N2O4, HNO2, HNO3, NO2-, NO3-)穿透角质层双脂质分子层的情况。通过计算各RONS分子穿透角质层脂质双分子层的转移自由能，可以从分子角度比较各RONS分子穿透角质层的能力。结果表明，对于电中性分子而言，相比起亲水性RONS(H2O2, OH, HO2, HNO2, HNO3)，疏水性RONS(O2, O3, NO, NO2, N2O4)穿透角质层脂质双分子层具有更低的自由能势垒，这表明疏水性RONS相比于亲水性RONS更易穿透皮肤角质层；角质层脂质双分子层对于离子型粒子(NO2-, NO3-)有更高的自由能势垒，这表明穿透组织的NO2-以及NO3-可能是由其他形式转化而来；最后，模拟发现当角质层的脂质分子被氧化后，脂质双分子层的有序性被破坏，这降低了RONS穿透脂质双分子层的自由能势垒，能够促进RONS的穿透。