宾夕法尼亚州立大学的萨曼莎·查瓦尼克 信用:CC0公共领域 随着人们对等离子体医学应用的兴趣——利用放电产生的低温等离子体来解决医疗问题——不断增长，对证明其能力和对医疗保健行业的潜在影响的研究进展的需求也在增长
在世界各地，许多研究小组正在研究血浆药物的应用，包括癌症治疗和慢性伤口的加速愈合等
宾夕法尼亚州立大学工程学院、农业科学学院和医学院的研究人员表示，直接低温等离子体处理和等离子体激活培养基是对抗液体培养物中细菌的有效方法
研究人员还表示，他们已经设计出一种独特的方法，可以在液体中直接产生等离子体
该团队由工程师、物理学家、兽医和生物医学科学家以及医疗专业人员组成，正在使用大气压等离子体射流来利用室温——“冷”——等离子体来处理细菌
大气压等离子体射流用于抗生素抗性细菌的灭菌
等离子体是非热的，并且可以在没有热损伤的情况下应用于活组织
信用:肖恩·克纳特 等离子体，物质的第四种状态，通常非常热——几千到几百万度
通过使用大气压下或液体中产生的等离子体，研究人员可以在不燃烧任何东西的情况下产生具有抗菌效果的分子和原子
西恩·克内赫特是宾夕法尼亚州立大学工程设计助理教授，也是综合等离子体科学与工程跨学科实验室的负责人。他说，这一过程产生了许多不同类型的反应性粒子，使得细菌突变同时与所有粒子战斗的可能性几乎不存在
Knecht解释说，该团队发表在《科学报告》上的研究结果表明，等离子体技术产生大量活性氧物种或活性粒子，这些活性氧物种或活性粒子是由包含氧原子的分子产生的，包括空气和水蒸气中的氧分子
血浆对不同细菌如大肠杆菌的影响
大肠杆菌和葡萄球菌
金黄色葡萄球菌是一种重要的细菌，通过多代繁殖导致许多细菌死亡
“在四代细菌的过程中，这些细菌对血浆治疗没有获得任何形式的抵抗力，”他说
宾夕法尼亚州立大学兽医和生物医学副教授吉里什·基里曼杰瓦拉说，这一点非常重要，因为细菌的典型变异方式使它们对抗生素产生了耐药性
高压电极上覆有聚对二甲苯涂层的盐水中的等离子体放电是通向内部等离子体医学的途径
信用:肖恩·克纳特 抗生素针对细菌中特定的代谢途径、必需蛋白质或核酸
因此，抗生素必须进入细菌细胞才能找到并结合特定的目标
任何降低抗生素进入能力或增加其退出率的细菌突变都会降低抗生素的效力
突变以较低的速度自然发生，但当引入旨在对抗细菌的抗生素时，会因选择压力而迅速积累
根据Kirimanjeswara的说法，该小组的研究结果表明，等离子体处理产生各种活性氧，其浓度足以杀死细菌，但又不足以对人体细胞产生负面影响
他解释说，氧物种迅速瞄准细菌的几乎每一部分，包括蛋白质、脂类和核酸
“人们可以称之为大锤方法，”基里曼耶斯瓦拉说
“很难通过任何一个突变，甚至是一系列突变来产生耐药性
" 该团队还将这些发现应用于设计一种可以在液体中直接产生等离子体的系统
研究人员打算在血液中制造血浆，从源头上直接解决心血管感染问题
为此，通常使用高电压和大电流
在研究人员创建的等离子体系统中，通过使用电介质或电绝缘材料，可能到达患者的电流和能量被最小化
该团队通常用于产生等离子体的材料包括玻璃和陶瓷，因为它们能够承受局部高温
这些材料易于形成血凝块，并且可能不太柔韧，如果它们用于心血管系统，这是必须的
该小组正在研究生物相容的或人体可接受的柔性绝缘涂层
克内赫特说，研究小组已经鉴定出一种叫做聚对二甲苯-C的聚合物，并在《美国电气和电子工程师协会辐射和等离子医学杂志》上报告了初步结果
该团队正在进一步探索这一途径，因为聚合物熔点低，可能无法承受反复暴露在等离子体中
“生物相容性聚合物可以用于生物液体中的等离子体生成，但是它们的寿命是有限的，”克内赫特说
“必须开发新的独特的等离子体发生设计，以产生能够延长寿命的低强度等离子体放电
这是我们继续努力的方向
" Kirimanjeswara说，科学家通常致力于了解不同的细菌是如何引起疾病的，或者宿主的免疫反应是如何消除细菌以产生新的抗生素和疫苗的
虽然这些更传统的方法是必不可少的，但它们往往是渐进和耗时的
该团队的创新研究强调了继续研究新的抗菌方法的重要性
他说:“变革性和跨学科的方法有可能加快找到解决紧迫全球问题的方法。”
“公众必须意识到并理解这样一个事实，即科学界正在采取多种方法，有些是传统方法，有些是非传统方法，来解决日益严重的抗生素耐药性问题
我们希望我们的研究能强化未来采用非抗生素方法治疗细菌感染的想法
" 研究团队包括KnechtKirimanjeswara斯文·比伦，工程设计、技术和专业项目学院院长，工程设计、电气工程和航空航天工程教授；医学院外科学教授克里斯托弗·西德勒茨基；兽医和生物医学科学系的研究生麦克凯拉·尼科尔、生物医学工程系的阿里·卡泽米以及电气工程系2019年的博士毕业生、前成员蒂莫西·布鲁贝克
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