Determination of RONS distribution on KI-starch agar-based tissue model generated by cold atmospheric pressure plasma

การหาการกระจายตัวของอนุมูลอิสระกลุ่มออกซิเจนและไนโตรเจนที่ถูกสร้างโดยพลาสมาเย็นความดันบรรยากาศบนโมเดลเนื้อเยื่อจําลองแบบวุ้นผสมโพแทสเซียมไอโอไดด์-สตาร์ช

Name: Kunpisit Kosumsupamala

LCSH: Plasma (Ionized gases)

ThaSH: Antioxidants

Abstract: Plasma Medicine has been considered one of the most challenging fields of interdis- ciplinary research. Not only the complexity of an electrically mutual-interaction system of Plasma Physics, but also its highly dynamic boundaries with biological subjects involv- ing branches of chemical reactions have opened a broad range of plasma-assist biomedical applications. Reactive oxygen and nitrogen species (RONS) have been proposed to play a vital role in plasma-biological interactions and can be effectively generated by cold atmo- spheric pressure plasma (CAP). Due to its dose-dependent effects leading to biochemical mechanisms, challenging questions have been raised on how to quantitatively control and deliver plasma-produced species to the target. Although numerical-approach models pro- vided more insightful information on RONS generated as well as transported, it is still limited to clearly describe certain well-defined conditions which are relatively unpractical for specific applications. Thus, a more practical experiment is essentially needed to fulfill this missing gap. In this work, an artificial tissue model made of agar mixed with KI-starch reagent is used. Spatial distribution of RONS impinged by atmospheric pressure plasma jet (APPJ) device is optically investigated by means of KI-starch-colored redox reaction. The oxidative potential of iodine, which is derived from KI-starch reagent, is lower than most of the common RONS so it is able to chemically react and depict a whole-picture effect of plasma on biological-like material in a single measurement. The plasma jet was operated under different conditions, for example, treatment time, working gas, and gap distance. The plasma-induced colored distribution was analyzed by time-series imaging to extract post- treatment features such as coverage area and diffusive behavior. This paves a way to design and optimize treatment protocol to achieve desirably plasma-biomedical effects. Moreover, the application of antimicrobial effects of pretreated tissue model against E.coli bacteria was also investigated. The distribution patterns revealed the contribution of operating gas which involves the dominant plasma-generated species. Meanwhile, the gap distance affected not only the transport of RONS in terms of short-lived and long-lived species, but also flow dy- namics of species before reaching the target. Due to the complexity of accumulated effects on the distribution pattern, the post-treatment characteristics have been systematically investigated by image analysis. The possible dominant RONS were finally proposed based on the integration of the experimental characteristics with literature reviews.

Abstract: ฟิสิกส์พลาสมาการแพทย์ถูกพิจารณาให้เป็นหนึ่งในการศึกษาแบบสหวิชาที่ท้าทายแขนงหนึ่ง เนื่องจากไม่เพียงแต่ความซับซ้อนของพฤติกรรมร่วมทาง ไฟฟ้าของพลาสมาฟิสิกส์เพียงเท่านั้น แต่ยัง รวมไปถึงขอบเขตของระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบพลวัต เช่น กลไกทางชีวภาพของเซลล์สิ่งมีชีวิต โดยที่ระบบอันซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลานี้ นำไปสู่ การเกิดปฏิกิริยาอย่างมากมายและ เปิด ทางให้เกิดการประยุกต์ใช้องค์ความรู้ทางพลาสมาฟิสิกส์สำหรับทางชีวการแพทย์อย่างแพร่หลาย ในการศึกษานี้ โมเคลเนื้อเชื่อจำลองแบบวุ้นผสมกับสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์-สตาร์ช ถูกนำมาใช้เป็นตัวแทนระบบทางชีวภาพในการประยุกต์ใช้พลาสมาเย็นความดันบรรยากาศ การกระ จายตัวเชิงปริภูมิของอนุมูลอิสระกลุ่มออกซิเจนและ ไนโตรเจนที่เกิดจากพลาสมาความดันบรรยากาศ แบบจ็ทบนโมเดลเนื้อเยื่อจำลองถูกพิจารณาโดยใช้กระบวนการเกิดสีของสารละลายโพแทสเซียม ไอ โอไดด์-สตาร์ช ซึ่งเป็นผลมาจากกระบวนการถ่าย โอนอิเล็กตรอนเชิงไฟฟ้าเคมี การเกิดปฏิกิริยาออก ซิเดชั่นของไอโอดีนในสารละลาย โพแทสเซียมไอ โอไดด์ถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ปริมาณ ของอนุมูลอิสระ กลุ่มออกซิเจนและ ไนโตรเจนที่เกิดขึ้นบน โมเดลเนื้อเยื่อจำลอง เพราะมีค่าศักย์ไฟฟ้าแบบออกซิเดชั่ นมีค่าต่ำกว่าสารอนุมูลอิสระกลุ่มออกซิเจนและ ไนโตรเจนที่ถูกสร้างโดยพลาสมาเป็นส่วนใหญ่ ถึง แม้ว่าสารละลายนี้ จะ มีความจำเพาะเจาะจงต่อชนิดของสาร อนุมูลอิสระที่ต่ำเมื่อเทียบ กับ สารตรวจ จับมาตรฐาน โดยทั่วไป การ วิเคราะห์ พฤติกรรมโดยรวมของพลาสมาบน ระบบที่ซับซ้อนเชิงชีวภาพ โดยใช้กระบวนการวิเคราะห์ภาพถ่ายจากการเกิดสีในปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีถือว่าเป็นวิธีที่ สะดวก รวดเร็ว ไม่ต้องใช้เครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูง และ ไม่มีการรบกวนตัวอย่างที่ถูกวิเคราะห์ ในการศึกษานี้ โมเดล เนื้อเยื่อจำลองถูกพิจารณาภายใต้เงื่อนไขการ ใช้งานของ เครื่องพลาสมาเจ็ทความดันบรรยากาศแบบ ใช้อากาศที่แตกต่างกัน ได้แก่ ระยะเวลาในการทดลอง ชนิดของแก๊สพลาสมา และระยะห่างระหว่าง พลาสมาและตัวอย่าง เป็นต้น สีที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีบนโมเดลเนื้อเยื่อจำลองถูกวิเคราะห์เชิง ภาพถ่ายภายหลังการทคลองแบบต่อเนื่อง เพื่อศึกษาคุณลักษณะและ พฤติกรรมเฉพาะของกลุ่มอนุมูล อิสระที่ผลิตจากพลาสมา เช่น บริเวณที่อนุมูลอิสระครอบคลุมบน โมเดลเนื้อเยื่อจำลอง พฤติกรรมการ แพร่ กระจายตัวของอนุมูลอิสระ เป็นต้น ข้อมูลเหล่านี้ จะเป็นประ โยชน์ต่อการปรับปรุงหาเงื่อนไขที่ เหมาะสมกับการประยุกต์ใช้งาน รวมไปถึงการออกแบบเครื่องพลาสมาให้เหมาะสมกับจุดประสงค์ การนำไปใช้งาน นอกจากนี้ การประยุกต์ใช้พลาสมาสำหรับการฆ่าเชื้อแบคทีเรียนับเป็นหนึ่งในคุณสมบัติ ที่ โดดเด่นของพลาสมายังถูกพิจารณากับเชื้ออีโคไลบนเงื่อนไขการ ใช้งานต่างๆ ควบคู่กับพฤติกรรม ของอนุมูลอิสระอีกด้วย จากการศึกษาพบว่า รูปแบบการกระจายตัวของอนุมูลอิสระกลุ่มออกซิเจนและ ไนโตรเจนขึ้น กับชนิดของแก๊สพลาสมาอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับชนิดของอนมูลอิสระที่ถูกสร้างขึ้น อย่างโดดเด่นภายใต้เงื่อนไขหนึ่งๆ ในขณะที่ระยะห่างของพลาสมากับโมเดลเนื้อเยื่อจำลองนั้นส่งผลก ระทบทั้งการเคลื่อนที่ของกลุ่มอนุมูลอิสระที่มีคู่ครึ่งชีวิตสั้นยาวแตกต่างกัน รวมไปถึงพฤติกรรมการ ไหลของอากาศบริเวณรอบๆลำพลาสมาก่อนที่กลุ่มอนุมูลอิสระจะเคลื่อนที่ไปลงถึงพื้นผิวของเนื้อเยื่อ จำลอง ทั้งนี้เนื่องจากการกระจายตัวของกลุ่มอนุมูลอิสระเป็นผลมาจากหลายปัจจัยด้วยกัน การศึกษา การเปลี่ยนแปลงของรูปแบบการกระจายตัวของกลุ่มอนุมูลอิสระภายหลังจากถูกยิงด้วยพลาสมาจึงถูก วิเคราะห์อย่างเป็นระบบโดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์ทางภาพถ่าย ท้ายที่สุด กลุ่มของอนุมูลอิสระที่เป็น ไปได้ว่าจะถูกสร้างอย่างโดดเด่นในแต่ละเงื่อนไขการทดลองได้ถูกนำเสนอ โดยใช้หลักฐานจากข้อมูล จากการทดลองพิจารณาควบคู่กับการทบทวนวรรณกรรมและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Dheerawan Boonyawan

Role: Advisor

Name: Athipong Ngamjarurojana

Role: Advisor

Name: Somsak Dangtip

Role: Advisor

Created: 2021

Modified: 2024-01-06

Issued: 2023-10-29

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's degree

Descipline: Applied Physics

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	620531062.pdf	6.05 MB	1	2025-04-04 23:29:06

ใช้เวลา

0.031412 วินาที