等离子活化水促进皮肤创面愈合的研究进展

等离子活化水促进皮肤创面愈合的研究进展【摘要】等离子活化水作为新型生物医学材料，是通过特定装置激发气体形成的等离子体处理普通水得到的特殊水溶液。与普通水相比，等离子活化水的化学成分和理化性质有显著变化，并具有独特的生物学功能，如广谱抗菌、抗炎及促进组织修复等生物学效应。相较于传统疗法，等离子活化水以其显著疗效、高安全性、无不良反应及操作简便性，或将成为皮肤创面治疗的革命性新策略。本文综述了等离子活化水的制备方法和理化性质，重点探讨了其在皮肤创面愈合中的作用机制，包括直接杀菌、激活细胞信号通路、促进生长因子表达等。等离子体技术在皮肤创面治疗领域的发展前景广阔，为皮肤创面治疗提供了新的思路和方法。【关键词】等离子活化水；皮肤创面愈合；抗菌效果；细胞信号通路；生长因子皮肤是人体重要器官和外界屏障，创面愈合对恢复皮肤功能至关重要。然而，创面感染及难愈性创面等问题给临床治疗带来挑战。传统治疗手段虽有效，但存在药物副作用、治疗周期长等局限。因此，探索新型治疗手段成为研究重点。等离子活化水（plasmaactivatedwater,PAW）是通过特定装置激发气体形成的等离子体与水反应后生成的活化溶液。随着生物医学工程的发展，PAW作为新型生物医学材料，在医疗领域的应用潜力日益凸显。PAW因其广谱抗菌特性，成为理想的创面清洁和消毒材料，能有效减少感染风险。它还能激活细胞信号通路、促进生长因子表达，加速创面愈合，提高愈合质量。PAW具有良好的生物相容性和安全性，为临床广泛应用提供了保障。因此，本文将综述PAW的制备方法、理化性质，及其在皮肤创面愈合中的作用机制等，为皮肤创面治疗提供新的思路和方法。1等离子体及等离子活化水概述等离子体作为宇宙中广泛存在的一种物质状态，与固、液、气态并列，是物质存在的第四种基本形态。它由自由电子、电中性粒子（原子和分子）和离子组成[1]。目前实验室常用的等离子体主要包括介质阻挡放电及射频等离子体等。等离子体因其独特的灭菌能力及释放活性物质的特性在医学领域有诸多应用，如消毒灭菌、微创手术、肿瘤治疗和皮肤创面愈合等[2-4]。研究人员在深入探究等离子体的过程中发现，由等离子体所诱导的PAW，展现出与等离子体相同的功效。相较于直接的等离子处理，PAW凭借其优异的均匀性和流动性，能确保活性成分均匀覆盖在受感染的伤口生物膜上，从而实现与灭菌对象的充分接触。PAW还规避了电流和紫外线辐射的风险，使得其操作更加安全简便，在临床应用中具有广泛的推广价值和应用潜力。2等离子活化水制备PAW的制备主要利用等离子体技术。常见的制备方法分为直接处理和间接处理。直接处理法是指等离子体与水溶液直接接触，以便放电电流可以流过液体。此方法简单，活化效率较高，但难以保证活化的一致性和稳定性。间接处理法，等离子体气体通过特定装置与水溶液间接接触，传递活性成分至水溶液。此方法减少了对水溶液的直接干扰，提高了制备的可控性和安全性，但活化效率降低。目前常用的活化技术，根据放电类型的不同可分为介质阻挡放电和大气压等离子体射流。介质阻挡放电是通过在高压电极与低电极间插入至少一块介质板来限制放电电流。这种放电形式的特点是其放电形态遍布整个放电空间，并非仅局限于特定的放电通道。当交流电压足够高时，电极间的气体被激发，从而形成等离子体，这些等离子体随后扩散至蒸馏水中，生成PAW。介质阻挡放电具有放电功率大、频率范围宽、放电均匀且工作稳定性良好的优点。然而，将其应用于介质材料的活化处理时，却存在显著局限：电极间隙较小，限制了可处理的介质材料尺寸；介质材料的加入会改变放电特性；等离子体与水之间的传质效率较高，但也带来问题。液相放电需将水加热至蒸发需要消耗大量能量，因此能量利用率相对较低，且易导致电极腐蚀和短路[5]。等离子体射流通常由一种特殊设计的电极结构构成，其核心部件包括一个圆柱体形状的金属射频电极以及一个包围在其外的圆筒状金属接地电极。它利用电场和气流场的共同作用，在开放空间中产生相对均匀的等离子体，并生成大量气相活性物质。当等离子体在电极间通过放电过程产生后，一股气流便通过中空介质管被引入，这股气流的作用是将等离子体中的活性粒子从喷嘴处吹出，作用于待处理的水溶液[6]。但此方法需配备脉冲激励电源，制作成本较高，且长期工作的稳定性难以保证。产生的活性粒子有效时间较短，这限制了其发挥作用。3等离子活化水的理化性质PAW是通过等离子体技术处理普通水得到的特殊水溶液，PAW的化学成分和理化性质有显著变化，并具有独特的生物学功能。PAW的主要成分仍是水，但因等离子体的作用产生了诸多活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）和活性氮（reactivenitrogenspecies,RNS）等活性成分[7]，这些活性物质分为短寿命和长寿命活性物质，羟基自由基（OH-）、δ氧单线态（1O2）和超氧阴离子（O2-）是短寿命活性物质，它们持续几秒钟到几分钟。相比之下，过氧化氢（H2O2）、亚硝酸盐（NO2）、硝酸盐（NO3-）、亚硝酸（HNO2）和臭氧（O3）属于长寿命活性物质。这些活性成分具有高度的反应活性，参与多种生物化学反应。PAW的理化性质相较于普通水发生了显著变化。pH值作为衡量水溶液中氢离子浓度的标准，受等离子体作用的影响，PAW通常呈现出酸性特征，这主要归因于其中生成的酸性物质，如亚硝酸和硝酸等。氧化还原电位反映了水溶液的氧化潜力，是衡量水溶液氧化还原能力的重要指标。PAW的氧化还原电位通常较高，表现出较强的氧化能力，这与其中含有的ROS、RNS等物质密切相关。电导率作为反映水溶液中活性离子浓度的参数，其值在PAW中通常高于普通水，且随着放电时间的延长而逐渐增加，这表明PAW中带电离子的浓度较高。值得注意的是，新鲜制备的PAW活性较高，但随着时间的推移，PAW活性成分会逐渐分解或失活，从而导致其理化性质和生物学效应发生变化[8]。这些独特的化学成分和理化性质为PAW在生物医学领域的应用奠定了坚实的基础。4等离子活化水对皮肤创面愈合的作用皮肤是人体重要的器官，是抵御外界侵害的重要屏障，创面的有效愈合对重建皮肤功能至关重要，然而常规疗法虽有效，却伴随药物不良反应与疗程过长等局限。PAW作为一种新型的非热物理治疗方法，近年来在医学领域取得了广泛的应用，相比传统的治疗方法，在PAW覆盖伤口表面，其活性物质发挥重要作用，不仅有更强的广谱杀菌能力，还能通过激活细胞通路、刺激生长因子表达、促血管生成等作用促进创面愈合，且研究表明PAW治疗对生物个体是安全的，更加温和，无副作用，且操作简单，方便携带[9]。据研究表明PAW在伤口愈合、癌症治疗、消毒杀菌等方面有着广泛的应用前景[10]。其机制包括以下几个方面。4.1等离子活化水对微生物灭活作用人类的皮肤伤口愈合是一个极其复杂的过程，因伤口会被各种微生物感染，导致严重的炎症并显著延迟伤口愈合时间，故创面快速愈合首先要对创面进行消毒灭菌。近些年来，PAW作为一种新型、高效、环保的杀菌消毒剂，在医疗等领域受到了越来越广泛的关注。因其强大的灭菌能力，PAW能有效地灭活多种微生物，包括革兰阴性菌、革兰阳性菌、细菌生物膜及真菌等[11]。PAW电离过程中产生大量ROS和RNS，ROS和RNS是PAW生物医学应用的关键因子，包括羟基自由基、超氧阴离子、H2O2、亚硝酸根、硝酸根等。通过酸性pH值和氧化还原电位和电导率的增加，对微生物造成物理压力，在酸性环境中，H2O2可与NO2-发生反应，形成ONOO-[12]，这种物质会导致细胞壁破裂，其通过细胞壁通道扩散，具有高度的细胞毒性。其次，在细菌细胞壁上的这些活性物质通过改变肽聚糖的结构和化学键可诱导氧化应激反应。它们还会导致细胞膜上的蛋白质和脂质氧化，导致细胞膜去极化、膜泄漏和细胞死亡[13]。PAW中的质子穿孔并流入细胞内环境，降低细胞内部pH值。活性物质也可能在细胞内扩散，导致ROS和RNS的积累。细胞内环境中的这些活性物质会氧化和降解细胞成分，如DNA、RNA和蛋白质[14]。PAW的安全性以及可靠的杀菌能力为创面愈合的治疗提供了更多可行性。4.2等离子活化水激活细胞通路皮肤主要由角质形成细胞和成纤维细胞构成，它们是伤口愈合过程中的重要成分。体外实验研究显示，经PAW处理后，角质形成细胞和成纤维细胞的迁移能力得到明显增强[15]。成纤维细胞通过调控细胞周期蛋白CD34和血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactor,VEGF）的生成，在皮肤伤口上皮化过程中起着不可或缺的作用。CD34和VEGF均受核转录因子-κB（NuclearFactorKappaB,NFκB）调节，而NF-κB可被氧化剂激活。因此，在伤口局部释放过氧化物或其媒介物能激活转录因子，促进其向细胞核内转移，并启动对伤口愈合至关重要的CD34和VEGF的转录过程[16]。整合素β亚基，尤其是β1、FAK和桩蛋白，是构成角质形成细胞表面黏着斑复合物的分子，并参与细胞迁移的级联反应，据研究表明，PAW处理后整个细胞质中可观察到整合素β1表达显著增加。因小F-肌动蛋白丝束的生长，促进丝状伪足形成，FAK和桩蛋白的表达集中在肌动蛋白细胞骨架的表面，故说明PAW能促进角质形成细胞的转化和迁移[17]。研究发现细胞内ROS水平的升高是促进细胞迁移的重要因素，这一过程受到NADPH氧化酶和线粒体膜电位变化的调节。PAW有助于提高创面再上皮化率，其机制可能与细胞内ROS依赖性信号分子的激活有关[18]。4.3等离子活化水刺激生长因子表达在创面愈合过程中，血管生成是一个至关重要的环节。若缺乏适当且有效的血管构建，伤口愈合将会延迟。一氧化氮（NO）在血管生成中扮演着至关重要的角色。研究表明，PAW中所含的外源性NO能增强体外血管生成相关分子的表达，这些分子包括内皮素-1、成纤维细胞生长因子-2、表皮生长因子、VEGF、组织生长因子及血管生成素[19]。PAW处理还能促进细胞内ROS的生成。ROS在氧化还原信号通路的调控中发挥着关键作用，低浓度的ROS作为一种细胞内信号分子，参与调节内皮细胞的增殖、迁移与分化过程，并刺激内皮细胞表达VEGF，从而促进血管生成和组织修复[20-21]。VEGF是一种重要的促血管生成生长因子，主要作用于内皮细胞，能增加黏附分子及细胞外基质的产生，调节内皮细胞的有丝分裂，从而有效地加速伤口的愈合与修复过程。5展望PAW作为一种颇具创新的生物医学材料，凭借其独特的制备工艺及理化特性，在皮肤创面愈合领域展现出了众多的应用潜力。然而，目前PAW在皮肤创面的应用仍存在一些局限性，如治疗过程中作用时间难以精准控制，难以达到最佳治疗效果；活性物质渗透浅表组织的能力有限，难以达到深部病灶，且有效期相对较短。从安全性和实用性的角度分析，等离子体技术还需经过更深入的探究，方能更好地迈向临床应用。展望未来，PAW在皮肤创面愈合领域的研究与应用将持续深化。一方面，需进一步探究PAW的制备工艺及理化性质，建立PAW活性成分标准化检测方法，以期优化其治疗效果并提升稳定性。另一方面，通过开展更多临床研究并积累相关数据，验证PAW的长期疗效及安全性，并开展多中心随机对照临床试验，为其在临床的广泛应用提供循证医学证据。此外，还可探索PAW与其他治疗方法的联合使用，以进一步提升创面愈合的质量与效率，如开发PAW缓释敷料等。相信随着持续的研究和技术的创新，PAW将在皮肤创面愈合领域扮演更加重要的角色，为患者带来更佳的治疗效果和生活品质。参考文献[1]TabaresFL,JunkarI.Coldplasmasystemsandtheirapplicationinsurfacetreatmentsformedicine[J].Molecules,2021,26（7）:1903.DOI:10.3390/molecules26071903.[2]赵超越,杜娟,苑志新.冷等离子体促进皮肤创面愈合的研究进展[J].中国临床新医学,2024,17（11）:1302-1305.DOI:10.3969/j.issn.1674-3806.2024.11.22.ZhaoCY,DuJ,YuanZX.Researchprogressofcoldplasmainpromotingskinwoundhealing[J].ChinJNewClinMed,2024,17（11）:1302-1305.DOI:10.3969/j.issn.1674-3806.2024.11.22.[3]LimanowskiR,YanD,LiL,etal.Preclinicalcoldatmosphericplasmacancertreatment[J].Cancers,2022,14（14）:3461.DOI:10.3390/cancers14143461.[4]LiM,GaoJ,WangL,etal.Basicresearchandclinicalexplorationofcoldatmosphericplasmaforskinwounds[J].BioengTranslMed,2023,8（5）:e10550.DOI:10.1002/btm2.10550.[5]刘定新,张基珅,王子丰,等.等离子体活化介质技术及其生物医学应用[J].电工技术学报,2024,39（12）:3855-3868.DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.231906.LiuDX,ZhangJS,WangZF,etal.Plasma-activatedmediatechnologyanditsbiomedicalapplications[J].TransChinaElectrotechSoc,2024,39（12）:3855-3868.DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.231906.[6]张亦恒,谢丽君,李欢,等.自制等离子体射流装置杀菌效果及其影响因素[J].中华医院感染学杂志,2025,35（4）:481-484.DOI:10.11816/cn.ni.2025-241426.ZhangYH,XieLJ,LiH,etal.Sterilizationeffectsofhomemadeplasmajetdeviceandinfluencingfactors[J].ChinJNosocomiology,2025,35（4）:481-484.DOI:10.11816/cn.ni.2025-241426.[7]daGraçaSampaioA,ChiappimW,MilhanNVM,etal.EffectofthepHontheantibacterialpotentialandcytotoxicityofdifferentplasma-activatedliquids[J].IntJMolSci,2022,23（22）:13893.DOI:10.3390/ijms232213893.[8]YangX,ZhangC,LiQ,etal.Physicochemicalpropertiesofplasma-activatedwateranditscontroleffectsonthequalityofstrawberries[J].Molecules,2023,28（6）:2677.DOI:10.3390/molecules28062677.[9]陈烦烦.低温等离子体活化液大鼠皮下作用时安全性研究[D].安徽:安徽医科大学,2023:48.CHENFF.Safetystudyofsubcutaneousinjectionofcoldplasma-activatedsolutioninrats[D].Anhui:AnhuiMedUniv,2023:48.[10]张浩,张基珅,许德晖,等.等离子体活化水溶液用于癌症治疗的研究综述[J].电工技术学报,2023,38（S1）:231-246.DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.L10091.ZhangH,ZhangJS,XuDH,etal.Advancesofplasma-activatedsolutionsforcancertherapy[J].TransChinaElectrotechSoc,2023,38（S1）:231-246.DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.L10091.[11]LeeHR,LeeYS,YouYS,etal.Antimicrobialeffectsofmicrowaveplasma-activatedwaterwithskinprotectiveeffectfornoveldisinfectantsinpandemicera[J].SciRep,2022,12（1）:5968.DOI:10.1038/s41598-022-10009-1.[12]杨明昊.磁场对沿面介质阻挡放电等离子体活化水的影响机理及其灭菌研究[D].重庆:重庆大学,2023:81.YangMH.Mechanismofmagneticfieldeffectonsurfacedielectricbarrierdischargeplasma-activatedwateranditssterilizationresearch[D].Chongqing:ChongqingUniv,2023:81.[13]张静.有机酸联合等离子体活化水对金黄色葡萄球菌的抑制机理及应用研究[D].江苏:江南大学,2023:71.ZhangJ.Inhibitionmechanismandapplicationoforganicacidcombinedwithplasma-activatedwateragainstStaphylococcusaureus[D].Jiangsu:JiangnanUniv,2023:71.[14]赵超越,杜娟,柳云恩,等.等离子体促进糖尿病皮肤创面愈合的研究进展[J].中华内分泌外科杂志（中英文）,2025,19（6）:948-951.DOI:10.3760/115807-20250908-00263.ZhaoCY,DuJ,LiuYE,etal.Researchprogressonplasmapromotingwoundhealingofdiabeticskin[J].ChinJEndocrSurg,2025,19（6）:948-951.DOI:10.3760/115807-20250908-00263.[15]XuD,WangS,LiB,etal.Effectsofplasma-activatedwateronskinwoundhealinginmice[J].Microorganisms,2020,8（7）:1091.DOI:10.3390/microorganisms8071091.[16]邹先云.等离子体活化油促进皮肤伤口愈合的实验研究[D].湖北:华中科技大学,2019:55.ZouXY.Experimentalstudyonplasma-activatedoilpromotingskinwoundhealing[D].Hubei:HuazhongUnivSciTechnol,2019:55.[17]LeeHR,KangSU,KimHJ,etal.Liquidplasmaasatreatmentforcutaneouswoundhealingthroughregulationofredoxmetabolism[J].CellDeathDis,2023,14:119.DOI:10.1038/s41419-023-05610-9.[18]KhalafAT,AbdallaAN,RenK,etal.Coldatmosphericplasma（CAP）:arevolutionaryapproachindermatologyandskincare[J].EurJMedRes,2024,29（1）:487.DOI:10.1186/s40001-024-02088-9.[19]OliverMA,HusseinLK,MolinaEA,etal.Coldatmosphericplasmais