Reaction mechanism for atmospheric pressure plasma treatment of cysteine in solution
Reaction mechanism for atmospheric pressure plasma treatment of cysteine in solution
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常压等离子体处理溶液中半胱氨酸的反应机理
DOI：
10.1088/1361-6463/ace196
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Kushner, Mark J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Polito, Jordyn;Herrera Quesada, María J.;Stapelmann, Katharina;Kushner, Mark J.
冷大气压等离子体（CAP）处理溶液中的细胞的机制需要更优化的设计等离子体装置的伤口愈合，癌症治疗，和细菌灭活。然而，细胞膜上有机分子的复杂性使得理解导致这些化合物的修饰（即氧化）的机制变得困难。作为这些系统的替代品，开发了半胱氨酸在CAP活化水中氧化的反应机制，并在0维（活塞流）全球等离子体化学模型中实现，该模型具有解决等离子体-液体相互作用的能力。在水中的有机反应的反应速率系数估计的基础上，在文献中的可用数据或通过类比气相反应。通过与He/O2、He/H2 O和He/N2/O2混合物中COST喷射处理水中半胱氨酸的实验质谱数据进行比较，验证了该机制。从该模型的结果被用来确定改变成本喷射操作参数，如从基板和入口气体组成的距离，半胱氨酸氧化产物的形成的后果。结果表明，可以调节操作参数以选择所需的半胱氨酸氧化产物，包括亚硝基化产物。
Mechanisms for the cold atmospheric plasma (CAP) treatment of cells in solution are needed for more optimum design of plasma devices for wound healing, cancer treatment, and bacterial inactivation. However, the complexity of organic molecules on cell membranes makes understanding mechanisms that result in modifications (ie oxidation) of such compounds difficult. As a surrogate to these systems, a reaction mechanism for the oxidation of cysteine in CAP activated water was developed and implemented in a 0-dimensional (plug-flow) global plasma chemistry model with the capability of addressing plasma-liquid interactions. Reaction rate coefficients for organic reactions in water were estimated based on available data in the literature or by analogy to gas-phase reactions. The mechanism was validated by comparison to experimental mass-spectrometry data for COST-jets sustained in He/O 2, He/H 2 O and He/N 2/O 2 mixtures treating cysteine in water. Results from the model were used to determine the consequences of changing COST-jet operating parameters, such as distance from the substrate and inlet gas composition, on cysteine oxidation product formation. Results indicate that operating parameters can be adjusted to select for desired cysteine oxidation products, including nitrosylated products.
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