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自上世纪90年代以来,大气压等离子体已成为国际上等离子体科学领域中的研究热点,特别是在生物医学的应用增长迅速。等离子体的生物学效应主要是通过等离子体中的活性氧物种(Reactive Oxygen Species,ROS)和活性氮物种(Reactive Nitrogen Species,RNS)来实现,表征和阐明等离子体中关键的ROS/RNS,是大气压等离子体生物医学的核心问题之一,因此需要对大气压等离子体中活性物种及其粒子书密度的时空分布特性进行诊断研究。大气压沿面放电技术是产生ROS/RNS的理想等离子体源。本论文以沿面放电等离子体中关键活性物种羟基(OH)为研究对象,开展了以下工作:第二章基于激光诱导荧光技术建立了用于沿面放电中ROS/RNS绝对粒子数密度的三维时空分辨诊断系统:该系统集成了高精度时序可控的电源系统(包括DBD电源和方波纳秒脉冲电源),气体成分可控的大气压沿面放电反应器,先进的激光切片整形系统和紫外荧光探测系统;发展了图像BOXCAR技术,显著改善了整套激光诱导荧光探测系统的信噪比,对OH自由基进行测量表明该系统的探测灵敏度达到ppb量级,空间分辨率为100μm,时间分辨率为20 ns。第三章论述了利用激光瑞利散射技术,对整套激光诱导荧光探测系统进行了绝对粒子数密度的定标,开发了宽带可调谐激光多转动支共振激发的技术,应用宽带可调谐OPO激光器选择OH(X2Π,v"= 0→A2Σ+,v’ = 1)的激光泵浦方案,同时对OH的三个转动支包括Q1(1),Q21(1)和R2(3)进行共振激发,与常规的窄带可调谐染料激光器单转动支激发的方法相比,大大降低了由温度漂移引起的激光频率漂移现象,从而将OH绝对粒子数密度的定标精度提高五倍以上。第四章应用激光诱导荧光诊断系统对沿面放电等离子体产生的OH进行了三维空间分辨诊断,与采用流体模型预测结果进行对比,发现OH的传输距离远大于流体模拟的预测结果。应用脉冲调制技术研究了 OH随时空演化的规律,发现在短调制脉冲时,OH的传输距离与流体模拟结果基本一致,随着调制时间的增加,OH的传输距离也显著增加。采用真空紫外光谱装置测量了沿面放电等离子体中的真空紫外光谱,发现在远离发电区,真空紫外光解产生的OH较少,进而提出了在远离放电区,长寿命物种的化学反应是产生OH的主要机制。第五章针对典型的真核生物酵母,开展了沿面放电等离子体的生物学效应评价实验研究。在不同的放电条件和OH密度下,研究了酵母细胞存活率、细胞形态、DNA含量等特性。实验结果表明OH自由基是导致酵母细胞发生细胞死亡、细胞膜破裂以及DNA分子断裂的直接因素,而OH粒子数密度是影响酵母细胞损伤程度的重要因素。