“等离子体手术刀”或使手术更精确、出血更少

等离子切割器或可减少手术出血

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在医学中,等离子体通常指的是血液的液态成分。现在,科学家们正在研究如何更好地利用在恒星和闪电中发现的等离子体——物质的第四种基本状态,与固态、液态和气态并列——像喷枪一样切割身体,以实现无血手术。

自20世纪早期以来,外科医生一直使用等离子体火花来烧灼疣和其他恶性组织。上世纪后期,研究人员开始研究如何像工业等离子切割机自20世纪60年代以来切割金属一样,使用等离子体射流来切割血肉。这些等离子体手术刀在切割的同时会烧灼伤口。“这就像光剑,”华盛顿特区外科医生杰罗姆·卡纳迪说,他是首批外科等离子切割机的发明者之一。

内出血可能是致命的,找到预防内出血的方法可能具有拯救生命的潜力。最大限度地减少输血需求也很重要,尤其是在战场上——美国特种作战司令部在2008年对外科等离子刀进行了实地测试。


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等离子切割机的工作原理是将加压气体(如氩气)流过狭窄通道,气体在通道中获得电荷,转化为速度超过每小时1500英里的等离子体刀刃。外科等离子切割机通常使用相对较冷的等离子体,其温度足以在直接接触时烧灼组织,但仅将周围细胞加热到约97华氏度。“我们可以使其比手术刀片更精确,”卡纳迪说。“传统手术刀会造成0.4到0.8毫米[0.02到0.03英寸]的附带损伤,而等离子切割机仅造成0.1到0.2毫米[0.004到0.008英寸]的附带损伤。”

越来越多的研究表明,等离子体除了热效应外,还可能具有治疗效果。等离子体使空气中不带电的氧分子和氮分子带电。然后,这些元素形成臭氧、一氧化氮和其他活性化合物,可以杀死细菌和癌细胞。等离子体物理学家、华盛顿特区乔治·华盛顿大学纳米技术研究所主任迈克尔·凯达尔和他的同事获得了一项为期五年、金额为44.5万美元的资助,用于研究等离子体对身体的物理影响。或许控制用于激发等离子体的电脉冲的频率、电压和波形会影响等离子体穿透活体组织的深度。这些知识可能有助于使切割更加精确,并优化等离子切割的抗菌和抗癌效果。“对于等离子体的这种应用,目前还没有基础研究,”凯达尔说。“我们希望充分理解等离子体的作用机制将打开许多扇门。”

Charles Q. Choi is a frequent contributor to 大众科学. His work has also appeared in The New York Times, Science, Nature, Wired, and LiveScience, among others. In his spare time, he has traveled to all seven continents.

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大众科学 Magazine Vol 308 Issue 6This article was originally published with the title ““Nurse, Pass the Blowtorch”” in 大众科学 Magazine Vol. 308 No. 6 (), p. 26
doi:10.1038/scientificamerican0613-26
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