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。”