大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)能够在产生大量活性氮氧粒子(RONS)、电子和离子等生物活性成分的同时保持接近室温的气体温度，因而在生物医学领域具有广泛应用前景。N-APPJ在应用时有直接处理和利用等离子体活化水(PAW)或等离子体活化培养基(PAM)间接处理两种方式。由于N-APPJ的生物医学效应具有剂量依赖效应，尤其是它产生的RONS在生物体中浓度过高时更会产生许多病理效应。因此，对N-APPJ生物医学安全性进行系统研究，对于准确评估并尽量降低N-APPJ的潜在风险具有非常重要的意义。
　　目前，N-APPJ与生物体相互作用时各类RONS的产生途径及其在N-APPJ各种生物医学效应中的具体作用仍未完全明确，不同RONS对正常细胞安全浓度范围是多少，通过化学方法配置的RONS溶液是否同样能够选择性杀死癌细胞，N-APPJ直接处理和PAM间接处理的效果是否完全相同，N-APPJ在应用中对正常细胞可能会产生哪些潜在毒副作用，这些与N-APPJ生物医学安全性密切相关的问题仍没有明确答案。针对以上问题，本论文以两种人体可接触N-APPJ装置为等离子体源，在以下几方面开展了体外实验研究工作：
　　1、由于多数RONS是等离子体-液体相互作用时产生的一般反应物,而蒸馏水成分相对简单，易于分析。本论文首先对PAW中几种主要液相长寿命活性粒子(H2O2、NO2-和NO3-)和短寿命活性粒子(ONOOH、?OH和1O2)进行诊断，并对它们的产生途径、化学特性和在PAW杀菌过程中的具体作用进行全面分析，为后续细胞实验提供参考。结果表明与PAW中对应粒子浓度相近的酸性H2O2溶液、NO2-溶液和NO3-溶液几乎没有杀菌作用，?OH在PAW杀菌过程中同样几乎不起作用。首次通过实验证明了PAW中ONOOH的浓度并不足以完全实现PAW的杀菌效果。实际上，PAW中的ONOOH会进一步与剩余的H2O2反应产生O2NOOH，O2NOOH最终分解产生的?O2-和1O2会显著增强PAW杀菌效果。
　　2、以人角质形成细胞HaCaT细胞和人黑色素瘤细胞A875细胞为模型，比较研究了利用化学方法配置的RONS溶液对正常细胞和癌细胞的细胞毒性。结果表明即使NO2-、NO3-的浓度比N-APPJ处理时的浓度高出一个量级，它们单独或共同作用时对两种细胞都基本没有毒性，H2O2与NO2-混合后会对正常细胞和癌细胞产生很强的毒性。但是，相同条件下化学方法配置的RONS溶液不仅不能选择性杀死A875细胞，反而是HaCaT细胞存活率更低。这主要是因为A875细胞比HaCaT细胞具有更强的抗氧化损伤能力。
　　3、以HaCaT细胞和A875细胞为模型，比较研究了N-APPJ直接处理和PAM处理对正常细胞和癌细胞的细胞毒性。结果表明用PAM处理时，相同条件下A875细胞的存活率要高于HaCaT细胞，而采用N-APPJ直接处理时，当处理时间合适时，则可以实现选择性杀死A875细胞的效果。这说明PAM并不是在所有的情况下都具有和N-APPJ直接处理相似的生物医学效应。N-APPJ直接处理时产生的短寿命活性粒子和A875细胞较弱的贴壁是N-APPJ直接处理选择性杀死A875细胞的两个重要原因。
　　4、为确定N-APPJ直接处理的长期安全性，以人正常肝细胞L02细胞为模型研究了N-APPJ直接处理可能具有的潜在遗传毒性和致突变风险。结果表明长时间N-APPJ直接处理不仅会造成细胞直接死亡，存活下来的细胞染色体也会受到损伤，细胞微核率会明显增加。但N-APPJ直接处理造成的染色体损伤可以通过充分的细胞分裂和增殖在存活细胞后代中得到修复，后代细胞中没有出现延迟的细胞增殖死亡、微核率增加等延迟的细胞基因组不稳定的表现。当后代细胞再次用N-APPJ处理时，后代细胞死亡百分比、微核率和HPRT基因突变频率与第一次相同处理时间下的结果相比并没有明显区别，说明N-APPJ直接处理对细胞的损伤不具有“远后效应”。而且，两轮N-APPJ直接处理后，L02细胞的HPRT基因突变频率与未处理时的自然突变频率相比也没有显著变化，说明一两次的N-APPJ处理对细胞基本没有致突变作用。