CZ2013543A3 - Atmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications - Google Patents
Atmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013543A3 CZ2013543A3 CZ2013-543A CZ2013543A CZ2013543A3 CZ 2013543 A3 CZ2013543 A3 CZ 2013543A3 CZ 2013543 A CZ2013543 A CZ 2013543A CZ 2013543 A3 CZ2013543 A3 CZ 2013543A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- plasma
- source
- atmospheric plasma
- porous
- medical
- Prior art date
Links
Abstract
Atmosférický zdroj plazmatu, zejména pro využití v medicínských bioaplikacích, obsahuje zdroj (5) střídavého vysokého napětí a duté izolační těleso (1), do jehož vnitřního prostoru je zaústěn přívod pracovního plynu a je v něm umístěna vnitřní budící elektroda (2) připojená na zdroj (5) střídavého vysokého napětí. Uvnitř izolačního tělesa (1) je ustavena sendvičová struktura tvořená vrstvami porézního materiálu a sestávající ze vzájemně nad sebou uložených vnitřní budící elektrody (2), nevodivé porézní membrány (3) a vnější zemnící elektrody (4). Porézní membrána (3) je vyrobena z elastického materiálu v podstatě konstantní tloušťky, která se pohybuje v rozmezí hodnot 1 až 200 .mi.m při maximální odchylce 15 %, a vykazuje teplotní stabilitu do 300 .degree.C při velikostech pórů vytvářejících mikrokanály o průměru 10 nm až 100 .mi.m.The atmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications, comprises an AC high voltage source (5) and a hollow insulating body (1), into which the working gas inlet is located and an internal excitation electrode (2) mounted on high voltage AC power source (5). Inside the insulating body (1) is a sandwich structure formed by layers of porous material and consisting of mutually superimposed internal excitation electrodes (2), non-conductive porous membranes (3) and outer ground electrodes (4). The porous membrane (3) is made of an elastic material of substantially constant thickness, ranging from 1 to 200 µm at a maximum deviation of 15%, and exhibits a thermal stability of up to 300 degC at the microcanal-forming pore size. 10 nm to 100 µm.
Description
Atmosférický zdroj plazmatu, zejména pro využití v medicínských bioaplikacíchAtmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications
Oblast technikyTechnical field
Vynález spadá do oblasti generování nízkoteplotního plazmatu a týká se konstrukce atmosférického zdroje plazmatu, zejména pro využití v různých medicínských bioaplikacích, jako jsou desinfekce, hojení ran, úprava rakovinných buněk, dermatologie a stomatologie.The invention is in the field of generating low temperature plasma and relates to the construction of an atmospheric plasma source, particularly for use in various medical bio-applications such as disinfection, wound healing, cancer cell repair, dermatology and dentistry.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Plazma, jakožto čtvrté skupenství hmoty, je stav látky charakterizovaný určitým stupněm ionizace a jedná se o směs neutrálních částic a kladných a záporných iontů, přičemž součet nábojů těchto iontů je ve větších objemech nulový a je tedy elektrickyPlasma, as the fourth state of matter, is a state of matter characterized by a certain degree of ionization and is a mixture of neutral particles and positive and negative ions, the sum of the charges of these ions is zero in larger volumes and is therefore electrically
Y neutrální. K udržení stavu, kdy se v plazmatu v ionizovaném stavu nalézá řádově 1;% ,1 částic, jsou třeba energie odpovídající teplotám řádově 103 K a takové plazma je označováno jako nízkoteplotní. Nízkoteplotní atmosférické plazma je známé jako efektivní nástroj pro řadu procedur ve zdravotnictví díky účinkům podporujícím hojení, které jeho aplikací lze dosáhnout. To zahrnuje efekty antibakteriální, antifungicidní a antivirové. Dále zahrnuje efekty spojené s hojením chronických ran, krevních sraženin, léčbou imunitního systému, kardiovaskulární regulací, likvidací nežádoucích biovrstev, dezinfekcí a •y sterilizací, jak je známo například ze spisů CZ 22149 U1, JP 2001054556.Y neutral. In order to maintain a state in which the plasma is in the ionized state of the order of 1%, 1 particle, energy corresponding to temperatures of the order of 10 3 K is required and such a plasma is referred to as low temperature. Low temperature atmospheric plasma is known as an effective tool for a variety of medical procedures due to the healing effects that can be achieved by its application. This includes antibacterial, antifungal, and antiviral effects. It further includes effects associated with the healing of chronic wounds, blood clots, immune system treatment, cardiovascular regulation, destruction of unwanted biofilms, disinfection and sterilization, as is known, for example, from CZ 22149 U1, JP 2001054556.
Dosud byla vyvinuta celá řada technologických systémů nízkoteplotních zdrojů atmosférického plazmatu, například atmosférický plazma jet přístroj se sadou trysek s mikrorozměrem použitelným v terapii léčby rakoviny byl publikován v odborné stati [K. Kim et al,. Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 073701], a zařízení využívající nízkoteplotního atmosférického plazmatu pro bio-medicínské účely je popsáno ve spiseA number of low temperature atmospheric plasma source technology systems have been developed to date, for example, an atmospheric plasma jet apparatus with a set of nozzles with a micro dimension usable in cancer therapy therapy has been published in the scientific paper [K. Kim et al. Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 073701], and a device using low temperature atmospheric plasma for bio-medical purposes is described in
-2WO 201Q098524 A1. Dále atmosférický zdroj plazmatu vyvinutý pro generaci atomů vodíku, který má podstatný efekt na deaktivaci mikrobiologických kontaminantů a redukci OH radikálů ve vzduchu, je dostupný v [H.Nojima et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 501-509] a způsob dekontaminace vzduchu pomocí nízkoteplotního plazmatu je popsán například ve spise CN 1659968. Rovněž byl vyvinut obvod pracující na principu vlastní rezonance navrženého pro buzení atmosférického plazma jetu a dielektrického bariérového výboje malého objemu, který byl publikován v [V. J. Law and S.D. Anghel. J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 075202], a buzení atmosférického plazmatu založeného na technologii dielektrického bariérového výboje je rovněž popsáno ve spise CN 101945527. Byl vyvinut atmosférický výboj se stejnosměrnou vysokonapěťovou jiskrou generovanou mezi hrotem a otvorem popsaném například v [D. Dobrynin, K. Arjunan,-2WO 201Q098524 A1. Further, an atmospheric plasma source developed for the generation of hydrogen atoms, which has a substantial effect on deactivation of microbiological contaminants and reduction of OH radicals in air, is available in [H.Nojima et al., J. Phys. C: Appl. Phys. 40 (2007) 501-509] and a method for decontaminating air using low temperature plasma is described, for example, in CN 1659968. A self-resonance circuit designed to drive atmospheric plasma and low-volume dielectric barrier discharge has also been developed, published in [ IN. J. Law and S.D. Anghel. J. Phys. C: Appl. Phys. 45 (2012) 075202], and atmospheric plasma excitation based on dielectric barrier discharge technology is also described in CN 101945527. An atmospheric discharge with a DC high voltage spark generated between the tip and the aperture described, for example, has been developed [D. Dobrynin, K. Arjunan,
A. Fridman, G. Friedman and A. Morss Clyne. J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011) 075201]. Také byl již vyvinut atmosférický nízkoteplotní doutnavý RF výboj malých rozměrů s elektrodou ve tvaru jehly pro deaktivaci baktérie Escherichia coli, který je popsán ve stati [R.E.J. Sládek and E. Stoffels J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) 1716-1721],A. Fridman, G. Friedman, and A. Morss Clyne. J. Phys. C: Appl. Phys. 44 (2011) 075201]. Also, an atmospheric low-temperature, low-temperature, glow-type RF discharge with a needle-shaped electrode for deactivating Escherichia coli has been developed as described in [R.E.J. Sladek and E. Stoffels J. Phys. C: Appl. Phys. 38 (2005) 1716-1721]
U zařízení používajících vysokofrekvenční (GHz) objemový výboj magnetronu a užití porézní struktury k homogenizaci proudu ionizovaného pracovního plynu (např. US 2012/0046602) se projevují negativní účinky a zvýšená rizika pro pacienta spojená s užitím těchto frekvencí, jako je ohrožení dýchacích orgánů nebo přehřívání okolní zdravé tkáně. Další nevýhodou tohoto řešení je jeho vysoká pořizovací cena. V řešení uváděném plynu, k jehož ionizaci dochází až v mikrostruktuře nanesené na tomto materiálu díky aplikovanému vysokému napětí. Nevýhodou uvedeného řešení je velmi malá hustota plazmatu a její významné plošné omezení na průměr maximálně v jednotkách milimetrů, kdy při zvětšení rozměrů se významně mění prostorové rozložení hustoty plazmatu. Druhou nevýhodou je přivedené vysoké napětí cca 600 V do nejbližší aplikační vrstvy a tudíž vysoké riziko pro ošetřovanou plochu.Equipment using high frequency (GHz) magnetron volumetric discharge and the use of a porous structure to homogenize a stream of ionized working gas (eg, US 2012/0046602) exhibits negative effects and increased patient risks associated with the use of these frequencies such as respiratory distress or overheating surrounding healthy tissue. Another disadvantage of this solution is its high purchase price. In the solution of the present gas, the ionization takes place only in the microstructure deposited on this material due to the applied high voltage. The disadvantage of this solution is the very low plasma density and its significant area limitation to the diameter in maximum in units of millimeters, when the spatial distribution of the plasma density changes significantly as the dimensions increase. The second disadvantage is that a high voltage of about 600 V is applied to the nearest application layer and therefore a high risk for the area to be treated.
Aby byly splněny náročné podmínky pro aplikace atmosférických plazmových zdrojů v medicíně, je nutné vyvinout tyto systémy s možností přesné kontroly jejich fyzikálních parametrů jako je koncentrace iontů a elektronů v plazmatu, energie iontů, intenzita vyzářeného světla, a to hlavně v UV oblasti, tok pracovního plynu a jeho teplota, typy iontů v plazmatu. Pro použití plazmového zdroje pro klinickou praxi musí být splněno mnoho náročných bezpečnostních kriterií. Je známo, že pro efekt hojení je nutné přesně nastavit dávkování působení plazmatu na živou tkáň. Tyto efekty dávkování jsou popsány v odborných článcích [Danil Dobrynin, Gregory Fridman, Gary Friedman and Alexander Fridman, Physical and biological mechanisms of direct plasma interaction with living tissue New Joumal of Physics 11 (2009) 115020; Světlana A. Ermolaeva et al. Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds Joumal of Medical Microbiology (2011), 60, 75-83; Nosenko T., Shimizu T. and Morfill G. E., Designing plasmas for chronic wound disinfection, New Joumal of Physics 11 (2009) 115013 (19pp)]. Technicky jsou citované požadavky vyřešeny konstrukcí dle spisu CZ 23(746 U1, který představuje zařízení pro generaci nízkoteplotního plazmatu s laditelnou koncentrací ionizovaných částic obsahující duté izolační těleso, které je jednak uloženo v uzemněném stínícím plášti, jednak je opatřeno výtokovým hrdlem a jednak je do jeho vnitřního prostoru zaústěna přívodová trubice pracovního plynu a vyvedena kovová budící elektroda, která je připojena ke zdroji střídavého vysokého napětí a která je opatřena inicializační plochou pro generování nízkoteplotního atmosférického plazmatu. Na vnější ploše izolačního tělesa je pak suvně stavitelně uložena kovová ladící elektroda pro umožnění úpravy vlastností a parametrů plazmatu.In order to meet the demanding conditions for the application of atmospheric plasma sources in medicine, it is necessary to develop these systems with the possibility of precise control of their physical parameters such as plasma ion and electron concentration, ion energy, emitted light intensity, especially in UV, workflow gas and its temperature, types of ions in plasma. Many demanding safety criteria must be met to use a plasma source in clinical practice. It is known that for the effect of healing it is necessary to precisely adjust the dose of plasma to the living tissue. These dosage effects are described in scientific articles [Danil Dobrynin, Gregory Fridman, Gary Friedman, and Alexander Fridman, Physical and biological mechanisms of direct plasma interaction with living tissue New Joumal of Physics 11 (2009) 115020; Svetlana A. Ermolaeva et al. Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in animal model of infected wounds Joumal of Medical Microbiology (2011), 60, 75-83; Nosenko T., Shimizu T. and Morfill G.E., Designing Plasmas for Chronic Wound Disinfection, New Joumal of Physics 11 (2009) 115013 (19pp)]. Technically, the cited requirements are solved by the construction according to CZ 23 (746 U1), which is a device for generating low temperature plasma with tunable concentration of ionized particles containing a hollow insulating body, which is both embedded in a grounded shielding sheath. A working gas inlet tube leads into the inner space and a metal excitation electrode connected to an AC high voltage source is provided, which has an initialization surface for generating low temperature atmospheric plasma and a metal tuning electrode is slidably mounted on the outer surface of the insulating body. and plasma parameters.
Zásadním nedostatkem výše uvedených zdrojů nízkoteplotního atmosférického plazmatu pro medicínské aplikace je to, že se většinou jedná o bodové zdroje, s výjimkou řešení dle USj20120046602 a s výrazným omezením WG201Q098524, díky čemužThe major drawback of the above-mentioned low temperature atmospheric plasma sources for medical applications is that they are mostly point sources, with the exception of the USj20120046602 solution and with a significant reduction in WG201Q098524, which
Λ i i odpovídá profil intenzity ionizovaných částic v plazmatu Gaussovu profilu. Další nevýhodou je přítomnost vysokého napětí v nejbližší aplikační vrstvě, případně vysoká cena zařízení. Je rovněž známa konstrukce atmosférického zdroje pro generování plazmatu obsahující sendvičovou membránovou strukturu porézní vrstvy, která je popsaná iOdpovídá i i corresponds to the plasma intensity profile of ionized particles in the Gaussian profile. Another disadvantage is the presence of high voltage in the nearest application layer, possibly high cost equipment. Also known is the construction of an atmospheric plasma generating source comprising a sandwich membrane structure of a porous layer, which is described in
ve spise KR 20120032894 a je určena pro odstraňování nečistot ze vzduchu. Popsaný typ membrány však neumožňuje použití tohoto zařízení v biomedicínských aplikacích. Možné uspořádání sendvičové struktury membrány je popsáno například ve spise *in KR 20120032894 and is intended to remove dirt from the air. However, the type of membrane described does not allow the use of this device in biomedical applications. A possible arrangement of the sandwich membrane structure is described, for example, in *
WO 2004032176. Použití membránové struktury ke generování plazmatu v biomedicíně je známo ze spisu WÓ201QÓ98524, kde je popisováno zařízení, které má vodivou elektrodu pouze na jedné straně porézní membrány, přičemž výboj vzniká pouze na povrchu membrány.WO 2004032176. The use of a membrane structure to generate plasma in biomedicine is known from WO201098984, which discloses a device having a conductive electrode on only one side of a porous membrane, wherein discharge occurs only on the membrane surface.
Úkolem představovaného vynálezu je vyhovět podmínkám požadovaným pro medicínské aplikace, které vyžadují rovnoměrné rozložení intenzity, zvětšení ošetřované plochy, přizpůsobení tvaru ošetřované ploše při zachování rovnoměrného působení plazmatu a minimalizaci rizik pro pacienta. K využití je předkládán plošný a ohebný zdroj nízkoteplotního atmosférického plazmatu s laditelnou koncentrací ionizovaných částic a rovnoměrným rozložením intenzity v celé ploše generátoru.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to meet the conditions required for medical applications that require uniform intensity distribution, increase in treatment area, adaptation of shape to treated area while maintaining uniform plasma exposure, and minimizing patient risk. A flat and flexible source of low-temperature atmospheric plasma with tunable concentration of ionized particles and uniform intensity distribution over the whole area of the generator is presented for use.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Uvedeného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je atmosférický zdroj plazmatu, zejména pro využití v medicínských bioaplikacích, obsahující zdroj střídavého vysokého napětí a duté izolační těleso, do jehož vnitřního prostoru je zaústěn přívod pracovního plynu a je v něm umístěna vnitřní budící elektroda připojená na zdroj střídavého vysokého napětí, kde podstata řešení spočívá v tom, že uvnitř izolačního tělesa je ustavena sendvičová struktura tvořená vrstvami porézního materiálu a sestávající ze vzájemně nad sebou uložených vnitřní budící elektrody, nevodivé porézní membrány a vnější zemnící elektrody, přičemž porézní membrána je vyrobena z elastického materiálu v podstatě konstantní tloušťky, která se pohybuje v rozmezí hodnot 1 až 200 pm při maximální v odchylce 15 %, a vykazujícího teplotní stabilitu do 300|^C při velikostech pórů vytvářejících mikrokanály o průměru 10 nm až 100 pm.This object is achieved by the invention, which is an atmospheric plasma source, in particular for use in medical bioapplications, comprising an AC high voltage source and a hollow insulating body having a working gas inlet and an internal excitation electrode connected to the AC source. The principle of the solution is that a sandwich structure consisting of layers of porous material and consisting of superimposed internal excitation electrode, non-conductive porous membrane and external grounding electrode is established inside the insulating body, the porous membrane is made of elastic material in of substantially constant thickness, ranging from 1 to 200 µm at a maximum deviation of 15%, and exhibiting a temperature stability of up to 300 µC at pore sizes forming microchannels with a diameter of 10 nm to 100 pm.
V optimálním případě je porézní membrána vyrobena z keramiky nebo mikrovláknových či nanovláknových nevodivých struktur, zejména na bázi oxidů AI2O3, SiO2- ZrO2.Optimally, the porous membrane is made of ceramic or microfiber or nanofiber non-conducting structures, in particular based on Al 2 O 3 , SiO 2 -ZrO 2 oxides.
Dále je výhodné, když vnitřní budící elektroda a vnější zemnící elektroda jsou tvořeny nanesenou vodivou vrstvou nebo sítí z vodičů nebo vodičovou mřížkou.Further, it is preferred that the inner excitation electrode and the outer ground electrode are formed by a conductive layer or a net of conductors or a wire grid.
-5Novým řešením se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že dodávaný generovaný plazmatický plyn je neutrální s krátkým dosahem, napětí přiváděné na elektrody je důsledné izolováno od ozařované plochy, čímž je eliminováno riziko poškození ošetřované plochy interakcí s vysokým elektrickým střídavým napětím. Zdroj ionizuje běžný vzduch nebo jiný výhodný pracovní plyn dle požadavků aplikace a generuje neutrální pracovní proud plazmatu o vysoké hustotě a nízké teplotě (méně než 4Q°C) při zachování atmosférického tlaku.The new solution achieves a new and higher effect in that the generated plasma gas is short-range neutral, the voltage applied to the electrodes is consistently isolated from the irradiated area, eliminating the risk of damage to the treated area by interaction with high electrical alternating voltage. The source ionizes normal air or other preferred process gas as required by the application and generates a neutral high-density and low-temperature (less than 40 ° C) plasma working stream while maintaining atmospheric pressure.
,'5* lká „ 7? Vy, '5' says' 7? you
Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr.1 je detailní schéma sendvičové struktury zdroje plazmatu a jejího zapojení, obr. 2 je příkladné provedení zdroje plazmatu s ochrannou izolační vrstvou tvořenou válcovým tělesem, obr.3 je alternativní provedení zdroje plazmatu s přívodem plynu ve střední části pracovní plochy zdroje a obr.4 je alternativní provedení zdroje plazmatu s přívodem plynu v boční části pracovní plochy zdroje1 is a detailed diagram of the sandwich structure of a plasma source and its wiring, FIG. 2 is an exemplary embodiment of a plasma source with a protective insulating layer formed by a cylindrical body, FIG. 3 is an alternative embodiment of a plasma source with the gas inlet in the middle part of the work surface of the source and Fig. 4 is an alternative embodiment of the plasma source with the gas in the side part of the work surface of the source
Výkresy, které znázorňují představovaný vynález, a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.The drawings which illustrate the present invention and the following examples of specific embodiments do not in any way limit the scope of protection given in the definition, but merely illustrate the nature of the invention.
pťry/'pťry / '
Příklady UskutečněnkvynálezuExamples Embodiments of the invention
Atmosférický zdroj plazmatu je v základním provedení tvořen dutým válcovým izolačním tělesem 1, vyrobeným z dielektrického elastického materiálu vytvářejícího .· * ·The atmospheric plasma source is in the basic embodiment formed by a hollow cylindrical insulating body 1, made of dielectric elastic forming material.
-6ochrannou izolační vrstvu pro sendvičovou strukturu uloženou uvnitř tělesa 1 a tvořenou vrstvami porézního materiálu. Sendvičová struktura detailně znázorněná na obr.1 sestává ze vzájemně nad sebou uložených vnitřní budící elektrody 2, vysokoteplotně odolné nevodivé porézní membrány 3 a vnější zemnicí elektrody 4. Vnitřní budící elektroda 2 je připojena na zdroj 5 střídavého vysokého napětí, například pulsní generátor. Porézní membrána 3 je vyrobena z elastického materiálu v podstatě konstantní tloušťky, která se pohybuje v rozmezí hodnot 1 až 200 pm při maximální odchylce 15 %, a vykazujícího z teplotní stabilitu cca 300fC při velikostech pórů vytvářejících mikrokanály o průměru 10 nm i až desítek pm, například z keramiky nebo nanovláknových či mikrovláknových nevodivých struktur, zejména na bází oxidů AI2O3, SiO2, ZrO2 apod., zajišťujících rovnoměrnou distribuci náboje ve výbojích a homogenizaci proudu výsledného generovaného plazmatu. Mikrokanály porézní membrány 3 jsou přitom charakterizovány průměrnou velikostí průřezu a délkou a není vyžadována ani jednotná orientace mikrokanálů ani vzájemný poměr jejich charakterizujících rozměrů. Obě plošné elektrody 2 a 4 jsou vytvořeny tak, že jejich struktura umožňuje proudění plynu a výtok generovaného plazmatu kolmo na jejich povrch.- a protective insulating layer for the sandwich structure embedded within the body 1 and consisting of layers of porous material. The sandwich structure shown in detail in FIG. 1 consists of superimposed internal excitation electrode 2, high temperature resistant non-conductive porous membrane 3 and an external ground electrode 4. The internal excitation electrode 2 is connected to an AC high voltage source 5, for example a pulse generator. The porous membrane 3 is made of an elastic material of substantially constant thickness ranging from 1 to 200 µm with a maximum deviation of 15% and showing a temperature stability of about 300 ° C at pore sizes forming microchannels with a diameter of 10 nm to tens of pm, for example, ceramics or nanofiber or microfiber non-conducting structures, in particular based on Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and the like, ensuring uniform charge distribution in discharges and homogenizing the resulting generated plasma. The microchannels of the porous membrane 3 are characterized by an average cross-sectional size and length and neither uniform orientation of the microchannels nor the ratio of their characterizing dimensions is required. The two surface electrodes 2 and 4 are designed in such a way that their structure allows the gas to flow and the plasma to flow out perpendicular to their surface.
Funkce atmosférického zdroje plazmatu je založena na tom, že mezi elektrodami 2 a 4,umístěnými na protilehlých površích porézní membrány 3, které mohou být tvořeny sítí vodičů o velikosti buňky několik desítek μιτ) až jednotek milimetrů, vodivou mřížkou o stejné střídě, případně nanesenou vodivou vrstvou, jejíž tloušťka se může pohybovat dle zvoleného provedení od desítek nanometrů až jednotek milimetrů, hoří výboje. V důsledku působení elektrického pole mezi těmito plochými elektrodami 2 a 4 dochází k ionizaci pracovního plynu, který po průchodu mikrokanály porézní membrány 3 vytéká do vnějšího prostředí ve formě plazmatu, jehož hustota je úměrná frekvenci budícího napětí zdroje 5. Aplikované střídavé napětí zdroje 5 pak závisí na tloušťce porézní membrány 3 a typu pracovního plynu, jehož minimální průtok je v jednotkách litrů/cm2/min.The function of the atmospheric plasma source is based on the fact that between the electrodes 2 and 4, located on opposite surfaces of the porous membrane 3, which can consist of a network of conductors with a cell size of several tens (μιτ) up to millimeters. a layer whose thickness can vary from tens of nanometers to units of millimeters, depending on the chosen embodiment, burns discharges. As a result of the electric field between these flat electrodes 2 and 4, the working gas is ionized and, after passing through the microchannel of the porous membrane 3, flows into the external environment in the form of a plasma whose density is proportional to the frequency of the source voltage. the thickness of the porous membrane 3 and the type of working gas whose minimum flow rate is in liters / cm 2 / min.
V konkrétním provedení atmosférického zdroje plazmatu tzv. „tužkového typu“ znázorněného na obr.2 je napětí ze zdroje 5 tvořeného pulsním generátorem přiváděno na vnitřní budící elektrodu 2 válcovou propojovací elektrodou 21, připojenou k této budící elektrodě 2 na jejím obvodu a opatřenou vstupním kanálem 6 přívodu plynu. Uzemnění ' ·»*-*In the particular embodiment of the atmospheric plasma source of the so-called "pencil type" shown in Fig. 2, the voltage from the pulse generator source 5 is applied to the inner excitation electrode 2 by a cylindrical junction electrode 21 gas supply. Grounding '· »* - *
-7vnější zemnící elektrody 4 je pak realizováno prostřednictvím válcové pomocné elektrody 41 opatřené neznázorněnou vnitřní izolační vrstvou. Zdroj 5, tedy pulsní generátor generuje vysokonapěťové pulsy s frekvencí 100 Hz až 400 kHz, amplituda jednoho pulsu i/ .ÁžZ je 100 * 1000 V, doba trvání pulsu 0,1 1 ps, spád náběhové i poklesové hrany impulsu odpovídá řádově 108 až 109 V/s. Hustota proudu ve výboji pak je řádově desítky tisíc A/m2. Při realizované výbojové ploše o rozměrech cca 1 cm2 pak je hustota proudu ve výboji 1 A. V optimálním případě je přiváděno střídavé napětí 500 V obdélníkového tvaru s frekvencí 200 Hz a maximální proudovou špičkou ve výboji 160 mA.The outer earth electrode 4 is then realized by means of a cylindrical auxiliary electrode 41 provided with an inner insulation layer (not shown). Source 5, ie pulse generator generates high-voltage pulses with a frequency of 100 Hz to 400 kHz, amplitude of one pulse i / .AzZ is 100 * 1000 V, pulse duration 0.1 1 ps, pulse rise and fall edge corresponds to the order of 10 8 to 10 9 V / s. The current density in the discharge is of the order of tens of thousands of A / m 2 . With a discharge surface of approximately 1 cm 2 , the current density in the discharge is 1 A. Ideally, an alternating voltage of 500 V of rectangular shape with a frequency of 200 Hz and a maximum current peak of 160 mA is applied.
V dalších alternativních provedeních schematicky znázorněných na obr.3 a obr.4 jsou uvedeny příklady plošného nebo páskového atmosférického zdroje plazmatu, kde je jako porézní membrána 3 použit pružný element páskového či plošného tvaru vyrobený z nanovláknové struktury. Plošné elektrody 2 a 4 jsou tvořeny mřížkovou strukturou z vodičů. Nad vnitřní budící elektrodou 2 jsou rozmístěna perforovaná žebra 11 zajišťující rovnoměrný přísun pracovního plynu, který je přiváděn do flexibilně ohraničeného vnitřního prostoru zdroje. Ochranná izolační vrstva, tedy izolační těleso 1 je opatřeno foliovými elementy 12, přičemž přívod vzduchu může být jak ve střední části izolačního tělesa l.tak z boku. Obecně pak mohou být plošné elektrody 2 a 4 tvořeny nanesenou, s výhodou napařenou, vodivou vrstvou nebo sítí z vodičů nebo vodičovou mřížkou.In other alternative embodiments schematically shown in Fig. 3 and Fig. 4, examples of a planar or ribbon atmospheric plasma source are shown, wherein a flexible ribbon-shaped element made of a nanofiber structure is used as the porous membrane 3. The surface electrodes 2 and 4 consist of a grid structure made of conductors. Above the inner excitation electrode 2, perforated ribs 11 are arranged to provide a uniform supply of working gas, which is fed into the flexibly delimited interior of the source. The protective insulating layer, i.e. the insulating body 1, is provided with foil elements 12, and the air supply can be in the middle of the insulating body 1 so as to be sideways. In general, the surface electrodes 2 and 4 may be formed by a deposited, preferably steamed, conductive layer or a network of conductors or a wire grid.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vynález spadá do oblasti využití nízkoteplotního atmosférického zdroje plazmatu s laditelnou koncentrací ionizovaných částic pro řadu procedur ve zdravotnictví, kdy je aplikací tohoto plazmatu dosaženo efektu hojení. Zařízení je vhodné především k úpravě povrchů živé tkáně pro různé medicínské aplikace, jako je desinfekce, hojení ran, úprava rakovinných buněk, dermatologie, stomatologie a kosmetika, přičemž nehrozí nebezpečí poškození tkáně z důvodu možné interakce vysokého elektrického střídavého napětí.The present invention is in the field of utilizing a low temperature atmospheric plasma source with a tunable concentration of ionized particles for a variety of medical procedures where the application of this plasma results in a healing effect. The device is particularly suitable for treating living tissue surfaces for various medical applications, such as disinfection, wound healing, cancer cell treatment, dermatology, dentistry and cosmetics, while avoiding the risk of tissue damage due to the potential of high electrical alternating voltage.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-543A CZ2013543A3 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Atmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-543A CZ2013543A3 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Atmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ304814B6 CZ304814B6 (en) | 2014-11-12 |
| CZ2013543A3 true CZ2013543A3 (en) | 2014-11-12 |
Family
ID=51867894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-543A CZ2013543A3 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Atmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2013543A3 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ306217B6 (en) * | 2015-10-06 | 2016-10-05 | Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. | Low-temperature plasma source with possibility of both contact and contactless application and process for preparing sandwich structure for such a source |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100530765B1 (en) * | 2002-10-04 | 2005-11-23 | 이규왕 | Nanoporous dielectrics for plasma generator |
| KR101174345B1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-08-16 | 김영귀 | Apparatus for generating atmospheric pressure plasma |
-
2013
- 2013-07-11 CZ CZ2013-543A patent/CZ2013543A3/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304814B6 (en) | 2014-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Seo et al. | Comparative studies of atmospheric pressure plasma characteristics between He and Ar working gases for sterilization | |
| Park et al. | Atmospheric-pressure plasma sources for biomedical applications | |
| RU2656333C1 (en) | Plasma device with a replacement discharge tube | |
| US20110022043A1 (en) | Device for the treatment of surfaces with a plasma generated by an electrode over a solid dielectric via a dielectrically impeded gas discharge | |
| US20140314621A1 (en) | Methods and devices for treating surfaces with surface plasma | |
| KR101056097B1 (en) | Atmospheric Pressure Plasma Generator | |
| JP6310458B2 (en) | Apparatus and method for treating biological tissue using low pressure plasma | |
| US20130026137A1 (en) | Device and method for generating a pulsed anisothermal atmospheric pressure plasma | |
| KR20120011370A (en) | Multi channel plasma jet generator | |
| JP2016500317A (en) | Apparatus and method for treating biological tissue using low pressure plasma | |
| CN110574140A (en) | Atmospheric pressure plasma device | |
| JP2016500318A (en) | Apparatus and method for treating biological tissue using low pressure plasma | |
| KR101320291B1 (en) | Handpiece-type plasma apparatus for local sterilization and disinfection | |
| KR101150382B1 (en) | Non-thermal atmospheric pressure plasma jet generator | |
| RU2638569C1 (en) | Method for sterilisation using gas-discharge plasma of atmospheric pressure and device for its implementation | |
| Song et al. | The Brush‐Shape Device Used to Generate Atmospheric and Homogeneous Plasmas for Biomedical Applications | |
| Chang et al. | Design of microplasma electrodes for plasma-on-chip devices | |
| KR102015884B1 (en) | humidifier comprising plasma generator | |
| Ni et al. | Plasma inactivation of Escherichia coli cells by atmospheric pressure air brush-shape plasma | |
| CZ2013543A3 (en) | Atmospheric source of plasma, especially for use in medical bioapplications | |
| Kim | New conversing technology; plasma medicine | |
| Laroussi et al. | Cold atmospheric pressure plasma sources for cancer applications | |
| KR20170118660A (en) | Plasma humidifier | |
| CZ25959U1 (en) | Plasma atmospheric source, especially for use in medicinal applications | |
| CZ27679U1 (en) | Low-temperature plasma source, particularly for deactivation of bacteria |