CZ306217B6 - Low-temperature plasma source with possibility of both contact and contactless application and process for preparing sandwich structure for such a source - Google Patents
Low-temperature plasma source with possibility of both contact and contactless application and process for preparing sandwich structure for such a source Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306217B6 CZ306217B6 CZ2015-698A CZ2015698A CZ306217B6 CZ 306217 B6 CZ306217 B6 CZ 306217B6 CZ 2015698 A CZ2015698 A CZ 2015698A CZ 306217 B6 CZ306217 B6 CZ 306217B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- porous membrane
- sandwich structure
- source
- low
- excitation electrode
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Zdroj nízkoteplotního plazmatu s možností kontaktní i bezkontaktní aplikace a způsob výroby sendvičové struktury pro tento zdrojLow-temperature plasma source with the possibility of contact and contactless application and a method of manufacturing a sandwich structure for this source
Oblast technikyField of technology
Vynález spadá do oblasti generování nízkoteplotního plazmatu a týká se konstrukce atmosférického zdroje nízkoteplotního plazmatu s možností kontaktní i bezkontaktní aplikace, určeného zejména pro využití v různých medicínských bioaplikacích, jako jsou desinfekce, hojení ran, úprava rakovinných buněk, dermatologie a stomatologie. Vynález se rovněž zabývá způsobem výroby sendvičové struktury pro tento zdroj.The invention relates to the field of low-temperature plasma generation and relates to the construction of an atmospheric low-temperature plasma source with contact and non-contact application, intended in particular for use in various medical bioapplications such as disinfection, wound healing, cancer cell treatment, dermatology and dentistry. The invention also relates to a method of manufacturing a sandwich structure for this source.
Dosavadní stav technikyPrior art
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 aje tedy elektricky neutrální. K udržení stavu, kdy se v plazmatu v ionizovaném stavu nalézá řádově 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 regulaci, likvidací nežádoucích biovrstev, dezinfekcí a sterilizací, jak je známo například ze spisů CZ 22149 U1 JP 2001054556 CZ 304814, nebo CZ 27679 Ul.Plasma, 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 neutral. To maintain a state in which the plasma in the ionized state is in the order of 1% of the particles, energies corresponding to temperatures of the order of 10 3 K are required, and such a plasma is referred to as low-temperature. Low-temperature atmospheric plasma is known as an effective tool for a number of medical procedures due to the healing-promoting effects that can be achieved by its application. This includes antibacterial, antifungal and antiviral effects. It also includes effects associated with the healing of chronic wounds, blood clots, treatment of the immune system, cardiovascular regulation, elimination of unwanted biofilms, disinfection and sterilization, as is known, for example, from CZ 22149 U1 JP 2001054556 CZ 304814, or CZ 27679 Ul.
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 spise WO 2010098524. Dále atmosférický zdroj plazmatu vyvinutý pro generaci atomů vodíku, který má podstatný efekt na deaktivaci mikrobiologických kontaminantů a redukci OH radikálů ve vzduchuje 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, 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],So far, a number of technological systems of low-temperature atmospheric plasma sources have been developed, for example an atmospheric plasma jet device with a set of nozzles with a micro-dimension usable in the treatment of cancer treatment has been published in a professional article [K. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 073701], and devices using low temperature atmospheric plasma for biomedical purposes are described in WO 2010098524. Furthermore, an atmospheric plasma source developed for the generation of hydrogen atoms which has a significant effect on deactivating microbiological contaminants and reducing OH radicals in air is available. v [H. Nojima et al., J. Phys. D: 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 excite the atmospheric plasma of a jet and a small-volume dielectric barrier discharge has also been developed. IN. J. Law and S. D. AngheL J. Phys. D: 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 orifice described, for example, in [D. Dobrynin, K. Arjunan, A. Fridman, G. Friedman and A. Morss Clyne. J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011) 075201]. A small-sized atmospheric low-temperature glow RF discharge with a needle-shaped electrode for deactivating Escherichia coli has also been developed, which is described in [R.E.J. Sladek and E. Stoffels J. Phys. D: 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 ve spisu WO2010098524 je užito porézní struktury k homogenizaci proudu pracovního 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 plazDevices using a high frequency (GHz) magnetron volume discharge and the use of a porous structure to homogenize the ionized working gas stream (eg US 2012/0046602) have negative effects and increased risks for the patient associated with the use of these frequencies, such as respiratory hazard or overheating. surrounding healthy tissues. Another disadvantage of this solution is its high purchase price. In the solution disclosed in WO2010098524, a porous structure is used to homogenize the working gas stream, the ionization of which occurs only in the microstructure applied to 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 maximum diameter in millimeters, when the spatial distribution of the plasma density changes significantly when the dimensions are increased.
- 1 CZ 306217 B6 matu. Druhou nevýhodou je přivedené vysoké napětí cca 600 V do nejbližší aplikační vrstvy a tudíž vysoké riziko pro ošetřovanou plochu.- 1 CZ 306217 B6 matu. The second disadvantage is the high voltage applied to about 600 V to the nearest application layer and therefore the high risk for the treated area.
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 kritérií. 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 Journal 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 Journal of Medical Microbiology (2011), 60, 75-83; Nosenko T, Shimizu T. and Morfill G. E., Designing plasmas for chronic wound disinfection, New Journal of Physics 11 (2009) 115013 (19pp)]. Technicky jsou citované požadavky vyřešeny konstrukcí dle spisu CZ 23746 Ul, 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 budicí 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 applications 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 ion and electron concentration in plasma, ion energy, intensity of emitted light, especially in the UV range. working gas and its temperature, types of ions in plasma. Many demanding safety criteria must be met in order to use a plasma source for clinical practice. It is known that for the healing effect it is necessary to precisely adjust the dosage of the plasma effect on living tissue. These dosing 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 Journal of Physics 11 (2009) 115020; Svetlana A. Ermolaeva et al. Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds Journal of Medical Microbiology (2011), 60, 75-83; Nosenko T, Shimizu T. and Morfill G. E., Designing plasmas for chronic wound disinfection, New Journal of Physics 11 (2009) 115013 (19pp)]. Technically, the cited requirements are solved by construction according to CZ 23746 U1, which is a device for low-temperature plasma generation with tunable concentration of ionized particles containing a hollow insulating body, which is both housed in a grounded shield, is provided with an outlet and is in its interior the working gas supply tube opens and a metal excitation electrode is connected, which is connected to a high-voltage AC source and which is provided with an initialization surface for generating a low-temperature atmospheric plasma. A metal tuning electrode is then slidably mounted on the outer surface of the insulating body to allow adjustment of the plasma properties and parameters.
Zásadním nedostatkem výše uvedených zdrojů nízkoteplotního atmosférického plazmatu pro medicínské aplikace je to, že se většinou jedná o bodové zdroje, s výjimkou řešení CZ 304814, CZ 27679 Ul nebo US 20120046602 a s výrazným omezením WO 2010098524, díky čemuž 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 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 WO 2004032176. Použití membránové struktury ke generování plazmatu v biomedicíně je známo ze spisu WO 2010098524, kde je popisováno zařízení, které má vodivou elektrodu pouze na jedné straně porézní membrány, přičemž výboj vzniká pouze na povrchu membrány. Ze spisu CZ 27679 Ul je známa konstrukce zdroje nízkoteplotního plazmatu, do jehož vnitřního prostoru je zaústěn přívod primárního pracovního plynu a je v něm uložena sendvičová struktura tvořená vrstvami porézního materiálu a sestávající ze vzájemně nad sebou uložených vnitřní budicí elektrody, vysokoteplotně odolné nevodivé porézní membrány a vnější budicí elektrody, přičemž vnitřní budicí elektroda je propojena s primárním zdrojem střídavého vysokého napětí. Těleso zdroje je pod úrovní vnější budicí elektrody opatřeno přívodem sekundárního pracovního plynu zaústěným do spodní části vnitřního prostoru, který je u dna tělesa uzavřen vnější zemnicí elektrodou za vzniku směšovacího prostoru, přičemž vnější budicí elektroda je propojena se sekundárním zdrojem střídavého vysokého napětí.The main disadvantage of the above-mentioned low-temperature atmospheric plasma sources for medical applications is that they are mostly point sources, with the exception of CZ 304814, CZ 27679 U1 or US 20120046602 and with a significant limitation WO 2010098524, which corresponds to the Gaussian plasma intensity profile profile. Another disadvantage is the presence of high voltage in the nearest application layer, or the high cost of the device. It is also known to design an atmospheric source for generating a plasma comprising a sandwich membrane structure of a porous layer, which is described in KR 20120032894 and is intended for removing impurities from the air. However, the described type of membrane does not allow the use of this device in biomedical applications. A possible arrangement of a membrane sandwich structure is described, for example, in WO 2004032176. The use of a membrane structure for plasma generation in biomedicine is known from WO 2010098524, which describes a device having a conductive electrode on only one side of a porous membrane. membranes. CZ 27679 U1 discloses the construction of a low-temperature plasma source, into the inner space of which a supply of primary working gas opens and a sandwich structure consisting of layers of porous material and consisting of superimposed inner excitation electrodes, a high-temperature resistant non-conductive porous membrane and external excitation electrodes, the inner excitation electrode being connected to a primary source of alternating high voltage. Below the level of the external excitation electrode, the source body is provided with a secondary working gas supply opening into the lower part of the inner space, which is closed at the bottom of the body by an external ground electrode to form a mixing space, the external excitation electrode being connected to a secondary AC high voltage source.
Úkolem nového vynálezu je představit inovovanou konstrukci zdroje nízkoteplotního plazmatu, která vychází z řešení popsaných ve spisech CZ 304814 a CZ 27676 Ul, přičemž konstrukce zdroje s nově navrženým uspořádáním generátoru plazmatu umožňuje generaci velice homogenního plazmatu s možností jak kontaktního, tak i bezkontaktního použití, a to při dodržení podmínek požadovaných pro medicínské aplikace, které vyžadují rovnoměrné rozložení intenzity, zvětšení ošetřované plochy, přizpůsobení tvaru zdroje ošetřované ploše při zachování rovnoměrného působení plazmatu a minimalizaci rizik pro pacienta. Vylepšená konstrukce nízkoteplotního zdroje, tedy generátoru, plazmatu umožňuje díky použití ještě jedné porézní membrány nad budiThe object of the new invention is to present an innovated design of a low-temperature plasma source based on the solutions described in CZ 304814 and CZ 27676 U1, the source design with a newly designed plasma generator arrangement allowing very homogeneous plasma generation with both contact and non-contact use, and This is in compliance with the conditions required for medical applications, which require an even distribution of intensity, enlargement of the treated area, adaptation of the shape of the source to the treated area while maintaining uniform plasma exposure and minimizing risks to the patient. Improved design of the low-temperature source, ie the generator, plasma allows thanks to the use of another porous membrane above the excitation
-2CZ 306217 B6 cí elektrodou zvýšení rozsahu pracovního napětí, tlaku pracovního plynu a pracovní plochy samotného generátoru, aniž by došlo k jeho poškození.-2GB 306217 B6 increase the working voltage range, the working gas pressure and the working surface of the generator itself without damaging it.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Uvedeného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je zdroj nízkoteplotního 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 sendvičová struktura obsahující vnitřní budicí elektrodu připojenou na zdroj střídavého vysokého napětí, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že sendvičová struktura uložená ve vnitřním prostoru sestává ze vzájemně nad sebou uložených nevodivé horní porézní membrány, vnitřní budicí elektrody, nevodivé spodní porézní membrány a vnější zemnicí elektrody, přičemž nosná část sendvičové struktury obsahující horní porézní membránu, vnitřní budicí elektrodu a spodní porézní membránu je vytvořena jako jeden pevný celek.This object is achieved by the invention, which is a source of low temperature plasma, especially for use in medical bioapplications, comprising a source of alternating high voltage and a hollow insulating body, into the inner space of which the working gas supply opens and houses a sandwich structure containing an inner excitation electrode connected. to the AC high voltage source, wherein the invention comprises a sandwich structure housed in the interior consisting of superimposed non-conductive upper porous membranes, inner excitation electrodes, non-conductive lower porous membranes and outer ground electrodes, the support structure of the sandwich structure comprising the upper porous membrane, the inner excitation electrode and the lower porous membrane are formed as one solid unit.
Další podstatou vynálezu je způsob výroby nosné části sendvičové struktury zdroje nízkoteplotního plazmatu spočívající v tom, že se vnitřní budicí elektroda vloží mezi horní porézní membránu a spodní porézní membránu a tato sestava se zahřeje na teplotu stejnou nebo vyšší než teplota tání materiálu vnitřní budicí elektrody a následně se tento sendvič zchladí za vzniku pevného spojení horní porézní membrány a spodní porézní membrány.Another aspect of the invention is a method of manufacturing a support portion of a sandwich structure of a low temperature plasma source comprising inserting an inner excitation electrode between an upper porous membrane and a lower porous membrane and heating the assembly to a temperature equal to or higher than the melting point of the inner excitation electrode material. the sandwich is cooled to form a firm connection between the upper porous membrane and the lower porous membrane.
Novým uspořádáním sendvičové struktury nízkoteplotního zdroje plazmatu, konkrétně díky nově umístěné horní porézní membráně nad budicí elektrodou, je zajištěna větší rovnoměrnost rozložení iontů a elektronů na ploše mřížky a také je snížen výskyt obloukového výboje nad budicí elektrodou. Důležitou vlastností tohoto systému je také možnost jeho kontaktního použití, jelikož robustní horní porézní membrána zajišťuje mechanickou stabilitu celého systému a zabraňuje lokální deformaci celého sendviče při přimáčknutí.The new arrangement of the sandwich structure of the low-temperature plasma source, specifically due to the newly placed upper porous membrane above the excitation electrode, ensures greater uniformity of ion and electron distribution on the grid surface and also reduces the occurrence of arcing above the excitation electrode. An important feature of this system is also the possibility of its contact use, as the robust upper porous membrane ensures the mechanical stability of the whole system and prevents local deformation of the whole sandwich when pressed.
Objasnění výkresůExplanation of drawings
Konkrétní příklad provedení vynálezu je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde obr. 1 je schéma atmosférického zdroje plazmatu s ochrannou izolační vrstvou tvořenou válcovým tělesem a obr. 2 je explodovaný pohled na sendvičovou strukturu atmosférického zdroje plazmatu.A specific embodiment of the invention is schematically illustrated in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a diagram of an atmospheric plasma source with a protective insulating layer formed by a cylindrical body and Fig. 2 is an exploded view of the sandwich structure of an atmospheric plasma 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 examples of specific embodiments described below, in no way limit the scope of protection given in the definition, but merely clarify the essence of the invention.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention
Zdroj nízkoteplotního plazmatu je v základním provedení tvořen dutým válcovým izolačním tělesem 1, vyrobeným z dielektrického materiálu vytvářejícího ochrannou izolační vrstvu pro sendvičovou strukturu uloženou ve vnitřním prostoru 11 tělesa 1, tvořenou vrstvami porézního materiálu. Těleso 1 je shora uzavřeno víkem 2 vyrobeným z vodivého či nevodivého materiálu a opatřeným vstupním otvorem 21, do něhož je zaústěno vstupní hrdlo 3 pracovního plynu GAS, které je vyrobeno z vodivého materiálu. Sendvičová struktura sestává ze vzájemně nad sebou uložených vysokoteplotně odolné nevodivé horní porézní membrány 4, vnitřní budicí elektrody 5, vysokoteplotně odolné nevodivé spodní porézní membrány 6 a vnější zemnicí elektrody 7. VnitřIn the basic embodiment, the low-temperature plasma source is formed by a hollow cylindrical insulating body 1 made of a dielectric material forming a protective insulating layer for a sandwich structure housed in the inner space 11 of the body 1, formed by layers of porous material. The body 1 is closed from above by a lid 2 made of conductive or non-conductive material and provided with an inlet opening 21, into which the inlet neck 3 of the GAS working gas, which is made of conductive material, opens. The sandwich structure consists of superimposed high-temperature resistant non-conductive upper porous membranes 4, inner excitation electrodes 5, high-temperature resistant non-conductive lower porous membranes 6 and outer ground electrodes 7. Internal
- 3 CZ 306217 B6 ní budicí elektroda 5 je přes propojovací elektrodu 8 a vstupní hrdlo 3 propojena se zdrojem 9 střídavého vysokého napětí, například pulsním generátorem.The excitation electrode 5 is connected via a connecting electrode 8 and an input socket 3 to a source 9 of alternating high voltage, for example a pulse generator.
Provedení sendvičové struktury generátoru nízkoteplotního plazmatu je detailně znázorněno na obr. 2. Její horní porézní membrána 4 je vyrobena z nevodivého porézního materiálu tloušťky, která se pohybuje v rozmezí hodnot 1 pm až několika mm dle konkrétního použití a vykazujícího teplotní stabilitu minimálně do 150 °C při velikostech mikrokanálů vycházející z průměrné velikosti průřezu mikrokanálů 10 nm až několika mm. Tato horní porézní membrána 4 zajišťuje mechanickou stabilitu celého systému a také zajišťuje objemové omezení ionizace pracovního plynu nad vnitřní budicí elektrodou 5. Vnitřní budicí elektroda 5 umístěná mezi horní porézní membránou 4 a spodní porézní membránou 6 je v podstatě konstantní tloušťky, která se pohybuje v rozmezí hodnot 1 až 500 pm při maximální odchylce 15 % a vykazující teplotní stabilitu minimálně do 150 °C při velikostech mikrokanálů vycházející z průměrné velikosti průřezu 10 nm až 500 pm. Nosná část sendvičové struktury obsahující horní porézní membránu 4, vnitřní budicí elektrodu 5 a spodní porézní membránu 6 tvoří jeden pevný celek a vyrábí se tak, že se vnitřní budicí elektroda 5 vloží mezi horní porézní membránu 4 a spodní porézní membránu 6 a celý sendvič se zahřeje na teplotu stejnou nebo vyšší než teplota tání materiálu vnitřní budicí elektrody 5 a následně se tento celek zchladí, čímž dojde k pevnému spojení obou porézních membrán 4 a 6.An embodiment of the sandwich structure of a low-temperature plasma generator is shown in detail in Fig. 2. Its upper porous membrane 4 is made of non-conductive porous material with a thickness ranging from 1 μm to several mm according to the specific application and showing temperature stability of at least 150 ° C. at microchannel sizes based on an average microchannel cross-sectional size of 10 nm to several mm. This upper porous membrane 4 ensures the mechanical stability of the whole system and also ensures the volume limitation of the ionization of the working gas above the inner excitation electrode 5. The inner excitation electrode 5 located between the upper porous membrane 4 and the lower porous membrane 6 is substantially constant. values of 1 to 500 μm with a maximum deviation of 15% and showing a temperature stability of at least 150 ° C at microchannel sizes based on an average cross-sectional size of 10 nm to 500 μm. The supporting part of the sandwich structure comprising the upper porous membrane 4, the inner excitation electrode 5 and the lower porous membrane 6 forms one solid unit and is manufactured by inserting the inner excitation electrode 5 between the upper porous membrane 4 and the lower porous membrane 6 and heating the whole sandwich. to a temperature equal to or higher than the melting point of the material of the inner excitation electrode 5, and subsequently this unit is cooled, whereby the two porous membranes 4 and 6 are firmly connected.
Funkce nízkoteplotního zdroje plazmatu je založena na tom, že mezi vnitřní budicí elektrodou 4 a vnější zemnicí elektrodou 7, které jsou umístěny na protilehlých površích spodní porézní membrány 6, které mohou být tvořeny sítí vodičů o velikosti buňky několik desítek pm až jednotek milimetrů, vodivými mřížkami o stejné střídě, případně nanesenými vodivými vrstvami, jejichž tloušťka se může pohybovat dle zvoleného provedení od desítek nanometrů až jednotek milimetrů, hoří výboje. V důsledku působení elektrického pole mezi těmito plochými elektrodami 4 a 7 dochází k ionizaci pracovního plynu, který po průchodu mikrokanály spodní porézní membrány 6 vytéká do vnějšího prostředí ve formě plazmatu, jehož hustota je úměrná frekvenci budicího napětí zdroje 9 střídavého vysokého napětí. Aplikované střídavé napětí zdroje 9 pak závisí na tloušťce spodní porézní membrány 6 a typu pracovního plynu, jehož minimální průtok je v jednotkách litrů/cm2/min.The function of the low-temperature plasma source is based on the fact that between the inner excitation electrode 4 and the outer ground electrode 7, which are located on opposite surfaces of the lower porous membrane 6, which can be formed by a network of conductors with a cell size of several tens of pm to units of millimeters. Discharges burn with the same alternation, or with applied conductive layers, the thickness of which can vary according to the selected design from tens of nanometers to units of millimeters. Due to the action of the electric field between these flat electrodes 4 and 7, the working gas is ionized, which after passing through the microchannel of the lower porous membrane 6 flows into the external environment in the form of plasma. The applied alternating voltage of the source 9 then depends on the thickness of the lower porous membrane 6 and the type of working gas, the minimum flow of which is in units of liters / cm 2 / min.
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 invention falls within the field of the use of a low-temperature atmospheric plasma source with a tunable concentration of ionized particles for a number of medical procedures, where the application of this plasma achieves the healing effect. The device is particularly suitable for the treatment of living tissue surfaces for various medical applications, such as disinfection, wound healing, treatment of cancer cells, dermatology, dentistry and cosmetics, without the risk of tissue damage due to possible interaction of high AC voltage.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-698A CZ306217B6 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Low-temperature plasma source with possibility of both contact and contactless application and process for preparing sandwich structure for such a source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-698A CZ306217B6 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Low-temperature plasma source with possibility of both contact and contactless application and process for preparing sandwich structure for such a source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015698A3 CZ2015698A3 (en) | 2016-10-05 |
| CZ306217B6 true CZ306217B6 (en) | 2016-10-05 |
Family
ID=57045763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-698A CZ306217B6 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Low-temperature plasma source with possibility of both contact and contactless application and process for preparing sandwich structure for such a source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306217B6 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004032176A1 (en) * | 2002-10-04 | 2004-04-15 | Kyu-Wang Lee | Nanoporous dielectrics for plasma generator |
| CZ22149U1 (en) * | 2010-06-14 | 2011-04-28 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Apparatus generating low-temperature plasma by means of "cometary" DC discharge under atmospheric pressure for local decontamination and sterilization |
| CZ304814B6 (en) * | 2013-07-11 | 2014-11-12 | Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. | Atmospheric plasma source, particularly for use in medicinal bioapplications |
-
2015
- 2015-10-06 CZ CZ2015-698A patent/CZ306217B6/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004032176A1 (en) * | 2002-10-04 | 2004-04-15 | Kyu-Wang Lee | Nanoporous dielectrics for plasma generator |
| CZ22149U1 (en) * | 2010-06-14 | 2011-04-28 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Apparatus generating low-temperature plasma by means of "cometary" DC discharge under atmospheric pressure for local decontamination and sterilization |
| CZ304814B6 (en) * | 2013-07-11 | 2014-11-12 | Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. | Atmospheric plasma source, particularly for use in medicinal bioapplications |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2015698A3 (en) | 2016-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Park et al. | Atmospheric-pressure plasma sources for biomedical applications | |
| Seo et al. | Comparative studies of atmospheric pressure plasma characteristics between He and Ar working gases for sterilization | |
| Isbary et al. | Cold atmospheric plasma devices for medical issues | |
| US9433071B2 (en) | Dielectric barrier discharge plasma generator | |
| RU2656333C1 (en) | Plasma device with a replacement discharge tube | |
| CN104013985B (en) | Portable micro-plasma sterilizer | |
| EP2223704A1 (en) | Treating device for treating a body part of a patient with a non-thermal plasma | |
| US20120156091A1 (en) | Methods and devices for treating surfaces with surface plasma` | |
| Lunov et al. | Non-thermal plasma mills bacteria: Scanning electron microscopy observations | |
| Morent et al. | Inactivation of bacteria by non-thermal plasmas | |
| KR101320291B1 (en) | Handpiece-type plasma apparatus for local sterilization and disinfection | |
| Lotfy | Cold plasma jet construction to use in medical, biology and polymer applications | |
| Babaeva et al. | Production of active species in an argon microwave plasma torch | |
| RU2638569C1 (en) | Method for sterilisation using gas-discharge plasma of atmospheric pressure and device for its implementation | |
| Chang et al. | Design of microplasma electrodes for plasma-on-chip devices | |
| CZ306217B6 (en) | Low-temperature plasma source with possibility of both contact and contactless application and process for preparing sandwich structure for such a source | |
| Ramireddy et al. | Cold atmospheric helium plasma induces apoptosis by increasing intracellular reactive oxygen and nitrogen species | |
| CZ304814B6 (en) | Atmospheric plasma source, particularly for use in medicinal bioapplications | |
| CZ29159U1 (en) | Low-temperature plasma source with possibility of contact as well as contactless application | |
| CZ29236U1 (en) | Low-temperature plasma source, especially for plasma generation in the form of various voluminous formations | |
| CZ31034U1 (en) | A low-temperature plasma source, especially for plasma generation when used in medical bio-applications | |
| Han | Review of major directions in non-equilibrium atmospheric plasma treatments in medical, biological, and bioengineering applications | |
| CZ33331U1 (en) | Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications | |
| CZ27679U1 (en) | Low-temperature plasma source, particularly for deactivation of bacteria | |
| Laroussi et al. | Cold atmospheric pressure plasma sources for cancer applications |