CZ33331U1 - Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications - Google Patents

Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications Download PDF

Info

Publication number
CZ33331U1
CZ33331U1 CZ2019-36654U CZ201936654U CZ33331U1 CZ 33331 U1 CZ33331 U1 CZ 33331U1 CZ 201936654 U CZ201936654 U CZ 201936654U CZ 33331 U1 CZ33331 U1 CZ 33331U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
plasma
electrode
source
low temperature
bioapplications
Prior art date
Application number
CZ2019-36654U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Olexander Churpita
Alexandr Dejneka
Šárka Kubinová
Original Assignee
Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Ústav Experimentální Medicíny Av Čr, V.V.I.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i., Ústav Experimentální Medicíny Av Čr, V.V.I. filed Critical Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Priority to CZ2019-36654U priority Critical patent/CZ33331U1/en
Publication of CZ33331U1 publication Critical patent/CZ33331U1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/14Plasma, i.e. ionised gases
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení spadá do oblasti generování nízkoteplotního plazmatu a týká se konstrukce atmosférického zdroje nízkoteplotního plazmatu zejména pro využití pro sterilizaci násadových vajec, a také medicínských aplikacích.The technical solution belongs to the field of low-temperature plasma generation and relates to the construction of an atmospheric source of low-temperature plasma especially for use for sterilization of hatching eggs, as well as medical applications.

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, kladných a záporných iontů, přičemž součet nábojů těchto iontů je ve větších objemech nulový, a je 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, antifůngicidní a antivirové. Dále zahrnuje efekty spojené s hojením chronických ran, krevních sraženin, léčbou imunitního systému, kardiovaskulární regulací, likvidací nežádoucích biovrstev, dezinfekcí a sterilizací, jak je známo například ze spisů CZ 22149 Ul, JP 2001054556, CZ 304814, CZ 306217, CZ 27679 Ul, CZ 31034 Ul, US 2012/0046602 Al, WO 2010098524 AI a CZ 25959 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, positive and negative ions, the sum of these charges being zero in larger volumes and thus electrically neutral. To maintain a state in the order of 1% of the particles in the ionized state of the plasma, 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 also includes effects associated with chronic wound healing, blood clots, immune system treatment, cardiovascular regulation, destruction of unwanted biofilms, disinfection and sterilization, as known, for example, from CZ 22149 Ul, JP 2001054556, CZ 304814, CZ 306217, CZ 27679 Ul, CZ 31034 U1, US 2012/0046602 A1, WO 2010098524 A1 and CZ 25959 U1.

Dosud byla vyvinuta celá řada technologických systémů nízkoteplotních zdrojů atmosférického plazmatu, například atmosférický plazma jet přístroj se sadou trysek pro terapii [K. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 073701], zařízení využívající nízkoteplotního atmosférického plazmatu pro biomedicínské účely je popsáno ve spise WO 2010098524 AL 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], způsob dekontaminace vzduchu pomocí nízkoteplotního plazmatu je popsán například ve spise CN 1659968. Rovněž byl vyvinut obvod, pracující na principu vlastní rezonance, navržený 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 popsaný 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 bakterie Escherichia coli, který je popsán ve [R.E.J. Sládek and E. Stoffels J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) 1716-1721],A number of low temperature atmospheric plasma source technology systems have been developed to date, such as the atmospheric plasma jet apparatus with a set of nozzles for therapy [K. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 073701], a device using low temperature atmospheric plasma for biomedical purposes is described in WO 2010098524 AL Further, an atmospheric plasma source developed for hydrogen atom generation that 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], a method for decontaminating air using low temperature plasma is described, for example, in CN 1659968. A self-resonance-based circuit designed for excitation of atmospheric plasma jet and low-volume dielectric barrier discharge has also been developed. v [V. 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 in [D. Dobrynin, K. Arjunan, A. Fridman, G. Friedman, and A. Morss Clyne. J. Phys. C: Appl. Phys. 44 (2011) 075201], Atmospheric low-temperature, low-temperature, glow-type RF discharge with needle-shaped electrode for deactivating Escherichia coli, which is 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 popsaného např. ve spise US 2012/0046602 Al se projevují negativní účinky a zvýšená rizika pro živé organismy spojená s užitím těchto frekvencí. Další nevýhodou takových řešení je jeho vysoká pořizovací cena. V řešení uváděném ve spisu WO 2010098524 Al 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 plazmatu.Devices using a high frequency (GHz) magnetron volume discharge and using a porous structure to homogenize the ionized working gas stream described, for example, in US 2012/0046602 A1, exhibit negative effects and increased risks to living organisms associated with the use of these frequencies. Another disadvantage of such solutions is its high purchase price. In the solution disclosed in WO 2010098524 A1, a porous structure is used to homogenize the working gas stream, whose ionization occurs 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 maximum diameter in units of millimeters, when the spatial distribution of the plasma density changes significantly as the dimensions increase.

- 1 CZ 33331 U1- 1 GB 33331 U1

Pro použití plazmového zdroje pro průmyslové ošetření biologických objektů, například násadových vajec, musí být splněno mnoho náročných bezpečnostních kritérií.Many demanding safety criteria must be met to use a plasma source for industrial treatment of biological objects, such as hatching eggs.

Především se jedná o řízení dávkování plazmatu, jehož zásady jsou popsány například 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; 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)].In particular, it is the control of plasma dosing, the principles of which are described, for example, in scientific articles [Danil Dobrynin, Gregory Fridman, Gary Friedman and Alexander Fridman, Physical and biological mechanisms of direct plasma interaction with living tissue. Svetlana A. Ermolaeva et al. Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in 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)].

Část takových požadavků je vyřešena například v konstrukcí dle spisů CZ 304814 a CZ 23746 Ul, které popisují zařízení pro generaci nízkoteplotního plazmatu se sendvičovou strukturou, a také s laditelnou koncentrací ionizovaných částic. Nicméně popsané konstrukce vyžadují velice přísné výrobní podmínky, s čímž mohou byt spojeny i vysoké výrobní náklady. Také životnost budící elektrody může být velice závislá na kvalitě použitého materiálu.Part of such requirements are solved, for example, in the construction of CZ 304814 and CZ 23746 U1, which disclose a device for generating a low temperature plasma with a sandwich structure, as well as a tunable concentration of ionized particles. However, the constructions described require very strict production conditions, which can entail high production costs. Also, the lifetime of the excitation electrode can be highly dependent on the quality of the material used.

Úkolem nového technického řešení je představit inovovanou konstrukci zdroje nízkoteplotního plazmatu, která vychází z řešení dle spisu CZ 304814, přičemž nová konstrukce umožňuje zajištění zjednodušení a zlevnění výroby zdrojů nízkoteplotního plazmatu, což je velice důležitým aspektem průmyslového využití zdroje nízkoteplotního plazmatu v potravinářském a bioprůmyslu. Také vylepšené řešení zajišťuje poměrně jednoduchou konstrukci z hlediska velkovýroby. Vylepšená konstrukce generátoru plazmatu díky použití speciální konstrukce kontaktu s plovoucím potenciálem umožňuje velice přesnou stabilizaci teploty při generaci plazmatu.The aim of the new technical solution is to present an innovated design of a low-temperature plasma source based on the solution according to CZ 304814, while the new design enables to simplify and cheaper production of low-temperature plasma sources, which is a very important aspect of industrial use of low-temperature plasma source in food and bio industry. Also, the improved solution provides a relatively simple construction in terms of mass production. The improved design of the plasma generator, thanks to the special design of the floating potential contact, allows very precise temperature stabilization during plasma generation.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedeného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je zdroj nízkoteplotního plazmatu, zejména pro generaci plazmatu při využití v medicínských bioaplikacích, realizovaný ve tvaru různých objemových útvarů a obsahující sendvičovou strukturu, která je tvořena z nad sebou uložených zemnící elektrody, vysokoteplotně odolné nevodivé porézní membrány, plovoucí elektrody a budící elektrody uložených ve vnitřním prostoru dutého tělesa, do kterého je zaústěn přívod pracovního plynu. Podstatou technického řešení je, že mezi budící elektrodou a zemnící elektrodou je uložena plovoucí elektroda vyrobená z vodivého materiálu, která je elektricky izolovaná od budící elektrody dielektrikem.This object is achieved by a technical solution which is a source of low-temperature plasma, especially for plasma generation for use in medical bioapplications, realized in the form of various volumetric formations and containing a sandwich structure consisting of superimposed grounding electrodes, high temperature resistant non-conductive porous membranes. floating electrodes and excitation electrodes housed in the interior of the hollow body into which the working gas supply is connected. The essence of the technical solution is that between the excitation electrode and the grounding electrode there is a floating electrode made of conductive material, which is electrically isolated from the excitation electrode by a dielectric.

Zavedením další porézní elektrody s plovoucím potenciálem (plovoucí elektrody), která je umístěna mezi budící elektrodou a zemnící elektrodou a je elektricky izolovaná od budící elektrody dielektrikem, umožňuje bezkontaktní přenos energií mezi budící elektrodou s vysokým potenciálem a plovoucí elektrodou za použití střídavého napětí, což následně způsobuje výboj v porézní dielektrické struktuře mezi plovoucí elektrodou a zemnící elektrodou. Nízký odpor budící elektrody umožňuje získat stejný potenciál na celé ploše plovoucí elektrody, a tímto zajistit homogenní koncentraci a teplotu generovaného plazmatu.The introduction of another floating potential porous electrode (floating electrode), which is located between the excitation electrode and the ground electrode and is electrically isolated from the excitation electrode by the dielectric, allows non-contact energy transfer between the high potential excitation electrode and the floating electrode using alternating voltage. causes a discharge in the porous dielectric structure between the floating electrode and the grounding electrode. The low resistance of the excitation electrode makes it possible to obtain the same potential over the entire surface of the floating electrode, thereby ensuring a homogeneous concentration and temperature of the generated plasma.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Konkrétní příklad provedení technického řešení je znázorněn na připojeném Obr.l, zobrazujícím základní schéma zdroje nízkoteplotního plazmatu ve vertikálním osovém řezu.A specific embodiment of the invention is shown in the attached Fig. 1, showing a basic diagram of a low temperature plasma source in vertical axial section.

Obr.l, který znázorňuje představované technické řešení, a následně popsaný příklad konkrétního provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu řešení.FIG. 1, which shows the present invention, and the exemplary embodiment described below, in no way limit the scope of protection given in the definition, but merely illustrate the nature of the solution.

-2CZ 33331 U1-2GB 33331 U1

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Zdroj nízkoteplotního plazmatu je v základním provedení tvořen dutým válcovým vodivým tělesem 1, ve spodní části jeho vnitřního prostoru 101 je uložena sendvičová struktura tvořená vrstvami porézního materiálů a sestávající ze vzájemně nad sebou uložených zemnící elektrody 2, vysokoteplotně odolné nevodivé porézní membrány 3, plovoucí elektrody 4 a budící elektrody 5, přičemž těleso 1 je zároveň kontaktem zemnící elektrody 2. Do tělesa 1 je zaústěn přívod 6 pracovního plynu vyrobený z vodivého materiálu, který je od tělesa 1 elektricky oddělen trubkovým izolátorem 7.In the basic embodiment, the low-temperature plasma source consists of a hollow cylindrical conductive body 1, in the lower part of its interior 101 there is a sandwich structure consisting of layers of porous materials and consisting of superimposed grounding electrode 2, high temperature resistant non-conducting porous membrane 3. and the excitation electrode 5, wherein the body 1 is at the same time the contact of the grounding electrode 2. Into the body 1 an inlet 6 of working gas made of conductive material is connected, which is electrically separated from the body 1 by a tube insulator 7.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technické řešení spadá do oblasti využití nízkoteplotního atmosférického zdroje plazmatu pro potravinářský průmysl, bioaplikace a zdravotnictví. Zařízení je vhodné k dezinfekci a ošetřeni různých povrchů, jako jsou například násadová vejce, kožní poranění apod., přičemž nehrozí nebezpečí poškození tkáně z důvodu možné interakce vysokého elektrického střídavého napětí.The technical solution belongs to the area of utilization of low-temperature atmospheric plasma source for the food industry, bio-applications and healthcare. The device is suitable for disinfecting and treating various surfaces such as hatching eggs, skin wounds and the like, while avoiding the risk of tissue damage due to the possible interaction of high electrical alternating voltage.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims (1)

1. Zdroj nízkoteplotního plazmatu, zejména pro generaci plazmatu při využití v medicínských bioaplikacích, realizovaný ve tvaru různých objemových útvarů a obsahující sendvičovou strukturu, která je tvořena z nad sebou uložených zemnící elektrody (2), vysokoteplotně odolné nevodivé porézní membrány (3), plovoucí elektrody (4) a budící elektrody (5) uložených ve vnitřním prostoru (101) dutého tělesa (1), do kterého je zaústěn přívod (6) pracovního plynu, vyznačující se tím, že mezi budící elektrodou (5) a zemnící elektrodou (2) je uložena plovoucí elektroda (4) vyrobená z vodivého materiálu, která je elektricky izolovaná od budící elektrody (5) dielektrikem.A source of low temperature plasma, in particular for plasma generation for use in medical bioapplications, in the form of various volumetric formations and comprising a sandwich structure consisting of superimposed grounding electrodes (2), high temperature resistant non-conductive porous membranes (3), floating electrodes (4) and excitation electrodes (5) housed in the interior space (101) of the hollow body (1) into which the working gas supply (6) extends, characterized in that between the excitation electrode (5) and the grounding electrode (2) 1) a floating electrode (4) made of a conductive material is electrically isolated from the excitation electrode (5) by a dielectric.
CZ2019-36654U 2019-09-24 2019-09-24 Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications CZ33331U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36654U CZ33331U1 (en) 2019-09-24 2019-09-24 Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36654U CZ33331U1 (en) 2019-09-24 2019-09-24 Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ33331U1 true CZ33331U1 (en) 2019-10-25

Family

ID=68384240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-36654U CZ33331U1 (en) 2019-09-24 2019-09-24 Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ33331U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Park et al. Atmospheric-pressure plasma sources for biomedical applications
Laroussi Low-temperature plasma jet for biomedical applications: a review
Machala et al. Plasma agents in bio-decontamination by dc discharges in atmospheric air
Kolb et al. Cold DC-operated air plasma jet for the inactivation of infectious microorganisms
CN104013985B (en) Portable micro-plasma sterilizer
US20120156091A1 (en) Methods and devices for treating surfaces with surface plasma`
KR101320291B1 (en) Handpiece-type plasma apparatus for local sterilization and disinfection
Kostov et al. Inactivation of Candida albicans by cold atmospheric pressure plasma jet
CN104225638A (en) Plasma atomized sterilization device with temperature of lower than 80 DEG C
Lotfy Cold plasma jet construction to use in medical, biology and polymer applications
Ursache et al. Comparative assessment of the relation between energy consumption and bacterial burden reduction using plasma activated water
RU2638569C1 (en) Method for sterilisation using gas-discharge plasma of atmospheric pressure and device for its implementation
RU2705791C1 (en) Source of nonequilibrium argon plasma based on volumetric glow discharge of atmospheric pressure
KR102502074B1 (en) Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma generation system
CZ33331U1 (en) Source of low temperature plasma, especially for use in the food industry and bioapplications
KR20220016857A (en) Plasma Surface Sterilizer and Related Methods
US20230319972A1 (en) Low-temperature fabric dielectric barrier discharge devices
CN109963599B (en) Method for inactivating microorganisms in air and electric sterilizer
Han Review of major directions in non-equilibrium atmospheric plasma treatments in medical, biological, and bioengineering applications
Ramireddy et al. Cold atmospheric helium plasma induces apoptosis by increasing intracellular reactive oxygen and nitrogen species
Zheng et al. Rapid disinfection performance of a touchable pulsed SDBD nonthermal plasma
KR20220028773A (en) Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device
CZ304814B6 (en) Atmospheric plasma source, particularly for use in medicinal bioapplications
CZ31034U1 (en) A low-temperature plasma source, especially for plasma generation when used in medical bio-applications
WO2021244981A1 (en) Sterilisation apparatus for producing plasma and hydroxyl radicals

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20191025

ND1K First or second extension of term of utility model

Effective date: 20230920