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 PDFInfo
- 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
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/14—Plasma, i.e. ionised gases
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating 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)
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) |
-
2019
- 2019-09-24 CZ CZ2019-36654U patent/CZ33331U1/en active Protection Beyond IP Right Term
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 |