DE102011017249A1

DE102011017249A1 - Plasmaeinrichtung

Info

Publication number: DE102011017249A1
Application number: DE102011017249A
Authority: DE
Inventors: Prof.Dr. Morfill Gregor; Dr. Li Yangfang; Dr. Shimizu Tetsuji; Julia Zimmermann; Tobias Klämpfl
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-11
Also published as: WO2012136370A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Plasmaeinrichtung (1) mit einer Plasmaquelle (3) zur Erzeugung eines Plasmas. Sie ist gekennzeichnet durch ein Kapillar-Element (19) mit einem Grundkörper (21), der Durchgangskanäle (23) aufweist, wobei das Kapillar-Element (19) im Diffusionspfad des von der Plasmaquelle (3) generierten Plasmas (13) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmaeinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Plasmaeinrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie werden zur Behandlung, insbesondere zur Desinfektion und/oder Sterilisation und/oder Dekontamination von Objekten eingesetzt. Dabei werden insbesondere nicht-thermische Plasmen bei Atmosphärendruck eingesetzt. Bevorzugt werden derartige Einrichtungen im medizinischen Bereich eingesetzt, nicht nur um medizinische Geräte, Instrumente und dergleichen zu desinfizieren/sterilisieren, sondern insbesondere um Patienten im Bereich der Wundheilung, Geweberegeneration, bei der Bekämpfung von Hautinfektionen und bei chronischen Wunden zu behandeln. Dabei ist es nicht nur möglich, Körperoberflächen unmittelbar mit einem Plasma zu beaufschlagen. Die Plasmabehandlung von Menschen, aber auch von Tieren, kann auch durch Verbände, Kompressen, Pflaster oder sonstige Abdeckungen hindurch erfolgen, die in diesem Fall vorzugsweise plasmadurchlässig ausgelegt sind. Eine Plasma-Applikation durch eine Abdeckung hindurch ist insbesondere aus der internationalen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen PCT/EP2010/001491 bekannt, deren Lehre hier mit einbezogen wird. In vielen Fällen ist es erforderlich, gerade im medizinischen Bereich bei der Behandlung von Patienten, eine Plasmaquelle zu einer zu behandelten Oberfläche zu führen. Bekannte Plasmaeinrichtungen sind häufig groß und unhandlich und damit bei ihrer Anwendung unpraktisch. Es sind auch Plasmaeinrichtungen bekannt, die relativ klein ausgelegt sind. Diese sind in der Regel mit einer Druckquelle verbunden oder weisen einen Ventilator auf, der, um eine ausreichende Plasma-Wirkung zu erzielen, das Plasma aus der Plasmaeinrichtung auf die zu behandelnde Oberfläche austreibt. Derartige Einrichtungen sind aber oft unhandlich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Plasmaeinrichtung der hier angesprochenen Art zu schaffen, die einerseits klein, kompakt und einfacher aufgebaut ist, andererseits aber auch ausreichend Plasma generiert und transportiert, um Gegenstände und Oberflächen mit einem Plasma zu behandeln, insbesondere zu desinfizieren und/oder sterilisieren und/oder dekontaminieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Plasmaeinrichtung der oben genannten Art vorgeschlagen, welche die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Die Plasmaeinrichtung weist eine Plasmaquelle auf und zeichnet sich durch ein Kapillar-Element aus, welches einen Grundkörper mit Durchgangskanälen aufweist. Dieses Kapillar-Element wird in dem Diffusionspfad des von der Plasmaquelle generierten Plasmas angeordnet, bevorzugt zwischen einer plasmaerzeugenden Elektrode der Plasmaquelle und einer zu behandelnden Oberfläche. Die Durchgangskanäle im Grundkörper des Kapillar-Elements bewirken eine Kollimation des Plasmas, nämlich dadurch, dass Plasmaanteile bevorzugt durch die Durchgangskanäle hindurch treten, die eine in Richtung dieser Kanäle verlaufende Geschwindigkeitskomponente aufweisen. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Ausrichtung der Diffusionsströmung stromabwärts des Kapillar-Elements. Dies bewirkt eine besonders effektive Plasmabehandlung eines Objekts. Dieser Effekt tritt ohne irgendwelche weiteren Hilfsmittel ein. Es ist also nicht erforderlich, das Plasma mittels Druckluft oder eines Ventilators aus der Plasmaquelle auszutreiben.
Besonders bevorzugt wird eine Plasmaeinrichtung, bei welcher der Grundkörper des Kapillar-Elements Durchgangskanäle mit einem Durchmesser von 50 nm bis 1 mm aufweist, insbesondere von 5 μm bis 50 μm. Derartig enge, auch als Mikrokanäle bezeichnete Durchgangskanäle bewirken eine besonders effektive Kollimation des Plasmas, so dass die Wirkung desselben auf der Oberfläche eines zu behandelnden Gegenstands beziehungsweise Patienten besonders gut ist. Außerdem wird das Plasma hierbei sehr exakt auf einen zu behandelnden Ort ausgerichtet.
Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung, das sich dadurch auszeichnet, dass die Durchgangskanäle geradlinig oder parallel zueinander verlaufen. Diese Anordnung der Kanäle bewirkt eine gute Kollimation des Plasmas, die allerdings noch dadurch verbessert werden kann, dass die Durchgangskanäle geradlinig und parallel zueinander verlaufen.
Weiterhin bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung, bei der die in dem Kapillar-Element vorgesehenen Durchgangskanäle in Richtung des Strömungspfads ausgerichtet sind, also parallel zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen einer plasmaerzeugenden Elektrode der Plasmaquelle und der zu behandelnden Oberfläche liegen. Dies bewirkt eine besonders effiziente Kollimation des Plasmas.
Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung, bei der die Durchgangskanäle in dem Kapillar-Element senkrecht auf der Oberfläche der plasmaerzeugenden Elektrode der Plasmaquelle stehen. Eine besonders gute Kollimation ergibt sich auch schon dann, wenn die Durchgangskanäle mit der gedachten Verbindungslinie einen spitzen Winkel einschließen.
Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung, bei welcher das Kapillar-Element unmittelbar auf die Oberfläche der plasmaerzeugenden Elektrode der Plasmaquelle aufgesetzt ist. Je nach Ausführungsart der Plasmaquelle kann bevorzugt auch ein Abstand des Kapillar-Elements von mehr als 0 mm bis zu 5 mm gewählt werden, insbesondere von 0,2 mm bis 2 mm. Bei dieser Auslegung der Plasmaeinrichtung ergibt sich eine besonders effektive Kollimation des erzeugten Plasmas und ein besonders guter Behandlungserfolg, sei es bei der Desinfektion, Sterilisation und/oder Dekontamination eines Gegenstands oder bei der Desinfektion der Haut eines Patienten.
Besonders bevorzugt wird außerdem ein Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung, die sich durch ein an die Oberfläche der plasmaerzeugenden Elektrode anpassbares und/oder angepasstes Kapillar-Element auszeichnet. Dadurch lässt sich leicht sicherstellen, dass die Durchgangskanäle des Kapillar-Elements senkrecht auf der Elektrodenoberfläche stehen, selbst wenn diese nicht eben ausgebildet ist, sondern beispielsweise einer Krümmung folgt, beispielsweise konvex ausgebildet ist, insbesondere kugelabschnittsförmig.
Besonders bevorzugt wird schließlich ein Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung, deren Plasmaquelle eine auch als Microdischarge-Elektrode bezeichnete Oberflächen-Mikro-Entladungs-Elektrode umfasst, mittels derer ein nicht-thermisches atmosphärisches Plasma generierbar ist. Derartige Elektroden sind aus der internationalen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen PCT/EP2009/001851 bekannt, deren Lehre hier mit einbezogen wird. Das mit dieser Elektrode erzeugte Plasma zeichnet sich dadurch aus, dass es die Oberfläche von behandelten Gegenständen nicht schädigt und dadurch auch bei der Behandlung von Patienten besonders geeignet ist. Es ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen und angeregten und damit vorzugsweise reaktiven Neutralteilchen eine niedrige Temperatur, beispielsweise praktisch Raumtemperatur aufweisen, während die Elektronen wesentlich heißer sind. Das aus der Plasmaeinrichtung austretende Plasma hat insgesamt eine nicht deutlich über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer Plasmaeinrichtung;
2 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Plasmaeinrichtung und
3 eine Prinzipskizze eines dritten Ausführungsbeispiels einer Plasmaeinrichtung.
Aus 1 geht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Plasmaeinrichtung 1 hervor, welche eine Plasmaquelle 3 und eine damit verbundene Spannungsquelle 5 umfasst. Diese ist über geeignete Leitungen 7 mit der Plasmaquelle 3 verbunden, welche eine erste Elektrode 9 und eine zweite Elektrode 11 aufweist, an die über die Leitungen 7 von der Spannungsquelle 5 eine Hochspannung mit einer geeigneten Frequenz angelegt wird. Bei Aktivierung der Spannungsqueue 5 wird die Plasmaquelle 3 so betrieben, dass ein durch Pfeile angedeutetes Plasma 13 generiert wird.
Aus 1 ist beispielhaft eine Plasmaquelle 3 mit Elektroden 9 und 11 ersichtlich. Es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch andere Plasmaquellen eingesetzt werden können, welche in der Lage sind, ein durch die in 1 wiedergegebenen Pfeile angedeutetes Plasma 13 zu generieren.
Bei Plasmaquellen, die zwei oder mehrere Elektroden aufweisen, kann eine der beiden geerdet sein. Vorzugsweise ist die Elektrode, die von einem Benutzer berührt werden könnte, also zugänglich ist, aus Sicherheitsgründen geerdet. Denkbar ist es aber auch, eine der beiden Elektroden mit einer Spannungsquelle zu verbinden und die andere Elektrode massefrei zu lassen, also kein definiertes Potenzial an diese anzulegen, sodass eine sogenannte floating electrode gegeben ist. Mit dem Begriff „Plasma” wird hier Plasma im engeren Sinne verstanden, aber auch durch den Betrieb der Plasmaquelle erzeugte reaktive Spezies, beispielsweise Atom- und/oder Molekül-Ionen, Radikale und/oder angeregte Neutralteilchen. Bei der Behandlung von Patienten, insbesondere mit Medikamenten, spielen reaktive Sauerstoff- und reaktive Stickstoff-Spezies eine besondere Rolle. Auf die zu behandelnde Oberfläche treffen also – in unterschiedlichem Mischungsverhältnis – Plasma im engeren Sinne und/oder reaktive Spezies der genannten Art, wobei letztere hier auch als Plasma bezeichnet werden, wenn kein Plasma in engerem Sinne, insbesondere keine elektrisch geladenen Teilchen mehr vorhanden ist.
Das Plasma 13 dient dazu, ein Objekt 15 beziehungsweise dessen Oberfläche 17 zu behandeln. Die Behandlung kann darin bestehen, die Oberfläche 17 zu aktivieren, beispielsweise um eine bessere Haftung von Beschichtungen zu gewährleisten, oder um, insbesondere bei Implantaten, eine verbesserte Bioverträglichkeit zu erreichen. Plasma wird aber auch dazu verwendet, Objekte 15 beziehungsweise deren Oberfläche 17 zu desinfizieren, zu sterilisieren und/oder zu dekontaminieren. Mit der Behandlung der Oberfläche 17 eines Objekts 15 wird hier auch die Möglichkeit angesprochen, biologisches Material, insbesondere zu transplantierende Organe oder Teile davon, zu behandeln, insbesondere zu desinfizieren. Schließlich wird mit der Behandlung eines Objekts 15 insbesondere auch die Behandlung eines Patienten erfasst, dessen Oberfläche 17, also die Haut, behandelt werden soll oder aber Wunden, die mittels des Plasmas desinfiziert werden oder sonst aktiviert werden sollen.
In den auch als Strömungspfad bezeichneten Diffusionspfad zwischen der Plasmaquelle 3 und dem Objekt 15 ist ein Kapillar-Element 19 eingebracht, das hier beispielhaft plattenförmig ausgebildet ist und einen Grundkörper 21 umfasst. In diesem sind Durchgangskanäle 23 vorgesehen, die eine Eintrittsöffnung in der der Plasmaquelle 3 zugewandten ersten Oberfläche 25 aufweisen, aber auch eine Austrittsöffnung in der dem Objekt 15 zugewandten Oberfläche 27. Die Durchgangskanäle 23 erstrecken sich also von der ersten Oberfläche 25 durchgehend bis zur zweiten Oberfläche 27.
Das Kapillar-Element 19 kann – wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel – einstückig ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, ein Kapillar-Element 19 vorzusehen, welches mindestens zwei Teilelemente umfasst. Diese können bevorzugt nebeneinander, besonders bevorzugt in spaltfreier Anordnung, aber vorzugsweise auch – in Richtung des sich von der Plasmaquelle 3 bis zum Objekt 15 erstreckenden Diffusionspfads gesehen – hintereinander angeordnet sein.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel verlaufen die Durchgangkanäle 23 vorzugsweise geradlinig durch den Grundkörper 21 und sind insbesondere zylindrisch ausgebildet. Besonders bevorzugt verlaufen die Durchgangskanäle 23 parallel zueinander durch den Grundkörper 21, wobei sie so ausgerichtet sind, dass sie in Richtung des sich von der Plasmaquelle 3 bis zum Objekt 15 erstreckenden Diffusionspfads ausgerichtet sind. Sie verlaufen zu einer gedachten, auf der dem Kapillar-Element 19 zugewandten Oberfläche 29 der zweiten Elektrode 11 senkrecht stehenden Linie 31 vorzugsweise parallel und stehen daher ebenfalls senkrecht auf der Oberfläche 29 der zweiten Elektrode 11.
Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung 1 ist das Kapillar-Element 19 in einem Abstand zur Plasmaquelle 3 angeordnet. Das von dieser generierte Plasma tritt durch die Durchgangskanäle 23 des Kapillar-Elements 19 hindurch und trifft auf die Oberfläche 17 des Objekts 15. Bevorzugt treten Plasmaanteile durch die Durchgangskanäle 23 hindurch, deren Geschwindigkeitsvektor in Richtung der Durchgangskanäle 23, beispielsweise parallel dazu gerichtet ist, was zu einer Kollimation des Plasmas und zu einer Vorzugsrichtung von dessen Diffusion führt.
Das Kapillar-Element 19 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass das Flächenverhältnis zwischen der Fläche einer Oberfläche 25, 27 des Kapillar-Elements 19 und der Summe der Flächen der Öffnungen der Durchgangskanäle 23 so groß wie möglich ist, vorzugsweise 50:50 beträgt. Die Summe der Flächen der Öffnungen der Durchgangskanäle 23 entspricht dem Durchtrittsquerschnitt des Kapillarelements 19.
Im Fall einer UV-Abschirmung ist dieses Verhältnis so zu wählen, dass die gewünschte UV-Dosis erreicht wird, beispielsweise 50:50. Durch dieses Flächenverhältnis wird erreicht, dass von der Plasmaquelle 3 ausgehende Strahlung ultravioletten Lichts, also UV-Strahlung 33, von der Oberfläche 17 des Objekts 15 teilweise abgeschirmt wird. Bei dem hier gewählten Flächenverhältnis trifft höchstens 50% der von der Plasmaquelle 3 erzeugten UV-Strahlung 33 auf die Oberfläche 17 des Objekts 15. Die UV-Abschirmung kann bevorzugt durch eine geeignete Materialwahl für das Kapillar-Element 19 beeinflusst werden. Beispielsweise tritt durch ein Kapillar Element 19 mit reflektierender Oberfläche ein höherer Anteil an UV-Strahlung, als wenn eine absorbierende und/oder stark streuende Oberfläche vorgesehen ist.
In 1 ist durch einen gestrichelten Pfeil 32 angedeutet, dass dem Plasma 13, bevorzugt unmittelbar im Bereich der Elektroden 9, 11 der Plasmaquelle 3, ein Additiv beigefügt werden kann, um spezielle Eigenschaften des Plasmas bei der Behandlung des Objekts 15 zu gewährleisten. Es ist bekannt, Plasmen individuell zu designen, indem verschiedene Gase, Katalysatoren oder medizinisch aktive Wirkstoffe, also allgemein: Additive beigefügt werden. Damit lassen sich spezifische Behandlungsarten sicherstellen. Die Generierung eines speziellen Plasmas ist besonders im medizinischen Bereich wichtig und vorteilhaft, um verschiedensten Gegebenheiten Rechnung tragen, beispielsweise bestimmte Keime abtöten zu können. Die Erzeugung eines derartigen speziellen Plasmas wird im Einzelnen erläutert in der Europäischen Patentschrift EP 2 160 081 A1 , auf die hier speziell verwiesen und deren Lehre hier mit einbezogen wird.
Da zwischen der Plasmaquelle 3 und dem zu behandelten Objekt 15 das Kapillar-Element 19 im Diffusionspfad angeordnet ist, muss das Plasma, auch ein speziell abgestimmtes Plasma 13, durch die Durchgangskanäle 23 des Kapillar-Elements 19 hindurch treten. Bei entsprechender Auswahl des Durchmessers der Durchgangskanäle 23 ist es möglich, mittels des Plasmas auch Medikamente auf atomarer beziehungsweise molekularer Ebene dem Objekt 15, insbesondere einem Patienten, zuzuführen.
Es ist auch möglich, dem Plasma 13 Additive erst stromabwärts des Kapillar-Elements 19 beizumischen.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Plasmaeinrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
Die Plasmaeinrichtung 1 weist eine Plasmaquelle 3 auf, die mit einer Spannungsquelle 5 über Leitungen 7 elektrisch verbunden ist. Zur Vereinfachung ist hier, wie bei den übrigen Darstellungen auf bekannte Details verzichtet worden, beispielsweise Schalter, Steuerungseinrichtungen und dergleichen, die üblicherweise bei einer Plasmaeinrichtung 1 der hier angesprochenen Art vorhanden sind.
Die Plasmaquelle 3 weist eine erste Elektrode 9 und eine zweite Elektrode 11 auf. Vorzugsweise ist zwischen den Elektroden ein aus nicht leitendem Material hergestelltes Element angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kapillar-Element 19 mit einem minimalen Abstand, der unten näher erläutert wird, zu der Oberfläche 29 der zweiten Elektrode 11 angeordnet, die dem zu behandelnden Objekt 15 beziehungsweise dessen Oberfläche 17 zugewandt ist.
Im Übrigen ist das Kapillar-Element 19 identisch aufgebaut, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, sodass auf die Beschreibung oben verwiesen wird. Deutlich wird auch, dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Durchgangskanäle 21 parallel zu der gedachten Linie 31 verlaufen und senkrecht auf der Oberfläche 29 der Elektrode 11 stehen.
Das von der Plasmaquelle 3 erzeugte Plasma 13, welches auch hier durch die Pfeile angedeutet ist, tritt durch die Durchgangskanäle 23 hindurch und gelangt zur Oberfläche 17 des Objekts 15.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist es möglich, dem durch die Pfeile angedeuteten Plasma 13 ein oder mehrere Additive beizufügen, was durch einen Pfeil 32 angedeutet ist. Hier erfolgt die Beimischung der Additive, die oben anhand von 1 im Einzelnen erläutert wurden, allerdings erst in einem Bereich des Diffusions- beziehungsweise Strömungspfads jenseits des Kapillar-Elements 19. Die Additive gelangen unmittelbar zur Oberfläche 17 des zu behandelnden Objekts 15.
In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 2 werden die Additive unmittelbar in den Bereich der Elektroden 9, 11 oder zwischen die Oberfläche 29 der zweiten Elektrode 11 und die Oberfläche 25 des Grundkörpers 21 des Kapillar-Elements 19 eingebracht, sodass das entstehende spezielle Plasma, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, durch die Durchgangskanäle 23 hindurch treten muss, bevor es zu dem Objekt 15 gelangt.
Auch bei dem in 2 wiedergegebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist das Kapillar-Element 19 plattenförmig ausgebildet und damit an die plattenförmige zweite Elektrode 11 der Plasmaquelle 3 angepasst.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen wird.
Der Aufbau der Plasmaeinrichtung 1 entspricht dem des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2. Der einzige Unterschied gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Elektroden 9 und 11 der Plasmaquelle 3, insbesondere das Kapillar-Element 19 gekrümmt – nämlich konvex – ausgebildet sind. Sie können bevorzugt einen Halbzylinder oder aber auch eine Kugelabschnitt bilden. In beiden Fällen ist vorzugsweise auch hier sichergestellt, dass die Durchgangskanäle 23 im Grundkörper 21 des Kapillar-Elements 19 senkrecht auf der Oberfläche 29 der zweiten Elektrode 9 stehen. Beide Elektroden sind über eine Leitung 7 mit einer Spannungsquelle 11 verbunden.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 können dem von dem Kapillar-Element 19 zu einem zu behandelnden Objekt ausgehenden Plasma 13 Additive hinzugefügt werden. Denkbar ist es auch, zwischen den Elektroden 9 und 11 beziehungsweise wie in Zusammenhang mit 1 beschrieben – zwischen der Oberfläche 29 der Elektrode 11 und dem Kapillar-Element 19 Additive zuzuführen, um spezielle Plasmen zu generieren.
Das zu behandelnde Objekt ist in 3 nicht dargestellt. Es liegt in dem Diffusionspfad des Plasmas 13, in 3 also oberhalb des Kapillar-Elements 19. Vorzugsweise kann die Außenkontur des Kapillar-Elements 19 an die Kontur des zu behandelnden Objekts angepasst sein.
Die Form des Kapillar-Elements 19 kann an verschiedene Einsatzzwecke angepasst werden. Beispielsweise ist es möglich, ein kugelabschnittsförmiges Kapillar-Element 19 als Deodorant-Applikator zu verwenden oder aber dazu, mehr oder weniger punktuell Körperoberflächen zu behandeln, beispielsweise bei Insektenstichen.
Da das Kapillar-Element 19 an verschiedene Verwendungszwecke anpassbar ist, kann es, wie auch die Elektroden 9 und 11 der Plasmaquelle 3 umgekehrt, also konkav gewölbt ausgebildet werden. Damit ist es möglich, beispielsweise eine U-förmige oder auch eine zylindrische Plasmaquelle 3 zu realisieren, auf deren Innenfläche ein U-förmiges oder zylindrisches Kapillar-Element 19 angeordnet ist. Dabei kann das Kapillar-Element, wie in 3 dargestellt, in unmittelbarer Nähe zu einer Elektrode der Plasmaquelle 3 angeordnet sein oder auf dieser aufliegen. Denkbar ist es auch, wie in 1 gezeigt, das Kapillar-Element 19 in einem Abstand zu einer Elektrode anzuordnen.
Es zeigt sich, dass bei der in 3 dargestellten Ausgestaltung der Plasmaquelle 3 die Durchgangskanäle 23 im Kapillar-Element 19 divergieren, wobei sich deren Mittelachsen in einem gedachten Punkt – auf der der Plasmaquelle 3 zugewandten Seite des Kapillar-Elements 19 – schneiden können. Auf jeden Fall wird deutlich, dass aus den Durchgangskanälen austretendes Plasma defokussiert, die Diffusionsströmung also aufgeweitet wird.
Umgekehrt wird das durch die Durchgangskanäle 23 hindurch tretende Plasma bei dem oben beschriebenen konkav ausgebildeten Kapillar-Element 19 fokussiert, wobei bei einer kugelabschnittsförmigen Ausgestaltung des Kapillar-Elements 19 das Plasma auf einen Punkt – auf der der Plasmaquelle 3 abgewandten Seite des Kapillar-Elements 19 – gerichtet wird und bei einer U- beziehungsweise rinnenförmigen Ausgestaltung auf eine Linie. Die Diffusionsströmung wird also gebündelt.
Die Fokussierung bietet die Möglichkeit, definierte Bereiche mit Plasma, gegebenenfalls auch mit Additiven, zu beaufschlagen.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plasmaquelle. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit übereinstimmenden Bezugsziffern versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen werden kann.
Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Plasmaeinrichtung 1 ähnelt dem in 1 dargestellten. Links ist eine Plasmaquelle 3 mit Elektroden 9 und 11 zu erkennen, die über hier nicht dargestellte Leitungen mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Von der Plasmaquelle 3 erzeugtes Plasma 13 trifft auf ein Kapillar-Element 19 mit einem Grundkörper 21, der von einer Anzahl Durchgangskanälen 23 durchzogen ist. Diese sind, anders als bei dem Ausführungsbeispiel nach 1, nicht parallel zueinander angeordnet. Vielmehr schließen die oberhalb und unterhalb eines mittleren Durchgangskanals 23m angeordneten Durchgangskanäle 23 einen Winkel mit diesem ein, der sich – in 4 – von rechts nach links öffnet. Die Durchgangskanäle sind quasi auf einem Strahlenbüschel angeordnet und schneiden sich rechts von dem Kapillar-Element 19. Vorzugsweise sind die Durchgangskanäle 23 so ausgerichtet, dass das aus dem Kapillar-Element 19 austretende Plasma 13 auf eine Oberfläche 17 des Objekts 15 fokussiert wird Von der Plasmaquelle 3 ausgehendes Plasma tritt ohne Weiteres durch den mittleren Durchgangskanal 23m hindurch. Plasma, welches durch ober- und unterhalb des mittleren Durchgangskanals 23m angeordnete Durchgangskanäle 23 diffundiert, stößt mit der Wandung der Durchgangskanäle 23 und tritt schließlich aus den Austrittsöffnungen in der dem Objekt 15 zugewandten Oberfläche 27 des Kapillar-Elements 19 aus.
Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist es also, wie oben bereits erläutert, möglich, Plasma auf bestimmte Bereiche eines Objekts zu fokussieren, einerseits um die Wirkung des Plasmas und eines gegebenenfalls vorhandenen Additivs zu verstärken, andererseits Bereiche außerhalb des vom Plasma getroffenen Fokusbereichs nur wenig oder gar nicht mit Plasma zu belasten.
Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass das aus dem Kapillar-Element austretende Plasma kegelförmig fokussiert werden kann, wobei sich der Kegelwinkel von rechts nach links in 4 öffnet. Denkbar ist aber auch, die Fokussierung auf einen mehr oder weniger linienförmigen Bereich auf der Oberfläche 17 des Objekts 15 vorwegzunehmen.
Die Durchgangskanäle 23 können bei einem abgewandelten, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel einer Plasmaquelle auch entgegengesetzt orientiert sein, also einem sich von links nach rechts öffenenden Strahlenbüschel entsprechen, sodass die aus dem Kapillar-Element 19 austretenden Plasmaanteile divergieren und damit defokussiert werden.
Bei den anhand der 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Durchgangskanäle 23 im Grundkörper 21 des Kapillar-Elements 19 mehr oder weniger gleichmäßig verteilt. Es ist jedoch sehr wohl möglich, die Positionierung der Kanäle, insbesondere deren Flächendichte, und deren Ausrichtung an verschiedene Anwendungsfälle anzupassen, um die Oberfläche 17 eines Objekts 15 mit mehr oder weniger Plasma, gegebenenfalls inklusive eines Additivs, zu beaufschlagen und damit die Wirkung des Plasmas an diese Anwendungsfälle anzupassen.
Beispielsweise bei der Desinfektion einer Innenfläche einer Hand werden vorzugsweise die Bereiche der Fingerspitzen mit mehr Plasma beaufschlagt, weil hier in der Regel eine höhere Keimbelastung vorliegt als in der übrigen Handfläche. Den Fingerspitzen können also mehr Durchgangskanäle zugeordnet werden, als der übrigen Handinnenfläche. In anderen Worten: Die Anzahl der Durchgangskanäle pro Flächeneinheit ist im Bereich der Fingerspitzen höher.
Bei den Prinzipskizzen gemäß den 1 bis 4 sind die Durchgangskanäle 23 geradlinig ausgebildet. 5 zeigt ein abgewandeltes Kapillar-Element 19, bei welchem Durchgangskanäle 23 vorgesehen sind, die nicht geradlinig ausgebildet sind, sondern unter einem Winkel zueinander angeordnete Teilkanäle 23/1 und 23/2 aufweisen. Die Teilkanäle in sich können geradlinig ausgebildet sein.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kapillar-Elements 19 sind in den Grundkörper links einer gedachten Mittelebene M von links unten nach rechts oben aufsteigende Teilkanäle vorgesehen, die in rechts der Mittelebene M liegende Teilkanäle 23/2 übergehen, die von links oben nach rechts unten verlaufen.
Das in die Durchgangskanäle 23 eindringende Plasma folgt dem Verlauf dieser Durchgangskanäle 23.
Der Grundkörper 21 des Kapillar-Elements 19 kann zweiteilig ausgebildet sein. Es ist also möglich, zwei Teilelemente hintereinander anzuordnen und vorzugsweise miteinander zu verbinden, von denen das erste Teilelement bis zu der gedachten, gestrichelt eingezeichneten Mittelebene M reicht und das zweite Teilelement rechts von dieser Mittelebene M angeordnet ist.
Die Berührungsebene der beiden Teilelemente, die hier also mit der Mittelebene zusammenfällt, ist hier gestrichelt wiedergegeben.
Von der Plasmaquelle 3 wird nicht nur Plasma in dem oben genannten Sinne erzeugt, sondern auch UV-Strahlung. Diese kann geradlinige Durchgangskanäle, beispielsweise den mittleren Durchgangskanal 23m in 4 durchdringen und auf die Oberfäche 17 eines Objekts 15 gelangen. Die unter einem Winkel zum mittleren Kanal 23m angeordneten Durchgangskanäle 23 lassen die geradlinig von der Plasmaquelle 3 ausgehende UV-Strahlung, die in 4 durch einen gestrichelten Pfeil 32 angedeutet ist, nicht ohne Weiteres hindurch treten und schützen daher das Objekt 15 vor UV-Strahlung.
Um zu verhindern, dass in dem mittleren Bereich des Kapillar-Elements 19 der Plasmaeinrichtung 1 in 4 UV-Strahlung von der Plasmaquelle 3 zum Objekt 15 gelangt, kann der mittlere Durchgangskanal 23m abgewinkelt ausgebildet werden, wie dies in 5 dargestellt ist. Entsprechend könnte auch ein bogenförmiger Verlauf als Durchgangskanal gewählt werden, sofern er nur so gekrümmt ist, dass in die Eintrittsöffnung eintretende UV-Strahlung nicht zur Austrittsöffnung gelangen kann.
Die Dämpfung der UV-Strahlung kann – neben dem oben angesprochenen Verlauf der Kanäle – zum einen durch die Wahl der Durchmesser der Durchgangskanäle und zum anderen durch die Dicke des Kapillar-Elements 19 – gemessen in Richtung der Verbindungslinie zwischen der Plasmaquelle 3 und dem Objekt 15 beeinflusst werden. Auch durch die Variation beider Parameter, dem Durchmesser und der Dicke, kann die UV-Strahlung beeinflusst werden. Schließlich ist es – wie bereits oben angedeutet – auch möglich, die Dämpfung der UV-Strahlung durch eine geeignete Materialwahl für das Kapillar-Element 19 zu beeinflussen.
Es ist damit möglich, die auf ein Objekt 15 auftreffende UV-Strahlung mehr oder weniger zu dämpfen oder ganz abzuschirmen.
Insgesamt zeigt sich, dass die Einwirkung eines von einer Plasmaquelle 3 erzeugten Plasmas durch eine heterogene Anordnung der Durchgangskanäle 23 im Kapillar-Element 19 auf eine Oberfläche 17 eines Objekts 15 beeinflusst werden kann: Es können Bereiche mit einer mehr oder weniger starken Plasmaeinwirkung geschaffen werden. Ein Kapillar-Element 19 kann also Bereiche mit mehr oder weniger vielen Durchgangskanälen aufweisen. Denkbar ist es auch, die Durchmesser der Durchgangskanäle zu variieren, um mehr oder weniger Plasma durch das Kapillar-Element 19 hindurch treten zu lassen.
Außerdem kann die Menge der UV-Strahlung, die auf die Oberfläche 17 auftrifft, durch das Kapillar-Element 19, beispielsweise durch die Anordnung und Ausgestaltung der Durchgangskanäle 23 sowie die Dicke des Kapillar-Elements 19 variiert werden.
Trotz des sehr einfachen Aufbaus des Kapillar-Elements 19 ergibt sich eine Reihe von Variationsmöglichkeiten bei der Beaufschlagung einer Oberfläche 17 eines Objekts 15.
Die Kapillar-Elemente 19 der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Plasmaeinrichtung 1 weisen vorzugsweise Durchgangskanäle 23 mit einem Durchmesser von 50 nm bis 1 mm auf. Besonders bevorzugt werden Durchgangskanäle 23 mit einem Durchmesser zwischen 500 nm und 500 μm, insbesondere zwischen 5 μm bis 50 μm.
Die Dicke des Kapillar-Elements 19 beträgt vorzugsweise 0,3 mm bis 10,0 mm, besonders bevorzugt 1,0 mm bis 5,0 mm, um die gewünschte Kollimation zu erreichen. Ganz besonders bevorzugt wird ein Verhältnis von Dicke des Kapillar-Elements zu Durchmesser der Durchgangskanäle 23 von > 10.
Das Kapillar-Element 19 besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material. Bevorzugt werden Materialien verwendet, die das hindurch tretende Plasma und gegebenenfalls vorhandene Additive nicht beeinträchtigen. Bevorzugt werden aber auch Materialinen, die auf das Plasma und/oder die Additive – vorzugsweise katalytisch – wirken und somit eine spezielle Wirkung des Plasmas hervorrufen. Besonders bevorzugt wird eine Plasmaeinrichtung 1, bei welcher das Kapillar-Element 19 Bleialkalisilikat, Aluminiumoxid und/oder Silizium enthält oder aus einem oder mehreren dieser Materialien besteht. Schließlich kann das Kapillar-Element zur Beeinflussung des hindurch tretenden Plasmas auch bedampft werden, vorzugsweise mit Metall, insbesondere mit Silber.
Je nach Wahl des Materials für zumindest die Oberfläche des Kapillar-Elements 19, insbesondere der Durchgangskanäle, können die Eigenschaften des Plasmas durch entsprechende Wechselwirkungen beeinflusst werden. Beispielsweise ist es möglich, dass bei Wandstößen Ladungsträger ausgetauscht werden, oder dass eine An- oder auch Abregung bestimmter Spezies erfolgt. Ist das Kapillar-Element 19 geerdet, ist es möglich, dass geladene Teilchen durch Wechselwirkung mit dessen Oberfläche entladen werden. Vorzugsweise treten dann nur noch ungeladene, insbesondere reaktive Spezies durch das Kapillar-Element 19.
Das Kapillar-Element 19 kann – gemäß den Erläuterungen zu 5 – auch mehrere – in Diffusionsrichtung hintereinander liegende – Teilelemente aufweisen, wobei Durchgangskanäle benachbarter Teilelemente miteinander in Verbindung stehen. Dabei können selbstverständlich auch mehr als zwei Teilelemente für ein Kapillar-Element 19 vorgesehen werden.
Besonders bevorzugt wird die Plasmaeinrichtung 1 so ausgebildet, dass ihre Plasmaquelle 3 mittels einer Oberflächen Mikroentladungs-Elektrode eine Oberflächen-Mikroentladung (Surface Mircro Discharge) erzeugt. Auf diese Weise wird ein nicht-thermisches atmosphärisches Plasma über eine große Fläche erzeugt. Dabei ist üblicherweise ein sehr geringer Energiebedarf gegeben, der bei und unter 0,5 W/cm² liegen kann. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Plasmaquelle 3 der Plasmaeinrichtung 1, wie sie auch in den 1 bis 5 angedeutet wurde, kann das Kapillar-Element 19 besonders gut an die Elektroden, insbesondere die zweite Elektrode 11 der Plasmaquelle 3 angepasst werden.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Plasmaeinrichtung 1 in starker Vergrößerung. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit übereinstimmenden Bezugsziffern versehen, sodass auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird.
Die Plasmaeinrichtung 1 weist, wie oben grundsätzlich zu den 1 bis 4 erläutert, eine Plasmaquelle 3 mit einer ersten Elektrode 9 und einer zweiten Elektrode 11 auf, zwischen denen vorzugsweise ein Dielektrikum 35 angeordnet ist. Die erste Elektrode 9 ist beispielhaft plattenförmig ausgebildet, die zweite Elektrode 11 gitterförmig. Die zweite Elektrode 11 kann auch als Lochblech ausgebildet sein. Die Prinzipskizze lässt senkrecht zur Bildebene von 6 verlaufende Drähte 11a, 11b und 11c erkennen, die hier vorzugsweise dicht, also spaltfrei, auf dem Dielektrikum 35 aufliegen. Ist die Elektrode 11 als Gitter ausgebildet, bilden die Drähte 11a, 11b und 11c Maschen des Gitters. Bei Anschluss der Elektroden 9 und 11 an eine hier nicht dargestellte Spannungsquelle 5 entsteht zwischen den Drähten 11a, 11b und 11c, sowie den übrigen, nicht mit Bezugsziffern versehenen Drähten, durch Oberflächen-Mikroentladung ein Plasma 13.
Unmittelbar auf der Elektrode 11, deren Drähte hier bevorzugt als Abstandshalter dienen, ist ein Kapillar-Element 19 aufgesetzt, welches eine Anzahl von Durchgangskanälen 23 aufweist, von denen hier lediglich zwei beispielhaft dargestellt sind.
Vorzugsweise ist – in Abweichung von der Darstellung gemäß 6 – vorgesehen, dass die Flächendichte der Drähte 11a, 11b und 11c beziehungsweise der Maschen der. Elektrode 11 pro Flächeneinheit geringer ist als die Anzahl der Durchgangskanäle 23 pro Flächeneinheit. So ist ein effizienter Durchtritt des Plasmas durch das Kapillar-Element 19 gewährleistet.
Das entstehende Plasma kann bei dem linken Durchgangskanal 231, der unmittelbar über einem Draht der Elektrode 11 angeordnet ist, geradlinig in Richtung der Längsachse des Durchgangskanals 231 austreten.
Der rechte der beiden Durchgangskanäle 23r ist in einem Abstand zu zwei benachbarten Drähten 11b, 11c angeordnet, sodass Plasma, wie durch einen Pfeil angedeutet, unter einem Winkel in den Durchgangskanal 23r eintritt und gegen dessen Wände stößt. Es tritt schließlich aus der der Elektrode 11 abgewandten Oberfläche 27 des Kapillar-Elements 19 aus und kann auf diese Weise zu der Oberfläche 17 eines durch eine Linie angedeuteten Objekts 15 gelangen.
In 6 sind die beiden Durchgangskanäle 23l und 23r geradlinig ausgebildet. Es gilt jedoch hier das oben Gesagte: Die Kanäle können unter einem Winkel verlaufen, wie dies anhand von 5 erläutert wurde. Sie können auch nicht parallel, wie in 6 dargestellt, angeordnet sein, sondern Teil eines Strahlenbüschels sein, wie dies anhand von 4 erläutert wurde. Auch die Anzahl pro Flächeneinheit und die Durchmesser der Durchgangskanäle 23 können an verschiedene Anwendungsfälle angepasst werden.
7 zeigt schließlich ein gegenüber 6 abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Plasmaeinrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind wiederum mit übereinstimmenden Bezugsziffern versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird.
Die Plasmaeinrichtung 1 weist wiederum eine Plasmaquelle 3 auf, die eine plattenförmige Elektrode 9 und eine gitterförmige Elektrode 11 aufweist, die vorzugsweise gitterförmig angeordnete Drähte umfasst, von denen hier einige senkrecht zur Bildebene von 7 verlaufende Drähte 11a, 11b und 11c mit Bezugsziffern versehen sind. Auch hier ist als zweite Elektrode 11 ein Lochblech verwendbar.
Die gitterförmige Elektrode 11 ist bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel, anders als bei dem Ausführungsbeispiel nach 6, nicht freiliegend ausgebildet, sondern in ein Dielektrikum 37 eingebettet, welches oberhalb des Dielektrikums 35 zwischen den Elektroden 9 und 11 angeordnet ist.
Es ist denkbar, dass die beiden Dielektrika 35 und 37 verschiedene Eigenschaften aufweisen. Es ist aber sehr wohl möglich, ein und dasselbe Dielektrikum – bevorzugt auch einstückig – für die gesamte Plasmaquelle 3 zu verwenden.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist, wie bei dem nach 6, die untere, erste Elektrode 9 plattenförmig ausgebildet, währen die obere, wie gesagt, gitterförmig realisiert ist. Auf der Seite der gitterförmigen Elektrode 11 ist auch hier das Kapillar-Element 19 angeordnet, das hier rein beispielhaft nur einen Durchgangskanal 23 aufweist. Vorzugsweise werden mehrere derartige Durchgangskanäle 23, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen oben, vorgesehen.
Auf der Oberfläche 39 des Dielektrikums 37 wird durch Oberflächen-Mikroentladung (Surface Micro Discharge) ein Plasma 13 generiert. Dieses tritt durch den Durchgangskanal 23 aus und gelangt dann zu der Oberfläche 17 eines hier nur angedeuteten Objekts 15.
Es wird deutlich, dass das Kapillar-Element 19 in einem Abstand d zur Oberfläche 39 angeordnet wird. Um sicherzugehen, dass das Plasma 13 zu dem mindestens einen Durchgangskanal 23 gelangen kann, ist das Kapillar-Element 19 bevorzugt in einem Abstand von d = 0,2 mm oberhalb der Elektrode 11 der Plasmaquelle 3 angeordnet. Der Abstand d wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Anzahl und den Durchmessern der Durchgangskanäle 23 gewählt, um eine ausreichende Plasmadiffusion durch das Kapillar-Element 19 zur Oberfläche 17 des Objekts 15 zu gewährleisten.
Bei sehr dünnen Kapillar-Elementen 19 ist es möglich, dass das Plasma auf der der Plasmaquelle 3 abgewandten Oberfläche 27 des Kapillar-Elements 19 entsteht. Dies soll vorzugsweise vermieden werden, um die Kollimationswirkung des Kapillar-Elements 19 zu gewährleisten. Entsprechend muss der Abstand d dann gewählt werden.
Wenn die Durchgangskanäle 23 so angeordnet sind, dass sie jeweils über einem Draht 11a, 11b und 11c der Elektrode 11 angeordnet sind, ist es auch möglich, den Abstand d auf 0 mm zu reduzieren, weil dann durch die Oberflächen-Mikroentladung der Plasmaquelle 3 das Plasma unmittelbar in den Durchgangskanälen 23 entsteht dann und zu der Oberfläche 17 des Objekts 15 gelangen kann.
Im Folgenden wird auf die Funktion der Plasmaeinrichtung 1, wie sie in den 1 bis 7 dargestellt ist, eingegangen.
Die Plasmaeinrichtung 1 wird, wie oben gesagt, dazu verwendet, ein Objekt 15 beziehungsweise dessen Oberfläche 17 mit einem Plasma zu behandeln, wobei auch als Objekt 15 im Sinne der Erfindung Patienten gewählt werden können, deren Haut, Wunden und/oder natürliche oder künstliche Körperöffnungen mit Plasma behandelt werden.
Zu Erzeugung eines Plasmas kann eine beliebige Plasmaquelle verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Plasmaeinrichtung 1 der oben beschriebenen Art eingesetzt und die Spannungquelle 5 der über Leitungen 7 mit dieser verbundenen Plasmaquelle 3 aktiviert, sodass vorzugsweise Oberflächen-Mikroentladungen realisiert werden. Dadurch wird an der zweiten Elektrode 11 der Plasmaquelle 3 ein Plasma 13 generiert, das in den 1 bis 3 durch Pfeile angedeutet wird. Spezifische Plasmen können dabei durch Additive, wie durch den Pfeil 32 angedeutet, erzeugt werden.
Das Plasma 13 tritt durch das Kapillar-Element 19 und gelangt dadurch zur Oberfläche 17 des Objekts 15. Durch eine Festlegung des Oberflächenverhältnisses zwischen Oberflächen 27 und 29 des Grundkörpers 1 des Kapillar-Elements 19 und den Öffnungen der Durchgangskanäle 23 kann der Anteil des durch das Kapillar-Element 19 hindurchgelangenden UV-Lichts 33 reduziert werden. Besonders bevorzugt wird ein Kapillar-Element 19, bei dem das Oberflächenverhältnis 50:50 beträgt. Werden die Durchgangskanäle 23 gekrümmt ausgebildet und/oder weisen sie unter einem Winkel zueinander angeordnete, ineinander übergehende Teilkanalabschnitte auf, kann der durch das Kapillar-Element 19 hindurch tretende Anteil an UV-Strahlung auf Null reduziert werden.
Wie oben gesagt, kann der von der Plasmaquelle 3 erzeugte Anteil der UV-Strahlung auch durch das Verhältnis zwischen der Dicke des Kapillar-Elements 19 und dem Durchmesser der Durchgangskanäle 23 bestimmt werden, das vorzugsweise > 10 sein soll. Hier wird davon ausgegangen, dass dieses Verhältnis auch dann schon gegeben ist, wenn es sich bei einem Durchgangskanäle mit verschiedenen Durchmessern aufweisenden Kapillar-Element 19 einstellt und nur für den Durchgangskanal mit dem größten Durchmesser gilt.
Durch die Durchgangskanäle 23 wird, insbesondere wenn diese als Mikrokanäle ausgelegt sind, das von der Plasmaquelle 3 erzeugte Plasma 13 kollimiert. Das heißt, Plasmaanteile, deren Geschwindigkeitsvektor in Richtung der Ausrichtung der Durchgangskanäle 23 verläuft, treten vermehrt durch das Kapillar-Element 19 hindurch und treffen auf die Oberfläche 17 des Objekts 15. Die Durchgangskanäle 23 kollimieren also das Plasma, sodass es sehr gut auf eine bestimmte Stelle der Oberfläche 17 ausgerichtet werden kann. Es zeichnet sich daher durch eine hohe Aktivität aus, sodass die Behandlung des Objekts 15 sehr effektiv ist. Insbesondere im medizinischen Bereich hat sich gezeigt, dass das Plasma bei der Desinfektion, Sterilisation und/oder Dekontaminierung besonders effektiv ist. Das Kapillar-Element 19 schirmt dabei die Oberfläche 17 gegen die von der Plasmaquelle 3 ausgehende UV-Strahlung deutlich ab, sodass Schäden an einem Objekt 15 beziehungsweise an einem Patienten auf ein Minimum reduziert werden. Trotz dieser Abschirmungswirkung des Kapillar-Elements ist die Effektivität der Plasmabehandlung deutlich besser als bei einer Behandlung, bei der das Kapillar-Element weggelassen oder durch eine Blende ersetzt wird, deren Durchlassfläche der Summe der Querschnittsflächen der Durchgangskanäle entspricht. Wird eine UV-Bestrahlung allerdings gewünscht, kann das Kapillar-Element 19 auch so ausgestaltet sein, dass die UV-Dämpfung minimiert wird.
Die Kollimationswirkung des Kapillar-Elements 19 erlaubt es auch, ein durch Additive 32 speziell abgestimmtes Plasma gezielt auf die Oberfläche 17 eines Objekts aufzubringen und bei Verwendung von medizinischen Wirkstoffen als Additiv eine besonders effektive Behandlung von Patienten zu realisieren. Es hat sich im Übrigen gezeigt, dass die Haut, insbesondere Hautzellen eines Patienten durch die Plasmabehandlung besonders aufnahmefähig wird, Medikamente also sehr wirksam zugeführt werden können. Mikroöffnungen und Kanäle in der Haut, insbesondere in Hautzellen, beispielsweise intrazelluläre Lipidverbindungen mit einem Durchmesser von 5 nm bis 36 nm, trans-folikulare Öffnungen mit einem Durchmesser von 10 μm bis 210 μm, Durchlässe im Stratum Corneum der Größenordnung von circa 32 μm und Durchlässe in der sonstigen Epidermis liefern Diffusionswege für extern auf die Haut aufgebrachte reaktive Spezies eines Plasmas. Dabei ist es möglich, dass intrazelluläre Lipidverbindungen durch das Plasma gebildet werden. Bei vorhandenen trans-folikularen Öffnungen, Durchlässen im Stratum Corneum und Durchlässen in der sonstigen Epidermis wird vorzugsweise ein Transport durch diese verbessert, indem das Plasma in sie eindringt und bevorzugt Additive mitnimmt.
Durch die Plasmabehandlung werden Zellen, insbesondere von Säugern zumindest temporär permeabel, sodass Stoffe, insbesondere hier medizinische Wirkstoffe, in lebende Zellen eindringen können. Durch plasmagestützte Transfektion wird also die Möglichkeit geschaffen, medizinische Wirkstoffe Patienten zu verabreichen.
Durch die Kollimation des Plasmas mittels des Kapillar- Elements 19 ist es möglich, mittels des gerichteten Plasmas bestimmte Bereiche zu behandeln und mit Medikamenten zu beaufschlagen. Die Ausrichtung des Plasmas gibt also die Möglichkeit, die Behandlung bestimmter Hautpartien vorzugeben und andere Bereiche gezielt unbehandelt zu lassen.
Die Plasmaeinrichtung bietet nach allem also die Möglichkeit, Plasma zu kollimieren, auf sehr genau definierte Oberflächenbereiche von Gegenständen und Patienten auszurichten und diese Bereiche mit Plasma, gegebenenfalls auch mit Additiven zu behandeln.
Besonders bei der Behandlung von Patienten können medizinische Wirkstoffe als Additivs verwendet werden, die durch die Behandlung von Körperoberflächen durch Plasma auch in kleinste Öffnungen, auch Poren eines Patienten eindringen und ihre Wirksamkeit entfalten können.
Die Plasmaquelle 3 wird insbesondere bei Verwendung einer Oberflachen-Mikroentladungs-Elektrode mit Luft betrieben, wobei ein Nieder-Temperatur-Plasma erzeugt wird. Denkbar ist es aber auch, insbesondere bei speziellen Behandlungsverfahren von Objekten 15 ein spezielles Gas mit oder ohne Additiva 32 einzusetzen, um Plasmen mit speziellen Wirkeigenschaften generieren zu können.
Es zeigt sich, dass die Plasmaeinrichtung 1 sehr leicht abgewandelt werden kann. Es ist also möglich, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 die das Kapillar-Element 19 in einem Abstand zur Plasmaquelle 3 anzuordnen, um von der Plasmaquelle 3 ausgehendes Plasma 13 zu beeinflussen, bevor es auf ein Objekt 15 trifft. Besonders bevorzugt wird jedoch das Kapillar-Element 19 nahe der Plasma erzeugenden Elektrode, vorzugsweise auf die zweite Elektrode 11, der Plasmaquelle 3 angeordnet oder auf diese aufgelegt, wie es in 2 und 3 dargestellt ist.
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele der Plasmaeinrichtung 1 können vorzugsweise noch folgendermaßen abgewandelt werden: Der Zwischenraum zwischen der Plasmaquelle 3, hier also zwischen der zweiten Elektrode 11, und dem Kapillar-Element 19 kann seitlich abgedichtet werden, sei es durch eine geeignete elastische Dichtung, beispielsweise einen O-Ring oder eine Dichtungslippe, um einen Verlust des erzeugten Plasmas beziehungsweise der reaktiven Spezies zu vermeiden und um sicherzugehen, dass das erzeugte Plasma letztlich ohne seitliche Verluste durch die Durchgangskanäle 23 hindurch tritt. Dabei wird alles Plasma kollimiert und kann nach den oben wiedergegebenen Erläuterungen besonders effektiv genutzt werden.
Wird in den seitlich abgedichteten Zwischenraum zwischen Plasmaquelle 3 und Kapillar-Element 19 ein Additiv eingebracht, wird dieses verlustfrei der zu behandelnden Oberfläche zugeführt. Dies ist gerade bei teueren Additiva besonders vorteilhaft.
Grundsätzlich ist es überdies möglich, eine seitliche Dichtung des zwischen Kapillar-Element 19 und Oberfläche 17 des zu behandelnden Objekts 15 vorzusehen, um auch hier einen Verlust des erzeugten Plasmas 13 zu vermeiden.
Der Abstand zwischen der dem Objekt 17 zugewandten Oberfläche 27 des Kapillar-Elements 19 und der Oberfläche 17 des Objekts 15 kann variiert werden, insbesondere, um die auf die Oberfläche 17 auftreffende Plasmamenge zu verändern. Bei besonders empfindlichen Objekten 15 wird folglich ein höherer Abstand gewählt. Selbstverständlich kann auch die Plasmaquelle 3 so angesteuert werden, dass das generierte Plasma reduziert wird. In diesem Fall kann dann der Abstand zwischen Plasmaquelle 3 und Kapillar-Element 19 zu dem Objekt 15 reduziert werden.
Die Plasmaeinrichtung 1 der hier beschriebenen Art zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. Durch das Kapillar-Element 19 wird eine effektive Plasmabehandlung von Objekten 15 gewährleistet, weil das erzeugte Plasma durch die Durchgangskanäle 23 kollimiert und auf bestimmte Bereiche der Oberfläche 17 eines Objekts 15 ausgerichtet wird. Dies führt zu einer sehr effektiven Plasmabehandlung, ohne dass es irgendwelcher Hilfsmittel bedürfte, mit deren Hilfe das von der Plasmaquelle 3 erzeugte Plasma in Richtung auf ein Objekt 15 aufgetragen würde. Es ist also insbesondere nicht erforderlich, die Plasmaeinrichtung 1 mit einer Druckluftquelle zu verbinden oder mit einem Ventilator auszustatten, um das von der Plasmaquelle 3 erzeugte Plasma aus der Plasmaquelle auszutragen, um es auf ein Objekt 15 aufbringen zu können. Ohne Weiteres ist es aber sehr wohl möglich, die hier beschriebene Plasmaquelle mit einer Druckluftquelle oder einem Ventilator – wie bei herkömmlichen Plasmaquellen bekannt – zu kombinieren.
Die Plasmaeinrichtung kann bevorzugt zur Oberflächenbehandlung mit Plasma im engeren oder weiteren Sinne, insbesondere auch mit neutralen reaktiven Spezies in Abwesenheit geladener Teilchen eingesetzt werden. Letztere können beispielsweise entfernt werden, indem das Kapillar-Element 19 geerdet wird. Die Plasmaeinrichtung kann in kosmetischen Anwendungen und bevorzugt auch in Zusammenhang mit flüssigen und/oder Salbenwirkstoffen eingesetzt werden. Das Plasma – auch im weiteren Sinne – entfaltet bevorzugt eine bakterizide Wirkung insbesondere auf Oberflächen, wobei die Effizienz der vorgeschlagenen Einrichtung in Hinblick auf bekannte Vorrichtungen erhöht ist. Schließlich kann die Plasmaeinrichtung bevorzugt auch zur Geruchsverhinderung oder -reduktion von Oberflächen eingesetzt werden.
Die Kollimationswirkung des Kapillar-Elements 19 erlaubt also einen einfachen und leichten Aufbau der Plasmaeinrichtung 1, sodass insbesondere handgeführte Plasmaeinrichtungen 1 realisierbar sind, die leicht handhabbar sind und sich durch ein geringes Gewicht auszeichnen. Der hier beschriebene Aufbau der Plasmaeinrichtung 1 zeigt auch, dass diese sehr betriebssicher und störungsarm eingesetzt werden kann. Im Übrigen wird deutlich, dass durch die oben beschriebene Ausrichtung der Durchgangskanäle 23 eine Fokussierung und auch Defokussierung des Plasma-Diffusionsstromes auf einfache Weise möglich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2010/001491 [0002]
EP 2009/001851 [0011]
EP 2160081 A1 [0027]

Claims

Plasmaeinrichtung (1) mit einer Plasmaquelle (3) zur Erzeugung eines Plasmas, gekennzeichnet durch – ein Kapillar-Element (19) mit einem Grundkörper (21), der Durchgangskanäle (23) aufweist, wobei – das Kapillar-Element (19) im Diffusionspfad des von der Plasmaquelle (3) generierten Plasmas (13) angeordnet ist.
Plasmaeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Kapillar-Elements eine Dicke von 0,1 mm bis 10,0 mm, vorzugsweise von 0,3 mm bis 5,0 mm aufweist.
Plasmaeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (21) des Kapillar-Elements (19) Durchgangskanäle (23) mit einem Durchmesser von 50 nm bis 1 mm aufweist, vorzugsweise von 500 nm bis 500 μm, insbesondere von 5 μm bis 50 μm.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (23) geradlinig und/oder parallel zueinander verlaufen.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (23) in Richtung des Strömungspfads ausgerichtet sind.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaquelle (3) mindestens eine, vorzugsweise zwei Elektroden (9, 11) umfasst, die mit einer Spannungsquelle (5) verbunden sind.
Plasmaeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden (9, 11) geerdet ist.
Plasmaeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden (9, 11) ein Dielektrikum vorgesehen ist.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaquelle (3) zur Erzeugung eines nicht-thermischen atmosphärischen Plasmas eine Oberflächen-Mikroentladungs-Elektrode umfasst.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (23) zu einer senkrecht auf einer Oberfläche (29) einer Elektrode (11) stehenden, gedachten Linie (31), vorzugsweise parallel verlaufen.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillar-Element (19) auf die Plasma erzeugende Elektrode (11) der Plasmaquelle (3) aufgesetzt oder in einem Abstand von mehr als 0 mm bis maximal 5 mm, vorzugsweise von 2 mm zu dieser angeordnet ist.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillar-Element (19) an die Oberfläche (29) der Elektrode (11) anpassbar ist.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Flächen der Öffnungen der Durchgangskanäle (23) 50% der Oberfläche des Kapillar-Elements (19) ausmacht.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillar-Element (19) plattenförmig ausgebildet ist.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillar-Element (19) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material besteht.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillar-Element (19) Bleialkalisilikat, Aluminiumoxid und/oder Silizium enthält oder daraus hergestellt ist.
Plasmaeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Kapillar-Elements (19) und die Durchmesser der Durchgangskanäle (23) so gewählt werden, dass das Verhältnis zwischen der Dicke des Kapillar-Elements (19) zum Durchmesser der Durchgangskanäle (23) > 10 ist.