DE202021002118U1 - A device that generates a diffuse, low temperature, non-equilibrium plasma - Google Patents

A device that generates a diffuse, low temperature, non-equilibrium plasma Download PDF

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Abstract

die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas sich dadurch unterscheidet, dass der Erzeuger der Hochspannungsimpulse von Nanosekunden-Dauer im Handstück und in unmittelbarer Nähe des Ortes der Plasmaerzeugung platziert ist.

Figure DE202021002118U1_0000
the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma differs in that the generator of the high-voltage pulses of nanosecond duration is placed in the handpiece and in the immediate vicinity of the location of the plasma generation.
Figure DE202021002118U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von biologischen Objekten. GrundlagenThe invention relates to a device for plasma treatment of biological objects. Basics

Wird zwischen zwei Elektroden eine ausreichend große Spannung angelegt, wird das Gas zwischen den Elektroden ionisiert und es entsteht ein Plasma.
Ein Plasma enthält zahlreiche reaktive Spezies wie Ionen und Elektronen, aber auch Moleküle bzw. Atome in unterschiedlichen Anregungszuständen und Radikale.
If a sufficiently high voltage is applied between two electrodes, the gas between the electrodes is ionized and a plasma is created.
A plasma contains numerous reactive species such as ions and electrons, but also molecules or atoms in different excited states and radicals.

Die Elektronen werden im elektrischen Feld aufgrund ihrer geringeren Masse schneller beschleunigt als die schwereren Ionen. Durch Stöße mit den umliegenden Gasmolekülen geben die Elektronen ihre Energie wieder an den jeweiligen Stoßpartner ab.Due to their lower mass, the electrons are accelerated faster in the electric field than the heavier ions. By colliding with the surrounding gas molecules, the electrons give their energy back to the respective collision partner.

Ist die Energie des Elektrons dabei klein, kommt es zu einem elastischen Stoß. Der Energieaustausch ist hierbei wegen der geringen Masse des Elektrons sehr klein und das Elektron wird dabei lediglich abgelenkt. Ist die Energie eines Elektrons größer als die jeweilige Anregungs-,Dissoziations- oder Ionisierungsenergie, kann diese Energie durch einen unelastischen Stoß auf ein Gasmolekül übertragen werden.If the energy of the electron is small, an elastic collision occurs. The energy exchange is very small because of the low mass of the electron and the electron is only deflected. If the energy of an electron is greater than the respective excitation, dissociation or ionization energy, this energy can be transferred to a gas molecule through an inelastic collision.

Wenn die Teilchendichte niedrig oder das elektrische Feld groß genug ist, wird die kinetische Energie der Elektronen im Mittel größer sein als die kinetische Energie der Gasmoleküle. In diesem Fall spricht man von einem Nichtgleichgewichtsplasma.If the particle density is low or the electric field is large enough, the kinetic energy of the electrons will on average be greater than the kinetic energy of the gas molecules. In this case one speaks of a non-equilibrium plasma.

Das vorgeschlagene Gerät zur Erzeugung von diffusem Niedertemperatur Nichtgleichgewichtsplasma mit einer Temperatur, die mit der menschlichen Körpertemperatur vergleichbar ist, kann in der Medizin eine Verwendung finden.The proposed device for generating diffuse, low-temperature, non-equilibrium plasma with a temperature comparable to that of the human body can find use in medicine.

Kalte Nicht-Gleichgewichts-Plasmastrahlgeräte bei Atmosphärendruck in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Plasmageräte erzeugen einen Strahl kalten Plasmas im freien Raum (Umgebungsluft), nicht nur in begrenzten Entladungsspalten. So können sie für die direkte Behandlung eingesetzt werden und es gibt keine Einschränkungen bei der Größe der zu behandelnden Objekte.Cold non-equilibrium plasma jets at atmospheric pressure have recently received a lot of attention. Plasma devices generate a jet of cold plasma in free space (ambient air), not only in limited discharge gaps. So they can be used for direct treatment and there are no restrictions on the size of the objects to be treated.

Stand der TechnikState of the art

Beispiele für gängige Geräte mit Nichtgleichgewichts-Plasmastrahlen bei Atmosphärendruck sind: Geräte mit Nichtgleichgewichts-Plasmastrahlen mit Wechselstrom, Hochfrequenz, Mikrowelle und gepulstem Gleichstrom.Examples of common devices with non-equilibrium plasma jets at atmospheric pressure are: devices with non-equilibrium plasma jets with alternating current, radio frequency, microwave and pulsed direct current.

Das gepulste Gleichstromnetzteil liefert einen Strom mit einer einzigen Polarität und variabler Spannung. Diese gleichgerichtete Wellenform wird entweder mit einem Halbwellen- oder einem Vollwellengleichrichter erzeugt.The pulsed DC power supply provides a current with a single polarity and variable voltage. This rectified waveform is generated with either a half-wave or a full-wave rectifier.

Bekannte tragbare Handgeräte, die Niedertemperaturplasma bei Atmosphärendruck erzeugen ( EP0837622 ) , verwenden als Plasmaquellen Gasgemische aus Luft mit Stickstoff oder Helium, und als Ionisierung Hochspannungsentladung mit strengen Anforderungen an die Pulsamplitude.Well-known handheld portable devices that generate low temperature plasma at atmospheric pressure ( EP0837622 ), use gas mixtures of air with nitrogen or helium as plasma sources, and high-voltage discharge as ionization with strict requirements on the pulse amplitude.

Es ist ein Gerät bekannt ( US 2013/0072861 ) , das kaltes Nichtgleichgewichtsplasma erzeugt und als Handgerät für die Behandlung von lebendem Gewebe hergestellt wurde. Dieses Gerät verwendet in seiner Konstruktion ein kompliziertes System der Ionisierung von Arbeitsgasen mit Hochspannung, das durch einen Hochspannungstransformator und ein System von Resonanzkreisen mit Magnetfeldern erreicht wird.A device is known ( US 2013/0072861 ), which generates cold non-equilibrium plasma and was manufactured as a hand-held device for the treatment of living tissue. This device uses in its construction a complicated system of ionization of working gases with high voltage, which is achieved by a high voltage transformer and a system of resonance circuits with magnetic fields.

Bekannt ist auch ein Gerät ( US 9,999.452 ) dass aus dem Arbeitsgas (Helium) einen kalten Plasmastrahl erzeugt und als chirurgisches Werkzeug eingesetzt wird. Der kalte Plasmastrahl wird mit Hilfe eines Hochspannungstransformators auf einem Ferritkern erzeugt.A device is also known ( U.S. 9,999,452 ) that a cold plasma jet is generated from the working gas (helium) and used as a surgical tool. The cold plasma jet is generated with the help of a high voltage transformer on a ferrite core.

Es wurden Materialien zur Erstellung eines kompakten Geräts zur Erzeugung von kaltem Plasma unter Verwendung eines Piezotransformators mit geringer Leistungsaufnahme veröffentlicht.Materials for making a compact device for generating cold plasma using a piezo transformer with low power consumption have been published.

Bekannt ist ein Gerät zur Erzeugung eines kalten Nichtgleichgewichtsplasmas, dass das Arbeitsgas Helium oder Argon durch hochfrequente Hochspannungsimpulse ionisiert, die in der Basiseinheit erzeugt werden und über ein Koaxialkabel in das Handgerät gelangen.A device is known for generating a cold non-equilibrium plasma that ionizes the working gas helium or argon by high-frequency high-voltage pulses that are generated in the base unit and enter the hand-held device via a coaxial cable.

Prototypen des vorgeschlagenen Gerätes können die in und beschriebenen Geräte übernehmen. Nachteilig an den beschriebenen Geräten ist, dass ein Hochspannungs-Nanosekunden-Impuls über ein externes spezielles Koaxialkabel in das Gerät eingespeist wird und bei dem in beschriebenen Gerät die direkt in einem Handgerät empfangene Hochspannung die Form einer Sinuswelle mit einer steigenden Anstieg in der Größenordnung von zehn Mikrosekunden hat.Prototypes of the proposed device can adopt the devices described in and. The disadvantage of the devices described is that a high-voltage nanosecond pulse is fed into the device via a special external coaxial cable and, in the device described in, the high voltage received directly in a hand-held device takes the form of a sine wave with a rising increase in the order of ten Has microseconds.

Bei der beschriebenen Methode ist es nicht möglich, kurze Hochspannungs-Nanosekunden-Spannungspulse in diesem Gerät zu erhalten.With the method described, it is not possible to get short high voltage nanosecond voltage pulses in this device.

Die Verwendung von unipolaren Hochspannungs-Nanosekunden-Impulsen mit einer Amplitude von etwa 6-10 kV und einer Anstiegszeit in der Größenordnung von 2-5 Nanosekunden und einer Dauer von 50-70 Nanosekunden ermöglicht es, ein vollständig diffuses (homogenes) kaltes Plasma zu erhalten.The use of unipolar high voltage nanosecond pulses with an amplitude of about 6-10 kV and a rise time in the The order of magnitude of 2-5 nanoseconds and a duration of 50-70 nanoseconds makes it possible to obtain a completely diffuse (homogeneous) cold plasma.

Aufgrund der kurzen Anstiegszeit des Hochspannungspulses haben die Elektronen und Ionen im Plasma keine Zeit, sich zu erwärmen, aber die Elektronen bekommen mehr Geschwindigkeit, was zur weiteren Ionisierung des Gases beiträgt.Due to the short rise time of the high voltage pulse, the electrons and ions in the plasma do not have time to warm up, but the electrons gain more speed, which contributes to the further ionization of the gas.

Das Hauptproblem bei der Konstruktion von handgeführten Kaltplasma-Werkzeugen besteht darin, dass die für die Ionisation erforderliche Hochspannung von externen Geräten entweder durch spezielle Hochspannungsleitungen oder ein spezielles Kabel im Falle von gepulsten Signalen zugeführt werden muss.The main problem with the design of hand-held cold plasma tools is that the high voltage required for ionization must be supplied from external devices either through special high voltage lines or a special cable in the case of pulsed signals.

In der Regel liegt die für die Ionisation benötigte Hochspannung im Bereich von 5kV bis 30kV (abhängig von der Ausführung der Entladungselektroden).As a rule, the high voltage required for ionization is in the range of 5kV to 30kV (depending on the design of the discharge electrodes).

Zur Erzeugung eines vollständig homogenen (diffusen) kalten Plasmas sollte die Hochspannungsionisationsspannung in Form eines Gleichstromimpulses mit einer Anstiegszeit bis zur Amplitude von 6-10kV nicht mehr als 10ns betragen. Es ist ein Problem, Nanosekunden-Impulse mit solch deklarierten Eigenschaften durch Kabel zu leiten. Es liegt vor allem an der Eigenkapazität des Koaxialkabels.To generate a completely homogeneous (diffuse) cold plasma, the high-voltage ionization voltage in the form of a direct current pulse with a rise time up to an amplitude of 6-10 kV should not be more than 10 ns. It is a problem to pass nanosecond pulses with such declared properties through cables. It is mainly due to the inherent capacitance of the coaxial cable.

Vorhandene Hochspannungskoaxialkabel haben eine Eigenkapazität von etwa 100pF pro Meter. Wenn man davon ausgeht, dass das Arbeitsgerät mit einem mindestens 1,8-2 Meter langen Kabel an die Basiseinheit angeschlossen werden soll (wegen der Bequemlichkeit der Behandlung von biologischen Oberflächen), dann beträgt die Kapazität auf dieser Länge etwa 150-200pF, was den Hochspannungs-Nanosekunden-Impuls vollständig auslöschen würde.Existing high-voltage coaxial cables have an inherent capacitance of around 100 pF per meter. Assuming that the working device is to be connected to the base unit with a cable at least 1.8-2 meters long (for the convenience of treating biological surfaces), then the capacitance over this length is about 150-200pF, which is the High voltage nanosecond pulse would completely extinguish.

Es gibt zwar spezielle Schaltungseinrichtungen und auch spezielle Koaxialkabel, aber das sind exotische und recht komplizierte technische Lösungen, die selbst für eine Kleinserienfertigung nicht gerechtfertigt sind.There are special circuit devices and also special coaxial cables, but these are exotic and quite complicated technical solutions that are not justified even for small series production.

ProblemlösungTroubleshooting

In der vorgestellten Erfindung ist es erstmals gelungen, einen Hochspannungs-Nanosekunden-Pulsgenerator direkt in das Gehäuse eines tragbaren Kaltplasma-Handstück einzubauen.In the presented invention it was possible for the first time to build a high-voltage nanosecond pulse generator directly into the housing of a portable cold plasma handpiece.

Dadurch konnten aufwändige Lösungen für die Übertragung des Nanosekundenpulses von der Formgebungseinheit über Kabel vermieden werden.
Der Nanosekunden-Hochspannungspuls wird direkt am lonisationspunkt des Gases gebildet, wodurch ein homogener diffuser Kaltplasmastrahl entsteht. Der Nanosekundenformer basiert auf einem Energiespeicher (induktiv) und einem Silizium- Hochspannungs-Trennschalter.
This made it possible to avoid complex solutions for the transmission of the nanosecond pulse from the shaping unit via cables.
The nanosecond high-voltage pulse is generated directly at the ionization point of the gas, creating a homogeneous, diffuse cold plasma beam. The nanosecond shaper is based on an energy storage device (inductive) and a silicon high-voltage disconnector.

Als Hochspannungs-Trennschalter werden DSRD (drift step recovery diodes) eingesetzt. Im Gegensatz zu den üblichen Schaltungslösungen für Hochspannungs-Nanosekunden-Pulsformer auf DSRD-Elementen wird bei der vorgestellten Erfindung die Belastung für DSRD-Elemente in die Steuereinheit verlagert, und im Handstück des Gerätes verbleiben nur die Speichereinheit und ein Silizium-Hochspannungs-Trennschalter.DSRD (drift step recovery diodes) are used as high-voltage disconnectors. In contrast to the usual circuit solutions for high-voltage nanosecond pulse formers on DSRD elements, the load for DSRD elements is shifted to the control unit in the present invention, and only the memory unit and a silicon high-voltage disconnector remain in the handpiece of the device.

Dies ermöglichte ein drastisch vereinfachtes Design des Nanosekunden-Impulsformers und eine kostengünstigere Anwendung des durch Nanosekunden-Hochspannungsimpulse erzeugten Plasmas. Dieser Aufbau ermöglicht die Bildung von einzelnen und von Paketen von Nanosekunden-Impulsen, mit einer Frequenz von 1Hz bis 50kHz.This enabled a drastically simplified design of the nanosecond pulse shaper and a more cost-effective application of the plasma generated by high-voltage nanosecond pulses. This structure enables the formation of individual and packets of nanosecond pulses with a frequency of 1Hz to 50kHz.

Das Gerät entsteht aus 3 Haupteinheiten:

  • - Kaltplasma-Handstück (ist in 1 dargestellt)
  • - Das Steuereinheit ist schematisch in 2. dargestellt
  • - Einheit zur Bildung des Gasgemisches
  • - Das Steuereinheit enthält:
  • - externes Bedienfeld 13 (2), einschließlich einer Betriebsanzeige und Bedienelementen zur Steuerung der Modi der Bildung des kalten Plasmastrahls
  • - Mikroprozessorsteuerung 14 (2),
  • - Nanosekunden-Impulsgeber 15 (2),
  • - Spannungsversorgung 16 (2),
  • - dreipolige Elektromagnet-Steuereinheit 17 (2) ,.
The device consists of 3 main units:
  • - Cold plasma handpiece (is in 1 shown)
  • - The control unit is schematically in 2 . shown
  • - Unit for forming the gas mixture
  • - The control unit contains:
  • - external control panel 13th ( 2 ), including an operating display and controls for controlling the modes of formation of the cold plasma jet
  • - microprocessor control 14th ( 2 ),
  • - Nanosecond pulse generator 15th ( 2 ),
  • - power supply 16 ( 2 ),
  • - three-pole solenoid control unit 17th ( 2 ),.

Die Einheit zur Bildung des Gasgemisches enthält:

  • - Arbeitsgasflasche (He, Ar) 18 (2),
  • - Gasmischer 19 (2),
  • - Drossel 20 (2),
  • - Verdichter 21 (2),
The unit for forming the gas mixture contains:
  • - Working gas cylinder (He, Ar) 18 ( 2 ),
  • - gas mixer 19th ( 2 ),
  • - throttle 20th ( 2 ),
  • - Compressor 21 ( 2 ),

Das Handstück hat

  • - ein dielektrisches Gehäuse 1(1) in dessen Innerem sich befinden:
  • - Energiespeicher 2(1,2)
  • - dielektrische Ringe 3 (1,2) mit Bohrungen für den Arbeitsgasdurchlass
  • - gemeinsame Masseklemme 4(1,2) und Triggerimpuls-Versorgungsklemme 11(1,2) vom Nanosekunden-Impulsgeber 15 (2) der externen elektronischen Steuereinheit
  • - Silizium-Hochspannungsschalter 5(1,2)
  • - Hochspannungselektrode 6((1,2))
  • - zentrierender dielektrischer Ring 7((1,2)) mit Kanälen für den Gasdurchgang
  • - Hochspannungsionisationselektrode 8 ((1,2)) aus Edelstahl, in der ein Keramikeinsatz mit einer Spitze aus Titandioxid zur Erhöhung der Produktion von OH-Radikalen montiert ist
  • - Quarzrohr 9((1,2)) (Düse) für kalte Plasmastrombildung
  • - Ionisationskammer 10(1,2), in der das einströmende Gas (Helium, Argon, Stickstoff, Luft oder Mischungen dieser Gase), das aus dem Gasmischer 19(2) der Einheit zur Bildung des Gasgemisches kommt, durch einen Hochspannungs-Nanosekundenimpuls ionisiert wird, der an der lonisationselektrode 8 (1,2) gebildet wird
  • - einem dreipoligen Elektromagneten 12(2) der um die Düse 9 herum angeordnet ist, um die Rotation des Plasmastrahls zu realisieren, der einen vollen Kegel bildet, um einen breiteren Bereich des Plasmastrahleffekts zu schaffen. Die Elektromagnetspitzen bilden ein magnetisches Wechselfeld quer zum Plasmastrahl.
The handpiece has
  • - a dielectric housing 1 ( 1 ) inside of which are:
  • - Energy storage 2 ( 1 , 2 )
  • - dielectric rings 3 ( 1 , 2 ) with holes for the working gas passage
  • - common earth terminal 4 ( 1 , 2 ) and trigger pulse supply terminal 11 ( 1 , 2 ) from the nanosecond pulse generator 15th ( 2 ) the external electronic control unit
  • - Silicon high-voltage switch 5 ( 1 , 2 )
  • - high voltage electrode 6 (( 1 , 2 ))
  • - centering dielectric ring 7 (( 1 , 2 )) with channels for gas passage
  • - high voltage ionization electrode 8th (( 1 , 2 )) made of stainless steel, in which a ceramic insert with a tip made of titanium dioxide is mounted to increase the production of OH radicals
  • - quartz tube 9 (( 1 , 2 )) (Nozzle) for cold plasma flow generation
  • - ionization chamber 10 ( 1 , 2 ), in which the inflowing gas (helium, argon, nitrogen, air or mixtures of these gases) coming out of the gas mixer 19 ( 2 ) the unit for the formation of the gas mixture comes, is ionized by a high-voltage nanosecond pulse, which is applied to the ionization electrode 8 ( 1 , 2 ) is formed
  • - a three-pole electromagnet 12 ( 2 ) around the nozzle 9 arranged around to realize the rotation of the plasma jet forming a full cone to create a wider area of the plasma jet effect. The electromagnetic tips form an alternating magnetic field across the plasma jet.

Beschreibung des Gerätes.Description of the device.

Das Handstück des Gerätes besteht aus einem dielektrischen Gehäuse 1 (1,2) und im Inneren des Gehäuses befinden sich die Energiespeichereinheit 2 (1,2), tragende dielektrische Ringe 3 (1,2) mit Löchern für den Durchgang des Arbeitsgases, eine gemeinsame Erdungsklemme 4 (1,2) und eine Klemme für die Versorgung mit Triggerimpulsen 11 (1,2) von einer externen Einheit, ein Silizium- Hochspannungs-Trennschalter 5((1Fig.2)), eine Hochspannungselektrode 6(1,2), ein zentrierender dielektrischer Ring 7(1,2) mit Gasdurchlässen, eine Hochspannungslonisationselektrode 8 (1,2) aus Edelstahl, ein Quarzrohr zur Bildung eines kalten Plasmastroms, eine Ionisationskammer 10, (1,2) in der das einströmende Gas (Helium, Argon, Stickstoff, Luft oder deren Gemische) durch einen Hochspannungs-Nanosekunden-Impuls ionisiert wird, der sich an der lonisationselektrode 8 (1,2) bildet.The handpiece of the device consists of a dielectric housing 1 ( 1 , 2 ) and the energy storage unit is located inside the housing 2 ( 1 , 2 ), load-bearing dielectric rings 3 ( 1 , 2 ) with holes for the passage of the working gas, a common earth terminal 4th ( 1 , 2 ) and a terminal for the supply of trigger pulses 11 ( 1 , 2 ) from an external unit, a silicon high-voltage disconnector 5 (( 1Fig .2)), a high voltage electrode 6 ( 1 , 2 ), a centering dielectric ring 7 ( 1 , 2 ) with gas passages, a high-voltage ionization electrode 8th ( 1 , 2 ) made of stainless steel, a quartz tube for the formation of a cold plasma flow, an ionization chamber 10 , ( 1 , 2 ) in which the inflowing gas (helium, argon, nitrogen, air or their mixtures) is ionized by a high-voltage nanosecond pulse that is applied to the ionization electrode 8 ( 1 , 2 ) forms.

Bei Empfang eines Auslöseimpulses an der Elektrode 1l(1,2) von der externen Einheit akkumuliert der induktive Speicher 2 (1,2) während der Dauer der Auslöseimpulsenergie. Nach dem Trigger-Impuls schaltet der Silizium-DSRD-Hochspannungs-Trennschalter den Speicher innerhalb von 2-5 Nanosekunden auf die Ionisationselektrode.When a trigger pulse is received at electrode 1l ( 1 , 2 ) from the external unit accumulates the inductive storage 2 ( 1 , 2 ) during the duration of the trigger pulse energy. After the trigger pulse, the silicon DSRD high-voltage disconnector switches the memory to the ionization electrode within 2-5 nanoseconds.

Die im Speicher 2 (1,2) gespeicherte Energie wird an der lonisationselektrode in einen Hochspannungsimpuls von Nanosekundendauer mit einer Anstiegszeit von bis zu 2,5 kV/ns umgewandelt.The ones in memory 2 ( 1 , 2 ) Stored energy is converted at the ionization electrode into a high-voltage pulse of nanosecond duration with a rise time of up to 2.5 kV / ns.

Zur Vorbereitung des Gerätes für den Betrieb erfolgt die Bildung eines Arbeitsgasgemisches aus Helium (oder Argon) mit Luft, um die Produktion von aktiven OH-Radikalen zu erhöhen. Dazu wird ein dosiertes Luftgemisch im Arbeitsgas-Kompressor 21 (2) durch die einstellbare Drossel 20 (2) geleitet die verhindert, dass das Arbeitsgas durch das Luftgemisch unter Druck gesetzt wird.To prepare the device for operation, a working gas mixture of helium (or argon) and air is formed in order to increase the production of active OH radicals. For this purpose, a metered air mixture is used in the working gas compressor 21 ( 2 ) through the adjustable throttle 20th ( 2 ) which prevents the working gas from being pressurized by the air mixture.

Das Gasgemisch wird im Gasmischer 19 gebildet, der Gas von der Quelle 18 (2) und Luft vom Kompressor 21 (2) erhält.The gas mixture is in the gas mixer 19th formed the gas from the source 18th ( 2 ) and air from the compressor 21 ( 2 ) receives.

Beim Anschluss des Gerätes an das Stromnetz (220-V-Netz) erzeugt das Netzteil 16(2) die notwendigen Versorgungsspannungen für das externe Bedienfeld 13(2), den Mikroprozessor-Controller 14 (2) und den Nanosekunden-Impulsgeber 15(2). Die Bedien- und Anzeigeelemente, die sich auf dem Bedienfeld 13(2) befinden, ermöglichen die Einstellung und Überwachung der Parameter der kalten Plasmastrahlbildung und des Betriebszustands des Geräts,
einschließlich:

  • - Plasmaleistung
  • - Temperatur des Plasmastrahls
  • - Behandlungszeit
  • - Arbeitsgasstand im Ballon
  • - Durchflussmenge des Gasgemisches, etc.
When the device is connected to the mains (220 V mains), the power supply unit 16 ( 2 ) the necessary supply voltages for the external control panel 13 ( 2 ), the microprocessor controller 14th ( 2 ) and the nanosecond pulse generator 15 ( 2 ). The control and display elements on the control panel 13 ( 2 ) allow the setting and monitoring of the parameters of the cold plasma jet formation and the operating status of the device,
including:
  • - plasma power
  • - temperature of the plasma jet
  • - treatment time
  • - Working gas level in the balloon
  • - Flow rate of the gas mixture, etc.

Die Mikroprozessorsteuerung 14 (2) sorgt für die Aufrechterhaltung des voreingestellten Modus der kalten Plasmastrahlbildung und die Ausgabe der notwendigen Steuersignale an den Nanosekunden-Impulsgenerator 15 (2) und die dreipolige Elektromagnet-Steuereinheit 17(2).The microprocessor control 14th ( 2 ) ensures that the preset mode of cold plasma jet formation is maintained and the necessary control signals are output to the nanosecond pulse generator 15th ( 2 ) and the three-pole electromagnet control unit 17 ( 2 ).

Wenn der Triggerimpuls vom Nanosekunden-Impulsgeber 15 (2) an der Elektrode 11 (1,2) des tragbaren Kaltplasma-Werkzeugs ankommt, speichert der induktive Speicher 2(1,2) während der Dauer des Triggerimpulses Energie.When the trigger pulse from the nanosecond pulser 15th ( 2 ) on the electrode 11 ( 1 , 2 ) of the portable cold plasma tool arrives, the inductive memory stores 2 ( 1 , 2 ) energy for the duration of the trigger pulse.

Nach Abschluss der Triggerimpulsaktion schaltet der Silizium-DSRD-Schalter den Speicher innerhalb von 2-5 Nanosekunden auf die lonisationselektrode. Die im Speicher 2(1,2) gespeicherte Energie wird in einen Hochspannungsimpuls einer Dauer von Nanosekunden mit einer Anstiegszeit von bis zu 2,5kV/ns an der lonisationselektrode 8(1,2) umgewandelt.After completion of the trigger impulse action, the silicon DSRD switch switches the memory to the ionization electrode within 2-5 nanoseconds. The ones in memory 2 ( 1 , 2 ) stored energy is converted into a high-voltage pulse with a duration of nanoseconds with a rise time of up to 2.5kV / ns at the ionization electrode 8 ( 1 , 2 ) converted.

Die Verwendung eines eingebauten Nanosekunden-Formers von Hochspannungsimpulsen in einem tragbaren Plasmastrahler ermöglichte es, einen Durchmesser des Plasmaspots von bis zu 10 mm zu erreichen, wodurch die meisten Einschränkungen bei der Behandlung von großen beschädigten Bereichen des biologischen Gewebes beseitigt wurden.The use of a built-in nanosecond shaper of high voltage pulses in a portable plasma emitter made it possible to achieve a plasma spot diameter of up to 10 mm, thereby removing most of the limitations in treating large damaged areas of biological tissue.

Durch die Erzeugung von Impulsen im Nanosekundenbereich direkt in der Ionisationskammer gelang es, die Ausbeute an reaktiven Teilchen, die durch das Plasma erzeugt werden (RNS, RONS), zu erhöhen, um im Gegensatz zu den oben genannten Methoden ein kaltes Nicht-Gleichgewichts-Plasma und dessen Verwendung in der Medizin zu erhalten.By generating pulses in the nanosecond range directly in the ionization chamber, it was possible to increase the yield of reactive particles generated by the plasma (RNS, RONS) to create a cold non-equilibrium plasma in contrast to the methods mentioned above and to maintain its use in medicine.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • US 2013/0072861 [0011]US 2013/0072861 [0011]
  • US 9999452 [0012]US 9999452 [0012]

Claims (15)

die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas sich dadurch unterscheidet, dass der Erzeuger der Hochspannungsimpulse von Nanosekunden-Dauer im Handstück und in unmittelbarer Nähe des Ortes der Plasmaerzeugung platziert ist.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma differs in that the generator of the high-voltage pulses of nanosecond duration is placed in the handpiece and in the immediate vicinity of the location of the plasma generation. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas sich dadurch unterscheidet, dass diese einen Mikroprozessorregler zur automatischen Steuerung des Prozesses der Plasmastrombildung enthält.the apparatus for generating a diffuse, low-temperature, non-equilibrium plasma differs in that it contains a microprocessor controller for automatically controlling the process of plasma flow formation. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mikroprozessorsteuerung ein Generatormodul der Steuersignale und einen mehrphasigen Elektromagneten umfasst.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma, characterized in that the microprocessor control comprises a generator module of the control signals and a polyphase electromagnet. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas, dadurch gekennzeichnet ist, dass diese eine Mikroprozessorsteuerung zur automatischen Steuerung des Prozesses der Plasmabildung enthält.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma, characterized in that it contains a microprocessor control for automatic control of the process of plasma formation. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Handstück einen Generator zur Erzeugung von Impulsen von Nanosekunden-Dauer enthält.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma, characterized in that the handpiece contains a generator for generating pulses of nanosecond duration. das Arbeitswerkzeug nach Anspruch 5 einen Nanosekunden-Impulsgenerator hat, der einen induktiven Energiespeicher und einen Nanosekunden-Stromunterbrecher auf der Basis einer SOS- oder DSRD-Diode enthält.the working tool after Claim 5 has a nanosecond pulse generator that contains an inductive energy store and a nanosecond circuit breaker based on an SOS or DSRD diode. das Handstück nach Anspruch 5 einen mehrphasigen Elektromagneten, der im Düsenauslassbereich des Handstückes angeordnet ist, enthält.the handpiece Claim 5 contains a multi-phase electromagnet which is arranged in the nozzle outlet area of the handpiece. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas dadurch gekennzeichnet ist, dass das Handstück einen mehrphasigen Elektromagneten zur Steuerung der dynamischen Eigenschaften des Lichtbogens enthält, der eine 3-Phasen-Wicklung zur Steuerung der räumlichen Position des Plasmastrahls enthält.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma is characterized in that the handpiece contains a polyphase electromagnet for controlling the dynamic properties of the arc, which contains a 3-phase winding for controlling the spatial position of the plasma jet. die Vorrichtung sich dadurch unterscheidet, dass sie einen Regler der Parameter des Gasgemisches und einen Kompressor zur Erzeugung der Strömung des Gasgemisches enthält.the device differs in that it contains a regulator of the parameters of the gas mixture and a compressor for generating the flow of the gas mixture. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas dadurch gekennzeichnet ist, dass diese einen Regler für die Zusammensetzung der Gasmischung enthält, um die Geschwindigkeit der Gasmischung zu steuern.the apparatus for generating a diffuse, low-temperature, non-equilibrium plasma is characterized in that it contains a regulator for the composition of the gas mixture in order to control the velocity of the gas mixture. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas dadurch gekennzeichnet ist, dass der Regler der Zusammensetzung des Gasgemisches Elemente zur Steuerung der Rate des Gasgemisches enthält.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma is characterized in that the regulator of the composition of the gas mixture contains elements for controlling the rate of the gas mixture. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas dadurch gekennzeichnet ist, dass der Regler der Zusammensetzung des Gasgemisches Elemente zur Steuerung der Ausgabefrequenz des Gasgemisches enthält.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma is characterized in that the regulator of the composition of the gas mixture contains elements for controlling the output frequency of the gas mixture. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas dadurch gekennzeichnet ist, dass das Handstück eine lonisationselektrode mit einer Spitze enthält, die entweder mit Titandioxid, Silber oder Gold beschichtet sein kann.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma is characterized in that the handpiece contains an ionization electrode with a tip which can be coated with either titanium dioxide, silver or gold. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas dadurch gekennzeichnet ist, dass das Handstück eine Vorrichtung zur Veränderung der Länge des Arbeitsteils enthält.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma is characterized in that the handpiece contains a device for changing the length of the working part. die Vorrichtung zur Erzeugung eines diffusen Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas dadurch gekennzeichnet ist, dass das Handstück eine Vorrichtung zur Positionierung einer Lichtmarke auf den Punkt der Plasmaeinwirkung enthält.the device for generating a diffuse low-temperature non-equilibrium plasma is characterized in that the handpiece contains a device for positioning a light mark on the point of plasma action.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0837622A1 (en) 1996-09-24 1998-04-22 Jump Technologies Limited Plasma generator
US20130072861A1 (en) 2008-02-27 2013-03-21 Cold Plasma Medical Technologies, Inc. Cold Plasma Treatment Devices and Associated Methods
US9999452B2 (en) 2004-11-23 2018-06-19 Roger P. Jackson Bone anchor receiver with upper tool engaging grooves and planar faces

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