EP4646903A1 - Dispositif à jet de plasma - Google Patents

Dispositif à jet de plasma

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Publication number
EP4646903A1
EP4646903A1 EP24700125.8A EP24700125A EP4646903A1 EP 4646903 A1 EP4646903 A1 EP 4646903A1 EP 24700125 A EP24700125 A EP 24700125A EP 4646903 A1 EP4646903 A1 EP 4646903A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma
enlarged cross
section
capillary tube
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700125.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Antoine Rousseau
Joseph Youssef
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Polytechnique
Sorbonne Universite
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Polytechnique
Sorbonne Universite
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Polytechnique, Sorbonne Universite filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4646903A1 publication Critical patent/EP4646903A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2443—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube
    • H05H1/246—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube the plasma being activated using external electrodes
    • 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
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc
    • H05H1/486—Arrangements to provide capillary discharges

Definitions

  • the present invention relates to cold plasma jet devices at atmospheric pressure.
  • the present invention relates to the field of cold plasmas in cosmetic or medical applications in particular for cutaneous applications such as the treatment of cancer cells, the healing or sterilization of wounds, for example chronic or acute post-operative wounds, or as part of a graft, post-graft to promote healing and prevent infections or pre-graft to prepare the skin.
  • cold plasma produced from a rare gas, conventionally helium or argon, subjected to an electrical discharge delivered by a high voltage power supply, at ambient temperature
  • the plasma propagates in impulse form, and possibly periodic until the exit of the capillary, and in contact with the ambient air produces reactive species of oxygen and nitrogen, which, together with the electric field, are responsible biological effects of cold plasmas.
  • cold plasma has the advantage of being without direct contact and without pain for patients.
  • processing times are relatively short, and no allergic reaction, bacterial resistance, or other side effects have been observed to date.
  • US 8,961,888 describes an atmospheric pressure plasma generator having an increased plasma generation zone in order to treat a large surface area, the plasma generation zone being made of an insulating material, making it possible to stabilize the plasma formation throughout the zone plasma generation.
  • US 8,961,888 specifies that the material of the plasma generation zone can be sintered ceramic, a material having mechanical strength qualities making it possible to support the plasma thus generated.
  • US 2011/0042008 describes a plasma generator for generating a larger volume of plasma and stabilizing the electrical discharge at the origin of the plasma generation.
  • US 2010/0147464 describes a plasma treatment apparatus comprising, among other things, an electrode formed of a conductive layer covered with an insulating substrate, the substrate being made of sintered ceramic.
  • the device described in US 2010/0147464 makes it possible to obtain a plasma treatment device more resistant to the instabilities of electrical discharges, at lower cost.
  • the invention aims to meet all or part of these needs.
  • the invention relates to a cold plasma jet device at atmospheric pressure comprising:
  • At least one capillary tube comprising at least one rare gas supply inlet, a plasma generation zone, and at least one plasma outlet;
  • the plasma diffuser being made of a porous material whose median diameter of the pores is advantageously between 0.1 pm and 5 mm, better still greater than 1 pm and less than 1 mm, even better greater than 10 pm and less than 500 pm.
  • a device according to the invention allows homogeneous diffusion of the plasma. It also makes it possible to easily treat large surface wounds and reduce the duration of application.
  • the presence of the plasma diffuser on the exit path of the capillary tube makes it possible to treat surfaces ranging from 1 to 50 cm 2 , homogeneously, in a single plasma pulse.
  • the presence of the plasma diffuser at the outlet of the capillary tube can in fact make it possible to multiply by a factor of 1000 the surface on which the plasma generated can be applied, compared to a device not comprising any diffuser element.
  • a device according to the invention allows reduced rare gas consumption.
  • such a device advantageously makes it possible to limit losses during the ejection of the plasma from the device.
  • capillary tube we mean a tube in which the cold plasma jet is created and propagates.
  • a plasma diffuser promotes an increase in the section of the plasma jet.
  • the median diameter of the pores of the plasma diffuser can be greater than 0.1 pm and less than 5 mm, more preferably greater than 1 pm and less than 1 mm, even better greater than 10 pm and less than 500 pm, even better greater than 40 pm and less than 100 pm, even better greater than 50 pm and less than 80 pm.
  • the plasma diffuser can have a thickness between 100 pm and 5 cm, better between 500 pm and 1 cm, even better between 800 pm and 0.5 cm.
  • the thickness of the plasma diffuser can be variable.
  • the thickness of the plasma diffuser is constant.
  • the plasma diffuser may be made of a dielectric, semiconductor, metallic or metallic material covered with a dielectric material, or a combination of these materials, preferably the plasma diffuser is made of a dielectric material.
  • the plasma diffuser is made of sintered ceramic, preferably of sintered glass, comprising for example materials with a high dielectric constant such as alumina or perovskites.
  • the plasma diffuser can extend in a plane perpendicular to the direction of propagation of the plasma in the capillary tube.
  • several plasma diffusers are disposed on the exit path of the capillary tube and are positioned such that the plasma generated in the plasma generation zone passes through the plasma diffusers successively.
  • the capillary tube may include a distal portion, including the plasma outlet, which is flared.
  • the flared distal part can extend over a length, in the direction of plasma propagation, less than or equal to 20 cm, preferably less than or equal to 10 cm, better still less than or equal to 5 cm.
  • the ratio of the maximum diameter of the distal part to the minimum diameter of the distal part can be between 1 and 100.
  • the diameters are measured perpendicular to the direction of plasma propagation and are internal, that is to say that the walls of the tube are not taken into account for the diameter measurement.
  • the plasma diffuser is positioned in the flared distal part of the capillary tube, perpendicular to the direction of propagation of the plasma in the capillary tube.
  • the plasma diffuser thus positioned allows stabilization of the plasma over a larger dimension. Furthermore, the plasma diffuser makes it possible to avoid backscattering air towards the flared distal part, thus improving the stability and homogeneity of the plasma passing through the diffuser.
  • the plasma diffuser can be positioned at the end of the flared distal part, in other words the plasma diffuser can be positioned at the distal part of the capillary tube having the largest diameter.
  • the capillary tube may have a wall of fixed thickness or of variable thickness.
  • the wall of the distal part can be wider than the wall of the plasma generation zone.
  • the wall of the distal part may have a thickness of between 0.1 mm and 5 mm.
  • the ratio of the thickness of the wall of the plasma generation zone to the thickness of the distal part can be between 0.1 and 10.
  • a device according to the invention may comprise more than two plasma outlets and/or more than two capillary tubes.
  • the number of plasma outputs is between 1 and 100, preferably between 1 and 50, better still between 1 and 10.
  • the device comprises a capillary tube comprising 3 plasma outlets, each plasma outlet comprising a plasma diffuser.
  • the device comprises several capillary tubes, each capillary tube comprising 3 plasma outlets, each of the plasma outlets comprising a plasma diffuser, preferably each capillary tube comprising a gas supply inlet rare.
  • a plasma diffuser can be positioned on the exit path of each plasma outlet, the plasma device comprising as many plasma diffusers as plasma outlets.
  • a plasma diffuser can be positioned in the output path of multiple plasma outputs.
  • several successive plasma diffusers can be positioned on the exit path of each plasma outlet.
  • the plasma diffuser can be brought to a predetermined potential.
  • the plasma diffuser can be at a floating potential or connected to an active or passive electrode, making it possible to modulate the propagation of the plasma.
  • the invention relates to a cold plasma jet device at atmospheric pressure comprising:
  • the capillary tube comprising at least one rare gas supply inlet, a plasma generation zone, and at least one plasma outlet; the capillary tube comprising, downstream of the plasma generation zone and upstream of a distal part of the capillary tube, a portion of enlarged cross section, preferably the portion of enlarged cross section having a width/height ratio of between 0, 1 and 1000, preferably between 0.5 and 100, better still between 0.8 and 10, the width corresponding to the maximum internal diameter of the portion of enlarged cross section.
  • the width corresponds to the maximum internal diameter of the portion of enlarged cross section, the diameter being measured perpendicular to the direction of propagation of the plasma in the tube.
  • the diameter is said to be internal, that is to say that the walls of the tube are not taken into account.
  • the portion of enlarged cross section forms a buffer volume allowing the reduction of approximately 20% of the plasma ignition voltage, that is to say the voltage necessary to apply to an electrode to allow the formation of plasma in the plasma generation zone of the capillary tube. Plasma propagation requires less energy. In addition, the electromagnetic noise generated is reduced.
  • the portion of enlarged cross section advantageously opens onto a bottleneck in the direction of the plasma outlet.
  • the portion of enlarged cross section may in particular have a maximum diameter greater than the maximum diameter of the plasma generation zone and/or the maximum diameter of the distal part of the capillary tube.
  • the device may include a sensor measuring the pressure in the portion of enlarged cross section and/or the speed of propagation of the plasma in the capillary tube.
  • the portion of enlarged cross section can be located at a distance of between 0 cm and 10 cm from the plasma outlet, preferably between 0 cm and 7 cm, better still between 0 cm and 5 cm.
  • the diameter of the portion of enlarged cross section can be variable, in particular it can increase then decrease from upstream to downstream.
  • the interior volume of the portion of enlarged cross section may have a shape adapted to the flow of the gas, substantially spherical, better still spherical, substantially ellipsoidal, better still ellipsoidal, or substantially cylindrical, better still cylindrical, substantially parallelepipedal, better still parallelepipedal.
  • the interior volume of the portion of enlarged cross section may have other geometric shapes.
  • the shape may or may not include an axis or a center of symmetry, or may be a combination of the aforementioned shapes.
  • the interior volume of the portion of enlarged cross section can be between 0.2 cm 3 and 250 cm 3 , preferably between 0.5 cm 3 and 200 cm 3 , better still between 1 cm 3 and 25 cm 3 .
  • the minimum diameter of the capillary tube can be the diameter of the bottleneck, that is to say the diameter of the outlet of the portion of enlarged cross section, in the direction of propagation of the plasma.
  • the diameter of the inlet of the portion of enlarged cross section is greater than the diameter of the bottleneck.
  • the bottleneck can be increased to a predetermined potential.
  • the predetermined potential can be chosen so as to maintain the cold plasma in the enlarged cross-section portion, the predetermined potential being modified to allow movement of the cold plasma towards the plasma outlet.
  • the capillary tube has several plasma outlets, the portion of enlarged cross section comprising several bottlenecks each leading to a plasma outlet.
  • the capillary tube comprises several plasma outlets, for each of the plasma outlets, a portion of enlarged cross section being provided in the capillary tube.
  • the ratio of the maximum diameter of the enlarged cross-section portion to the diameter of the feed inlet and/or of the maximum diameter of the enlarged cross-section portion to the diameter of the bottleneck may be between 1 and 1000 , preferably between 1 and 500, better between 1 and 50.
  • the ratio of the maximum diameter of the enlarged cross-section portion to the minimum diameter of the capillary tube can be between 2 and 40.
  • the distal part is flared.
  • the capillary tube may include a cross section of minimum diameter between the portion of enlarged cross section and the flared distal portion.
  • the diameter of the distal part of the capillary tube is constant.
  • the portion of enlarged cross section may include a wall of lower thickness than a wall of the distal part.
  • the ratio of the thickness of the wall of the distal part to the thickness of the wall of the portion of enlarged cross section can be between 1 and 4.
  • the portion of enlarged cross section may be made of a material distinct from the capillary tube.
  • the portion of enlarged cross section is integral with the capillary tube.
  • the capillary tube comprising at least one rare gas supply inlet, at least one plasma outlet, a plasma generation zone and a portion of enlarged cross section can be manufactured by molding or blowing, or by additive manufacturing.
  • the capillary tube comprising at least one rare gas supply inlet, at least one plasma outlet, a plasma generation zone and a portion of enlarged cross section may be made of glass or any insulating material with a high dielectric constant.
  • the capillary tube comprising at least one rare gas supply inlet, at least one plasma outlet, a plasma generation zone and a portion of enlarged cross section can be monolithic.
  • the maximum diameter of the capillary tube is preferably less than 3 mm, more preferably less than 1 mm.
  • the capillary tube may be partly removable.
  • the distal part may be removable.
  • the part downstream of the plasma generation zone is removable, that is to say it can be disengaged, unscrewed from the part comprising the plasma generation zone and the plasma supply inlet. rare gas.
  • the removable downstream part and the upstream part comprising the plasma generation zone and the rare gas supply inlet may include a complementarity of shape.
  • the upstream part may comprise a complementary shape with several different removable downstream parts.
  • a device may comprise a high voltage electrode fixed on the outer wall and/or on the inner wall of the capillary tube, the device being configured so that the electrode delivers a first electrical signal and a second electrical signal having two distinct frequencies, the frequency of the first electrical signal being defined so that when the electrode delivers this first electrical signal, the rare gas introduced into the capillary tube and subjected to the voltage of the first electrical signal generates the plasma, the frequency of the second signal electrical being defined so as to generate a starting pulse for propagation of the plasma towards the plasma output, the frequency of the second electrical signal being lower than the frequency of the first electrical signal, preferably in a first signal frequency/second frequency ratio signal greater than 1 and less than or equal to 1000, preferably between 3 and 100, better still between 5 and 50.
  • the second signal advantageously makes it possible to initiate and/or accelerate the propagation of the plasma in the capillary tube.
  • the second signal makes it possible in particular to adapt the dose of plasma ejected from the device.
  • plasma dose we mean the quantity of plasma energy transmitted to the target.
  • the first electrical signal is a carrier wave modulated by the second signal.
  • Such an embodiment advantageously makes it possible to significantly reduce the electromagnetic noise of a plasma jet device.
  • the first and second electrical signals are delivered via a first electrode and a second electrode respectively, the first electrode being positioned upstream of the second electrode, in the direction of plasma propagation.
  • the second electrode can be positioned downstream of the portion of enlarged cross section in the direction of plasma propagation.
  • the second electrode can be positioned in the distal part of the capillary tube.
  • the device may comprise at least two second electrodes, for example positioned at the bottleneck of a device according to the invention comprising a portion of enlarged cross section and in the distal part of the capillary tube.
  • the first and/or second electrode(s) can be positioned outside or inside the wall of the device.
  • the device may include a switch, the second electrical signal being emitted when the switch is in the closed position.
  • the second electrical signal can be delivered only when a switch is open, for example when a push button is pressed.
  • the first signal may be a continuous, alternating or pulsed or mixed signal.
  • the second signal can be a continuous, alternating or pulsed signal.
  • a device according to the invention makes it possible to better control the dose of plasma leaving the device.
  • a device may comprise one or more sensors, for example chosen from: a voltage sensor, a power sensor, a frequency sensor, a flow sensor, a distance sensor or a thermal sensor.
  • a sensor can be configured to measure the power of the plasma delivered at the output of the plasma diffuser and/or at the output of the plasma generator.
  • a sensor can be configured to measure a voltage between the plasma delivered at the output of the plasma diffuser and a surface on which the plasma is intended to be applied or between the plasma delivered at the output of the plasma generator and a surface on which the plasma is intended to be applied.
  • a sensor may be configured to measure the temperature when cold plasma is applied to the surface to which the plasma is intended to be applied.
  • the device according to the invention further comprises a control module configured to analyze the measurements coming from one or more sensors.
  • the control module can be configured to modify, as a function of analyzed measurements from one or more sensors, a voltage or a frequency of an electrical signal delivered for the generation of plasma in the plasma generation zone, a voltage or a frequency of an electrical signal delivered to trigger or accelerate the propagation of the plasma in the capillary tube, a dose of plasma ejected by the device onto the target, the target corresponding to the surface on which the plasma is intended to be applied, a temperature of the plasma at the plasma outlet of the capillary tube, a pressure in the plasma generation zone, a pressure of the rare gas in the capillary tube, a pressure in a portion of enlarged cross section, a flow rate of the rare gas at the inlet power supply.
  • control module presents, on a digital interface, the measurements and/or analyzes of the measurements. An operator can then easily modify a frequency, a voltage, a pressure and/or a flow rate to adapt the desired plasma dose at the output of the device and/or select a particular plasma regime mode.
  • plasma regime mode we mean a mode of operation of the plasma making it possible to achieve a particular typology of discharge.
  • a device according to the invention advantageously allows adaptation of the dose of plasma delivered in real time, facilitating application and guaranteeing the safety of a treatment.
  • a device comprises several capillary tubes, a control module and sensors, and optionally a digital interface, the device preferably being configured so that the capillary tubes are controlled independently of each other.
  • the invention relates to the use of a porous material, comprising pores with a median diameter of between 0.1 pm and 5 mm as a plasma diffuser, preferably in a cold plasma jet device.
  • the porous material may include pores with a median diameter of between 1 pm and 1 mm, better between 10 pm and 500 ⁇ m. even better between 40 pm and 100 pm, even better between 50 pm and 80 pm.
  • the porous material may have a thickness of between 100 ⁇ m and 5 cm.
  • the porous material can be of variable thickness.
  • the porous material has a constant thickness.
  • the porous material may be made of a dielectric, semiconductor, metallic or metallic material covered with a dielectric material, preferably the porous material is made of a dielectric material.
  • the porous material is sintered ceramic, preferably sintered glass, comprising for example materials with a high dielectric constant such as alumina or perovskites.
  • porous material according to the invention as a plasma diffuser can be exploited in any field of application using cold plasmas and in particular for surface treatment or grafting or bonding or propulsion applications.
  • the invention relates to the use of a porous material according to the invention as a plasma diffuser in medical application devices.
  • a device according to the invention may comprise a plasma diffuser and a portion of enlarged cross section.
  • upstream is defined relative to the direction of propagation of the rare gas and the plasma.
  • intermediate is defined relative to the positioning of the plasma relative to the device, the plasma being inside the device.
  • FIG 1 Figure 1 schematically shows a view of a longitudinal section of a plasma generation device illustrating the generation of a cold plasma
  • Figure 2 schematically shows a view of a longitudinal section of a plasma jet device comprising a plasma diffuser according to the invention
  • Figure 3 represents a view of a longitudinal section of a plasma jet device comprising a plasma diffuser according to the invention
  • FIGs 4a, 4b, 4c, 4d and 4e illustrate different embodiments of a device comprising a plasma diffuser according to the 'invention
  • Figure 5 schematizes the application of a plasma to a surface using a plasma jet device
  • Figure 6 is a graph illustrating the propagation and diffusion of a plasma by means of a device according to Figure 5;
  • Figure 7 represents a plasma jet device comprising, among other things, a portion of enlarged cross section,
  • Figure 8 represents a plasma jet device comprising a portion of enlarged cross section according to the invention
  • Figure 9 is a diagram representing a bottom view, in transparency, of a device comprising a portion of enlarged cross section according to the invention.
  • Figure 10 is an example of a device according to the invention comprising a portion of enlarged cross section and a plasma diffuser.
  • the cold plasma is created in a dielectric tube 10 comprising a rare gas 12 at room temperature, an electrode 14 fixed on the dielectric tube 10 creates an electromagnetic field.
  • the rare gas 12, subjected to this electromagnetic field, is the origin of the generation of cold plasma 16.
  • a jet of cold plasma 16 is ejected from device 1.
  • Figure 2 schematically shows a view of a longitudinal section of a plasma jet device 2 according to the invention comprising a plasma diffuser 28.
  • the device 2 comprises, among other things, a capillary tube 20 comprising at least one supply inlet 22 of rare gas 12, a plasma generation zone 24, and at least one plasma outlet 26, and a plasma diffuser 28 arranged on the path outlet of the capillary tube positioned so that the plasma 16 generated in the plasma generation zone 24 passes through the plasma diffuser 28, the plasma diffuser being made of a porous material whose median pore diameter is between 0.1 pm and 5 mm, preferably between 1 pm and 1 mm, better still between 10 pm and 0.5 mm.
  • the plasma 16 spreads homogeneously over a large application surface.
  • the noble gas 12 can be helium, argon, neon or a mixture of gases, for example argon with 5% oxygen.
  • the rare gas is helium.
  • the rare gas flow rate can be between 0.2 L/min and 5 L/min, preferably around 1 L/min.
  • At least one high voltage electrode 14 is fixed on the outer wall of the capillary tube, allowing the generation of plasma in the plasma generation zone 24 from the rare gas 12 introduced through the supply inlet 22.
  • the electrode can deliver a sinusoidal electrical signal with a frequency between 50 Hz to 100 kHz, preferably around 10 kHz, and a voltage between 1 kV and 30 kV, preferably between 2 kV and 4 kV.
  • a second electrode 30 can be fixed on the wall of the capillary tube 20, downstream of the first electrode 14, in the direction of plasma propagation.
  • the second electrode may be a low voltage or high voltage electrode.
  • the second electrode is a low voltage electrode, thus limiting the electromagnetic noise induced by the device 2.
  • the second electrode advantageously makes it possible to initiate or accelerate the propagation of the cold plasma 16 by capillary action in the capillary tube 20.
  • the second electrode can be controlled by a control module (not shown).
  • the control module can be configured to allow a user to adapt the dose of plasma output from the device, by controlling the voltage delivered by the electrode(s).
  • the control module may be configured such that when a switch is closed, a voltage is delivered via the second electrode, and when the switch is open, no voltage is delivered via the second electrode.
  • a single electrode 14 delivers a first electrical signal and a second electrical signal, for example via a modulated signal, comprising a frequency carrier/and a lower frequency signal, the frequency of the lower frequency signal.
  • the high frequency carrier allowing the generation of the cold plasma, and the lower frequency signal allowing the propagation and/or acceleration of the propagation of the cold plasma.
  • the electrode(s) 14; 30 are preferably positioned against the exterior surface of the wall of the capillary tube.
  • the plasma thus produced is isolated from the electrode(s) by the thickness of the wall of the capillary tube and can be brought into contact with a living organism without danger of electric shock or overheating.
  • the porous material 28 may include pores whose median diameter is between 1 ⁇ m and 5 mm.
  • the thickness of the e28 porous material can be between 100 pm and 5cm.
  • the thickness of the e28 porous material can be variable.
  • the thickness of the porous material C28 is constant.
  • Figure 3 illustrates another embodiment of a device 2 according to the invention.
  • the device differs from the example shown in Figure 2 in particular in that it comprises a flared distal part 20a, the plasma diffuser 28 being positioned in this flared distal part 20a.
  • the combination of a flared distal part and a plasma diffuser made of a porous material according to the invention makes it possible to considerably increase the application surface of the cold plasma at the outlet of the device.
  • the plasma diffuser 28 can be arranged at the distal end of the capillary tube, as shown for example in Figures 4a, 4c and 4d.
  • the plasma diffuser 28 can be arranged in the distal part of the capillary tube, inside the capillary tube, and not necessarily on the periphery, as shown in Figure 4b.
  • a distance d28.26 less than or equal to 10 mm can separate the plasma outlet 26 from the porous material 28.
  • a device according to the invention may comprise several rare gas supply inlets 22, possibly several plasma generation zones 24, and a plasma outlet 28. Such an example is shown in Figure 4c.
  • a device according to the invention can include several plasma outlets 26, a plasma diffuser 28 can be placed on the path of each of the outlets 26 of the capillary tube, as illustrated in Figure 4d.
  • the number of plasma outlets 26 is not limited to 1 or 2.
  • a device according to the invention may include more than two plasma outlets, in particular a capillary tube 20 may include 3 plasma outlets.
  • the number of plasma outputs is between 1 and 100.
  • a device can receive plasma outputs, or plasma heads, in modular, removable and interchangeable form.
  • the plasma outputs can be mechanically fixed to the capillary tube.
  • a device according to the invention may comprise several capillary tubes 20, as illustrated in Figure 4e.
  • a device according to the invention comprising several capillary tubes 20 may comprise capillary tubes which differ from each other.
  • the capillary tubes 20 may differ from each other due to their number of power supply inlet(s) 22, their number of plasma outlet(s) 26, the presence of one or more plasma diffuser(s) 28, the presence of a portion of enlarged cross section 60, their maximum or minimum diameter of the capillary tube, the thickness of the wall of the capillary tube, or the presence of a flared distal portion 20a. This list is not exhaustive.
  • Figure 6 is a graph illustrating the propagation of a plasma in a capillary tube 20 comprising a porous material 28' on the plasma exit path.
  • the plasma was generated in a capillary tube 20 subjected to an electromagnetic field by means of a high voltage annular electrode 14 made of copper, the plasma being applied to a glass target surface 4 under which an aluminum strip has been deposited, a space of 5 mm separating the plasma outlet 26 of the capillary tube from the target surface 4, the electrode 14 generating an electrical signal with a voltage of approximately 4.4 +/-0.30 kV, at a frequency of 15 kHz.
  • Graph 6 has as abscissa and ordinate axes a number of pixels, one pixel being equal to 50 pm.
  • Figure 7 represents a plasma jet device 3 according to the invention comprising a portion of enlarged cross section 60.
  • the device 3 shown in Figure 7 comprises a capillary tube 20 comprising a rare gas supply inlet 22, a plasma generation zone, the plasma being generated by the electrode 14, and a plasma outlet 26; the capillary tube comprising downstream of the plasma generation zone and upstream of a distal part of the capillary tube 20a, a portion of enlarged cross section 60.
  • the portion of enlarged cross section 60 may include the plasma generation zone 24.
  • the portion of enlarged cross section 60 may have a maximum diameter to height ratio, D p , ma x/h p , of between 0.1 and 100.
  • the portion of enlarged cross section advantageously opens onto a bottleneck 62 in the direction of the plasma outlet 26.
  • the portion of enlarged cross section 60 can be located at a distance D from the plasma outlet, between 0 and 10 cm.
  • the diameter d p of the portion of enlarged cross section can be variable, in particular it can increase then decrease from upstream to downstream. In one embodiment, the diameter d p of the portion of enlarged cross section can decrease from upstream to downstream.
  • the interior volume of the portion of enlarged cross section may have a shape which is substantially spherical, better still spherical, substantially ellipsoidal, better still ellipsoidal, or substantially cylindrical, better still cylindrical. These examples are not limiting.
  • the interior volume of the portion of enlarged cross section can be between 0.2 cm 3 and 250 cm 3 .
  • the minimum diameter of the capillary tube can be the diameter of the bottleneck d s .
  • the capillary tube has several plasma outlets, the portion of enlarged cross section comprising several bottlenecks 62 each leading to a plasma outlet.
  • Figure 9 represents a bottom view of a capillary tube 20 comprising three plasma outlets 26 and a portion of enlarged cross section 60.
  • a portion of enlarged cross section is provided in the capillary tube.
  • the ratio of the maximum diameter of the portion of enlarged cross section to the inlet diameter of the portion of enlarged cross section d e can be between 1 and 1000, preferably between 1 and 500, better still between 1 and 50.
  • the ratio of the maximum diameter of the portion of enlarged cross section to the diameter of the bottleneck d s can be between 1 and 1000, preferably between 1 and 100, better still between 1 and 50.
  • the diameter of the inlet of the portion of enlarged cross section d e is greater than the diameter of the bottleneck d s .
  • the diameter of the distal part 20a of the capillary tube can be constant, as shown in Figure 7.
  • the distal part 20a is flared.
  • the portion of enlarged cross section may include a wall of thickness e p smaller than a wall of the distal part e s , as in the example of Figure 8.
  • the ratio of the thickness of the wall of the distal part e s to the thickness of the wall of the portion of enlarged cross section e p , e s /e p can be between 1 and 4.
  • the maximum diameter of the capillary tube is less than 3 mm, preferably less than 1 mm.
  • a device according to the invention may comprise sensors 64i, 642, in particular optical sensors 64i, thermal sensors, or voltage sensors 642.
  • the sensors 64i, 642 can provide measurements to a control module 66 which can retroactively adapt the dose of plasma transmitted out of the device, preferably adapting the treatment time, the power, via the voltage and/or the frequency delivered by a high voltage power supply 70 to the electrode 14 at the origin of the plasma generation, the power, via the voltage and/or frequency delivered by the high voltage power supply to another electrode fixed on the wall of the capillary tube, preferably on the outer wall, preferably downstream of the electrode at the origin of the plasma generation, for example configured to trigger or accelerate the propagation of the plasma towards the plasma outlet, and/or the flow rate of rare gas at the inlet of the rare gas supply 22.
  • the sensors may include voltage sensors measuring a difference in voltages along the capillary tube.
  • the sensors may include voltage sensors 642 measuring a difference in voltages between the capillary tube and the surface on which the plasma is intended to be applied 4.
  • the sensors may include temperature sensors measuring a temperature at the plasma outlet or a temperature on a surface 4 on which the plasma is intended to be applied.
  • the sensors may include flow sensors measuring the flow of noble gas entering the supply inlet.
  • the sensors may include biosensors, that is, sensors capable of detecting and transforming a biochemical signal into a quantifiable physical signal.
  • the sensors include, for example, electrocardiograms, fixed on the surface 4 on which the plasma is intended to be applied.
  • the control module 66 can modify one or more parameters chosen from the processing time, a power, a voltage and/or a frequency delivered by a high voltage power supply 70 to an electrode fixed on the wall of the capillary tube, preferably on the exterior wall, and/or a flow of rare gas at the inlet of the rare gas supply 22, making it possible to adapt the dose of plasma ejected of the device.
  • control module 66 does not retroactively adapt the dose of plasma ejected from the device but transmits the measurements provided by the sensors or an analysis of the measurements provided by the sensors to an interface of control 68, via digital communication means 72.
  • the control interface 72 allows a user to manually control the dose of plasma ejected from the device, and to adapt it according to the measurements provided by the sensors 64i, 642.
  • the user can modify the power, the voltage and/or the frequency delivered by the high voltage power supply 70 to the electrode 14 at the origin of the plasma generation, the power, the voltage and/or the frequency delivered by a current source to another electrode fixed on the wall of the capillary tube, preferably on the exterior wall, preferably downstream of the electrode at the origin of the plasma generation, for example configured to trigger or accelerate the propagation of the plasma towards the plasma outlet, and/or the flow rate of rare gas at the inlet of the rare gas supply 22, and/or the distance from the plasma outlet 26 to the surface 4 on which the plasma is intended to be applied.
  • Figure 10 is an example of implementation of a device according to the invention comprising a plasma diffuser 28 and a portion of enlarged cross section 60.
  • the comparison made it possible to measure a maximum surface on which a plasma can extend homogeneously, via a plasma jet, when the plasma is generated and applied using one of the following four devices: KinPen® MED (Neoplas tools GmbH, Greifswald, Germany), PlasmaDerm® (CINOGY GmbH, Duderstadt, Germany), SteriPlas (Adtec Plasma Technology, Adtec Europe, Hunslow, United Kingdom) and a device according to the invention comprising a plasma diffuser.
  • KinPen® MED Neoplas tools GmbH, Greifswald, Germany
  • PlasmaDerm® CINOGY GmbH, Duderstadt, Germany
  • SteriPlas Adtec Plasma Technology, Adtec Europe, Hunslow, United Kingdom
  • a device according to the invention comprising a plasma diffuser.
  • the KinPen® MED is a portable device with a continuously generated source of medical plasma and comprising a pen-shaped applicator delivering a jet of cold plasma at atmospheric pressure using argon as a carrier gas.
  • Typical length of plasma effluent is 8 to 12 mm with a diameter of 1 mm.
  • the plasma jet is guided vertically in precise and arbitrary 3D movements of approximately 5 mm/s on the target, resulting in an average processing time of 30 to 60 s/cm2.
  • the KinPen® MED therefore delivers a non-diffuse jet concentrated at one point.
  • the effective treatment area is reduced to a few mm 2 .
  • the PlasmaDerm® is a plasma device allowing the treatment of large areas. It is equipped with several configurable plasma heads allowing it to cover an area of up to 27 cm 2 .
  • the plasma source is based on the concept of dielectric barrier discharge (DBD).
  • the carrier gas can be argon or air.
  • DBD dielectric barrier discharge
  • the generated plasma behaves differently between two alternations of plasma discharge and the lack of homogeneity of the transferred plasma requires great expertise from the user.
  • the device is in direct, mechanical contact with the target.
  • the SteriPlas is a large medical device on casters with an articulated arm with a treatment head that releases cold argon-based plasma to the treatment area.
  • the plasma torch has 6 electrodes and argon is used as the carrier gas to carry the gas flow to the target.
  • the plasma torch opening has a diameter of 3.5 cm allowing a treatment area of up to 12 cm 2 .
  • a device makes it possible to cover a surface of 1 to 50 cm 2 with the initial propagation of a single plasma jet, in particular without the need for contact with the target.
  • a device according to the invention allows better propagation of the plasma. Not only is it possible to treat large surfaces more quickly and more evenly, but the device also allows better adaptability and greater dosing precision.
  • Such a device is particularly advantageous for the treatment of burns, for example to treat severe burn victims.
  • such a device is suitable for treating all types of wounds, in particular chronic wounds of different types. It was not obvious that sintered glass in particular, as a porous material, could be used as a plasma diffuser in cold plasma jet devices.
  • the invention allows dynamic control of the dose of plasma ejected from the plasma jet device and thus allows the user to better adapt each treatment according to the wound or clinical context.
  • a device may comprise a safety system configured to control the dose of plasma ejected from the device, and/or control the current delivered, and/or control a temperature of the plasma leaving the device and/or control a plasma power and/or control a rare gas pressure in a rare gas cylinder supplying the rare gas supply inlet of the capillary tube and/or control a rare gas pressure in the capillary tube, particularly in the portion of enlarged cross section, when the capillary tube includes one.
  • the safety system can be a quick circuit breaker, or a control of the microcontroller of the high voltage power supply of the electrode at the origin of the plasma generation.
  • a device according to the invention preferably comprises redundancy, in particular in order to comply with regulations relating to medical devices.
  • a device is preferably configured to comply with all or part of the following standards: ISO 13485:2016, ISO 14971:2019, IEC 62304/AE2018, IEC 62366-1:2015, ISO 15223-1:2016 , ISO 10993, IEC 60601-1, AAMI TIR 57, 14155:2020 (if RIPH1), DIN SPEC 91315. This list is not exhaustive.

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Abstract

Dispositif à jet de plasma Dispositif à jet de plasma froid à pression atmosphérique (3) comportant : - au moins un tube capillaire (20) comportant au moins une entrée d'alimentation (22) en gaz rare, une zone de génération de plasma (24), et au moins une sortie de plasma (26); le tube capillaire comportant en aval de la zone de génération du plasma et en amont d'une partie distale du tube capillaire, une portion de section transversale élargie (60), de préférence la portion de section transversale élargie présentant un ratio largeur/hauteur compris entre 0,1 et 1000, la largeur correspondant au diamètre intérieur maximal de la portion de section transversale élargie.

Description

Description
Titre : Dispositif à jet de plasma
Domaine technique
La présente invention concerne les dispositifs à jet de plasma froid à pression atmosphérique. En particulier, la présente invention concerne le domaine des plasmas froids dans des applications cosmétiques ou médicales notamment pour des applications cutanées telles que le traitement de cellules cancéreuses, la cicatrisation ou la stérilisation de plaies, par exemple de plaies chroniques ou aiguës post-opératoires, ou dans le cadre de greffe, en post-greffe pour favoriser la cicatrisation et prévenir des infections ou en pré-greffe pour préparer la peau.
Technique antérieure
L’utilisation de plasma froid, produit à partir d’un gaz rare, classiquement l’hélium ou l’argon, soumis à une décharge électrique délivrée par une alimentation à haute tension, à température ambiante, est bien connue dans le domaine des applications médicales cutanées. Le plasma se propage sous forme impulsionnelle, et éventuellement périodique jusqu’à la sortie du capillaire, et au contact avec l’air ambiant produit des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote, qui, avec le champ électrique, sont responsables des effets biologiques des plasmas froids.
Le traitement de la peau avec la technique de plasma froid à pression atmosphérique a montré ses preuves dans les traitements de blessures cutanées, prurit et d’infections de la peau. Notamment, il est connu que le plasma accélère la cicatrisation de plaies en favorisation la ré-épithélialisation, en réduisant l’inflammation par le biais d’activation des mécanismes de protection du corps et de recrutement des cellules immunitaires dans la zone de la plaie, en activant les fibroblastes qui induisent le réarrangement du cytosquelette actine et favorise la synthèse matricielle, en activant des cytokines cicatrisantes et des facteurs de croissance dans les fibroblastes et les kératinocytes, en induisant une néovascularisation et la production de protéines pro-angiogéniques chez les cellules endothéliales.
L’utilisation de plasma froid a l’avantage d’être sans contact direct et sans douleur pour les patients. De plus, les temps de traitement sont relativement courts, et aucune réaction allergique, résistance bactérienne, ou autres effets secondaires n’a été observé jusqu’à présent.
En outre, plusieurs études ont montré que les bactéries, les champignons, des biofilms, des virus et des spores peuvent être tués très efficacement au moyen de plasma froid (activité biocide).
Cependant, les dispositifs de génération de plasma de conformité européenne actuellement sur le marché ne permettent pas de contrôler la puissance et la dose de plasma à appliquer sur une surface de peau déterminée. De plus, ces dispositifs ne permettent pas non plus de modifier la surface d’application du plasma. En particulier, les dispositifs actuellement connus permettent uniquement aux praticiens de contrôler la durée d’application du plasma, car la puissance délivrée ainsi que la distribution du plasma sont non homogènes. La réalisation d’un traitement fondée principalement sur un critère de durée induit une forte incertitude et la non-reproductibilité du traitement.
US 8 961 888 décrit un générateur de plasma à pression atmosphérique ayant une zone de génération de plasma accrue afin de traiter une grande surface, la zone de génération de plasma étant en un matériau isolant, permettant de stabiliser la formation de plasma dans toute la zone de génération de plasma. US 8 961 888 précise que le matériau de la zone de génération de plasma peut être en céramique frittée, matériau présentant des qualités mécaniques de résistance permettant de supporter le plasma ainsi généré.
US 2011/0042008 décrit un générateur de plasma pour générer un plus grand volume de plasma et stabiliser la décharge électrique à l’origine de la génération du plasma.
US 2010/0147464 décrit un appareil de traitement par plasma comportant entre autres une électrode formée d’une couche conductrice recouverte d’un substrat isolant, le substrat étant en céramique frittée. L’appareil décrit dans US 2010/0147464 permet d’obtenir un appareil de traitement par plasma plus résistant aux instabilités de décharges électriques, à moindre coût.
US 2009/0016941 décrit un dispositif d’électrode de décharge de plasma permettant un rendement énergétique amélioré.
Exposé de l’invention
Il existe un besoin permanent pour un dispositif facilitant le traitement par application de plasma froid pour le traitement de tout type de plaies. En particulier, il existe un besoin pour un dispositif garantissant la reproductibilité d’un traitement cutané et permettant l’adaptation du traitement à chaque type de plaie, notamment de grande surface. Il existe également un besoin permanent pour un dispositif permettant de minimiser la durée d’un traitement par application de plasma froid et de garantir son innocuité.
L’invention vise à répondre à tout ou partie de ces besoins.
Résumé de l’invention
Diffuseur plasma
Selon un premier aspect de l’invention, l’invention porte sur un dispositif à jet de plasma froid à pression atmosphérique comportant :
- au moins un tube capillaire comportant au moins une entrée d’alimentation en gaz rare, une zone de génération de plasma, et au moins une sortie de plasma ;
- au moins un diffuseur plasma disposé sur le trajet de sortie du tube capillaire positionné de sorte que le plasma généré dans la zone de génération de plasma traverse le diffuseur plasma, le diffuseur plasma étant en un matériau poreux dont le diamètre médian des pores est avantageusement compris entre 0,1 pm et 5 mm, mieux supérieur à 1 pm et inférieur à 1 mm, encore mieux supérieur à 10 pm et inférieur à 500 pm.
Un dispositif selon l’invention permet une diffusion homogène du plasma. Il permet également de traiter aisément des plaies de grande surface, et de réduire la durée d’application.
En particulier, la présence du diffuseur plasma sur le trajet de sortie du tube capillaire permet de traiter des surfaces allant de 1 à 50 cm2, de façon homogène, en une seule impulsion de plasma. La présence du diffuseur plasma en sortie du tube capillaire peut permettre en effet de multiplier par un facteur 1000 la surface sur laquelle le plasma généré peut être appliqué, par rapport à un dispositif ne comportant aucun élément diffuseur.
Enfin, l’utilisation d’un dispositif selon l’invention permet une consommation en gaz rare réduite. Notamment, un tel dispositif permet avantageusement de limiter les pertes lors de l’éjection du plasma hors du dispositif.
On entend par tube capillaire, un tube dans lequel le jet de plasma froid est créé et se propage.
Un diffuseur plasma favorise l’augmentation de la section du jet de plasma. Le diamètre médian des pores du diffuseur plasma peut être supérieur à 0,1 pm et inférieur à 5 mm, mieux supérieur à 1 pm et inférieur à 1 mm, encore mieux supérieur à 10 pm et inférieur à 500 pm, encore mieux supérieure à 40pm et inférieur à 100 pm, encore mieux supérieur à 50 pm et inférieur à 80 pm.
Le diffuseur plasma peut présenter une épaisseur comprise entre 100 pm et 5 cm, mieux comprise entre 500 pm et 1 cm, encore mieux comprise entre 800 pm et 0,5 cm.
L’épaisseur du diffuseur plasma peut être variable.
De préférence, l’épaisseur du diffuseur plasma est constante.
Le diffuseur plasma peut être en un matériau diélectrique, semiconducteur, métallique ou métallique recouvert d’un matériau diélectrique, ou une combinaison de ces matériaux, de préférence le diffuseur plasma est en un matériau diélectrique.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le diffuseur plasma est en céramique frittée, de préférence en verre fritté, comportant par exemple des matériaux à forte constante diélectrique comme l’alumine ou les pérovskites.
Le diffuseur plasma peut s’étendre dans un plan perpendiculaire au sens de propagation du plasma dans le tube capillaire.
Dans un mode de réalisation, plusieurs diffuseurs plasma sont disposés sur le trajet de sortie du tube capillaire et sont positionnés de sorte que le plasma généré dans la zone de génération de plasma traverse les diffuseurs plasma successivement.
Le tube capillaire peut comporter une partie distale, comportant la sortie de plasma, qui est évasée. La partie distale évasée peut s’étendre sur une longueur, dans le sens de propagation du plasma, inférieure ou égale à 20 cm, de préférence inférieure ou égale à 10 cm, mieux inférieure ou égale à 5 cm. Le ratio du diamètre maximal de la partie distale sur le diamètre minimal de la partie distale peut être compris entre 1 et 100.
Les diamètres sont mesurés perpendiculairement au sens de propagation du plasma et sont intérieurs, c’est-à-dire que les parois du tube ne sont pas prises en compte pour la mesure du diamètre.
De préférence, le diffuseur plasma est positionné dans la partie distale évasée du tube capillaire, perpendiculairement au sens de propagation du plasma dans le tube capillaire.
Le diffuseur plasma ainsi positionné permet une stabilisation du plasma sur une plus grande dimension. Par ailleurs, le diffuseur plasma permet d’éviter une rétrodiffusion de l’air vers la partie distale évasée, améliorant ainsi la stabilité et l’homogénéité du plasma traversant le diffuseur.
Le diffuseur plasma peut être positionné à l’extrémité de la partie distale évasée, autrement dit le diffuseur plasma peut être positionné au niveau de la partie distale du tube capillaire présentant le diamètre le plus grand.
Le tube capillaire peut comporter une paroi d’épaisseur fixe ou d’épaisseur variable. Dans le cas particulier d'une paroi d'épaisseur variable, la paroi de la partie distale peut être plus large que la paroi de la zone de génération de plasma. La paroi de la partie distale peut avoir une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 5 mm. Le ratio de l’épaisseur de la paroi de la zone de génération de plasma sur l’épaisseur de la partie distale peut être compris entre 0,1 et 10.
Un dispositif selon l’invention peut comporter plus de deux sorties de plasma et/ou plus de deux tubes capillaires. De préférence, le nombre de sorties de plasma est compris entre 1 et 100, de préférence entre 1 et 50, mieux entre 1 et 10.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte un tube capillaire comportant 3 sorties de plasma, chaque sortie de plasma comportant un diffuseur plasma.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le dispositif comporte plusieurs tubes capillaires, chaque tube capillaire comportant 3 sorties de plasma, chacune des sorties de plasma comportant un diffuseur plasma, de préférence chaque tube capillaire comportant une entrée d’alimentation en gaz rare.
Un diffuseur plasma peut être positionné sur le chemin de sortie de chaque sortie de plasma, le dispositif plasma comportant autant de diffuseurs plasma que de sorties de plasma. Alternativement, un diffuseur plasma peut être positionné sur le chemin de sortie de plusieurs sorties plasma.
Selon une autre variante de l’invention, plusieurs diffuseurs plasma successifs peuvent être positionnés sur le chemin de sortie de chaque sortie de plasma.
Le diffuseur plasma peut être porté à un potentiel prédéterminé. De préférence, le diffuseur plasma peut être à un potentiel flottant ou relié à une électrode active ou passive, permettant de moduler la propagation du plasma.
Volume tampon Selon un deuxième aspect de l’invention, l’invention porte sur un dispositif à jet de plasma froid à pression atmosphérique comportant :
- au moins un tube capillaire comportant au moins une entrée d’alimentation en gaz rare, une zone de génération de plasma, et au moins une sortie de plasma ; le tube capillaire comportant en aval de la zone de génération du plasma et en amont d’une partie distale du tube capillaire, une portion de section transversale élargie, de préférence la portion de section transversale élargie présentant un ratio largeur/hauteur compris entre 0,1 et 1000, de préférence entre 0,5 et 100, mieux entre 0,8 et 10, la largeur correspondant au diamètre intérieur maximal de la portion de section transversale élargie.
La largeur correspond au diamètre intérieur maximal de la portion de section transversale élargie, le diamètre étant mesuré perpendiculairement au sens de propagation du plasma dans le tube. Le diamètre est dit intérieur, c’est-à-dire que les parois du tube ne sont pas prises en compte.
La portion de section transversale élargie forme un volume tampon permettant la diminution d’environ 20% de la tension d’amorçage du plasma, c’est-à-dire la tension nécessaire à appliquer à une électrode pour permettre la formation du plasma dans la zone de génération de plasma du tube capillaire. La propagation du plasma nécessite moins d’énergie. De plus, le bruit électromagnétique généré est réduit.
La portion de section transversale élargie débouche avantageusement sur un goulot d’étranglement en direction de la sortie de plasma.
La portion de section transversale élargie peut en particulier comporter un diamètre maximum supérieur au diamètre maximum de la zone de génération de plasma et/ou au diamètre maximum de la parie distale du tube capillaire.
En outre, une telle portion de section transversale élargie permet de mieux contrôler la dose de plasma, c’est-à-dire la quantité d’énergie plasma, transférée hors du dispositif et ainsi contrôler l’application du plasma sur la surface à traiter.
Le dispositif peut comporter un capteur mesurant la pression dans la portion de section transversale élargie et/ou la vitesse de propagation du plasma dans le tube capillaire.
La portion de section transversale élargie peut être située à une distance comprise entre 0 cm et 10 cm de la sortie de plasma, de préférence entre 0 cm et 7 cm, mieux entre 0 cm et 5 cm. Le diamètre de la portion de section transversale élargie peut être variable, en particulier il peut augmenter puis diminuer de l’amont vers l’aval.
Le volume intérieur de la portion de section transversale élargie peut présenter une forme adaptée à l’écoulement du gaz, sensiblement sphérique, mieux sphérique, sensiblement ellipsoïdale, mieux ellipsoïdale, ou sensiblement cylindrique, mieux cylindrique, sensiblement parallélépipédique, mieux parallélépipédique.
Bien entendu, cette liste n’est pas limitative. Le volume intérieur de la portion de section transversale élargie peut présenter d’autres formes géométriques. En particulier, la forme peut comporter, ou non, un axe ou un centre de symétrie, peut être une combinaison des formes précitées.
Le volume intérieur de la portion de section transversale élargie peut être compris entre 0,2 cm3 et 250 cm3, de préférence entre 0,5 cm3 et 200 cm3, mieux entre 1 cm3 et 25 cm3.
Le diamètre minimal du tube capillaire peut être le diamètre du goulot d’étranglement, c’est-à-dire le diamètre de la sortie de la portion de section transversale élargie, dans le sens de propagation du plasma.
De préférence, le diamètre de l’entrée de la portion de section transversale élargie est supérieur au diamètre du goulot d’étranglement.
Le goulot d’étranglement peut être porté à un potentiel prédéterminé. Le potentiel prédéterminé peut être choisi de sorte à maintenir le plasma froid dans la portion de section transversale élargie, le potentiel prédéterminé étant modifié pour permettre le déplacement du plasma froid vers la sortie de plasma.
Dans un mode de réalisation particulier, le tube capillaire comporte plusieurs sorties de plasma, la portion de section transversale élargie comportant plusieurs goulots d’étranglement menant chacun vers une sortie de plasma.
Alternativement, le tube capillaire comporte plusieurs sorties de plasma, pour chacune des sorties de plasma, une portion de section transversale élargie étant ménagée dans le tube capillaire.
Le ratio du diamètre maximum de la portion de section transversale élargie sur le diamètre de l’entrée d’alimentation et/ou du diamètre maximum de la portion de section transversale élargie sur le diamètre du goulot d’étranglement peut être compris entre 1 et 1000, de préférence entre 1 et 500, mieux entre 1 et 50. Le ratio du diamètre maximum de la portion de section transversale élargie sur le diamètre minimal du tube capillaire peut être compris entre 2 et 40.
Dans un mode de réalisation particulier, la partie distale est évasée. Le tube capillaire peut comporter une section transversale de diamètre minimal entre la portion de section transversale élargie et la partie distale évasée.
Alternativement, le diamètre de la partie distale du tube capillaire est constant.
La portion de section transversale élargie peut comporter une paroi d’épaisseur plus faible qu’une paroi de la partie distale.
Le ratio de l’épaisseur de la paroi de la partie distale sur l’épaisseur de la paroi de la portion de section transversale élargie peut être compris entre 1 et 4.
La portion de section transversale élargie peut être en un matériau distinct du tube capillaire. De préférence, la portion de section transversale élargie est venue de matière avec le tube capillaire.
Le tube capillaire comportant au moins une entrée d’alimentation en gaz rare, au moins une sortie de plasma, une zone de génération de plasma et une portion de section transversale élargie peut être fabriqué par moulage ou soufflage, ou encore par fabrication additive.
Le tube capillaire comportant au moins une entrée d’alimentation en gaz rare, au moins une sortie de plasma, une zone de génération de plasma et une portion de section transversale élargie peut être en verre ou en tout matériau isolant avec une constante diélectrique élevée.
Le tube capillaire comportant au moins une entrée d’alimentation en gaz rare, au moins une sortie de plasma, une zone de génération de plasma et une portion de section transversale élargie peut être monolithique.
Le diamètre maximal du tube capillaire est de préférence inférieur à 3 mm, de préférence encore inférieur à 1 mm.
Le tube capillaire peut être en partie amovible. En particulier, la partie distale peut être amovible. De préférence, la partie en aval de la zone de génération de plasma est amovible, c’est-à-dire qu’elle peut être désengagée, dévissée de la partie comportant la zone de génération de plasma et l’entrée d’alimentation en gaz rare.
La partie en aval amovible et la partie en amont comportant la zone de génération de plasma et l’entrée d’alimentation en gaz rare peut comporter une complémentarité de forme. En particulier, la partie en amont peut comporter une complémentarité de forme avec plusieurs parties en aval amovibles différentes.
Amorçage
Un dispositif selon l’invention peut comporter une électrode haute tension fixée sur la paroi extérieure et/ou sur la paroi intérieure du tube capillaire, le dispositif étant configuré de sorte que l’électrode délivre un premier signal électrique et un deuxième signal électrique ayant deux fréquences distinctes, la fréquence du premier signal électrique étant définie de sorte que lorsque l’électrode délivre ce premier signal électrique, le gaz rare introduit dans le tube capillaire et soumis à la tension du premier signal électrique génère le plasma, la fréquence du deuxième signal électrique étant définie de sorte à générer une impulsion d’amorçage de propagation du plasma vers la sortie de plasma, la fréquence du deuxième signal électrique étant plus faible que la fréquence du premier signal électrique, de préférence dans un rapport fréquence premier signal/fréquence deuxième signal supérieur à 1 et inférieur ou égal à 1000, de préférence compris entre 3 et 100, mieux compris entre 5 et 50.
Le deuxième signal permet avantageusement d’amorcer et/ou d’accélérer la propagation du plasma dans le tube capillaire.
Le deuxième signal permet en particulier d’adapter la dose de plasma éjectée hors du dispositif.
On entend par dose de plasma, la quantité d’énergie plasma transmise sur la cible.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le premier signal électrique est une onde porteuse modulée par le deuxième signal. Un tel mode de réalisation permet avantageusement de diminuer sensiblement le bruit électromagnétique d’un dispositif à jet plasma.
Dans un autre mode de réalisation, les premier et deuxième signaux électriques sont délivrés via une première électrode et une deuxième électrode respectivement, la première électrode étant positionnée en amont de la deuxième électrode, dans le sens de propagation du plasma.
La deuxième électrode peut être positionnée en aval de la portion de section transversale élargie dans le sens de propagation du plasma. La deuxième électrode peut être positionnée dans la partie distale du tube capillaire.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif peut comporter au moins deux deuxièmes électrodes, par exemple positionnées au goulot d’étranglement d’un dispositif selon l’invention comportant une portion de section transversale élargie et dans la partie distale du tube capillaire.
Les première et/ou deuxième(s) électrodes peuvent être positionnées à l’extérieur ou à l’intérieur de la paroi du dispositif.
Le dispositif peut comporter un interrupteur, le deuxième signal électrique étant émis lorsque l’interrupteur est en position fermée. Ainsi, le deuxième signal électrique peut être délivré uniquement lorsqu’un interrupteur est ouvert, par exemple lorsqu’un bouton poussoir est enclenché.
Le premier signal peut être un signal continu, alternatif ou pulsé ou mixte.
Le deuxième signal peut être un signal continu, alternatif ou pulsé.
Avantageusement, un dispositif selon l’invention permet de mieux contrôler la dose de plasma en sortie du dispositif.
Contrôle de paramètres
Un dispositif selon l’invention peut comporter un ou plusieurs capteurs, par exemple choisi parmi : un capteur de tension, un capteur de puissance, un capteur de fréquence, un capteur de débit, un capteur de distance ou un capteur thermique.
Un capteur peut être configuré pour mesurer la puissance du plasma délivré en sortie du diffuseur plasma et/ou en sortie du générateur de plasma.
Un capteur peut être configuré pour mesurer une tension entre le plasma délivré en sortie du diffuseur plasma et une surface sur laquelle le plasma est destiné à être appliqué ou entre le plasma délivré en sortie du générateur de plasma et une surface sur laquelle le plasma est destiné à être appliqué.
Un capteur peut être configuré pour mesurer la température lors de l’application du plasma froid sur la surface sur laquelle le plasma est destiné à être appliqué.
De préférence, le dispositif selon l’invention comporte en outre un module de contrôle configuré pour analyser les mesures issues d’un ou plusieurs capteurs. Le module de contrôle peut être configuré pour modifier, en fonction de mesures analysées issues d’un ou plusieurs capteurs, une tension ou une fréquence d’un signal électrique délivré pour la génération du plasma dans la zone de génération du plasma, une tension ou une fréquence d’un signal électrique délivré pour déclencher ou accélérer la propagation du plasma dans le tube capillaire, une dose de plasma éjectée par le dispositif sur la cible, la cible correspondant à la surface sur laquelle le plasma est destiné à être appliqué, une température du plasma en sortie de plasma du tube capillaire, une pression dans la zone de génération du plasma, une pression du gaz rare dans le tube capillaire, une pression dans une portion de section transversale élargie, un débit du gaz rare à l’entrée d’alimentation.
Dans un mode de réalisation, le module de contrôle présente sur une interface digitale, les mesures et/ou les analyses des mesures. Un opérateur peut alors aisément modifier une fréquence, une tension, une pression et/ou un débit pour adapter la dose de plasma voulue en sortie du dispositif et/ou sélectionner un mode particulier de régime plasma.
Les plasmas froids existent dans une grande variété de régimes et leurs décharges revêtent différentes typologies en fonction des conditions de production (décharges par jets diffusifs, décharges filamentaires, décharge à cathode creuse).
On entend par mode de régime plasma, un mode de fonctionnement du plasma permettant d’atteindre une typologie particulière de la décharge.
Un dispositif selon l’invention permet avantageusement une adaptation de la dose de plasma délivrée en temps réel, facilitant l’application et garantissant l’innocuité d’un traitement.
De préférence, un dispositif selon l’invention comporte plusieurs tubes capillaires, un module de contrôle et des capteurs, et éventuellement une interface digitale, le dispositif étant de préférence configuré de sorte que les tubes capillaires sont contrôlés indépendamment les uns des autres.
Procédé d’utilisation
L’invention porte encore selon un autre de ses aspects sur l’utilisation d’un matériau poreux, comportant des pores de diamètre médian compris entre 0,1 pm et 5 mm comme diffuseur plasma, de préférence dans un dispositif à jet de plasma froid. Le matériau poreux peut comporter des pores de diamètre médian compris entre 1 p m et 1 mm, mieux compris entre 10 pm et 500 uni. encore mieux compris entre 40 p m et 100 pm, encore mieux compris entre 50 pm et 80 pm.
Le matériau poreux peut présenter une épaisseur comprise entre 100 pm et 5 cm.
Le matériau poreux peut être d’épaisseur variable. De préférence, le matériau poreux comporte une épaisseur constante.
Le matériau poreux peut être en un matériau diélectrique, semi-conducteur, métallique ou métallique recouvert d’un matériau diélectrique, de préférence le matériau poreux est en un matériau diélectrique.
De préférence, le matériau poreux est en céramique frittée, de préférence en verre fritté, comportant par exemple des matériaux à forte constante diélectrique comme l’alumine ou les pérovskites.
L’utilisation d’un matériau poreux selon l’invention en tant d’un diffuseur plasma peut être exploité dans tout domaine d’application utilisant les plasmas froids et notamment pour des applications de traitement de surface ou de greffage ou de collage ou propulsion.
De préférence, l’invention porte sur l’utilisation d’un matériau poreux selon l’invention en tant que diffuseur plasma dans des dispositifs d’applications médicales.
Les différents aspects de l’invention peuvent être combinés entre eux. En particulier, un dispositif selon l’invention peut comporter un diffuseur plasma et une portion de section transversale élargie.
Les termes « amont », « aval », « entrée », « sortie » sont définis relativement au sens de propagation du gaz rare et du plasma. Les termes « intérieur », « extérieur » sont définis relativement au positionnement du plasma par rapport au dispositif, le plasma étant à l’intérieur du dispositif.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] la figure 1 schématise une vue d’une coupe longitudinale d’un dispositif de génération de plasma illustrant la génération d’un plasma froid, [Fig 2] la figure 2 schématise une vue d’une coupe longitudinale d’un dispositif à jet de plasma comportant un diffuseur plasma selon l’invention,
[Fig 3] la figure 3 représente une vue d’une coupe longitudinale d’un dispositif à jet de plasma comportant un diffuseur plasma selon l’invention,
[Fig 4a], [Fig 4b], [Fig 4c], [Fig 4d] et [Fig 4e] les figures 4a, 4b, 4c, 4d et 4e illustrent différents modes de réalisation d’un dispositif comportant un diffuseur plasma selon l’invention,
[Fig 5] la figure 5 schématise l’application d’un plasma sur une surface au moyen d’un dispositif à jet de plasma,
[Fig 6] la figure 6 est un graphe illustrant la propagation et la diffusion d’un plasma au moyen d’un dispositif selon la figure 5;
[Fig 7] la figure 7 représente un dispositif à jet de plasma comportant entre autres une portion de section transversale élargie,
[Fig 8] la figure 8 représente un dispositif à jet de plasma comportant une portion de section transversale élargie selon l’invention,
[Fig 9] la figure 9 est un schéma représentant une vue de dessous, en transparence, d’un dispositif comportant une portion de section transversale élargie selon l’invention, et
[Fig 10] la figure 10 est un exemple de dispositif selon l’invention comportant une portion de section transversale élargie et un diffuseur plasma.
Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonctions identiques portent le même signe de référence. Leur description n’est par reprise en regard de chacune des figures, seules les principales différences entre les modes de réalisations étant mentionnées.
Description détaillée
On a illustré à la figure 1, le fonctionnement d’un dispositif à jet de plasma 1 de l’art antérieur.
Classiquement, le plasma froid est créé dans un tube diélectrique 10 comprenant un gaz rare 12 à température ambiante, une électrode 14 fixée sur le tube diélectrique 10 crée un champ électromagnétique. Le gaz rare 12, soumis à ce champ électromagnétique est à l’origine de la génération du plasma froid 16. Un jet de plasma froid 16 est éjecté du dispositif 1.
La figure 2 schématise une vue d’une coupe longitudinale d’un dispositif à jet de plasma 2 selon l’invention comportant un diffuseur plasma 28.
Le dispositif 2 comporte entre autres un tube capillaire 20 comportant au moins une entrée d’alimentation 22 en gaz rare 12, une zone de génération de plasma 24, et au moins une sortie de plasma 26, et un diffuseur plasma 28 disposé sur le trajet de sortie du tube capillaire positionné de sorte que le plasma 16 généré dans la zone de génération de plasma 24 traverse le diffuseur plasma 28, le diffuseur plasma étant en un matériau poreux dont le diamètre médian des pores est compris entre 0,1 pm et 5 mm, de préférence entre 1 pm et 1 mm, mieux entre 10 pm et 0,5 mm.
En sortie du tube, le plasma 16 se propage de façon homogène sur une grande surface d’application.
Le gaz rare 12 peut être de l’hélium, de l’argon, du néon ou un mélange de gaz, par exemple de l’argon avec 5% d’oxygène. De préférence, le gaz rare est de l’hélium.
Le débit en gaz rare peut être compris entre 0,2 L/min et 5 L/min, de préférence environ 1 L/min.
Au moins une électrode haute tension 14 est fixée sur la paroi extérieure du tube capillaire, permettant la génération du plasma dans la zone de génération du plasma 24 à partir du gaz rare 12 introduit par l’entrée d’alimentation 22.
L’électrode peut délivrer un signal électrique sinusoïdale d’une fréquence comprise entre 50 Hz à 100 kHz, de préférence environ 10 kHz, et d’une tension comprise entre 1 kV et 30 kV, de préférence comprise entre 2kV et 4 kV.
Une deuxième électrode 30 peut être fixée sur la paroi du tube capillaire 20, en aval de la première électrode 14, dans le sens de propagation du plasma.
La deuxième électrode peut être une électrode basse tension ou haute tension. De préférence, la deuxième électrode est une électrode basse tension, limitant ainsi le bruit électromagnétique induit par le dispositif 2.
La deuxième électrode permet avantageusement d’amorcer ou d’accélérer la propagation du plasma froid 16 par capillarité dans le tube capillaire 20.
La deuxième électrode peut être contrôlée par un module de contrôle (non représenté). En particulier, le module de contrôle peut être configuré pour permettre à un utilisateur d’adapter la dose de plasma en sortie du dispositif, en contrôlant la tension délivrée par la ou les électrodes. Par exemple, le module de contrôle peut être configuré de sorte que lorsqu’un interrupteur est fermé, une tension est délivrée via la deuxième électrode, et lorsque l’interrupteur est ouvert, aucune tension n’est délivrée via la deuxième électrode.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, une seule électrode 14, délivre un premier signal électrique et un deuxième signal électrique, par exemple via un signal modulé, comportant une porteuse de fréquence/et un signal de plus faible fréquence, la fréquence du signal de plus faible fréquence.
La porteuse de haute fréquence permettant la génération du plasma froid, et le signal de plus faible fréquence permettant d’enclencher la propagation et/ou l’accélération de la propagation du plasma froid.
La ou les électrodes 14 ; 30 sont de préférence positionnées contre la surface extérieure de la paroi du tube capillaire. Le plasma ainsi produit est isolé de la ou des électrodes par l’épaisseur de la paroi du tube capillaire et peut être mis en contact avec un organisme vivant sans danger de choc électrique, ni échauffement.
Le matériau poreux 28 peut comporter des pores dont le diamètre médian est compris entre 1 pm et 5 mm.
L’épaisseur du matériau poreux e28 peut être comprise entre 100 pm et 5cm.
L’épaisseur du matériau poreux e28 peut être variable. De préférence, l’épaisseur du matériau poreux C28 est constante.
La figure 3 illustre un autre mode de réalisation d’un dispositif 2 selon l’invention. Le dispositif diffère de l’exemple représenté à la figure 2 notamment en ce qu’il comporte une partie distale 20a évasée, le diffuseur plasma 28 étant positionné dans cette partie distale évasée 20a. La combinaison d’une partie distale évasée et d’un diffuseur plasma en un matériau poreux selon l’invention, permet d’accroître de manière considérable la surface d’application du plasma froid en sortie du dispositif.
Le diffuseur plasma 28 peut être disposé à l’extrémité distale du tube capillaire, comme représenté par exemple sur les figures 4a, 4c et 4d.
Alternativement, le diffuseur plasma 28 peut être disposé dans la partie distale du tube capillaire, à l’intérieur du tube capillaire, et non nécessairement en périphérie, comme représenté à la figure 4b. En particulier, une distance d28,26 inférieure ou égale à 10 mm peut séparer la sortie de plasma 26 du matériau poreux 28.
Un dispositif selon l’invention peut comporter plusieurs entrées d’alimentation 22 en gaz rare, éventuellement plusieurs zones de génération de plasma 24, et une sortie de plasma 28. Un tel exemple est représenté à la figure 4c.
Un dispositif selon l’invention peut comporter plusieurs sorties de plasma 26, un diffuseur plasma 28 peut être disposé sur le trajet de chacune des sorties 26 du tube capillaire, comme illustré à la figure 4d.
Le nombre de sorties de plasma 26 n’est pas limité à 1 ou 2. Un dispositif selon l’invention peut comporter plus de deux sorties plasmas, en particulier un tube capillaire 20 peut comporter 3 sorties plasma. De préférence, le nombre de sorties plasma est compris entre 1 et 100.
Un dispositif selon l’invention peut recevoir les sorties plasma, ou têtes plasma, sous forme modulaire, amovible et interchangeable. En particulier les sorties plasma peuvent être fixées mécaniquement sur le tube capillaire.
Un dispositif selon l’invention peut comporter plusieurs tubes capillaires 20, comme illustré à la figure 4e.
Un dispositif selon l’invention comportant plusieurs tubes capillaires 20 peut comporter des tubes capillaires qui diffèrent les uns des autres. Les tubes capillaires 20 peuvent différer les uns des autres de par leur nombre d’entrée(s) d’alimentation 22, leur nombre de sortie(s) plasma 26, la présence d’un ou plusieurs diffuseur(s) plasma 28, la présence d’une portion de section transversale élargie 60, leur diamètre maximal ou minimal du tube capillaire, l’épaisseur de la paroi du tube capillaire, ou la présence d’une portion distale 20a évasée. Cette liste n’est pas limitative.
La figure 6 est un graphe illustrant la propagation d’un plasma dans un tube capillaire 20 comportant un matériau poreux 28’ sur le chemin de sortie de plasma.
Les résultats représentés sur ce graphe ont été obtenus par expérimentation, au moyen d’un dispositif tel que représenté à la figure 5, dans lequel le matériau poreux 28’ comporte des pores dont le diamètre médian est compris entre 40 pm et 100 pm.
Lors de l’expérimentation, le plasma a été généré dans un tube capillaire 20 soumis à un champ électromagnétique au moyen d’une électrode 14 annulaire haute tension en cuivre, le plasma étant appliqué sur une surface cible 4 en verre sous laquelle une bande d’aluminium a été déposée, un espace de 5 mm séparant la sortie de plasma 26 du tube capillaire de la surface cible 4, l’électrode 14 générant un signal électrique d’une tension d’environ 4,4 +/-0.30 kV, à une fréquence de 15 kHz.
Le graphe 6 a pour axes d’abscisse et d’ordonnée un nombre de pixels, un pixel étant égal à 50 pm.
Sur ce graphe, on observe notamment une première phase 51 où le plasma se propage le long du tube capillaire 20, une deuxième phase 52 où le plasma atteint et traverse le matériau poreux 28’, et enfin une troisième phase 53 où le plasma franchit le matériau poreux 28’ et est appliqué sur la surface 4.
On observe une diffusion homogène du plasma, le plasma s’étendant sur une surface relativement plus grande.
La figure 7 représente un dispositif à jet de plasma 3 selon l’invention comportant une portion de section transversale élargie 60.
Le dispositif 3 représenté à la figure 7 comporte un tube capillaire 20 comportant une entrée d’alimentation 22 en gaz rare, une zone de génération de plasma, le plasma étant généré par l’électrode 14, et une sortie de plasma 26 ; le tube capillaire comportant en aval de la zone de génération du plasma et en amont d’une partie distale du tube capillaire 20a, une portion de section transversale élargie 60.
Dans un mode de réalisation, la portion de section transversale élargie 60 peut comporter la zone de génération de plasma 24.
La portion de section transversale élargie 60 peut présenter un ratio diamètre maximal sur hauteur, Dp,max/hp, compris entre 0,1 et 100.
La portion de section transversale élargie débouche avantageusement sur un goulot d’étranglement 62 en direction de la sortie de plasma 26.
La portion de section transversale élargie 60 peut être située à une distance D de la sortie de plasma, comprise entre 0 et 10 cm.
Le diamètre dp de la portion de section transversale élargie peut être variable, en particulier il peut augmenter puis diminuer de l’amont vers l’aval. Dans un mode de réalisation, le diamètre dp de la portion de section transversale élargie peut diminuer de l’amont vers l’aval. Le volume intérieur de la portion de section transversale élargie peut présenter une forme sensiblement sphérique, mieux sphérique, sensiblement ellipsoïdale, mieux ellipsoïdale, ou sensiblement cylindrique, mieux cylindrique. Ces exemples ne sont pas limitatifs.
Le volume intérieur de la portion de section transversale élargie peut être compris entre 0,2 cm3 et 250 cm3.
Le diamètre minimal du tube capillaire peut être le diamètre du goulot d’étranglement ds.
Dans un mode de réalisation particulier, le tube capillaire comporte plusieurs sorties de plasma, la portion de section transversale élargie comportant plusieurs goulots d’étranglement 62 menant chacun vers une sortie de plasma. Un exemple d’un tel mode de réalisation est représenté à la figure 9. La figure 9 représente une vue de dessous d’un tube capillaire 20 comportant trois sorties plasma 26 et une portion de section transversale élargie 60.
Alternativement, pour chacune des sorties de plasma, une portion de section transversale élargie est ménagée dans le tube capillaire.
Le ratio du diamètre maximum de la portion de section transversale élargie sur le diamètre d’entrée de la portion de section transversale élargie de peut être compris entre 1 et 1000, de préférence entre 1 et 500, mieux entre 1 et 50.
Le ratio du diamètre maximum de la portion de section transversale élargie sur le diamètre du goulot d’étranglement ds peut être compris entre 1 et 1000, de préférence entre 1 et 100, mieux entre 1 et 50.
De préférence, le diamètre de l’entrée de la portion de section transversale élargie de est supérieur au diamètre du goulot d’étranglement ds.
Cela permet avantageusement d’augmenter la vitesse de propagation du plasma dans la portion distale du tube capillaire, par effet venturi.
Le diamètre de la partie distale 20a du tube capillaire peut être constant, comme représenté sur la figure 7.
Dans un mode de réalisation particulier, la partie distale 20a est évasée.
La portion de section transversale élargie peut comporter une paroi d’épaisseur ep plus faible qu’une paroi de la partie distale es, comme sur l’exemple de la figure 8. Le ratio de l’épaisseur de la paroi de la partie distale es sur l’épaisseur de la paroi de la portion de section transversale élargie ep, es/ep, peut être compris entre 1 et 4.
Le diamètre maximal du tube capillaire est inférieur à 3 mm, de préférence inférieure à 1 mm.
Un dispositif selon l’invention peut comporter des capteurs 64i, 642 en particulier des capteurs optiques 64i, thermiques, ou de tension 642.
Les capteurs 64i, 642 peuvent fournir des mesures à un module de contrôle 66 pouvant adapter, de façon rétroactive, la dose de plasma transmise hors du dispositif, en adaptant de préférence le temps de traitement, la puissance, via la tension et/ou la fréquence délivrée par une alimentation haute tension 70 à l’électrode 14 à l’origine de la génération du plasma, la puissance, via la tension et/ou la fréquence délivrée par l’alimentation haute tension à une autre électrode fixée sur la paroi du tube capillaire, de préférence sur la paroi extérieure, de préférence en aval de l’électrode à l’origine de la génération de plasma, par exemple configurée pour déclencher ou accélérer la propagation du plasma vers la sortie de plasma, et/ou le débit de gaz rare en entrée de l’alimentation en gaz rare 22.
Les capteurs peuvent comprendre des capteurs de tension mesurant une différence de tensions le long du tube capillaire.
Les capteurs peuvent comprendre des capteurs de tension 642 mesurant une différence de tensions entre le tube capillaire et la surface sur laquelle le plasma est destiné à être appliquée 4.
Les capteurs peuvent comprendre des capteurs de température mesurant une température en sortie de plasma ou une température sur une surface 4 sur laquelle le plasma est destiné à être appliqué.
Les capteurs peuvent comprendre des capteurs de débit mesurant le débit de gaz rare entrant dans l’entrée d’alimentation.
Les capteurs peuvent comprendre des biocapteurs, c’est-à-dire des capteurs permettant de détecter et de transformer un signal biochimique en un signal physique quantifiable.
Les capteurs comprennent par exemple des électrocardiogrammes, fixés sur la surface 4 sur laquelle le plasma est destiné à être appliqué.
Le module de contrôle 66 peut modifier un ou plusieurs paramètres choisis parmi le temps de traitement, une puissance, une tension et/ou une fréquence délivrée par une alimentation haute tension 70 à une électrode fixée sur la paroi du tube capillaire, de préférence sur la paroi extérieure, et/ou un débit de gaz rare en entrée de l’alimentation en gaz rare 22, permettant d’adapter la dose de plasma éjectée du dispositif.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le module de contrôle 66 n’adapte pas rétroactivement la dose de plasma éjectée hors du dispositif mais transmet les mesures fournies par les capteurs ou une analyse des mesures fournies par les capteurs à une interface de contrôle 68, via des moyens de communication digitale 72.
L’interface de contrôle 72 permet à un utilisateur de contrôler manuellement la dose de plasma éjectée hors du dispositif, et de l’adapter en fonction des mesures fournies par les capteurs 64i, 642.
En particulier, l’utilisateur peut modifier la puissance, la tension et/ou la fréquence délivrée par l’alimentation haute tension 70 à l’électrode 14 à l’origine de la génération du plasma, la puissance, la tension et/ou la fréquence délivrée par une source de courant à une autre électrode fixée sur la paroi du tube capillaire, de préférence sur la paroi extérieure, de préférence en aval de l’électrode à l’origine de la génération de plasma, par exemple configurée pour déclencher ou accélérer la propagation du plasma vers la sortie de plasma, et/ou le débit de gaz rare en entrée de l’alimentation en gaz rare 22 , et/ou la distance de la sortie de plasma 26 à la surface 4 sur laquelle le plasma est destiné à être appliqué.
La figure 10 est un exemple de mise en œuvre d’un dispositif selon l’invention comportant un diffuseur plasma 28 et une portion de section transversale élargie 60.
Exemple
Une comparaison de quatre dispositifs à jet de plasma a été effectuée.
La comparaison a permis de mesurer une surface maximale sur laquelle un plasma peut s’étendre de façon homogène, via un jet de plasma, lorsque le plasma est généré et appliqué au moyen d’un des quatre dispositifs suivants : KinPen® MED (outils Neoplas GmbH, Greifswald, Allemagne), PlasmaDerm® (CINOGY GmbH, Duderstadt, Allemagne), SteriPlas (Adtec Plasma Technology, Adtec Europe, Hunslow, Royaume-Uni) et un dispositif selon l’invention comportant un diffuseur plasma.
Le KinPen® MED est un dispositif portable possédant une source de plasma médical générée en continu et comprenant un applicateur en forme de stylo délivrant un jet de plasma froid à pression atmosphérique utilisant de l'argon comme gaz porteur. La longueur typique de l'effluent plasmatique est de 8 à 12 mm avec un diamètre de 1 mm. Le jet de plasma est guidé verticalement dans des mouvements 3D précis et arbitraires d'environ 5 mm/s sur la cible, ce qui entraîne un temps de traitement moyen de 30 à 60 s/cm2. Le KinPen® MED délivre donc un jet non diffus concentré en un point. La zone de traitement efficace est réduite à quelques mm2.
Le PlasmaDerm® est un appareil plasma permettant le traitement de grande surface. Il est doté de plusieurs têtes plasma configurables permettant de couvrir une surface jusqu’à 27 cm2. La source de plasma est fondée sur le concept de la décharge à barrière diélectrique (DBD). Le gaz porteur peut être l’argon ou l’air. Cependant, dans un dispositif fondé sur le concept du DBD, le plasma généré se comporte différemment entre deux alternances de décharge de plasma et le manque d’homogénéité du plasma transféré exige une grande expertise de l’utilisateur. De plus, le dispositif est en contact direct, mécanique avec la cible.
Le SteriPlas est un dispositif médical de grande dimension sur roulette possédant un bras articulé avec une tête de traitement qui libère le plasma froid à base d’argon vers la zone de traitement. La torche à plasma possède 6 électrodes et l'argon est utilisé comme gaz porteur pour transporter le flux de gaz vers la cible. L'ouverture de la torche à plasma a un diamètre de 3,5 cm permettant une zone de traitement pouvant aller jusqu’à 12 cm2.
Un dispositif selon le premier aspect de l’invention permet de couvrir une surface de 1 à 50 cm2 avec la propagation initiale d’un seul jet de plasma, en particulier sans nécessité de contact avec la cible.
Comme il apparait clairement à présent, un dispositif selon l’invention permet une meilleure propagation du plasma. Non seulement il est possible de traiter plus rapidement et de façon plus homogène de grandes surfaces mais le dispositif permet également une meilleure adaptabilité et une plus grande précision de dosage. Un tel dispositif est particulièrement avantageux pour le traitement des brûlures, par exemple pour soigner des grands brûlés. De façon générale, un tel dispositif est adapté pour traiter tout type de plaies, en particulier les plaies chroniques de typologies différentes. Il n’était pas évident de penser que le verre fritté en particulier, en tant que matériau poreux, pouvait être utilisé comme diffuseur plasma dans des dispositifs à jet de plasma froid. En effet, même si l’utilisation du verre fritté dans des dispositifs à jets de plasma est bien connue dans l’art antérieur, du fait de ses propriétés mécaniques comme sa résistance à la corrosion, à l’usure, à la compression, aux hautes températures ou aux produits chimiques lui permettant de supporter les conditions de génération du plasma, il n’a jamais été envisagé de pouvoir l’utiliser en tant que diffuseur activé par un plasma jet.
L’invention permet un contrôle dynamique de la dose de plasma éjectée hors du dispositif à jet de plasma et ainsi permet à l’utilisateur de mieux adapter chaque traitement en fonction de la plaie ou du contexte clinique.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits.
En particulier, un dispositif selon l’invention peut comporter un système de sécurité configuré pour contrôler la dose de plasma éjectée hors du dispositif, et/ou contrôler le courant délivré, et/ou contrôler une température du plasma en sortie du dispositif et/ou contrôler une puissance du plasma et/ou contrôler une pression de gaz rare dans une bouteille de gaz rare alimentant l’entrée de d’alimentation en gaz rare du tube capillaire et/ou contrôler une pression de gaz rare dans le tube capillaire, notamment dans la portion de section transversale élargie, lorsque le tube capillaire en comporte une. Par exemple, le système de sécurité peut être un coupe-circuit rapide, ou une commande du microcontrôleur de l’alimentation haute tension de l’électrode à l’origine de la génération du plasma.
Un dispositif selon l’invention comporte de préférence une redondance, notamment afin de respecter les réglementations en matière de dispositifs médicaux.
En particulier, un dispositif selon l’invention est de préférence configuré pour respecter tout ou partie des normes suivantes : ISO 13485:2016, ISO 14971 :2019, IEC 62304/AE2018, IEC 62366-1 :2015, ISO 15223-1: 2016, ISO 10993, IEC 60601-1, AAMI TIR 57, 14155 :2020 (si RIPH1), DIN SPEC 91315. Cette liste n’est pas exhaustive.
L’expression « comportant un » doit être comprise comme étant un synonyme de « comportant au moins un ».

Claims

Revendications
1. Dispositif à jet de plasma froid à pression atmosphérique (3) comportant :
- au moins un tube capillaire (20) comportant au moins une entrée d’alimentation (22) en gaz rare, une zone de génération de plasma (24), et au moins une sortie de plasma (26) ; le tube capillaire comportant en aval de la zone de génération du plasma et en amont d’une partie distale du tube capillaire, une portion de section transversale élargie (60).
2. Dispositif selon la revendication précédente, la portion de section transversale élargie étant située à une distance comprise entre 0 cm et 10 cm de la sortie de plasma, de préférence entre 0 cm et 7 cm, mieux entre 0 cm et 5 cm.
3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, le diamètre de la portion de section transversale élargie étant variable, en particulier il augmente puis diminuer de l’amont vers l’aval.
4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volume intérieur de la portion de section transversale élargie présente une forme sensiblement sphérique, mieux sphérique, sensiblement ellipsoïdale, mieux ellipsoïdale, ou sensiblement cylindrique, mieux cylindrique, sensiblement parallélépipédique, mieux parallélépipédique.
5. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, le volume intérieur de la portion de section transversale élargie étant compris entre 0.2 cm3 et 250 cm3, de préférence entre 0,5 cm3 et 200 cm3, mieux entre 1 cm3 et 25 cm3.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le diamètre minimal du tube capillaire étant le diamètre d’un goulot d’étranglement sur lequel débouche la portion de section transversale élargie.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le diamètre de l’entrée de la portion de section transversale élargie étant supérieur au diamètre d’un goulot d’étranglement sur lequel débouche la portion de section transversale élargie.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, un goulot d’étranglement sur lequel débouche la portion de section transversale élargie étant porté à un potentiel prédéterminé.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le tube capillaire comportant plusieurs sorties de plasma, la portion de section transversale élargie débouchant vers plusieurs goulots d’étranglement menant chacun vers une sortie de plasma.
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le tube capillaire comportant plusieurs sorties de plasma, pour chacune des sorties de plasma, une portion de section transversale élargie étant ménagée dans le tube capillaire.
11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la portion de section transversale élargie présentant un ratio largeur/hauteur compris entre 0,1 et 1000, la largeur correspondant au diamètre intérieur maximal de la portion de section transversale élargie.
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