RU2764619C1 - Method for exposing a biological object to a cold plasma jet and unit for implementation thereof - Google Patents
Method for exposing a biological object to a cold plasma jet and unit for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764619C1 RU2764619C1 RU2020142839A RU2020142839A RU2764619C1 RU 2764619 C1 RU2764619 C1 RU 2764619C1 RU 2020142839 A RU2020142839 A RU 2020142839A RU 2020142839 A RU2020142839 A RU 2020142839A RU 2764619 C1 RU2764619 C1 RU 2764619C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma jet
- discharge
- auxiliary electrode
- channel
- jet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/02—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by cooling, e.g. cryogenic techniques
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к медицине, к плазменной технике, а именно к устройствам для генерации содержащих заряженные частицы потоков, такие как источники (генераторы) плазмы, холодной плазменной струи с активными радикалами, в частности, обладающими способностью к деактивации возбудителей инфекции, влиянием на биохимические и физиологические процессы, обуславливающие жизнедеятельность клеток и ткани, оказывающими подавляющее воздействие на раковые клетки.The technical solution relates to medicine, to plasma technology, namely to devices for generating flows containing charged particles, such as sources (generators) of plasma, a cold plasma jet with active radicals, in particular, having the ability to deactivate infectious agents, influence biochemical and physiological processes that determine the vital activity of cells and tissues that have an overwhelming effect on cancer cells.
Способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект и установка для его реализации разработаны в связи с выполнением работ по гранту РНФ 19-19-00255.The method for the impact of a cold plasma jet on a biological object and the installation for its implementation were developed in connection with the work under the Russian Science Foundation grant 19-19-00255.
Холодная (низкотемпературная) плазменная струя, формируемая газоразрядным устройством - генератором плазменной струи, представляет собой последовательность стримеров, которые распространяются в окружающей среде в потоке газа, прокачиваемого через генератор (F. Fanelli, F. Fracassi, Surface & Coating Technology, 2017, 322: 174-201; S. Reuter et al. J. Phys. D: Appl. Phys., 2018, 51: 233001).A cold (low-temperature) plasma jet, formed by a gas discharge device - a plasma jet generator, is a sequence of streamers that propagate in the environment in a gas flow pumped through a generator (F. Fanelli, F. Fracassi, Surface & Coating Technology, 2017, 322: 174-201; S. Reuter et al. J. Phys. D: Appl. Phys., 2018, 51: 233001).
При воздействии на объект плазменная струя осуществляет доставку к нему электрического поля и большой концентрации энергетичных электронов, за счет чего обеспечивается генерация активных радикалов и ионов в окружающей объект атмосфере. Генерированные радикалы и ионы активно воздействуют на объект без существенного увеличения температуры в зоне контакта плазменной струи с объектом. Так, оно не превышает несколько градусов (S. Reuter et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 2018, 51: 233001).When exposed to an object, the plasma jet delivers an electric field and a high concentration of energetic electrons to it, which ensures the generation of active radicals and ions in the atmosphere surrounding the object. The generated radicals and ions actively affect the object without a significant increase in temperature in the contact zone of the plasma jet with the object. Thus, it does not exceed a few degrees (S. Reuter et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 2018, 51: 233001).
Было обнаружено, что воздействие холодной плазменной струей на раковые клетки различной природы приводит к подавлению их жизнедеятельности - к программируемой гибели (апоптозу) (G. Fridman, et al., Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2007, 27 (2): 163-176; H.J. Lee, et al., New Journal of Physics, 2009, 11 (11): 115026; G.C. Kim, et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 2009, 42 (3): 032005; M. Vandamme, et al., Plasma medicine, 2011, 1 (1): 27-43; M. Keidar, et al., British journal of cancer, 2011, 105 (9): 1295-1301; H. Tanaka, et al., Plasma Medicine, 2011, 1 (3-4): 265-277; L. Brulle, et al., J. PloS one, 2012, 7 (12): e52653; M. Vandamme, et al., International journal of cancer, 2012, 130 (9): 2185-2194; M. Keidar, et al., Physics of Plasmas, 2013, 20 (5): 057101; J. Schlegel, et al., Clinical Plasma Medicine, 2013, 1 (2): 2-7; N.K. Kaushik, et al., Molecules, 2013, 18 (5): 4917-4928; D. Yan, et al., Oncotarget, 2017, 8 (9) 15977; M. Keidar, D. Yan and J.H. Sherman, Cold Plasma Cancer Therapy, 2019, Morgan & Claypool Publishers; Acta Naturae, 2019; 11, №3 (42): 16-19; Applied Sciences, 2019; 9 (21): 4528 и др.). При воздействии плазменной струей на биологический объект, посредством которой осуществляется генерация и транспортировка заряженных частиц к границе раздела плазма-объект, происходит стимулирование химических реакций в окружающей объект атмосфере, в непосредственной близости от него, а также в жидкости, если объект контактирует с последней, в самом объекте. При этом к основным химическим реагентам относят те из них, которые содержат различные активные формы кислорода - гидроксид ОН, пероксид Н2О2, синглетный кислород 1О2, озон О3 (S. Kalghatgi, et al., J. PloS one, 2011; 6 (1): e16270) и т.д. Установлено, что кислородо/азотосодержащие радикалы и ионы оказывают активное влияние на процессы в биологических клетках. Действенность в противораковой терапии повышенного внутриклеточного содержания активных форм кислорода, достигаемая при использовании низкотемпературной плазменной струи, подтверждена проведенными к настоящему времени исследованиями.It was found that exposure to a cold plasma jet on cancer cells of various nature leads to the suppression of their vital activity - to programmed death (apoptosis) (G. Fridman, et al., Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2007, 27 (2): 163-176 ; HJ Lee, et al., New Journal of Physics, 2009, 11 (11): 115026; GC Kim, et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 2009, 42 (3): 032005; M Vandamme, et al., Plasma medicine, 2011, 1 (1): 27-43 M. Keidar, et al., British journal of cancer, 2011, 105 (9): 1295-1301, H. Tanaka, et al., Plasma Medicine, 2011, 1 (3-4): 265-277, L. Brulle, et al., J. PloS one, 2012, 7 (12): e52653, M. Vandamme, et al., International journal of cancer, 2012, 130 (9): 2185-2194, M. Keidar, et al., Physics of Plasmas, 2013, 20 (5): 057101, J. Schlegel, et al., Clinical Plasma Medicine, 2013, 1 (2): 2-7; NK Kaushik, et al., Molecules, 2013, 18 (5): 4917-4928; D. Yan, et al., Oncotarget, 2017, 8 (9) 15977; M. Keidar , D. Yan and JH Sherman, Cold Plasma Cancer Therapy , 2019, Morgan & Claypool Publishers; Acta Naturae, 2019; 11, no. 3 (42): 16-19; Applied Sciences, 2019; 9 (21): 4528 and others). When a biological object is exposed to a plasma jet, through which charged particles are generated and transported to the plasma-object interface, chemical reactions are stimulated in the atmosphere surrounding the object, in its immediate vicinity, as well as in the liquid, if the object is in contact with the latter, in the object itself. At the same time, the main chemical reagents include those that contain various reactive oxygen species - OH hydroxide, peroxide H 2 O 2 , singlet oxygen 1 O 2 , ozone O 3 (S. Kalghatgi, et al., J. PloS one, 2011;6(1):e16270), etc. It has been established that oxygen/nitrogen-containing radicals and ions have an active influence on processes in biological cells. Efficiency in anticancer therapy of increased intracellular content of reactive oxygen species, achieved by using a low-temperature plasma jet, has been confirmed by studies carried out to date.
Экспериментально показано (D. Yan, et al., Biointerphases, 2015; 10 (4): 040801), что после обработки плазмой биологических объектов в их клетках, включая раковые клетки, наблюдается значительное повышение концентрации активных форм кислорода. Хотя к настоящему времени химический состав в клетках после обработки плазмой детально не изучен, тем не менее, уверенно предполагается, что ОН, Н2О2 и О2 являются основными активными формами, задающими повышенный уровень активных форм кислорода в клетках, обработанных низкотемпературной плазменной струей.It has been experimentally shown (D. Yan, et al., Biointerphases, 2015; 10 (4): 040801) that after plasma treatment of biological objects in their cells, including cancer cells, a significant increase in the concentration of reactive oxygen species is observed. Although to date the chemical composition in cells after plasma treatment has not been studied in detail, nevertheless, it is confidently assumed that OH, H 2 O 2 and O 2 are the main active forms that determine the increased level of reactive oxygen species in cells treated with a low-temperature plasma jet. .
Установлен факт эффективности воздействия низкотемпературной плазменной струей, выражающийся в том, что скорость деления раковых клеток существенно падает, если раковые клетки обработать внутриклеточными акцепторами активных форм кислорода (Н.J. Ahn, et al., J. PloS one, 2011, 6 (11): e28154). Таким образом, увеличение скорости генерации активных частиц, в частности, радикалов ОН, в источниках плазмы является способом интенсификации процессов воздействия холодной плазменной струи на биологические объекты.The fact of the effectiveness of low-temperature plasma jet exposure has been established, which is expressed in the fact that the rate of division of cancer cells decreases significantly if cancer cells are treated with intracellular acceptors of reactive oxygen species (H.J. Ahn, et al., J. PloS one, 2011, 6 (11 ): e28154). Thus, increasing the rate of generation of active particles, in particular, OH radicals, in plasma sources is a way to intensify the processes of cold plasma jet impact on biological objects.
Известен способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация заявки US 2017/0354453 А1 от 14.12.2017), включающий прокачку через генератор плазменной струи по диэлектрическому каналу рабочего газа, подаваемого в канал через его входное отверстие, зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, при подаче на них высоковольтного напряжения, чем обеспечивают формирование плазмы с получением в результате истекающей из выходного отверстия канала плазменной струи, которую направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными радикалами, генерируемыми посредством газового разряда. Длина истекающей плазменной струи - от 2 до 20 мм. В качестве рабочего газа используют смесь газов неона и аргона или используют смесь гелия с азотом и/или кислородом. Подачу высокочастотных импульсов напряжения осуществляют с частотой от 0,5 до 10 МГц при амплитуде напряжения от 0,5 до 2 кВ, с длительностью импульсов от 400 до 800 мс. Формируют плазму с температурой от 25 до 50°С.A known method of exposure to a biological object with a cold plasma jet (application publication US 2017/0354453 A1 dated 12/14/2017), including pumping through the plasma jet generator through the dielectric channel of the working gas supplied to the channel through its inlet, ignition in the channel when pumping the working gas gas discharge by using electrodes configured to form a discharge structure when a high-voltage voltage is applied to them, which ensures the formation of a plasma resulting in a plasma jet flowing from the outlet of the channel, which is directed to the object and the object is exposed to active radicals generated by through a gas discharge. The length of the outflowing plasma jet is from 2 to 20 mm. A mixture of neon and argon gases is used as a working gas, or a mixture of helium with nitrogen and/or oxygen is used. The supply of high-frequency voltage pulses is carried out with a frequency of 0.5 to 10 MHz at a voltage amplitude of 0.5 to 2 kV, with a pulse duration of 400 to 800 ms. Form a plasma with a temperature of 25 to 50°C.
В качестве ближайшего аналога выбран способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация заявки US 2019/0328440 А1 от 31.10.2019), заключающийся в том, что осуществляют прокачку через генератор плазменной струи по его диэлектрическому каналу рабочего газа, подаваемого в канал через его входное отверстие, и зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, в которой один из электродов располагают внутри канала на его оси, а второй электрод размещают снаружи генератора, опоясывая канал, в отношении которых осуществляют подачу высоковольтного напряжения, обеспечивая разряд и формирование плазмы, получая в результате истекающую из выходного отверстия канала, снабженного капилляром из нержавеющей стали, плазменную струю, которую направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными радикалами, генерируемыми в результате газового разряда. В качестве рабочего газа используют гелий. Осуществляют подачу напряжения синусоидальной формы с пиковым значением до 8 кВ, с частотой 16 кГц. Формируют плазму с температурой от 25 до 50°С. Прокачку по диэлектрическому каналу рабочего газа осуществляют со скоростью 0,2 л/мин.As the closest analogue, the method of influencing a biological object with a cold plasma jet was chosen (application publication US 2019/0328440 A1 dated October 31, 2019), which consists in pumping through the plasma jet generator through its dielectric channel the working gas supplied to the channel through its inlet, and ignition in the channel when pumping the working gas of the gas discharge by means of electrodes made with the possibility of forming a discharge structure, in which one of the electrodes is placed inside the channel on its axis, and the second electrode is placed outside the generator, encircling the channel, in relation to which the supply is carried out high-voltage voltage, providing discharge and plasma formation, resulting in a plasma jet flowing from the outlet of the channel equipped with a stainless steel capillary, which is directed to the object and the object is exposed to active radicals generated as a result of the gas discharge. Helium is used as the working gas. A sinusoidal voltage is applied with a peak value of up to 8 kV, with a frequency of 16 kHz. Form a plasma with a temperature of 25 to 50°C. The working gas is pumped through the dielectric channel at a rate of 0.2 l/min.
В документе, раскрывающем сущность ближайшего аналога, представлены спектры оптического излучения генерируемой холодной плазменной струи в диапазоне длины волны λ, равном 200-850 нм, которые демонстрируют наличие спектральных линий, принадлежащих азоту N2, оксиду азота NO, молекулярному иону азота N2 + и гидроксиду ОН. Кроме того, приведены результаты, демонстрирующие относительное содержание гидроксида ОН и О2 -, а также абсолютные значения концентрации Н2О2, NO2 - в культуральной среде, подвергшейся воздействию холодной плазменной струи, которые показывают многообразие генерируемых коротко и долгоживущих активных форм кислородо- и азотосодержащих радикалов.The document, revealing the essence of the closest analogue, presents the spectra of optical radiation of the generated cold plasma jet in the wavelength range λ equal to 200-850 nm, which demonstrate the presence of spectral lines belonging to nitrogen N 2 , nitric oxide NO, molecular nitrogen ion N 2 + and OH hydroxide. In addition, the results showing the relative content of OH and O 2 - hydroxide, as well as the absolute values of the concentration of H 2 O 2 , NO 2 - in the culture medium exposed to a cold plasma jet, which show the variety of short- and long-lived active forms of oxygen- and nitrogen-containing radicals.
Известна установка для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация описания патента US 8460283 В1 от 11.06.2013), содержащая генератор плазменной струи с диэлектрическим трубчатообразным корпусом с полым внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал с впускным патрубком для прокачки рабочего газа с расположением его с одного торца трубчатообразного корпуса, а также выполнены по крайней мере один выпускной патрубок с апертурой с расположением их со второго торца трубчатообразного корпуса, посредством которых организовано истечение плазменной струи, генератор снабжен разрядной структурой в составе высоковольтных электродов - анода и катода, кроме того, установка укомплектована высоковольтным источником питания, с котором электрически соединены высоковольтные электроды - анод и катод, обеспечивающие зажигание во внутреннем объеме корпуса при прокачке рабочего газа газового разряда для формирования плазменной струи.A known installation for the implementation of the impact of a cold plasma jet on a biological object (publication of the description of the patent US 8460283 B1 dated 06/11/2013), containing a plasma jet generator with a dielectric tubular body with a hollow internal volume, in which at least one channel with an inlet for pumping working gas with its location at one end of the tubular housing, and at least one outlet pipe with an aperture is made with their location at the second end of the tubular housing, through which the outflow of the plasma jet is organized, the generator is equipped with a discharge structure as part of high-voltage electrodes - an anode and a cathode in addition, the installation is equipped with a high-voltage power source, with which high-voltage electrodes - an anode and a cathode, are electrically connected, providing ignition in the internal volume of the case when pumping the working gas of a gas discharge to form a plasma jet.
В качестве ближайшего аналога выбрана установка для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация заявки US 2018/0271579 А1 от 27.09.2018), содержащая систему подачи рабочего газа, высоковольтный источник питания, генератор плазменной струи с диэлектрическим трубчатообразным корпусом с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал с диаметром в поперечном сечении более 1 мм для прокачки рабочего газа, зажигания в нем газового разряда и формирования плазмы, сообщающийся с системой подачи рабочего газа через входное отверстие в корпусе, кроме того, в корпусе, в его торце, выполнено соответствующее количеству каналов количество выходных отверстий для истечения плазменной струи, оформленных в виде сопла посредством расположенной вне канала капиллярной трубки диаметром менее 500 мкм, выполняющей функцию сопла для истечения плазменной струи, кроме того, генератор плазменной струи оснащен разрядной структурой в составе высоковольтных разрядных электродов, электрически соединенных с высоковольтным источником питания с возможностью образования разрядной цепи, с расположением одного из электродов вне корпуса - с возможностью опоясывания корпуса с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал, а другого электрода - во внутреннем объеме корпуса, при этом электрод, располагаемый во внутреннем объеме корпуса, выполнен в виде комплекта электрически связанных субэлектродов с соответствием их количества в комплекте количеству каналов во внутреннем объеме корпуса, с размещением субэлектродов на осях соответствующих каналов.As the closest analogue, a setup was chosen for implementing the impact of a cold plasma jet on a biological object (application publication US 2018/0271579 A1 dated September 27, 2018), containing a working gas supply system, a high-voltage power source, a plasma jet generator with a dielectric tubular housing with an internal volume, in which at least one channel with a cross-sectional diameter of more than 1 mm is implemented for pumping the working gas, igniting a gas discharge in it and forming a plasma, communicating with the working gas supply system through an inlet in the housing, in addition, in the housing, in its at the end, the number of outlets for the outflow of the plasma jet is made corresponding to the number of channels, designed in the form of a nozzle by means of a capillary tube located outside the channel with a diameter of less than 500 μm, which acts as a nozzle for the outflow of the plasma jet, in addition, the plasma jet generator is equipped with a discharge structure as part of a high-voltage th discharge electrodes electrically connected to a high-voltage power source with the possibility of forming a discharge circuit, with the location of one of the electrodes outside the housing - with the possibility of encircling the housing with an internal volume in which at least one channel is implemented, and the other electrode - in the internal volume of the housing, wherein the electrode, located in the internal volume of the body, is made in the form of a set of electrically connected subelectrodes with the correspondence of their number in the set to the number of channels in the internal volume of the body, with the placement of the subelectrodes on the axes of the respective channels.
В данном информационном источнике представлены также сведения об использовании приведенного устройства в целях осуществления воздействия на опухоли глиобластомы в мозге мыши. Приведен спектр оптического излучения в диапазоне длин волн 250-850 нм холодной плазменной струи, получаемой устройством. Спектр демонстрирует наличие спектральных линий, принадлежащих азоту N2, оксиду азота NO, молекулярному иону азота N2 + и гидроксиду ОН. Представлены данные об относительном содержание гидроксида ОН и О2 - и об абсолютных значениях концентрации Н2О2, NO2 - в культуральной среде после осуществления воздействия холодной плазменной струи. Показано многообразие генерируемых коротко и долгоживущих активных форм кислородо- и азотосодержащих радикалов. Отмечено, что увеличение концентрации активных форм кислорода и азота в водной среде зависит от продолжительности времени обработки. Продемонстрировано уменьшение жизнеспособности клеток глиобластомы при прямом и непрямом воздействии плазменной струи на раковые клетки.This information source also provides information on the use of the above device in order to influence glioblastoma tumors in the mouse brain. The spectrum of optical radiation in the wavelength range 250-850 nm of a cold plasma jet produced by the device is presented. The spectrum demonstrates the presence of spectral lines belonging to nitrogen N 2 , nitric oxide NO, molecular nitrogen ion N 2 + and hydroxide OH. Data are presented on the relative content of OH and O 2 - hydroxide and on the absolute values of the concentration of H 2 O 2 , NO 2 - in the culture medium after exposure to a cold plasma jet. A variety of generated short-lived and long-lived active forms of oxygen- and nitrogen-containing radicals is shown. It is noted that the increase in the concentration of reactive oxygen and nitrogen species in the aquatic environment depends on the length of the treatment time. A decrease in the viability of glioblastoma cells was demonstrated under the direct and indirect effects of a plasma jet on cancer cells.
Рассмотренные известные способы и устройства для их реализации не решают техническую проблему достижения повышения эффективности воздействия плазменной струи на объекты, в первую очередь на биологические объекты в целях проведения антираковой терапии.The considered known methods and devices for their implementation do not solve the technical problem of achieving an increase in the efficiency of the impact of a plasma jet on objects, primarily on biological objects in order to conduct anticancer therapy.
Их принципиальным недостатком является отсутствие какого-либо контроля и регулирования концентрации активных форм-радикалов в холодной плазменной струе, в особенности в той ее части, которая воздействует на биологический объект, и как следствие, невозможность управления динамикой вызываемых изменений в объектах, в частности, управления динамикой апоптоза раковых клеток.Their fundamental disadvantage is the absence of any control and regulation of the concentration of active forms-radicals in a cold plasma jet, especially in that part of it that affects a biological object, and as a result, the impossibility of controlling the dynamics of changes caused in objects, in particular, control dynamics of apoptosis of cancer cells.
Разработка предлагаемого способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект и установки для его реализации направлена на решение технической проблемы достижения повышения эффективности воздействия плазменной струи в отношении любых объектов, и в первую очередь, в отношении биологических объектов при проведении антираковой терапии за счет достигаемого технического результата.The development of the proposed method for the impact of a cold plasma jet on a biological object and installations for its implementation is aimed at solving the technical problem of achieving an increase in the efficiency of the plasma jet in relation to any objects, and first of all, in relation to biological objects during anti-cancer therapy due to the achieved technical result.
Технический результат выражается в достижении:The technical result is expressed in achieving:
- управления количественным содержанием активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов) в холодной плазменной струе;- controlling the quantitative content of active forms (radicals, ions, radicals and/or ions) in the cold plasma jet;
- управления распределением активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов) по длине струи;- controlling the distribution of active forms (radicals, ions, radicals and/or ions) along the length of the jet;
- управления составом активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов), оказывающих доминирующее воздействие на объект.- managing the composition of active forms (radicals, ions, radicals and/or ions) that have a dominant effect on the object.
Технический результат достигается в способе воздействия холодной плазменной струей на биологический объект заключающемся в том, что осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, рабочего газа, подаваемого в канал через его входное отверстие, и зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, в отношении которых осуществляют подачу высоковольтного напряжения, обеспечивая разряд и формирование плазмы, получая в результате истекающую из выходного отверстия канала, плазменную струю, которую направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-радикалами и/или ионами, генерируемыми в результате газового разряда, при этом в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи, изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-радикалы и/или ионы.The technical result is achieved in the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, which consists in pumping through the plasma jet generator, along its dielectric channel, the working gas supplied to the channel through its inlet, and igniting the channel when pumping the gas discharge working gas by using electrodes made with the possibility of forming a discharge structure, in relation to which a high-voltage voltage is applied, providing a discharge and plasma formation, resulting in a plasma jet flowing from the outlet of the channel, which is directed at the object and the object is exposed to active forms - radicals and / or ions generated as a result of a gas discharge, while in the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution By varying the existing electric field in a direction parallel to the jet propagation direction, by changing the distribution of the electric field in the specified spatial gap, the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active radical forms and/or ions is controlled.
В способе осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, в которой один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал, а второй разрядный электрод размещают снаружи генератора, опоясывая канал, и его заземляют, а в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи, и изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-радикалы и/или ионы, за счет того, что используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, на который подают равный, или отрицательный, или положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, либо управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-радикалы и/или ионы, за счет того, что используют пару вспомогательных электродов - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, на который подают равный, или отрицательный, или положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, и вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, на который подают равный, или положительный, или отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, причем в отношении вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, выбирают геометрию поперечного сечения, включая его размеры, обеспечивающую прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и эффективность влияния поданного на него потенциала относительно электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.In the method, ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes configured to form a discharge structure, in which one of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it, and the second discharge electrode is placed outside the generator, encircling the channel, and it is grounded, and in the spatial gap, in which the outflowing plasma jet is localized and the object of influence is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation, and changing the distribution of the electric field in the specified spatial the gap controls the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms-radicals and/or ions, due to the fact that an auxiliary electrode is used, which is brought into contact with o an object to which an equal, or negative, or positive potential is applied relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded, or the energy distribution of electrons is controlled, delivered by the plasma jet to the object and generating active radical forms and / or ions, due to the fact that they use a pair of auxiliary electrodes - an auxiliary electrode, which is brought into contact with an object, which is supplied with an equal, or negative, or positive potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded, and an auxiliary electrode, encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, which is supplied with an equal, or positive, or negative potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded, and with respect to the auxiliary electrode encircling the plasma jet, the cross-sectional geometry is selected, including its dimensions, providing the passage of a plasma jet through it without interacting with it and the effectiveness of the influence of the potential applied to it relative to the electric field in the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located.
В способе на вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, подают потенциал от «минус» 1500 В до «плюс» 1500 В, при этом его устанавливают так, что пространственный промежуток, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, и создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи, равен от 15 до 20 мм, а на вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, подают потенциал от «минус» 2500 В до «плюс» 2500 В.In the method, the auxiliary electrode, which is brought into contact with the object, is supplied with a potential from "minus" 1500 V to "plus" 1500 V, while it is set so that the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, and an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in the direction parallel to the direction of the jet propagation, is equal to from 15 to 20 mm, and the potential from "minus" 2500 V to "plus" 2500 V is applied to the auxiliary electrode encircling the plasma jet.
В способе вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, выполняют в виде плоской пластины из электропроводящего материала, а относительно вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, - его выполняют в виде плоской пластины из электропроводящего материала с отверстием, при этом выбирают геометрию отверстия, включая его размеры, обеспечивающую, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала относительно электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, а именно, выполняют с круглым отверстием диаметром от 8 до 14 мм или от 27 до 30 мм, или прямоугольной формы размером 14 мм × 45 мм или 40 мм × 45 мм.In the method, the auxiliary electrode, which is brought into contact with the object, is made in the form of a flat plate of an electrically conductive material, and relative to the auxiliary electrode encircling the plasma jet, it is made in the form of a flat plate of an electrically conductive material with a hole, while choosing the geometry of the hole, including its dimensions, which ensure, firstly, the passage of a plasma jet through it without interacting with it and, secondly, the effectiveness of the influence of the potential applied to it relative to the electric field in the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, namely , are made with a round hole with a diameter of 8 to 14 mm or 27 to 30 mm, or a rectangular hole with a size of 14 mm × 45 mm or 40 mm × 45 mm.
Технический результат достигается в установке для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект, содержащей систему подачи рабочего газа, высоковольтный источник питания, генератор плазменной струи с диэлектрическим трубчатообразным корпусом с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал для прокачки рабочего газа, зажигания в нем газового разряда и формирования плазмы, сообщающийся с системой подачи рабочего газа через входное отверстие в корпусе, в котором в его торце также выполнено соответствующее количеству каналов количество выходных отверстий для истечения плазменной струи, при этом генератор плазменной струи оснащен разрядной структурой в составе высоковольтных разрядных электродов, электрически соединенных с высоковольтным источником питания с возможностью образования разрядной цепи, с расположением одного из электродов вне корпуса - с возможностью опоясывания корпуса с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал, а другого электрода - во внутреннем объеме корпуса, при этом электрод, располагаемый во внутреннем объеме корпуса, выполнен в виде комплекта электрически связанных субэлектродов с соответствием их количества в комплекте количеству каналов во внутреннем объеме корпуса, с размещением субэлектродов на осях соответствующих каналов, дополнительно установка оснащена заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания вспомогательным электродом, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, либо установка оснащена парой вспомогательных электродов - заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания вспомогательным электродом, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, и другим вспомогательным электродом, выполненным с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания, причем в отношении вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, характерна геометрия электрода, включая его размеры, обеспечивающая, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала на электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.The technical result is achieved in an installation for implementing the impact of a cold plasma jet on a biological object, containing a working gas supply system, a high-voltage power source, a plasma jet generator with a dielectric tubular body with an internal volume, in which at least one channel is implemented for pumping the working gas, ignition a gas discharge and plasma formation in it, which communicates with the working gas supply system through the inlet in the housing, in which at its end there is also a number of outlets corresponding to the number of channels for the outflow of the plasma jet, while the plasma jet generator is equipped with a discharge structure as part of high-voltage discharge electrodes electrically connected to a high-voltage power source with the possibility of forming a discharge circuit, with the location of one of the electrodes outside the housing - with the possibility of encircling the housing with an internal volume, in which at least one channel, and the other electrode - in the internal volume of the housing, while the electrode located in the internal volume of the housing is made in the form of a set of electrically connected subelectrodes with their number in the set corresponding to the number of channels in the internal volume of the housing, with subelectrodes placed on the axes of the corresponding channels, in addition, the installation is equipped with an auxiliary electrode grounded or connected to an auxiliary power source, made with the possibility of bringing it into contact with the object of influence and with the possibility of placing it at the distance required for the implementation of the impact on the object relative to the outlet for the outflow of the plasma jet, which specifies the spatial gap in which the outflowing plasma jet and the object of action are located, or the installation is equipped with a pair of auxiliary electrodes - an auxiliary electrode grounded or connected to an auxiliary power source, configured to drive contact with the object of influence and with the possibility of its location at the distance required for the implementation of the impact on the object relative to the outlet for the outflow of the plasma jet, which defines the spatial gap in which the outflowing plasma jet and the object of influence are located, and another auxiliary electrode, made with the possibility encircling the plasma jet and with the possibility of moving in a direction parallel to the direction of propagation of the jet, which is grounded or connected to another auxiliary power source, and in relation to the auxiliary electrode encircling the plasma jet, the geometry of the electrode, including its dimensions, is characteristic, providing, firstly, the passage a plasma jet through it without interacting with it and, secondly, the effectiveness of the influence of the potential applied to it on the electric field in the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, снабжен средствами его перемещения и позиционирования в пространстве.In the installation, an auxiliary electrode is made with the possibility of bringing it into contact with the object of influence and with the possibility of placing it at the distance required for the implementation of the impact on the object relative to the outlet for the outflow of the plasma jet, which specifies the spatial gap in which the outflowing plasma jet and the object of influence are located, equipped with means of its movement and positioning in space.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания, с характерной геометрией электрода, включая его размеры, обеспечивающей, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала на электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, снабжен средствами его перемещения и позиционирования в пространстве.In the installation, an auxiliary electrode is made with the possibility of encircling the plasma jet and with the possibility of moving in a direction parallel to the direction of the jet propagation, which is grounded or connected to another auxiliary power source, with a characteristic geometry of the electrode, including its dimensions, providing, firstly, passing through of the plasma jet without interacting with it and, secondly, the effectiveness of the influence of the potential applied to it on the electric field in the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located is equipped with means for moving and positioning it in space.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, изготовлен из электропроводящего материала в виде плоской пластины.In the installation, an auxiliary electrode is made with the possibility of bringing it into contact with the object of influence and with the possibility of placing it at the distance required for the implementation of the impact on the object relative to the outlet for the outflow of the plasma jet, which specifies the spatial gap in which the outflowing plasma jet and the object of influence are located, made of electrically conductive material in the form of a flat plate.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания, с характерной геометрией электрода, включая его размеры, обеспечивающей, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала на электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, изготовлен из электропроводящего материала в виде плоской пластины, в которой вырезано отверстие круглой формы или прямоугольной формы в зависимости от геометрии поперечного сечения плазменной струи, в случае круглого отверстия его размер в диаметре равен от 8 до 14 мм или от 27 до 30 мм в зависимости от диаметра поперечного сечения плазменной струи, в случае прямоугольного отверстия его размер равен 14 мм × 45 мм или 40 мм × 45 мм в зависимости от размера поперечного сечения плазменной струи, либо изготовлен из проволоки, изогнутой в кольцо или прямоугольник с формированием отверстия указанного размера.In the installation, an auxiliary electrode is made with the possibility of encircling the plasma jet and with the possibility of moving in a direction parallel to the direction of the jet propagation, which is grounded or connected to another auxiliary power source, with a characteristic geometry of the electrode, including its dimensions, providing, firstly, passing through of the plasma jet without interacting with it and, secondly, the effectiveness of the influence of the potential applied to it on the electric field in the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located is made of an electrically conductive material in the form of a flat plate in which a hole is cut round or rectangular, depending on the geometry of the cross section of the plasma jet, in the case of a round hole, its size in diameter is from 8 to 14 mm or from 27 to 30 mm, depending on the diameter of the cross section of the plasma jet, in the case of a rectangular hole e its size is 14 mm × 45 mm or 40 mm × 45 mm, depending on the size of the plasma jet cross section, or made of wire bent into a ring or rectangle to form a hole of the specified size.
Суть заявляемого поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The essence of the claimed is explained by the following description and the attached figures.
На Фиг. 1 представлены в виде блок-схем, в общем виде, несколько вариантов реализации установки, в которой осуществляется способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект, с указанием ее основных функциональных узлов, иллюстрирующих действия способа - а) варианты с использованием заземленных вспомогательных электродов, б) вариант с использованием контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, находящегося под потенциалом, и с отсутствием опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием для струи, в) вариант с использованием опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием для струи, находящегося под потенциалом, и с использованием контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины при его заземлении, где 1 - генератор плазменной струи; 2 - система подачи газа; 3 - высоковольтный источник питания; 4 - плазменная струя; 5 - объект воздействия; 6 - вспомогательный электрод; 7 - вспомогательный электрод; 8 - вспомогательный источник питания; 9 - вспомогательный источник питания.On FIG. Figure 1 presents in the form of block diagrams, in general terms, several options for implementing the installation in which the method of cold plasma jet exposure to a biological object is carried out, indicating its main functional units illustrating the operation of the method - a) options using grounded auxiliary electrodes, b ) a variant with the use of an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a continuous plate under potential, and with the absence of an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate with a hole for the jet, c) a variant with the use of an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate with a hole for a jet under potential, and using an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a solid plate when it is grounded, where 1 is the plasma jet generator; 2 - gas supply system; 3 - high-voltage power supply; 4 - plasma jet; 5 - object of influence; 6 - auxiliary electrode; 7 - auxiliary electrode; 8 - auxiliary power supply; 9 - auxiliary power supply.
На Фиг. 2 схематически показана реализация генератора плазменной струи на основе коаксиальной разрядной ячейки в варианте выполнения с одной ячейкой (левая часть фигуры) и в варианте выполнения с N>1 ячейками (правая часть фигуры), где: 10 - корпус; 11 - разрядный канал; 12 - разрядный электрод; 13 - диэлектрическая вставка; 14 - изолятор; 15 - разрядный электрод; 16 - впускное отверстие.On FIG. 2 schematically shows the implementation of a plasma jet generator based on a coaxial discharge cell in the embodiment with one cell (left side of the figure) and in the embodiment with N>1 cells (right side of the figure), where: 10 - case; 11 - bit channel; 12 - bit electrode; 13 - dielectric insert; 14 - insulator; 15 - bit electrode; 16 - inlet.
На Фиг. 3 схематически показана реализация генератора плазменной струи на основе разрядной ячейки прямоугольной формы в сечении с вариантами выполнения в составе одной ячейкой (левая часть фигуры) и в составе N>1 ячеек (правая часть фигуры), где: 10 - корпус; 11 - разрядный канал; 12 - разрядный электрод; 13 - диэлектрическая вставка; 14 - изолятор; 15 - разрядный электрод; 16 - впускное отверстие.On FIG. Figure 3 schematically shows the implementation of a plasma jet generator based on a rectangular discharge cell in cross section with variants of execution consisting of one cell (left side of the figure) and N>1 cells (right side of the figure), where: 10 - case; 11 - bit channel; 12 - bit electrode; 13 - dielectric insert; 14 - insulator; 15 - bit electrode; 16 - inlet.
На Фиг. 4 показаны измеренные осциллограммы напряжения и тока генератора плазменной струи при различных значениях амплитуды напряжения, длительностях и формах импульса напряжения.On FIG. Figure 4 shows the measured voltage and current oscillograms of the plasma jet generator for various voltage amplitudes, durations, and voltage pulse shapes.
На Фиг. 5 показан спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи атмосферного давления в случае использования в качестве рабочего газа гелия, измеренный в точке на половине длины струи, при подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=5 кВ и при скорости пропускания газа через корпус генератора плазменной струи υ=9,4 л/мин, без использования вспомогательных электродов.On FIG. Figure 5 shows the emission spectrum of a cold (low-temperature) plasma jet at atmospheric pressure in the case of using helium as the working gas, measured at a point at half the length of the jet, when a high-voltage power source is supplied to the generator electrodes U = 5 kV and at a gas flow rate through the generator housing plasma jet υ=9.4 l/min, without the use of auxiliary electrodes.
На Фиг. 6 представлены графики, касающиеся интенсивности излучения радикала ОН: а) распределение интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм по длине плазменной струи при скорости потока рабочего газа гелия газа υ=3 л/мин и подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора (напряжение горения) U=4,9 кВ; б) изменение интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм от напряжения горения при скорости потока рабочего газа гелия υ=3 л/мин; в) изменение интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм от скорости потока рабочего газа гелия при подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=4,9 кВ.On FIG. Figure 6 shows graphs concerning the radiation intensity of the OH radical: a) the distribution of radiation intensity at a wavelength of λ≈309 nm along the length of the plasma jet at a flow rate of the working gas of helium gas υ=3 l/min and supply from a high-voltage power source to the generator electrodes (voltage combustion) U=4.9 kV; b) change in the intensity of radiation at a wavelength of λ≈309 nm on the voltage of combustion at a flow rate of the working gas helium υ=3 l/min; c) change in the intensity of radiation at a wavelength of λ≈309 nm on the flow rate of the helium working gas when supplied from a high-voltage power source to the electrodes of the generator U=4.9 kV.
На Фиг. 7 показано распределение электрического поля в промежутке, в котором происходит истечение плазменной струи, в направлении ее истечения (направление, совпадающее с направлением оси z), при подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=4,5 кВ: а) с использованием заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который контактирует с объектом воздействия; б) без использования вспомогательного электрода.On FIG. Figure 7 shows the distribution of the electric field in the gap in which the plasma jet outflows, in the direction of its outflow (the direction coinciding with the direction of the z axis), when a high-voltage power supply is supplied to the generator electrodes U = 4.5 kV: a) using a grounded auxiliary electrode in the form of a solid plate, which is in contact with the object of influence; b) without using an auxiliary electrode.
На Фиг. 8 представлены данные об интенсивности излучения радикала ОН струи, полученные измерениями в ее наиболее удаленной части от выхода из генератора (над объектом воздействия), - а) демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, контактирующего с объектом воздействия, на интенсивность излучения фрагмент спектра в УФ диапазоне при использовании для получения плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, при скорости потока в канале генератора υ=3 л/мин, подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=4,9 кВ, б) зависимость отношения интенсивностей излучения радикала ОН от напряжения высоковольтного источника питания электродов генератора - интенсивности, получаемой при использовании заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который контактирует с объектом воздействия, к интенсивности, получаемой без указанного вспомогательного электрода, при использовании рабочего газа гелия при скорости потока в канале генератора υ=3 л/мин, на длине волны λ≈309 нм, где: 17 - кривая, полученная при использовании заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины; 18 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде сплошной пластины.On FIG. Figure 8 shows data on the radiation intensity of the OH radical of the jet, obtained by measurements in its most remote part from the generator outlet (above the target), - a) demonstrating the effect of the use of an auxiliary electrode in contact with the target on the emission intensity of the spectrum fragment in the UV range at using helium as a working gas to obtain a plasma jet, at a flow rate in the generator channel υ=3 l/min, supply from a high-voltage power source to the generator electrodes U=4.9 kV, b) dependence of the ratio of the radiation intensities of the OH radical on the high-voltage voltage generator electrode power source - the intensity obtained when using a grounded auxiliary electrode in the form of a solid plate that is in contact with the object of influence, to the intensity obtained without the specified auxiliary electrode, when using helium working gas at a flow rate in the generator channel υ = 3 l / min , n and wavelength λ≈309 nm, where: 17 - curve obtained using a grounded auxiliary electrode in the form of a solid plate; 18 - curve obtained without the use of an auxiliary electrode in the form of a continuous plate.
На Фиг. 9 представлены данные об интенсивности излучения радикала ОН струи, полученные измерениями вблизи выхода струи из генератора, - демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, на интенсивность излучения фрагмент спектра в УФ диапазоне в случаях использования контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, совместно с находящимся под потенциалом опоясывающим плазменную струю вспомогательным электродом в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, и без последнего, при использовании для получения плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, скорости его потока по каналу в корпусе генератора υ=3 л/мин, подаче от источника высоковольтного питания (напряжение горения) на электроды генератора U=5,2 кВ, на длине волны λ≈309 нм, где: 19 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; 20 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В с расположением его в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам; 21 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=2500 В с расположением его в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам.On FIG. Figure 9 shows data on the radiation intensity of the OH radical of the jet, obtained by measurements near the jet exit from the generator, demonstrating the effect of using an auxiliary electrode encircling the plasma jet on the radiation intensity of a fragment of the spectrum in the UV range in cases of using an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a continuous plate , which is grounded, together with the auxiliary electrode in the form of a plate, which is under the potential encircling the plasma jet, in which a hole for the plasma jet is made, and without the latter, when used to obtain a plasma jet as a working gas of helium, its flow rate through the channel in the generator housing υ=3 l/min, supply from a high-voltage power source (combustion voltage) to the generator electrodes U=5.2 kV, at a wavelength of λ≈309 nm, where: 19 is a curve obtained without using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which made a hole under the plasma th jet; 20 - curve obtained using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, with a voltage on it U=0 V, located in a plane crossing the jet perpendicular to the direction of its outflow and dividing it in half; 21 - a curve obtained using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, with a voltage on it U = 2500 V, located in a plane crossing the jet perpendicular to the direction of its outflow and dividing it in half.
На Фиг. 10 показаны зависимости отношения интенсивностей люминесценции радикала ОН от напряжения, подаваемого на опоясывающий плазменную струю вспомогательный электрод в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, установленный в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, - интенсивности, получаемой при применении контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, совместно с находящимся под потенциалом опоясывающим плазменную струю вспомогательным электродом в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, к интенсивности, получаемой при применении только контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без находящегося под потенциалом опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, на длине волны λ≈309 нм, вблизи выхода струи из генератора, при использовании в качестве рабочего газа гелия, при скорости потока по каналу, выполненному в корпусе генератора, υ=3 л/мин, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания U=5,2 кВ, где кривая с пометкой +U соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, положительной полярности, а кривая с пометкой -U соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, отрицательной полярности.On FIG. Figure 10 shows the dependences of the ratio of the luminescence intensities of the OH radical on the voltage applied to the auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate in which a hole for the plasma jet is made, installed in a plane crossing the jet perpendicular to the direction of its outflow and dividing it in half - the intensity obtained when the use of an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a continuous plate, which is grounded, together with an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate under potential, in which a hole for the plasma jet is made, to the intensity obtained by using only the auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a solid plate, which is grounded, without an auxiliary electrode encircling the plasma jet under potential in the form of a plate in which a hole for the plasma jet is made, at a wavelength of λ≈309 nm , near the outlet of the jet from the generator, when using helium as a working gas, at a flow rate through a channel made in the generator housing, υ=3 l/min, when the generator electrodes are supplied from a high-voltage power source U=5.2 kV, where the curve marked +U corresponds to the voltage supply to the auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, of positive polarity, and the curve marked -U corresponds to the voltage supply to the auxiliary electrode in the form of a plate, in which the hole for the plasma jet is made, negative polarity.
На Фиг. 11 показан демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи атмосферного давления, полученной при использовании рабочего газа гелия, измеренный вблизи выхода струи из генератора, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания U=5,2 кВ, при скорости пропускания гелия по каналу, выполненному в корпусе генератора, υ=3 л/мин при использовании обеих вспомогательных электродов - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, и опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, установленного в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, а также при использовании только одного вспомогательного электрода - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, где 22 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; 23 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В; 24 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=2500 В.On FIG. 11 shows the effect of the use of an auxiliary electrode encircling the plasma jet, the emission spectrum of a cold (low-temperature) plasma jet of atmospheric pressure, obtained using a working helium gas, measured near the jet exit from the generator, when the generator electrodes are supplied from a high-voltage power supply U=5, 2 kV, at a rate of helium flow through a channel made in the generator housing, υ=3 l/min when using both auxiliary electrodes - an auxiliary electrode in the form of a solid plate that is in contact with the object of influence, which is grounded, and an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate with a hole installed in a plane crossing the jet perpendicular to the direction of its outflow and dividing it in half, as well as when using only one auxiliary electrode - an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a solid plate, which is grounded, without an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate with a hole, where 22 is a curve obtained without using an auxiliary electrode in the form of a plate in which a hole for the plasma jet is made; 23 - a curve obtained using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, with a voltage on it U=0 V; 24 - a curve obtained using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, with a voltage U = 2500 V on it.
На Фиг. 12 показан демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи атмосферного давления, полученной при использовании рабочего газа гелия, измеренный вблизи водной поверхности, покрывающей биологический объект, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания U=5,2 кВ, при скорости пропускания гелия по каналу, выполненному в корпусе генератора, υ=3 л/мин, при использовании обеих вспомогательных электродов - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, и опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, установленного в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, а также при использовании только одного вспомогательного электрода - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, где 25 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; 26 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В; 27 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с отрицательным напряжением на нем U=-1500 В; 28 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с положительным напряжением на нем U=+1500 В.On FIG. 12 shows the effect of the use of an auxiliary electrode encircling the plasma jet, the emission spectrum of a cold (low-temperature) plasma jet of atmospheric pressure, obtained using the working helium gas, measured near the water surface covering the biological object, when the generator electrodes are supplied from a high-voltage power supply U= 5.2 kV, at a rate of helium flow through the channel made in the generator housing, υ=3 l/min, when using both auxiliary electrodes - an auxiliary electrode in contact with the target in the form of a solid plate, which is grounded, and an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate with a hole installed in a plane crossing the jet perpendicular to the direction of its outflow and dividing it in half, as well as when using only one auxiliary electrode - an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a continuous lastina, which is grounded, without an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form of a plate with a hole, where 25 is a curve obtained without using an auxiliary electrode in the form of a plate in which a hole for the plasma jet is made; 26 - curve obtained using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, with a voltage on it U=0 V; 27 - curve obtained using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, with a negative voltage U=-1500 V; 28 - curve obtained using an auxiliary electrode in the form of a plate, in which a hole for the plasma jet is made, with a positive voltage across it U=+1500 V.
На Фиг. 13 представлены данные о выживаемости раковых клеток А549 в виде временных зависимостей величин, характеризующих число живых клеток в относительных единицах, после воздействия плазмой без использования вспомогательного электрода - а) и после воздействия плазмой с использованием контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода, который был заземлен, - б), где: 29 - зависимость для контрольных клеток А549; 30 - зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи при использовании в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого по каналу генератора со скоростью υ=5 л/мин, при напряжении горения U=4,2 кВ, без использования вспомогательного электрода; 31 -зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи при использовании в качестве рабочего газа аргона, прокачиваемого по каналу генератора υ=3 л/мин, при напряжении горения U=3,6 кВ, без использования вспомогательного электрода; 32 - зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи, полученной при использовании в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого по каналу генератора со скоростью υ=5 л/мин, при напряжении горения U=4,2 кВ, с использованием заземленного вспомогательного электрода, контактирующего с объектом воздействия; 33 - зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи при использовании в качестве рабочего газа аргона, прокачиваемого по каналу генератора со скоростью υ=3 л/мин, при напряжении горения U=3,6 кВ, с использованием заземленного вспомогательного электрода, контактирующего с объектом воздействия.On FIG. 13 shows data on the survival of A549 cancer cells in the form of time dependences of values characterizing the number of living cells in relative units, after exposure to plasma without using an auxiliary electrode - a) and after exposure to plasma using an auxiliary electrode in contact with the object of influence, which was grounded, - b), where: 29 - dependence for control A549 cells; 30 - dependence for A549 cells exposed to a plasma jet when helium was used as a working gas, pumped through the generator channel at a speed of υ=5 l/min, at a combustion voltage of U=4.2 kV, without using an auxiliary electrode; 31 - dependence for A549 cells exposed to a plasma jet when using argon pumped through the generator channel υ=3 l/min as a working gas, at a combustion voltage of U=3.6 kV, without using an auxiliary electrode; 32 - dependence for A549 cells exposed to a plasma jet obtained by using helium as a working gas, pumped through the generator channel at a speed of υ=5 l/min, at a combustion voltage of U=4.2 kV, using a grounded auxiliary electrode, in contact with the object of influence; 33 - dependence for A549 cells exposed to a plasma jet using argon as a working gas, pumped through the generator channel at a speed of υ=3 l/min, at a combustion voltage of U=3.6 kV, using a grounded auxiliary electrode in contact with the object of influence.
Использование холодной плазменной струи в целях получения изменений в биохимических и физиологических процессах в клетках и тканях, базируется на способности низкотемпературной (холодной) плазменной струи атмосферного давления при ее распространении в свободном пространстве по направлению к объекту доставлять к нему электрические поля и большую концентрацию энергетичных электронов, чем обеспечивается генерация активных форм - активных радикалов и/или ионов и достижение активного воздействия на объект. Указанная характерная способность плазменной струи является основой, на которой функционируют как вышеприведенные аналоги, так и предлагаемая группа технических решений.The use of a cold plasma jet in order to obtain changes in biochemical and physiological processes in cells and tissues is based on the ability of a low-temperature (cold) plasma jet of atmospheric pressure, when it propagates in free space towards an object, to deliver electric fields and a high concentration of energetic electrons to it, what ensures the generation of active forms - active radicals and/or ions and the achievement of an active effect on the object. The indicated characteristic ability of the plasma jet is the basis on which both the above analogues and the proposed group of technical solutions function.
Отличительные особенности предлагаемой группы технических решений по сравнению с известным уровнем техники состоят в следующем.The distinctive features of the proposed group of technical solutions in comparison with the prior art are as follows.
В предлагаемом способе воздействия холодной плазменной струей на биологический объект в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя 4 и расположен объект воздействия 5 (см. Фиг. 1), создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, которое параллельно направлению распространения струи. Изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке в направлении, параллельном направлению распространения струи, управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей 4 к объекту воздействия 5 и генерирующих активные формы.In the proposed method of exposure to a biological object with a cold plasma jet in a spatial gap in which the
В предлагаемой установке для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (см. Фиг. 1) выполнен вспомогательный электрод/электроды (вспомогательный электрод 6 или вспомогательный электрод 6 и вспомогательный электрод 7) с заземлением (см. Фиг. 1, а) или с подачей потенциала (см. Фиг. 1б) и в) от вспомогательного источника питания (вспомогательный источник питания 8 (см. Фиг. 1б), вспомогательного источника питания 9 (см. Фиг. 1в). Так, в одном варианте установка оснащена заземленным (см. Фиг. 1а), ее левая часть) или соединенным со вспомогательным источником питания 8 (см. Фиг. 1б) вспомогательным электродом 6, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4, задающем пространственный промежуток, в котором локализована истекающая плазменная струя 4 и расположен объект воздействия 5 (см. Фиг. 1а) и б). В другом варианте установка оснащена парой вспомогательных электродов - заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания 8 вспомогательным электродом 6, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя 4 и объект воздействия 5, и другим вспомогательным электродом 7, выполненным с возможностью опоясывания плазменной струи 4 и с возможностью перемещения в направлении, которое параллельно направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания 9 (см. Фиг. 1а), ее правая часть, и Фиг. 1в).In the proposed installation for the implementation of the impact of a cold plasma jet on a biological object (see Fig. 1), an auxiliary electrode / electrodes (
Влияние приведенных отличий, выражающееся в реализации возможности управления количественным содержанием активных форм - активных радикалов и/или ионов в холодной плазменной струе, управления распределением активных радикалов и/или ионов по длине струи и управления составом активных радикалов и/или ионов, оказывающих доминирующее воздействие на объект, поясняется следующим образом.The influence of the above differences, which is expressed in the implementation of the possibility of controlling the quantitative content of active forms - active radicals and/or ions in a cold plasma jet, controlling the distribution of active radicals and/or ions along the length of the jet, and controlling the composition of active radicals and/or ions that have a dominant effect on object is explained as follows.
Способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект реализуется посредством установки, включающей с учетом всех описанных в настоящем описании ее вариантов реализации генератор плазменной струи 1, систему подачи газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, вспомогательный электрод 7, вспомогательный источник питания 8, вспомогательный источник питания 9 (см. Фиг. 1).The method of exposure to a cold plasma jet on a biological object is implemented by means of an installation that, taking into account all the embodiments described in the present description, includes a
Также как в вышеприведенных аналогах, реализуя воздействие, заполняют выполненную согласно показанному на Фиг. 2 и 3 разрядную ячейку - генератор плазменной струи 1 (см. Фиг. 1) рабочим газом через входное отверстие (впускное отверстие 16, см. Фиг. 2 и 3) и осуществляют прокачку рабочего газа по расположенному в корпусе 10 разрядному каналу 11 генератора со скоростью, задаваемой выше некоторой пороговой величины системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1), которая выполнена с возможностью регулирования скорости расхода газа. Также прикладывают между электродами (разрядный электрод 12 и разрядный электрод 15, см. Фиг. 2 и 3) разрядной ячейки высоковольтное напряжение от высоковольтного источника питания 3 (см. Фиг. 1) с величиной, превышающей некоторое пороговое значение и обеспечивающей разряд и формирование плазмы. В качестве высоковольтного источника питания 3 могут быть использованы любые средства, обеспечивающие напряжение с величиной, необходимой и достаточной для пробоя разрядного промежутка, задаваемого расположением разрядных электродов, и приводящей к развитию и формированию разряда. На Фиг. 4 приведены типичные осциллограммы напряжения и тока разрядной ячейки низкотемпературной плазменной струи атмосферного давления, которые были измерены при различных значениях амплитуды, длительности и формы импульса напряжения. Из осциллограмм видно, что генерация тока происходит на положительной полуволне напряжения. При всех исследованных условиях ток плазменной струи, фиксируемый при его замыкании на внешний металлический коллектор и одновременно регистрируемый поясом Роговского, не превышал значений 10-15 мА.Just as in the above analogues, realizing the impact, they fill in the one made according to the one shown in Fig. 2 and 3 bit cell - plasma jet generator 1 (see Fig. 1) with working gas through the inlet (
В результате перечисленных действий формируется истекающая из выходного отверстия разрядного канала 11 плазменная струя 4, распространяющаяся в свободном пространстве, направляемая на объект воздействия 5 (см. Фиг. 1-3) для осуществления обработки его активными формами-радикалами и/или ионами, генерируемыми в результате газового разряда. На Фиг. 5 приведен измеренный в точке, расположенной на половине длины плазменной струи 4, спектр излучения с идентифицированными спектральными линиями при прокачке через разрядный канал 11 рабочего газа гелия и подаче напряжения на разрядные электроды 12 и 15 (см. Фиг. 2 и 3), но без использования вспомогательных электродов 6 и 7 (см. Фиг. 1). Данный спектр демонстрирует помимо линий излучения рабочего газа - гелия присутствие в плазменной струе линий гидроксильного радикала ОН, молекулярного азота N2, молекулярных ионов азота N2 +, оксида азота NO и Бальмеровской серии водорода. В ультрафиолетовом диапазоне наблюдаются слабые линии О2 и О2 +.As a result of these actions, a
Для демонстрации принципиальной возможности достижения технического результата рассмотрим изменения, касающиеся гидроксильного радикала ОН, которые обуславливают вышеприведенные отличия предлагаемых технических решений.To demonstrate the fundamental possibility of achieving a technical result, consider the changes regarding the OH hydroxyl radical, which cause the above differences in the proposed technical solutions.
Исследование пространственного распределения в плазменной струе гидроксильного радикала ОН, для которого характерна линия интенсивного свечения с λ≈309 нм (см. Фиг. 5), показало, что соответствующая радикалу ОН интенсивность свечения, отражающая количественное содержание активных форм-радикалов ОН, максимальна непосредственно на выходе из разрядного канала 11 - в начале струи и значительно снижается к ее концу - в ее наиболее удаленной части относительно выхода из разрядного канала 11 (Фиг. 6а). При этом интенсивность свечения сублинейно нарастает с увеличением напряжения горения разряда (Фиг. 6б). При скорости потока рабочего газа гелия 3-4 л/мин соответствующая свечению гидроксильного радикала ОН интенсивность максимальна и резко уменьшается при увеличении скорости потока (Фиг. 6в). Как правило, описанная ситуация характерна и для известного уровня техники.The study of the spatial distribution in the plasma jet of the OH hydroxyl radical, which is characterized by an intense luminescence line with λ≈309 nm (see Fig. 5), showed that the luminescence intensity corresponding to the OH radical, reflecting the quantitative content of active form-radicals of OH, is maximum directly on exit from the discharge channel 11 - at the beginning of the jet and significantly decreases towards its end - in its most remote part relative to the exit from the discharge channel 11 (Fig. 6a). In this case, the intensity of the glow sublinearly increases with an increase in the discharge burning voltage (Fig. 6b). At a flow rate of the working gas of helium of 3-4 l/min, the intensity corresponding to the glow of the OH hydroxyl radical is maximum and sharply decreases with an increase in the flow rate (Fig. 6c). As a rule, the described situation is also characteristic of the prior art.
Если воздействие плазменной струей осуществляют в отношении биологического объекта, находящегося в физрастворе или культуральной среде, наблюдается изменение спектров излучения. В частности, происходит усиление линий свечения гидроксильного радикала ОН и появление спектральных линий, характерных для молекулярного азота N2.If a plasma jet is applied to a biological object in a saline solution or culture medium, a change in the emission spectra is observed. In particular, the luminescence lines of the OH hydroxyl radical are enhanced and the spectral lines characteristic of molecular nitrogen N 2 appear.
Плазменная струя воздействует на биологический объект и приводит к протеканию химико-биологических реакций в клетках, меняя их жизнеспособность. С поверхности физиологической жидкости испаряется вода, влажность воздуха становиться выше по мере приближения к поверхности. Повышение влажности изменяет характеристики плазмы и увеличивает скорость генерации гидроксильных радикалов ОН. По мере того, как радикалы и ионы диффундируют в жидкость или образуются в ней (сольватированные частицы), запускаются связанные с водой химические реакции. Многие реакции, такие как сольватация электронов и перезарядка, имеют характерные времена протекания порядка десятков наносекунд. Однако цепочка реакций, инициируемая в жидкости плазмой, может развиваться в течение нескольких секунд или даже минут. Существуют долгоживущие радикалы. В частности, пероксид водорода Н2О2, образование которого происходит в результате реакции двух гидроксильных радикалов ОН, которые, в свою очередь, образуются в результате сольватации ОН в воде. Кроме того, водный озон О3, образуемый в результате сольватации газообразного О3. Как Н2О2, так и О3 могут сохраняться в воде до суток. Присутствие указанных долгоживущих радикалов частично объясняет химическую реактивность, сохраняющуюся после воздействия плазмы в течение длительного времени (М.J. Traylor, М.J. Pavlovich, S. Karim, P. Hait, Y. Sakiyama, D.S. Clark, D.B. Graves, J. Phys. D: Appl. Phys, 2011, 44: 472001).The plasma jet affects the biological object and leads to the flow of chemical and biological reactions in cells, changing their viability. Water evaporates from the surface of the physiological fluid, the humidity of the air becomes higher as it approaches the surface. Increasing the humidity changes the characteristics of the plasma and increases the rate of generation of OH hydroxyl radicals. As radicals and ions diffuse into or form in the liquid (solvated species), water-related chemical reactions are set in motion. Many reactions, such as electron solvation and charge exchange, have characteristic times of the order of tens of nanoseconds. However, the chain of reactions initiated in a liquid by plasma can develop over several seconds or even minutes. There are long-lived radicals. In particular, hydrogen peroxide H 2 O 2 , the formation of which occurs as a result of the reaction of two OH hydroxyl radicals, which, in turn, are formed as a result of the solvation of OH in water. In addition, aqueous ozone O 3 formed as a result of the solvation of gaseous O 3 . Both H 2 O 2 and O 3 can remain in water for up to a day. The presence of these long-lived radicals partially explains the chemical reactivity that persists after exposure to plasma for a long time (M. J. Traylor, M. J. Pavlovich, S. Karim, P. Hait, Y. Sakiyama, DS Clark, DB Graves, J. Phys. D: Appl. Phys, 2011, 44: 472001).
Однако кроме рассмотренных выше возможностей, приводящих к изменениям в спектрах излучения активных радикалов, являющихся следствием соответствующих изменений в составе и концентрации активных частиц, выявлена другая возможность. Эта возможность связана с использованием дополнительного электрического поля, посредством которого влияют на состав, содержание активных частиц, их распределение по длине струи, что находит отражение в изменениях спектральных характеристик. Дополнительное электрическое поле, используя специально для этого предназначенные электроды, создают в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя 4 и расположен объект воздействия 5 (см. Фиг. 1). Создавая дополнительное электрическое поле, изменяют распределение существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту, посредством которых обеспечивается генерация активных форм-радикалов и/или ионов. Для совершения указанного используют специально предназначенные для этого вспомогательные электроды 6 и 7 (см. Фиг. 1). Факт изменения распределения электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя, подтверждают проведенные измерения распределения электрического поля при использовании вспомогательного электрода (Фиг. 7, а) и в отсутствии вспомогательного электрода (Фиг. 7, б).However, in addition to the possibilities discussed above, leading to changes in the emission spectra of active radicals, which are the result of corresponding changes in the composition and concentration of active particles, another possibility has been revealed. This possibility is associated with the use of an additional electric field, which influences the composition, content of active particles, their distribution along the length of the jet, which is reflected in changes in the spectral characteristics. An additional electric field, using specially designed electrodes, is created in the spatial gap in which the
На Фиг. 7 представлены данные измерений распределения электрического поля при подаче на электроды генератора от высоковольтного источника питания 3 U=4,5 кВ с использованием вспомогательного электрода 6 (см. Фиг. 7, а), который заземлен, и без него (см. Фиг. 7, б). Экспериментами показано, что в случае использования вспомогательного электрода 6 (см. Фиг. 7, а) напряженность электрического поля, в частности, в наиболее удаленной точке от выходного отверстия генератора (z=20 мм), лежащей на оси струи (х=0 мм), в итоге увеличивается в два раза. Электрическое поле в радиальном направлении распределено от оси х на меньшее расстояние, по сравнению со случаем отсутствия вспомогательного электрода 6. Оно усиливается, характеризуется большей концентрацией. Расчеты показывают, что использование вспомогательного электрода может обеспечить усиление напряженности электрического поля в 3 раза, а увеличение скорости ионизации - в 4,6 раза (I. Schweigert, Dm. Zakrevsky, P. Gugin, E. Yelak, E. Golubitskaya, O. Troitskaya, and O. Koval, Appl. Sci., 2019, 9: 4528).On FIG. Figure 7 shows the measurement data of the distribution of the electric field when applied to the generator electrodes from a high-voltage power source 3 U=4.5 kV using an auxiliary electrode 6 (see Fig. 7, a), which is grounded, and without it (see Fig. 7 , b). Experiments have shown that in the case of using an auxiliary electrode 6 (see Fig. 7, a), the electric field strength, in particular, at the most distant point from the generator outlet (z=20 mm), lying on the jet axis (x=0 mm ), which doubles as a result. The electric field in the radial direction is distributed from the x-axis at a smaller distance, compared with the case of the absence of the
Дополнительное электрическое поле в указанном пространственном промежутке при воздействии плазменной струи 4 на - объект создают посредством вспомогательного электрода 6 (например, который выполнен в виде сплошной пластины), который приводят в контакт с объектом воздействия 5. Вспомогательный электрод 6 устанавливают неподвижно. Возможность изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения плазменной струи 4, реализуют посредством подачи на вспомогательный электрод 6 определенного значения потенциала. На вспомогательный электрод 6 подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, то есть, нулевой вспомогательный электрод 6 заземлен (Фиг. 1, а). Если на вспомогательный электрод 6 подают отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземлен (Фиг. 1б), то есть, потенциала противоположной полярности относительно полярности потенциала на разрядном потенциальном электроде, расположенном в разрядном канале, вблизи вспомогательного электрода 6 поле усиливается.An additional electric field in the specified spatial gap when the
Изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке за счет подачи потенциала на вспомогательный электрод 6, в том числе, нулевого, управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту, посредством которых обеспечивается генерация активных частиц. Как следствие, изменение распределения электронов по энергии обеспечивает изменение состава, количественного содержания активных частиц, их распределения по длине струи.By changing the distribution of the electric field in the specified spatial gap due to the supply of potential to the
Помещение биологического объекта при воздействии на него плазменной струей 4 на вспомогательный электрод 6 с потенциалом U=0 (электрод заземлен) или с отрицательным потенциалом U<0 (например, от 0 до «минус» 5 кВ), формируемым отдельным вспомогательным источником питания 8 (см. Фиг. 1б), причем этот потенциал может быть приложен как в непрерывном режиме, так и в импульсном режиме, приводит к увеличению напряженности электрического поля, в частности, у объекта воздействия 5 и, соответственно, к повышению локальной электронной температуры (энергии) электронов, что в свою очередь приводит к ускорению ионизационных процессов с участием электронов, в частности, прохождению реакции генерации гидроксильного радикала ОН из молекул H2O с последующим протеканием реакции синтеза пероксида Н2О2.Placing a biological object under exposure to a
Усиление генерации гидроксильного радикала ОН в случае использования вспомогательного электрода 6, расположенного, например, на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи, для усиления электрического поля в указанном промежутке подтверждают данные измерения интенсивности излучения радикала ОН, в частности, в наиболее удаленной от выходного отверстия генератора точке плазменной струи (см. Фиг. 8, а). На Фиг. 8а) приведен соответствующий УФ диапазону фрагмент спектра излучения плазменной струи в случае рабочего газа гелия над биологическим объектом, находящимся в культуральной среде, относящийся к гидроксильному радикалу ОН с линией излучения, соответствующей длине волны λ≈309 нм, измеренный в случае использования вспомогательного электрода 6 - кривая 17, полученная при использовании заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, то есть, в режиме усиленного электрического поля, и измеренный без использования вспомогательного электрода 6 - кривая 18, полученная без использования заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, то есть, в режиме без усиления электрического поля. Если в случае отсутствия усиления электрического поля посредством подачи потенциала на вспомогательный электрод 6, как видно из графика распределения интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм по длине плазменной струи при скорости потока рабочего газа гелия газа υ=3 л/мин и подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора (напряжение горения) U=4,9 кВ (см. Фиг. 6а), интенсивность свечения радикала ОН в наиболее удаленной от выходного отверстия генератора точке плазменной струи существенно снижается, что показывает уменьшение генерации указанного радикала, то при соответствующих мерах по усилению электрического поля ситуация меняется. В случае усиления электрического поля посредством использования вспомогательного электрода 6 нетрудно видеть над поверхностью биологического объекта значительное усиление свечения, относящегося к линии гидроксильного радикала ОН. При этом установлено (см. Фиг. 8б), что отношение интенсивностей свечения для линии гидроксильного радикала ОН, определяемое как отношение интенсивности, измеренной при использовании заземленного вспомогательного электрода 6 в виде сплошной пластины, к интенсивности, измеренной без использования указанного электрода, может достигать двенадцати в зависимости от величины напряжения, подаваемой от высоковольтного источника питания 3 на разрядные электроды генератора. Таким образом, на сублинейное нарастание интенсивности свечения с увеличением напряжения горения разряда (Фиг. 6б) накладывается фактор усиления электрическим полем.The increase in the generation of the OH hydroxyl radical in the case of using the
Далее следует рассмотреть, что изменять распределение электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализованы плазменная струя 4 и объект воздействия 5, и, следовательно, управлять распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту, посредством которых обеспечивается генерация активных форм-радикалов и/или ионов можно не одним вспомогательным электродом, а парой вспомогательных электродов 6 и 7 (см. Фиг. 1).Next, it should be considered that to change the distribution of the electric field in the spatial gap in which the
В этом случае распределение электрического поля в рассматриваемом пространственном промежутке при воздействии плазменной струи 4 на объект изменяют посредством вспомогательного электрода 6, который приводят в контакт с объектом воздействия 5, и который установлен неподвижно, и посредством которого задают изменение распределения поля с усилением его в наиболее удаленной части струи от выходного отверстия генератора, как было рассмотрено выше, и вспомогательного электрода 7, которым опоясывают плазменную струю 4 (например, который выполнен в виде пластины с отверстием под плазменную струю) и который реализован с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи. Перемещаемый вспомогательный электрод 7 устанавливают в том положении, которое необходимо, чтобы обеспечить в итоге требуемое распределение электрического поля в промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5 - в частности, усилить поле в соответствующей части струи, в отношении которой существует потребность в его усилении, конечной целью которого является усиление генерации активных частиц определенного вида.In this case, the distribution of the electric field in the spatial gap under consideration, when exposed to the
Возможность изменения распределения электрического поля в направлении распространения плазменной струи 4 реализуют посредством подачи на вспомогательный электрод 6 определенного значения потенциала - потенциала равного потенциалу охватывающего корпус генератора разрядного электрода 15 (см. Фиг. 2 и 3), который заземляют (соответственно, подают нулевой потенциал на вспомогательный электрод 6), или, в частности, отрицательного потенциала относительно потенциала разрядного электрода 15, который заземлен. При этом в отношении вспомогательного электрода 7 осуществляют подачу нулевого потенциала, то есть, электрод заземляют (см. Фиг. 1, а), ее правая часть). Либо на вспомогательный электрод 7 подают, в частности, положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода 15, который заземлен, соединяя вспомогательный электрод 7 соответственно со вспомогательным источником питания 9 (см. Фиг. 1в).The possibility of changing the distribution of the electric field in the direction of propagation of the
Получено экспериментальное подтверждение, что использование перемещаемого вспомогательного электрода 7 обеспечивает реализацию возможности изменения распределения электрического поля, в частности, с усилением электрического поля в области выходного отверстия генератора плазменной струи - в области, расположенной между выходным отверстием генератора плазменной струи и вспомогательным электродом 7.Experimental confirmation has been obtained that the use of a movable auxiliary electrode 7 provides the realization of the possibility of changing the distribution of the electric field, in particular, with an increase in the electric field in the region of the outlet of the plasma jet generator - in the region located between the outlet of the plasma jet generator and the auxiliary electrode 7.
Так, усиление генерации гидроксильного радикала ОН в области струи вблизи выходного отверстия генератора на расстоянии от него, равном 3 мм, в случае использования вспомогательных электродов 6 и 7 для усиления электрического поля в указанном промежутке подтверждают данные измерения интенсивности излучения радикала ОН плазменной струи (см. Фиг. 9). Измерения выполнены для случая использования для генерации плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого со скоростью по каналу в корпусе генератора υ=3 л/мин, при подаче от источника высоковольтного питания (напряжение горения) на электроды генератора U=5,2 кВ, при расположении вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1, а вспомогательного электрода 7 - в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам. Используемый вспомогательный электрод 7 представляет собой пластину с отверстием круглой формы диаметром 12 мм, через которое проходит плазменная струя 4, и расположен на расстоянии от выходного отверстия генератора, равном 10 мм. Сравнение полученных кривых изменения интенсивности люминесценции в соответствующем спектральном диапазоне (см. Фиг. 9) - кривая 19, полученная без использования перемещаемого вдоль струи вспомогательного электрода 7 в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; кривая 20, полученная при использовании вспомогательного электрода 7 в виде пластины с отверстием под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В; кривая 21, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=2500 В - показывает усиление интенсивности люминесценции и, следовательно, генерации гидроксильного радикала ОН, в частности, в точке, расположенной на расстоянии 3 мм от выхода из генератора плазменной струи, в случаях использования вспомогательного электрода 7.Thus, the enhancement of the generation of the OH hydroxyl radical in the region of the jet near the outlet of the generator at a distance of 3 mm from it, in the case of using
При перемещении вспомогательного электрода 7 и установки его ближе к объекту воздействия 5 (в частности, на расстоянии 3 мм от объекта), что соответствует увеличению ширины области, расположенной между выходным отверстием генератора плазменной струи и вспомогательным электродом 7, как показывают спектральные измерения, происходит изменение распределения электрического поля, приводящее к ослаблению интенсивности люминесценции гидроксильного радикала ОН (309) над объектом воздействия 5 и, следовательно, к снижению его генерации.When moving the auxiliary electrode 7 and installing it closer to the object of influence 5 (in particular, at a distance of 3 mm from the object), which corresponds to an increase in the width of the region located between the outlet of the plasma jet generator and the auxiliary electrode 7, as spectral measurements show, a change occurs distribution of the electric field, which leads to a decrease in the intensity of the luminescence of the hydroxyl radical OH (309) over the object of
Относительно полярности потенциала, подаваемого на вспомогательные электроды 6 и 7, на которые соответственно, как приведено в случаях, описанных выше, подают отрицательный и положительный потенциал, необходимо отметить следующее.With regard to the polarity of the potential applied to the
Если при подаче на вспомогательный электрод 6 (см. Фиг. 1) подают потенциал отрицательной полярности то, в этом случае дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение существующего электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5, выражающееся в усилении поля в приповерхностной области объекта. Это приводит к распределению электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы, в частности, гидроксильные радикалы ОН, при котором генерация последних усиливается над объектом воздействия 5.If, when applied to the auxiliary electrode 6 (see Fig. 1), a potential of negative polarity is applied, then in this case an additional electric field that changes the distribution of the existing electric field in the direction of the jet propagation ensures its change in the spatial gap plasma jet 4 - the object of
В противном случае, если на вспомогательный электрод 6 подают потенциал положительной полярности то, соответственно, дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение существующего электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5 с ослаблением в приповерхностной области объекта, и, в конечном счете, вместо усиления происходит ослабление генерации активных форм, в частности, гидроксильных радикалов ОН.Otherwise, if a potential of positive polarity is applied to the
Таким образом, подавая отрицательный потенциал на дополнительный электрод 6, увеличивают содержание активных форм, в частности, гидроксильных радикалов ОН в приповерхностной области объекта воздействия, и наоборот, подавая положительный потенциал на дополнительный электрод 6, уменьшают содержание активных форм, в частности, гидроксильных радикалов ОН в приповерхностной области объекта воздействия, реализуя возможность управления содержанием активных форм в холодной плазменной струе над объектом воздействия.Thus, by applying a negative potential to the
При совместном использовании со вспомогательным электродом 6, который зафиксирован в неподвижном положении, перемещаемого вдоль направления распространения струи вспомогательного электрода 7, как показано выше, возможности управления генерируемыми активными формами расширяются.When used together with the
Если осуществляют сдвиг вспомогательного электрода 7 вдоль направления распространения струи к выходному отверстию генератора и при этом подают на вспомогательный электрод 7 (см. Фиг. 1) потенциал положительной полярности, в этом случае дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение существующего электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5, выражающееся в усилении поля в области, соответствующей сдвигу электрода к выходному отверстию генератора - в области, расположенной между вспомогательным электродом 7 и выходным отверстием генератора плазменной струи. Это приводит к такому распределению электронов по энергии плазменной струи, генерирующих активные формы, в частности, гидроксильные радикалы ОН, при котором генерация последних усиливается в указанной области - между выходным отверстием генератора плазменной струи и вспомогательным электродом 7.If the auxiliary electrode 7 is shifted along the direction of the jet propagation to the outlet of the generator and at the same time a positive polarity potential is applied to the auxiliary electrode 7 (see Fig. 1), in this case an additional electric field that changes the distribution of the existing electric field in the direction of the jet propagation, its change in the spatial gap is ensured by the plasma jet 4 - the object of
При сдвиге вспомогательного электрода 7 вдоль направления распространения струи к выходному отверстию генератора и подаче на него потенциала отрицательной полярности дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5, выражающееся в ослаблении поля в области, соответствующей сдвигу электрода к выходному отверстию генератора - в области, расположенной между вспомогательным электродом 7 и выходным отверстием генератора плазменной струи. Соответственно, происходит изменение распределения электронов по энергии плазменной струи, генерирующих активные формы, в частности, гидроксильные радикалы ОН таким образом, что генерация последних ослабляется в области, соответствующей сдвигу электрода к выходному отверстию генератора - в области, расположенной между вспомогательным электродом 7 и выходным отверстием генератора плазменной струи.When the auxiliary electrode 7 is shifted along the direction of the jet propagation to the outlet of the generator and a potential of negative polarity is applied to it, an additional electric field that changes the distribution of the electric field in the direction of the jet propagation ensures its change in the spatial gap plasma jet 4 - the object of
Экспериментальные кривые (см. Фиг. 10), измеренные при тех же самых условиях, при которых были получены экспериментальные данные, подтверждающие на примере гидроксильного радикала ОН возможность управления содержанием активных радикалов в холодной плазменной струе и распределением активных радикалов по длине струи подачей на вспомогательный электрод 7 потенциала положительной полярности (см. Фиг. 9), иллюстрируют через зависимость отношения интенсивностей люминесценции радикала ОН от напряжения, подаваемого на вспомогательный электрод 7 положительной и отрицательной полярности, возможность усиления и ослабления генерации активных форм. Зависимость, обозначенная «+U», соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод 7 положительной полярности, а зависимость, обозначенная «-U», соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод 7 отрицательной полярности. При расположении заземленного вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1, а вспомогательного электрода 7 - в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, измерении значений интенсивности в области струи вблизи выходного отверстия генератора на расстоянии от него, равном 3 мм, отношение интенсивностей, определяемое как отношение интенсивности, измеренной при использовании вспомогательного электрода 7, к интенсивности, измеренной без вспомогательного электрода 7, с увеличением положительного потенциала на вспомогательном электроде 7, возрастает, что показывает усиление генерации радикалов ОН в указанной точке. При подаче отрицательного потенциала на вспомогательный электрод 7, с увеличением его значения, при прочих равных условиях наблюдается обратная ситуация - отношение интенсивностей падает, что показывает ослабление генерации радикалов ОН.Experimental curves (see Fig. 10), measured under the same conditions under which the experimental data were obtained, confirming the possibility of controlling the content of active radicals in a cold plasma jet and the distribution of active radicals along the length of the jet by applying to the auxiliary electrode using the example of the OH hydroxyl radical 7 potential of positive polarity (see Fig. 9), illustrate through the dependence of the ratio of luminescence intensities of the OH radical on the voltage applied to the auxiliary electrode 7 of positive and negative polarity, the possibility of enhancing and weakening the generation of active forms. The dependence indicated by "+U" corresponds to the supply of voltage to the auxiliary electrode 7 of positive polarity, and the dependence indicated by "-U" corresponds to the supply of voltage to the auxiliary electrode 7 of negative polarity. When the grounded
Таким образом, на примере гидроксильного радикала ОН, посредством приведенных экспериментальных данных продемонстрирована возможность управления содержанием активных радикалов в холодной плазменной струе и распределением активных радикалов по длине струи.Thus, using the example of the OH hydroxyl radical, using the above experimental data, the possibility of controlling the content of active radicals in a cold plasma jet and the distribution of active radicals along the length of the jet has been demonstrated.
Относительно других форм, помимо гидроксильного радикала ОН, как показывают спектральные измерения, использование вспомогательных электродов 6 и 7 обеспечивает реализацию этих же возможностей.With respect to other forms, in addition to the hydroxyl radical OH, as shown by spectral measurements, the use of
Кроме того, достигается реализация возможности управления составом активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов), оказывающих доминирующее воздействие на объект.In addition, the implementation of the possibility of controlling the composition of active forms (radicals, ions, radicals and/or ions) that have a dominant effect on the object is achieved.
Так, спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи (см. Фиг. 11), измеренный при тех же самых условиях, при которых были получены экспериментальные данные, подтверждающие на примере гидроксильного радикала ОН возможность управления содержанием активных радикалов в холодной плазменной струе и распределением активных радикалов по длине струи подачей на вспомогательный электрод 7 потенциала (см. Фиг. 9 и 10), а именно, в области струи вблизи выходного отверстия генератора на расстоянии от него, равном 3 мм, при использовании для генерации плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого со скоростью по каналу в корпусе генератора υ=3 л/мин, при подаче от источника высоковольтного питания (напряжение горения) на электроды генератора U=5,2 кВ, при расположении заземленного вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1, а вспомогательного электрода 7, представляющего собой пластину с отверстием круглой формы диаметром 12 мм, через которое проходит плазменная струя 4, - в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, то есть, на расстоянии от выходного отверстия генератора, равном 10 мм, с подачей на него потенциала, равного нулю (электрод заземлен) или положительной полярности значением 2500 В, показывает следующее.Thus, the emission spectrum of a cold (low-temperature) plasma jet (see Fig. 11), measured under the same conditions under which experimental data were obtained, confirming, using the example of the OH hydroxyl radical, the possibility of controlling the content of active radicals in a cold plasma jet and the distribution of active radicals along the length of the jet by applying a potential to the auxiliary electrode 7 (see Fig. 9 and 10), namely, in the area of the jet near the generator outlet at a distance of 3 mm from it, when helium is used as a working gas to generate a plasma jet pumped at a speed through the channel in the generator housing υ=3 l/min, when supplied from a high-voltage power supply (combustion voltage) to the generator electrodes U=5.2 kV, when the grounded auxiliary electrode 6 is located at a distance of 20 mm from the generator outlet plasma jet 1, and the auxiliary electrode 7, which is a plate with a round hole f form with a diameter of 12 mm, through which the plasma jet 4 passes, - in a plane crossing the jet perpendicular to the direction of its outflow and dividing it in half, that is, at a distance from the generator outlet equal to 10 mm, with a potential equal to zero applied to it ( electrode is grounded) or positive polarity value of 2500 V, shows the following.
При сравнении полученных кривых изменения интенсивности люминесценции в соответствующем спектральном диапазоне, характеризующемся длиной волн от 300 до 450 нм (см. Фиг. 11), - кривая 22, полученная без использования перемещаемого вдоль струи вспомогательного электрода 7; кривая 23, полученная при использовании вспомогательного электрода 7 с напряжением на нем U=0 В; кривая 24, полученная при использовании вспомогательного электрода 7 с напряжением на нем U=2500 В - видно, что при наличии вспомогательного электрода 7 происходит усиление интенсивности люминесценции и, следовательно, генерации не только гидроксильного радикала ОН, но и N2 на λ≈315 нм, на λ≈336 нм, на λ≈357 нм, на λ≈375 нм. В то же время, с подачей на вспомогательный электрод 7 положительного потенциала относительно люминесценции иона N2 + на λ≈391 нм, на λ≈427 нм отмечается падение ее интенсивности и, следовательно, генерации N2 +, а относительно люминесценции иона N2 + на λ≈380 нм - незначительное повышение интенсивности и, следовательно, генерации N2 +.When comparing the obtained curves of changes in the luminescence intensity in the corresponding spectral range, characterized by a wavelength from 300 to 450 nm (see Fig. 11), -
Спектры, измеренные при подаче на вспомогательный электрод 7 потенциала отрицательной полярности того же значения (в фигурах не приведены) при прочих равных условиях, показывают, что ситуация меняется в противоположную сторону. Наблюдается ослабление интенсивности люминесценции и, следовательно, генерации гидроксильного радикала ОН, N2 на λ≈315 нм, на λ≈336 нм, на λ≈357 нм, на λ≈375 нм. Относительно люминесценции иона N2 + на 1 нм, на λ≈427 нм наблюдается рост ее интенсивности и, как следствие, усиление генерации N2 + с подачей на вспомогательный электрод 7 отрицательного потенциала U=2500 В.The spectra measured when applying to the auxiliary electrode 7 potential of negative polarity of the same value (not shown in the figures) under otherwise equal conditions, show that the situation is changing in the opposite direction. There is a weakening of the luminescence intensity and, consequently, the generation of the hydroxyl radical OH, N 2 at λ≈315 nm, at λ≈336 nm, at λ≈357 nm, at λ≈375 nm. With respect to the luminescence of the N 2 + ion at 1 nm, at λ≈427 nm, an increase in its intensity is observed and, as a result, an increase in the generation of N 2 + with the negative potential U = 2500 V applied to the auxiliary electrode 7.
Спектры, измеренные вблизи водной поверхности, покрывающей биологический объект, в точке, лежащей на расстоянии 3 мм от указанной поверхности, в отношении плазменной струи атмосферного давления, полученной при использовании рабочего газа гелия, пропускаемого по каналу, выполненному в корпусе генератора, со скоростью υ=3 л/мин, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания напряжения U=5,2 кВ, при использовании обоих вспомогательных электродов - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, и опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, установленного в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, а также при использовании только одного вспомогательного электрода - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, которые приведены на Фиг. 12, показывают следующее.Spectra measured near the water surface covering the biological object, at a point lying at a distance of 3 mm from the specified surface, in relation to the atmospheric pressure plasma jet obtained using the working gas helium, passed through a channel made in the generator housing, with a speed υ= 3 l / min, when the generator electrodes are supplied from a high-voltage power supply voltage U = 5.2 kV, when both auxiliary electrodes are used - an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a solid plate, which is grounded, and an auxiliary electrode encircling the plasma jet in the form a plate with a hole installed in a plane crossing the jet perpendicular to the direction of its outflow and dividing it in half, as well as when using only one auxiliary electrode - an auxiliary electrode in contact with the object of influence in the form of a solid plate, which is grounded, without encircling the plasma jet in auxiliary electrode in the form of a plate with a hole, which are shown in Fig. 12 show the following.
При расположении вспомогательного электрода 7, представляющего собой пластину с отверстием круглой формы диаметром 12 мм, через которое проходит плазменная струя 4, в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, то есть, на расстоянии от выходного отверстия генератора, равном 10 мм, при подаче на него потенциала, равного нулю (электрод заземлен), положительного потенциала, отрицательного потенциала и при расположении заземленного вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1 (см. Фиг. 1) наблюдаются изменения интенсивности люминесценции в точке, лежащей на расстоянии 3 мм от водной поверхности, покрывающей биологический объект. Так, в частности, в отношении гидроксильного радикала ОН, интенсивности люминесценции, соответствующие измеренным кривым - кривой 26, полученной при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В, и кривой 27, полученной при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с отрицательным напряжением на нем U=-1500 В, кривой 28, полученной при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с положительным напряжением на нем U=1500 В, кривой 25, полученной без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, отличаются (см. Фиг. 12). Интенсивность люминесценции радикала ОН (309) максимальна в случае отсутствия вспомогательного электрода 7 в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю. В случаях использования вспомогательного электрода 7 с напряжением на нем U=0 В (кривая 26) или с отрицательным напряжением на нем U=-1500 В (кривая 27) происходит уменьшение практически в 2 раза интенсивности люминесценции радикала ОН (309) и, соответственно, содержания гидроксильного радикала ОН в указанной точке над объектом воздействия 5. При этом кривые 26 и 27 на участке спектра, относящемся к гидроксильному радикалу ОН (309), практически совпадают. Подача положительного напряжения на вспомогательный электрод 7 того же значения (U=+1500 В) приводит к еще большему уменьшению интенсивности люминесценции радикала ОН (309) (кривая 28), в 3-4 раза, по сравнению с отсутствием вспомогательного электрода 7 (кривая 25), обуславливая соответственно снижение содержания гидроксильного радикала ОН.When the auxiliary electrode 7 is located, which is a plate with a round hole with a diameter of 12 mm, through which the
Использование вспомогательного электрода 7, как показывают экспериментальные данные, позволяет уменьшить интенсивность люминесценции активных частиц. Перемещение вспомогательного электрода 7 в направлении распространения струи от выхода генератора плазменной струи 1 к объекту воздействия 5 (см. Фиг. 1) приводит к снижению интенсивности люминесценции активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов) над объектом воздействия и, следовательно, к снижению их содержания.The use of auxiliary electrode 7, as shown by experimental data, makes it possible to reduce the luminescence intensity of active particles. Moving the auxiliary electrode 7 in the direction of the jet propagation from the output of the
Экспериментальное подтверждение решаемой технической проблемы, выражающейся в достижении повышения эффективности воздействия плазменной струи в отношении любых объектов, и в первую очередь, в отношении биологических объектов при проведении антираковой терапии, за счет указанного технического результата, предоставляют полученные данные о выживаемости раковых клеток А549, представленные на Фиг. 13, иллюстрирующие управляемость динамикой апоптоза раковых клеток А549. Сравнение зависимостей, представленных на Фиг. 13а) и 13б), показывает, что применение, в частности, заземленного вспомогательного электрода 6, контактирующего с объектом воздействия 5 (см. Фиг. 1), приводит к большей эффективности воздействия плазменной струи на объект (зависимость 32 и зависимость 33).Experimental confirmation of the technical problem being solved, which is expressed in achieving an increase in the efficiency of the plasma jet exposure to any objects, and primarily to biological objects during anti-cancer therapy, due to the specified technical result, provides the obtained data on the survival of A549 cancer cells, presented on Fig. 13 illustrating the controllability of apoptosis dynamics in A549 cancer cells. Comparison of the dependencies shown in Fig. 13a) and 13b) shows that the use, in particular, of a grounded
Установка для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект в вариантах обобщенного случая выполнения (см. Фиг. 1) содержит: генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, который заземлен (см. Фиг. 1а) левая часть); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, который заземлен, вспомогательный электрод 7, который заземлен (см. Фиг. 1а) правая часть); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, вспомогательный источник питания 8 (см. Фиг. 1б); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, который заземлен, вспомогательный электрод 7, вспомогательный источник питания 9 (см. Фиг. 1в); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, вспомогательный электрод 7, вспомогательный источник питания 8, вспомогательный источник питания 9 (на Фиг. 1 данный вариант реализации установки не показан).The installation for implementing the impact of a cold plasma jet on a biological object in variants of the generalized case of execution (see Fig. 1) contains: a
Генератор плазменной струи 1 может содержать одну (Фиг. 2 и 3, левые их части) или N>1 (Фиг. 2 и 3, правые их части) разрядных ячеек (разрядных каналов 11).The
Генератор плазменной струи (см. Фиг. 2, 3) выполнен с диэлектрическим трубчатообразным корпусом 10 с внутренним объемом, в котором реализован, по крайней мере, один разрядный канал 11 для прокачки рабочего газа, зажигания в нем газового разряда и формирования плазмы. Разрядный канал 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) через входное отверстие (впускное отверстие 16) в корпусе 10. В торце корпуса 10 также выполнено соответствующее количеству каналов 11 количество выходных отверстий (позиция не показана) для истечения плазменной струи. При этом генератор плазменной струи оснащен разрядной структурой в составе высоковольтных разрядных электродов 12 и 15. Указанные разрядные электроды электрически соединены с высоковольтным источником питания 3 (см. Фиг. 1) с возможностью образования разрядной цепи, с расположением одного из электродов (а именно разрядного электрода 15) вне корпуса 10 - с возможностью опоясывания корпуса 10 с внутренним объемом, в котором реализован, по крайней мере, один канал, а другого электрода (разрядного электрода 12) - во внутреннем объеме корпуса 10. При этом указанный электрод (разрядный электрод 12), располагаемый во внутреннем объеме корпуса 10, выполнен в виде комплекта электрически связанных субэлектродов. Количество субэлектродов в комплекте соответствует количеству каналов (разрядных каналов 11) во внутреннем объеме корпуса 10. Разрядный электрод 12 своими субэлектродами размещен в каждом из разрядных каналов 11 на осях соответствующих каналов (см. Фиг. 2 и 3).The plasma jet generator (see Figs. 2, 3) is made with a dielectric
Установка оснащена заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания 8 вспомогательным электродом 6. Вспомогательный электрод 6 выполнен с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4. Упомянутое расстояние задает пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя 4 и объект воздействия 5 (см. Фиг. 1).The installation is equipped with an
В другой реализации установки она оснащена парой вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод 6 заземлен или соединен со вспомогательным источником питания 8. Вспомогательный электрод 6 выполнен с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4. Указанное расстояние задает пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя 4 и объект воздействия 5. Второй из них - вспомогательный электрод 7, выполнен с возможностью опоясывания плазменной струи 4 и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, заземлен или соединен со вспомогательным источником питания 9.In another implementation of the installation, it is equipped with a pair of auxiliary electrodes. One of them -
Генератор плазменной струи 1 может быть реализован следующими вариантами (Фиг. 2 и 3).The
Так, в одном из вариантов, корпус 10 (см. Фиг. 2, левая часть) выполнен в виде прямого кругового цилиндра с внешним диаметром, например, 14 мм из диэлектрического материала, например, кварца или керамики. Во внутреннем объеме корпуса 10, в частности, при реализации одной разрядной ячейки выполнен один разрядный канал 11 длиной, например, 100 мм и диаметром 10 мм. Разрядный электрод 12 расположен на оси цилиндра разрядного канала 11, выполнен из электропроводящего материала в виде стержня, например, из меди, или нержавеющей стали, или титана, длиной 50 мм и диаметром 2 мм или менее. Разрядный электрод 12 установлен для размещения его в разрядном канале 11 в одном торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10. Выходное отверстие (позиция не показана) для истечения плазменной струи, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13 с капилляром, представляющей собой втулку, с диаметром капилляра от 0,5 до 4 мм и длиной вставки от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15, выполненный из электропроводящего материала в виде кольца, с внутренним диаметром, позволяющим сделать плотный охват корпуса 10. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в разрядный канал 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12.So, in one of the options, the body 10 (see Fig. 2, left side) is made in the form of a straight circular cylinder with an outer diameter of, for example, 14 mm from a dielectric material, such as quartz or ceramics. In the internal volume of the
Для описанной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 2, левая часть) характерна площадь зоны воздействия плазменной струи от 1 до 4 мм2, что определяется площадью поперечного сечения истекающий струи.For the described design of the plasma jet generator (see Fig. 2, left side) is characterized by the area of the impact zone of the plasma jet from 1 to 4 mm 2 , which is determined by the cross-sectional area of the flowing jet.
В другом варианте реализации генератора плазменной струи корпус 10 (см. Фиг. 2, правая часть) выполнен в виде прямого кругового цилиндра из диэлектрического материала, например, кварца или керамики. Во внутреннем объеме корпуса 10, в частности, при реализации тринадцати разрядных ячеек, плотно расположенных в нем, выполнено в форме прямого кругового цилиндра из диэлектрика (как показано на Фиг. 2, правая часть) тринадцать разрядных каналов 11 длиной, например, 50 мм, внутренним диаметром 2 мм, а внешним диаметром - 4 мм. Установленный в одном торце корпуса 10 разрядный электрод 12 своими субэлектродами, каждый из которых выполнен в виде стержня, например, из меди, или нержавеющей стали, или титана, длиной 20 мм и диаметром 0,5 мм или менее, расположен на оси цилиндра каждого разрядного канала 11. Разрядный электрод 12 своими субэлектродами установлен для размещения его в каждом разрядном канале 11 в торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10. Выходное отверстие (позиция не показана) для истечения плазменной струи каждого разрядного канала 11, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в каждом разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13 с капилляром, представляющей собой диэлектрическую втулку. Диаметр капилляра равен от 0,1 до 1 мм, а длина вставки - от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15, выполненный из электропроводящего материала, например, из меди, в виде кольца, с внутренним диаметром, позволяющим сделать плотный охват корпуса 10 и, таким образом, охватить совокупность плотно расположенных в корпусе разрядных каналов 11 (как показано на Фиг. 2, в ее правой части). Возможна также другая реализация разрядного электрода 15 - с кольцевым охватом каждого разрядного канала 11. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем каждого разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в разрядные каналы 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12 своими субэлектродами.In another embodiment of the plasma jet generator, the body 10 (see Fig. 2, right side) is made in the form of a straight circular cylinder made of a dielectric material, such as quartz or ceramic. In the internal volume of the
Для приведенной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 2, правая часть) характерно увеличение площади зоны воздействия плазменной струи, которая пропорциональна количеству разрядных каналов 11. Например, при размещении в корпусе 10 семи разрядных каналов 11, площадь воздействия достигает 30 мм2.The given design of the plasma jet generator (see Fig. 2, right side) is characterized by an increase in the area of the plasma jet impact zone, which is proportional to the number of
Генератор плазменной струи 1 может быть реализован не только с использованием геометрической конфигурации для корпуса 10 и разрядного канала 11 прямого кругового цилиндра, как было рассмотрено выше. В частности, корпус 10, разрядный канал 11 могут иметь прямоугольную конфигурацию (Фиг. 3).The
Так, в генераторе плазменной струи, реализованном с одной разрядной ячейкой (см. Фиг. 3, левая часть), корпус 10 выполнен из пластин диэлектрика, например, кварца или керамики, прямоугольной формы длиной 40 мм, ограничивающими внутренний объем щелевидной формы с прямоугольным поперечным сечением 30 мм × 2 мм, представляющим собой разрядный канал 11. Разрядный электрод 12 расположен на оси разрядного канала 11, выполнен в виде многоострийного электрода, например, из электропроводящего листового материала: меди, или нержавеющей стали, или титана, или тантала. Многоострийность электрода получена тем, что одной из сторон вырезанного прямоугольника из листового материала, которая при расположении электрода в разрядном канале ориентирована в плоскости его поперечного сечения, придана регулярная выемчато-зубчатая форма с расположением всех вершин зубцов, являющихся остриями, в одной плоскости поперечного сечения канала, а всех глубин выемок - в другой плоскости поперечного сечения разрядного канала. Для разрядного электрода 12 может быть использован листовой материал толщиной от 0,05 до 1 мм. Вырезанный прямоугольник - заготовка для разрядного электрода 12 может быть размером до 25 мм × 20 мм. Для стороны прямоугольника, которой придана регулярная выемчато-зубчатая форма, количество зубцов (остриев), составляет, например, в погонных единицах от 0,2 до 2 шт./мм или в абсолютных единицах от 1 зубца (острия) на длине 0,5 мм до 1 зубца (острия) на длине 5 мм. При установке разрядного электрода в канале его располагают в плоскости, которая параллельна плоскости расположения большей стороны поперечного сечения канала и перпендикулярна плоскости расположения меньшей стороны поперечного сечения канала. Разрядный электрод 12 установлен для размещения его в разрядном канале 11 в одном торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10. Выходное отверстие (позиция не показана) прямоугольной формы для истечения плазменной струи, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13, выполненной в составе пары диэлектрических пластин. Толщину указанных пластин выбирают исходя из условия уменьшения площади поперечного сечения разрядного канала в области расположения пластин на величину от 30 до 50%. Пластины установлены с примыканием их к внутренним поверхностям стенок корпуса большей площади, выполнены прямоугольной формы, с шириной, равной ширине внутренней поверхности стенок корпуса большей площади, к которым пластины примыкают, а длиной - например, от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15 из электропроводящего материала, выполненный геометрической конфигурацией, соответствующей конфигурации корпуса 10, позволяющей сделать плотный охват корпуса 10. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в разрядный канал 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12.So, in a plasma jet generator implemented with a single discharge cell (see Fig. 3, left side), the
Для рассмотренной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 3, левая часть) характерна площадь зоны воздействия плазменной струи 40 мм2, что определяется площадью поперечного сечения струи.For the considered design of the plasma jet generator (see Fig. 3, left side), the area of the plasma jet impact zone is 40 mm 2 , which is determined by the cross-sectional area of the jet.
В другом варианте реализации генератора плазменной струи в корпусе 10 (см. Фиг. 3, правая часть) выполнено, например, три разрядные ячейки - три разрядных канала 11.In another embodiment of the plasma jet generator in the housing 10 (see Fig. 3, right side) is made, for example, three discharge cells - three
Корпус 10 выполнен из пластин диэлектрика, например, кварца или керамики, прямоугольной формы длиной 40 мм, ограничивающими внутренний объем, который прямоугольными пластинами-вставками из того же диэлектрика, расположенными между двумя противоположными сторонами корпуса 10, подразделен на три идентичных, параллельных друг относительно друга, канала щелевидного типа. Для каждого из указанных каналов характерно прямоугольное поперечное сечение 30 мм × 2 мм. С одного торца корпуса 10 разрядный электрод 12 своими субэлектродами расположен на оси каждого разрядного канала 11 щелевидной формы. Каждый из субэлектродов выполнен многоострийным, например, из электропроводящего листового материала: меди, или нержавеющей стали, или титана, или тантала. Каждый из многоострийных субэлектродов получен тем, что одной из сторон вырезанного прямоугольника из листового материала, которая при расположении субэлектрода в разрядном канале ориентирована в плоскости его поперечного сечения, придана регулярная выемчато-зубчатая форма с расположением всех вершин зубцов, являющихся остриями, в одной плоскости поперечного сечения канала, а всех глубин выемок - в другой плоскости поперечного сечения разрядного канала. Для разрядного электрода 12 может быть использован листовой материал толщиной от 0,05 до 1 мм. Вырезанный прямоугольник - заготовка субэлектрода разрядного электрода 12 может быть размером до 25 мм × 20 мм. Для стороны прямоугольника, которой придана регулярная выемчато-зубчатая форма, количество зубцов (острий), составляет, например, в погонных единицах от 0,2 до 2 шт./мм или в абсолютных единицах от 1 зубца (острия) на длине 0,5 мм до 1 зубца (острия) на длине 5 мм. При установке каждого субэлектрода в соответствующем ему канале его располагают в плоскости, которая параллельна плоскости расположения большей стороны поперечного сечения канала и перпендикулярна плоскости расположения меньшей стороны поперечного сечения канала. Разрядный электрод 12 своими субэлектродами установлен для размещения его в разрядном канале 11 в одном торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10 и по стенкам прямоугольных пластин-вставок, которые для формирования разрядных ячеек в корпусе 10 расположены между двумя его противоположными сторонами. Выходное отверстие прямоугольной формы многощелевого типа (позиция не показана) для истечения плазменной струи, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в каждом разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13, выполненной в составе пары диэлектрических пластин. Толщину указанных пластин выбирают исходя из условия уменьшения площади поперечного сечения разрядного канала в области расположения пластин на величину от 30 до 50%. Пластины установлены с примыканием их к внутренним поверхностям стенок корпуса большей площади и/или к поверхностям прямоугольных пластин-вставок, выполнены прямоугольной формы, с шириной, равной ширине внутренней поверхности стенок корпуса большей площади и/или ширине поверхности прямоугольных пластин-вставок, к которым пластины примыкают, а длиной - например, от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15 из электропроводящего материала, выполненный геометрической конфигурацией, соответствующей конфигурации корпуса 10, позволяющей сделать плотный охват корпуса 10. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в каждый разрядный канал 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12.The
Для приведенной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 3, правая часть) площадь зоны воздействия плазменной струи определяется площадью поперечного сечения струи, истекающей из каждого разрядного канала, равной 40 мм2, умноженной на количество разрядных ячеек, для рассмотренного варианта реализации генератора плазменной струи, равной 120 мм2.For the given design of the plasma jet generator (see Fig. 3, right side), the area of the plasma jet impact zone is determined by the cross-sectional area of the jet flowing from each discharge channel, equal to 40 mm 2 multiplied by the number of discharge cells, for the considered embodiment of the plasma generator jet equal to 120 mm 2 .
Для реализации системы подачи газа 2 (см. Фиг. 1) используют устройства, обеспечивающие подачу рабочего газа со скоростью от 0,1 до 15 л/мин. В качестве таковых могут быть использованы коммерчески доступные изделия, например, регуляторы скорости потока газа, прокачиваемого через газоразрядное устройство - генератор плазменной струи: ротаметры для контроля газа различных серий от компании Мера и Yuyao Kingtai Instrument Co. Ltd. (http://www.rotametrs.ru/rotametr.htm), регуляторы массового расхода газа с программным управлением, например, РРГ-12 от компании Элточприбор (http://www.eltochpribor.ru/).To implement the gas supply system 2 (see Fig. 1), devices are used that provide the supply of working gas at a rate of 0.1 to 15 l/min. As such, commercially available products can be used, for example, regulators of the rate of gas flow pumped through a gas discharge device - a plasma jet generator: rotameters for gas control of various series from Mera and Yuyao Kingtai Instrument Co. Ltd. (http://www.rotametrs.ru/rotametr.htm), program-controlled gas mass flow controllers, for example, RRG-12 from Eltochpribor (http://www.eltochpribor.ru/).
Для реализации высоковольтного источника питания 3 (см. Фиг. 1), связанного с разрядными электродами генератора плазменной струи, используют высоковольтные источники, обеспечивающие синусоидальное напряжение с частотой следования импульсов 1-100 кГц с амплитудой напряжения 1-10 кВ. В качестве таких источников могут быть использованы коммерчески доступные источники питания синусоидального напряжения в вариантах (http://www.cled.ru/catalog/neon/neon_transformers_crystalight_litebox/): трансформатор электронный Crystalight Litebox 06 кВ, 30 мА, 36 кГц; трансформатор электронный Crystalight Litebox 08 кВ, 30 мА, 31 кГц. Кроме того, для возбуждения плазменной струи могут использоваться источники импульсного напряжения, обеспечивающие подачу на разрядные электроды импульсного напряжения с частотой от 0,01 до 100 кГц с амплитудой напряжения 1-100 кВ. В качестве таких источников возможно использовать стандартные устройства - маломощные и мощные наносекундные импульсные генераторы от Eagle Harbor Technologies (ЕНТ) Inc. (www.eagleharbortech.com/product-categories/nanosecond-pulsers/low-power-nanosecond-pulsers/). Кроме того, могут быть использованы изделия от компании Мантигора - генераторы высоковольтных импульсов серии PHV и PHVD (http://mantigora.ru/products.htm).To implement a high-voltage power source 3 (see Fig. 1) associated with the discharge electrodes of the plasma jet generator, high-voltage sources are used that provide a sinusoidal voltage with a pulse repetition rate of 1-100 kHz with a voltage amplitude of 1-10 kV. Commercially available sinusoidal voltage power supplies can be used as such sources (http://www.cled.ru/catalog/neon/neon_transformers_crystalight_litebox/): electronic transformer Crystalight Litebox 06 kV, 30 mA, 36 kHz; electronic transformer Crystalight Litebox 08 kV, 30 mA, 31 kHz. In addition, to excite the plasma jet, pulsed voltage sources can be used that supply pulsed voltage to the discharge electrodes with a frequency of 0.01 to 100 kHz with a voltage amplitude of 1-100 kV. As such sources, it is possible to use standard devices - low-power and high-power nanosecond pulse generators from Eagle Harbor Technologies (ENT) Inc. (www.eagleharbortech.com/product-categories/nanosecond-pulsers/low-power-nanosecond-pulsers/). In addition, products from the Mantigora company - high-voltage pulse generators of the PHV and PHVD series (http://mantigora.ru/products.htm) can be used.
Вспомогательный источник питания 8 и вспомогательный источник питания 9 электрически связаны соответственно со вспомогательным электродом 6 и вспомогательным электродом 7 для подачи на указанные электроды потенциала положительной или отрицательной полярности. С целью выполнения ими своей функции в качестве указанных источников могут быть использованы сконструированные на основе элементарных знаний общей физики простейшие источники постоянного напряжения собственной сборки либо коммерчески доступные устройства, например, от компании Мантигора - высоковольтный преобразователь напряжения серии М2, МТ (высоковольтный DC-DC преобразователь, http://mantigora.ru/HV.htm#nastol).The
Вспомогательный электрод 6, выполненный с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, вспомогательный электрод 7, выполненный с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, которое параллельно направлению распространения струи, для реализации их возможностей позиционирования, включая возможность перемещения, связаны со средствами перемещения и позиционирования, в качестве которых использованы устройства точной механики, например от производителя STANDA (http://www.standa.lt):
а) 7Т173 Узкий линейный транслятор из алюминия (http://viconse.ru/catalog/povorotnye_i_linejnye_translyatory/uzkie_linejnye_translyatory_seriya_7t173/uzkj_linejnyj_translyator/);a) 7T173 Narrow aluminum linear translator
б) 7T173-20-50 Узкий линейный транслятор из алюминия (http://viconse.ru/catalog/povorotnye_i_linejnye_translyatory/uzkie_linejnye_translyatory_seriya_7t173/7t173-20-50-uzkij-linejnij-translyator/).b) 7T173-20-50 Narrow aluminum linear translator
Кроме того, в качестве таковых могут быть использованы линейные трансляторы от Thorlabs (https://www.thorlabs.com/navigation.cfm?guide_id=2).In addition, linear translators from Thorlabs (https://www.thorlabs.com/navigation.cfm?guide_id=2) can be used as such.
Вспомогательный электрод 6 и вспомогательный электрод 7 могут быть выполнены из листового электропроводящего материала, из которого выполняют разрядный электрод 12 в случае реализации генератора плазменной струи в вариантах с использованием прямоугольной конфигурации корпуса 10 и разрядного канала 11. Так, вспомогательный электрод 6 может представлять собой сплошную плоскую пластину, являющуюся основанием для размещения объекта воздействия. Основная функция вспомогательного электрода 6 обеспечить контакт с объектом воздействия и оказывать влияние на существующее электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.
Вспомогательный электрод 7 может быть выполнен из электропроводящего материала в виде плоской пластины, в которой вырезано отверстие для прохождения плазменной струи. В случае реализации генератора плазменной струи в исполнении с одной разрядной ячейкой с использованием геометрической конфигурации прямого кругового цилиндра (с одним разрядным каналом 11, как показано на Фиг. 2 в ее левой части), обуславливающим выходящую плазменную струю диаметром от 1 до 4 мм, отверстие вырезано круглой формы диаметром от 8 до 14 мм, в оптимальном случае от 10 до 12 мм. Если генератор плазменной струи реализован, например, в исполнении с семью разрядными ячейками с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра, отверстие круглой формы выполняют диаметром от 27 до 30 мм. При реализации генератора плазменной струи в исполнении с одной разрядной ячейкой с использованием прямоугольной конфигурации (с одним разрядным каналом 11 щелевидного типа, как показано на Фиг. 3 в ее левой части) и геометрическими размерами ячейки, обеспечивающими площадь поперечного сечения струи 40 мм2, отверстие в пластине выполняют прямоугольного типа в виде щели размером 14 мм × 45 мм. Если генератор плазменной струи реализован, например, в исполнении с тремя разрядными ячейками прямоугольной конфигурации (с тремя разрядными каналами 11 щелевидного типа, как показано на Фиг. 3 в ее правой части), геометрические размеры каждой из которых обеспечивают площадь поперечного сечения истекающей из каждой ячейки плазменной струи 40 мм2, то отверстие в пластине выполняют прямоугольной формы размером 40 мм × 45 мм. Электрод, конструкция которого рассматривается, может быть выполнен из проволоки, изогнутой в соответствующей геометрической форме, обеспечивающей, в частности, каждую их приведенных геометрических конфигураций отверстия и размеры. Кроме того, геометрические размеры отверстия вспомогательного электрода 7 могут отличаться от указанных размеров, хотя бы по причине использования генератора плазменной струи, обеспечивающего другие ее параметры - в отношении поперечного сечения. Основная функция вспомогательного электрода 7 обеспечить прохождение через него струи с воздействием на существующее электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия. С одной стороны, отверстие вспомогательного электрода 7 должно быть достаточным, чтобы пропускать заряженные частицы, предотвращая их притягивание к электроду или, наоборот, отталкивание. С другой стороны, отверстие не должно быть чрезмерным, чтобы избежать ситуации, в которой потенциал вспомогательного электрода 7 окажется неэффективным для влияния на поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия. Таким образом, геометрия поперечного сечения вспомогательного электрода 7, опоясывающего плазменную струю, включая его размеры, выбирается из условия прохождения через вспомогательный электрод 7 плазменной струи в отсутствии взаимодействия со вспомогательным электродом 7 и наличия эффекта влияния потенциала вспомогательного электрода 7 на поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.Auxiliary electrode 7 can be made of an electrically conductive material in the form of a flat plate, in which a hole is cut for the passage of the plasma jet. In the case of the implementation of the plasma jet generator in the execution with one discharge cell using a geometric configuration of a straight circular cylinder (with one
Функционирование предлагаемой установки с достижением указанного технического результата демонстрируют нижеследующие примеры реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект.The operation of the proposed installation with the achievement of the specified technical result is demonstrated by the following examples of the implementation of the method of exposure to a biological object with a cold plasma jet.
Пример 1.Example 1
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A single discharge cell plasma jet generator with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 11 раз по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of influence is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object, setting it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The specified auxiliary electrode controls the distribution of electrons by energy delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - OH hydroxyl radicals, obtaining an increase in the electric field over the object of influence and, as a result, an increase in the content of OH radicals by 11 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 2.Example 2
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него, положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N2 + (380), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas, helium, is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) made with the possibility of forming a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with a single discharge cell with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - N 2 + ions (380) generated as a result of the gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N2 + (380), получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания ионов N2 + (380) в 2,25 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object, setting it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The indicated auxiliary electrode controls the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - N 2 + (380) ions, obtaining an increase in the electric field over the object of influence and, as a result, an increase in the content of N 2 + (380) ions in 2 .25 times in comparison with the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 3.Example 3
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A single discharge cell plasma jet generator with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, который устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая ослабление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, уменьшение содержания радикалов ОН в 2,3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of influence is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The second of the electrodes is an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, which is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm serves an equal potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded second auxiliary electrode is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - OH hydroxyl radicals, resulting in a weakening of the electric field over the target and, as a result, a decrease in the content of OH radicals by 2.3 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 4.Example 4
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N2 + (380), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas, helium, is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) made with the possibility of forming a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with a single discharge cell with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - N 2 + ions (380) generated as a result of the gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N2 + (380), получая ослабление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, уменьшение содержания ионов N2 + (380) в 1,7 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The second of the electrodes is an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, and is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm serves an equal potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded second auxiliary electrode is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - N 2 + (380) ions, obtaining a weakening of the electric field over the object of influence and, as a result, a decrease in the content of N 2 + (380) ions in 1 .7 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 5.Example 5
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A single discharge cell plasma jet generator with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «минус» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора и, как следствие, уменьшение содержания радикалов ОН в 1,9 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of influence is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The second of the electrodes is an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, and is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm, a negative potential is applied relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a second auxiliary electrode with a potential of minus 2000 V is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - OH hydroxyl radicals, obtaining a weakening of the electric field at a point at a distance of 3 mm from the outlet generator and, as a result, a decrease in the content of OH radicals by 1.9 times compared with the case in which there are no measures to create an additional field.
Пример 6.Example 6
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A single discharge cell plasma jet generator with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 1,9 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of influence is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The second of the electrodes is an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, and is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm, a positive potential is applied relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a second auxiliary electrode with a plus potential of 2000 V is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - OH hydroxyl radicals, obtaining an amplification of the electric field at a point at a distance of 3 mm from the outlet generator and, as a consequence, an increase in the content of OH radicals by 1.9 times compared with the case in which there are no measures to create an additional field.
Пример 7.Example 7
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-ионами N2 + (391), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas, helium, is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) made with the possibility of forming a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with a single discharge cell with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms-ions N 2 + (391) generated as a result of the gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «минус» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N2 + (391), получая усиление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи и, как следствие, увеличение содержания ионов N2 + (391) в 1,3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The second of the electrodes is an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, and is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm, a negative potential is applied relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a second auxiliary electrode with a potential of minus 2000 V is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - N 2 + ions (391), obtaining an increase in the electric field at a point at a distance of 3 mm from the outlet of the plasma jet generator and, as a result, an increase in the content of N 2 + (391) ions by 1.3 times compared with the case in which there are no measures to create an additional field.
Пример 8.Example 8
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N2 + (391), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas, helium, is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) made with the possibility of forming a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with a single discharge cell with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - N 2 + ions (391) generated as a result of the gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N2 + (391), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи и, как следствие, уменьшение содержания ионов N2 + (391) в 1,4 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The second of the electrodes is an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, and is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm, a positive potential is applied relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a second auxiliary electrode with a plus potential of 2000 V is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - N 2 + ions (391), obtaining a weakening of the electric field at a point at a distance of 3 mm from the outlet of the plasma jet generator and, as a result, a decrease in the content of N 2 + (391) ions by 1.4 times compared with the case in which there are no measures to create an additional field.
Пример 9.Example 9
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A single discharge cell plasma jet generator with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 1500 В. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод заземленным. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания радикалов ОН в 3,8 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of influence is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. A positive potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, an auxiliary electrode with a plus potential of 1500 V is used. The second of the electrodes - an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm serves an equal potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, use the second auxiliary electrode grounded. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - OH hydroxyl radicals, obtaining a weakening of the electric field at a point at a distance of 3 mm from the target and, as a result, a decrease in the content of OH radicals by 3.8 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 10.Example 10
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N2 + (380), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas, helium, is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 3 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) made with the possibility of forming a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 5.2 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with a single discharge cell with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - N 2 + ions (380) generated as a result of the gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 1500 В. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - иона N2 + (380), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания ионов N2 + (380) в 2,1 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. A positive potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, an auxiliary electrode with a plus potential of 1500 V is used. The second of the electrodes - an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 12 mm serves an equal potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded second auxiliary electrode is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - the N 2 + ion (380), obtaining a weakening of the electric field at a point at a distance of 3 mm from the object of influence and, as a result, a decrease in the content of N 2 ions + (380) by 2.1 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 11.Example 11.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 15 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 7 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с семью разрядными ячейками с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения совокупной истекающей плазменной струи равен 6 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 15 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 7 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with seven discharge cells with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the total outflowing plasma jet is 6 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 15 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object, setting it motionless at a distance of 15 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The specified auxiliary electrode controls the distribution of electrons by energy delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - OH hydroxyl radicals, obtaining an increase in the electric field at a point at a distance of 3 mm from the target and, as a result, an increase in the content of OH radicals by 3 times compared to with a case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 12.Example 12.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 15 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 7 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с семью разрядными ячейками с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения совокупной истекающей плазменной струи равен 18 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 15 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 7 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with seven discharge cells with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the total outflowing plasma jet is 18 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 15 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 15 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded.
То есть используют вспомогательный электрод, который заземлен. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 7,5 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 30 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН (309), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания гидроксильных радикалов ОН (309) в 1,3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.That is, an auxiliary electrode is used, which is grounded. The second of the electrodes - an auxiliary electrode, encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, is installed at a distance of 7.5 mm from the generator outlet. On the specified second electrode in the form of a flat plate with a round hole with a diameter of 30 mm serves an equal potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded second auxiliary electrode is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - hydroxyl radicals OH (309), obtaining a weakening of the electric field at a point at a distance of 3 mm from the object of action and, as a result, a decrease in the content of hydroxyl radicals OH ( 309) by 1.3 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 13Example 13
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 15 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 7 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой щелевидного типа, с геометрической конфигурацией поперечного сечения разрядного канала прямоугольной формы. Размер поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 20 мм × 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - helium - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 15 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 13 kHz and a voltage amplitude of 7 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with one slit-type discharge cell is used, with a geometric configuration of the cross-section of a rectangular discharge channel. The size of the cross section of the outflowing plasma jet is 20 mm × 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют вспомогательный электрод, который заземлен. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с прямоугольным отверстием размером 14 мм × 43 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН (309), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания гидроксильных радикалов ОН (309) в 1,5 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use a pair of auxiliary electrodes. One of them is an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object by placing it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, an auxiliary electrode is used, which is grounded. The second of the electrodes is an auxiliary electrode encircling the plasma jet, made with the possibility of moving in directions along the outflowing plasma jet, and is installed at a distance of 10 mm from the generator outlet. Said second electrode in the form of a flat plate with a rectangular hole measuring 14 mm × 43 mm is supplied with an equal potential relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded second auxiliary electrode is used. These auxiliary electrodes control the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - hydroxyl radicals OH (309), obtaining a weakening of the electric field at a point at a distance of 3 mm from the object of action and, as a result, a decrease in the content of hydroxyl radicals OH ( 309) by 1.5 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 14.Example 14
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - аргона. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 4 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 40 кГц и амплитудой напряжения 5,6 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-ионами N2 + (380), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas, argon, is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 4 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) made with the possibility of forming a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 40 kHz and a voltage amplitude of 5.6 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with a single discharge cell with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms-ions N 2 + (380) generated as a result of the gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-ионы N2 + (380), получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания ионов N2 + (380), в 2 раз по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object, setting it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The indicated auxiliary electrode controls the energy distribution of electrons delivered by the plasma jet to the object and generating active N 2 + (380) ion forms, obtaining an increase in the electric field over the target and, as a result, an increase in the content of N 2 + ions (380), in 2 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Пример 15.Example 15
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - аргон. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 4 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 40 кГц и амплитудой напряжения 5,6 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.When implementing the method of influencing a biological object with a cold plasma jet, the working gas - argon - is pumped through the plasma jet generator, along its dielectric channel, which is a discharge channel. The working gas is fed into the channel through the inlet at a rate of 4 l/min. Ignition is carried out in the channel while pumping the working gas of the gas discharge by using electrodes (discharge electrodes) configured to form a discharge structure. One of the discharge electrodes is placed inside the channel on its axis and a positive potential is applied to it. The second discharge electrode is placed outside the plasma jet generator, encircling the channel, and it is grounded. To ignite the discharge in the discharge channel in relation to the discharge electrodes, a high-voltage voltage of a sinusoidal type is applied with a pulse repetition rate of 40 kHz and a voltage amplitude of 5.6 kV. As a result, a discharge and plasma formation are provided and a plasma jet flowing from the outlet of the channel is obtained. A plasma jet generator with a single discharge cell with a straight circular cylinder geometric configuration is used. The cross-sectional diameter of the outflowing plasma jet is 1 mm. The jet is directed to the object and the object is exposed to active forms - hydroxyl radicals OH (309) generated as a result of a gas discharge.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 8 раз по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.In the spatial gap in which the outflowing plasma jet is localized and the object of action is located, an additional electric field is created with the possibility of changing the distribution of the existing electric field in a direction parallel to the direction of the jet propagation. To do this, use an auxiliary electrode, which is brought into contact with the object, setting it motionless at a distance of 20 mm from the generator outlet. An equal potential is applied to said electrode in the form of a flat plate relative to the potential of the discharge electrode, which is grounded. That is, a grounded auxiliary electrode is used. The specified auxiliary electrode controls the distribution of electrons by energy delivered by the plasma jet to the object and generating active forms - OH hydroxyl radicals, obtaining an increase in the electric field over the object of influence and, as a result, an increase in the content of OH radicals by 8 times compared to the case in which there are no measures regarding the creation of an additional field.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142839A RU2764619C1 (en) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Method for exposing a biological object to a cold plasma jet and unit for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142839A RU2764619C1 (en) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Method for exposing a biological object to a cold plasma jet and unit for implementation thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764619C1 true RU2764619C1 (en) | 2022-01-18 |
Family
ID=80040611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020142839A RU2764619C1 (en) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Method for exposing a biological object to a cold plasma jet and unit for implementation thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2764619C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2823563C1 (en) * | 2023-02-28 | 2024-07-24 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр" Российской академии наук" ("Томский НИМЦ") | Method of inhibiting growth of tumor cells of prostate cancer |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130093407A (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-22 | 서울대학교산학협력단 | Plasam electrode cooling device and minimally invasive plasma treatment apparatus |
GB2521611A (en) * | 2013-12-23 | 2015-07-01 | Creo Medical Ltd | Electrosurgical apparatus and electrosurgical device |
EP3103408A1 (en) * | 2011-06-01 | 2016-12-14 | U.S. Patent Innovations, LLC | System for cold plasma therapy |
CN107137140A (en) * | 2017-06-06 | 2017-09-08 | 电子科技大学 | A kind of low-temperature plasma Otorhinolaryngologic operation knife |
US20180271579A1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Michael Keidar | Micro-cold atmospheric plasma device |
US20190076537A1 (en) * | 2016-03-18 | 2019-03-14 | The George Washington University | Compositions for treatment of cancer, methods and systems for forming the same |
US20190328440A1 (en) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | Us Patent Innovations, Llc | Micro-sized cold atmospheric plasma treatment |
RU2718324C1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-04-01 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук" (Томский НИМЦ) | Method for preventing infectious complications based on air plasma and exogenous nitrogen oxide in cardiovascular interventions |
JP2020054802A (en) * | 2018-09-07 | 2020-04-09 | エルベ エレクトロメディジン ゲーエムベーハーErbe Elektromedizin GmbH | Device for supplying medical instrument and method for instrument monitoring |
-
2020
- 2020-12-23 RU RU2020142839A patent/RU2764619C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3103408A1 (en) * | 2011-06-01 | 2016-12-14 | U.S. Patent Innovations, LLC | System for cold plasma therapy |
KR20130093407A (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-22 | 서울대학교산학협력단 | Plasam electrode cooling device and minimally invasive plasma treatment apparatus |
GB2521611A (en) * | 2013-12-23 | 2015-07-01 | Creo Medical Ltd | Electrosurgical apparatus and electrosurgical device |
US20190076537A1 (en) * | 2016-03-18 | 2019-03-14 | The George Washington University | Compositions for treatment of cancer, methods and systems for forming the same |
US20180271579A1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-09-27 | Michael Keidar | Micro-cold atmospheric plasma device |
CN107137140A (en) * | 2017-06-06 | 2017-09-08 | 电子科技大学 | A kind of low-temperature plasma Otorhinolaryngologic operation knife |
US20190328440A1 (en) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | Us Patent Innovations, Llc | Micro-sized cold atmospheric plasma treatment |
JP2020054802A (en) * | 2018-09-07 | 2020-04-09 | エルベ エレクトロメディジン ゲーエムベーハーErbe Elektromedizin GmbH | Device for supplying medical instrument and method for instrument monitoring |
RU2718324C1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-04-01 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук" (Томский НИМЦ) | Method for preventing infectious complications based on air plasma and exogenous nitrogen oxide in cardiovascular interventions |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АШУРБЕКОВ Н.А. и др. "Плазменный источник на основе наносекундного скользящего разряда для биомедицинских приложений". Вестник Дагестанского государственного университета. Серия 1. Естественные науки. 2017, том 32, выпуск 3. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2823563C1 (en) * | 2023-02-28 | 2024-07-24 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр" Российской академии наук" ("Томский НИМЦ") | Method of inhibiting growth of tumor cells of prostate cancer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lu et al. | Atmospheric pressure nonthermal plasma sources | |
Seo et al. | Comparative studies of atmospheric pressure plasma characteristics between He and Ar working gases for sterilization | |
US8471171B2 (en) | Cold air atmospheric pressure micro plasma jet application method and device | |
WO2007035182A2 (en) | Field enhanced electrodes for additive-injection non-thermal plasma (ntp) processor | |
KR101592081B1 (en) | Selective apoptosis of p53 deficient cancer cells or drug resistant cancer cells using non-thermal atmospheric pressure plasma | |
US9378933B2 (en) | Apparatus for generating reactive gas with glow discharges and methods of use | |
KR101320291B1 (en) | Handpiece-type plasma apparatus for local sterilization and disinfection | |
KR20120005862A (en) | Non-thermal atmospheric pressure plasma jet generator | |
Kone et al. | Investigation of the interaction between a helium plasma jet and conductive (metal)/non-conductive (dielectric) targets | |
US8941967B2 (en) | Underwater laser-guided discharge | |
RU2764619C1 (en) | Method for exposing a biological object to a cold plasma jet and unit for implementation thereof | |
US10577261B2 (en) | Water treatment apparatus and water treatment method | |
RU87065U1 (en) | DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS | |
Rahman et al. | Initial investigation of the streamer to spark transition in a hollow-needle-to-plate configuration | |
KR20040009771A (en) | multistage structured barrier plasma discharge apparatus with dielectric-embedded type electrodes | |
RU2387039C1 (en) | High-frequency generator with discharge in hollow cathode | |
JP2007258097A (en) | Plasma processing apparatus | |
JP2007258096A (en) | Plasma processing apparatus | |
Laroussi et al. | Cold atmospheric pressure plasma sources for cancer applications | |
Chang et al. | UV and optical emissions generated by the pulsed arc electrohydraulic discharge | |
Georgescu et al. | Chemical activation of the high voltage pulsed, cold atmospheric plasma jets | |
JPS632884B2 (en) | ||
Nikiforov et al. | Breakdown process and corona to spark transition between metal and liquid electrodes | |
RU2184076C1 (en) | Discharge chamber of ozonizer | |
WO2023214917A1 (en) | A method for ionization of a fluid |