Главная страница

Учебное пособие Томск 2011 удк 539. 1 546. 02


Скачать 4.17 Mb.
НазваниеУчебное пособие Томск 2011 удк 539. 1 546. 02
Анкорposobie.doc
Дата13.10.2017
Размер4.17 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаposobie.doc
ТипУчебное пособие
#22087
Каталогafidou

С этим файлом связано 33 файл(ов). Среди них: posobie.doc, Les_Profs_-_T03_-_Tohu-Bahut.pdf, MA-Andreev (2).doc, Profs_Les_-_T09_-_Rythme_scolaire.pdf, B_N_Kolbasov_S_A_Bartenev_V_T_Gotovchikov.pdf, Les_Profs_-_T02_-_Lotto_Et_Colles.pdf, Profs_-_T08_-_fenetre_sur_cours.pdf, LES_PROFS-_T10_-_Motivation.pdf, Les_Profs_-_T01_-_Interro_Surprise.pdf, Round-Up_4_new_and_update.pdf и ещё 23 файл(а).
Показать все связанные файлы


Н.А. Алейник

Плазменная медицина

Учебное пособие

Томск

2011
УДК 539.1:546.02

ББК 22.38
Алейник А.Н. Плазменная медицина: Учебное пособие.- Томск: ТПУ, 2011.
В пособии рассмотрены основные понятия плазменной медицины и ее приложения в медицинской практике. Пособие подготовлено на кафедре прикладной физики Физико-технического института Томского политехнического университета и предназначено для студентов и магистрантов, изучающих медицинскую физику.

Рецензенты:

Томский политехнический университет, 2011
Оглавление

Предисловие………………………………………………………

Введение…………………………………………………………..

Глава 1. Неравновесная плазма……………………………….

Глава2. Электрический разряд………………………………..

Глава 3. Барьерный разряд……………………………………

Глава 4. Физическая природа микроразрядов……………..

Глава 5. Исследование барьерного разряда………………..

Глава 6. Применение плазмы в медицине………………….

Литература……………………………………………………….

Предисловие

ВВЕДЕНИЕ



Последние достижения в области импульсных источников мощности открыли новые возможности в науке и технологии. Быстро развиваются технологии очистки от биологических и химических загрязнений. Холодная плазма, содержащаяся в различных видах электрических разрядов, генерирует заряженные частицы, радикалы и другие, химически активные частицы.

Стримерные разряды в воздухе используются для очистки газов и производства озона. Обработка полимерных пленок разрядом приводит к улучшению смачиваемости поверхности и позволяет наносить красящие вещества, которые могут удерживаться более надежно. Электрический разряд успешно используется в медицине для быстрой коагуляции крови и уничтожения микроорганизмов. Дальнейший прогресс в области применения электрических разрядов требует большего понимания процессов, происходящих в разряде, с целью осуществления контроля над ним.

Неравновесная плазма



Плазма- это четвертое состояние вещества и состоит она из ионизированных и нейтральных частиц. В нашей жизни плазма представлена во всех масштабах. Звезды состоят в основном из плазмы. В меньших масштабах на Земле, плазма представлена в виде северных сияний. Плазма может существовать в различных формах и создана различными путями. Во многих технологических приложениях плазма существует при низких давлениях. При атмосферном давлении в основном применяется высокотемпературная плазма. Следует делать различие между тепловой и нетепловой плазмой. Во всех видах плазмы, развивающихся в электрическом поле электроны приобретают энергию гораздо быстрее, чем тяжелые ионы. В нетепловой плазме охлаждение ионов и незаряженных частиц более эффективно, чем передача энергии от электронов. При этом газ имеет невысокую температуру. С другой стороны в тепловой плазме поток энергии от электронов к тяжелым частицам уравновешивается передачей энергии от тяжелых частиц окружающим молекулам. Температура газа в этом случае очень высокая. Разумеется четкое разделение между ними провести трудно. Иногда разница в температуре в несколько десятков градусов может играть решающую роль. В частности это важно в различных плазмо-химических процессах. Особенно важно это различие при обработке объектов чувствительных к температуре. Ранние применения плазмы в медицине в основном основывались на температурных эффектах плазмы. Высокая температура использовалась в медицине для удаления тканей, стерилизации и остановки кровотечения. В качестве современного применения можно привести коагуляцию крови путем пропускания достаточно высокого тока через ткани. Коагуляция достигается за счет высокой температуры в месте контакта. К сожалению в этом случае часто наблюдается прилипание кожи к металлическому контакту и образование шрамов. Альтернативой этому способу явился аргонный коагулятор. В этом случае высокопроводящая аргонная плазма заменяет металлический контакт. Нетепловая плазма также используется при хирургических операциях и косметических кабинетах.

Нетепловые эффекты плазмы являются более перспективными, поэтому в последнее время больший интерес приобретает нетепловая плазма. Более того нетепловые эффекты могут быть очень избирательными в достижении желаемых результатов, например при работе с живыми тканями.

Большинство исследований в области нетепловой плазмы можно разделить на две больших категории: прямое воздействие плазмы и непрямое. В первом случае живые ткани играют роль одного их электродов. В большинстве случаев напряжение не имеет непосредственного контакта с живыми тканями, хотя при этом могут протекать небольшие токи в виде токов смещения и проводимости. Ток проводимости должен быть ограничен, чтобы исключить тепловое или электрическое стимулирование мышц. При использовании прямого воздействия плазмы на ткань воздействует поток различных активных заряженных и незаряженных атомов и молекул, а также ультрафиолетовое излучение.

Непрямая обработка плазмой использует в основном незаряженные частицы, хотя небольшое количество заряженных частиц может присутствовать. В этом случае активные незаряженные частицы доставляются к месту обработки путем пропускания газа через область плазменного разряда с высокой температурой.

В меньших масштабах плазма создается в лабораторных и промышленных установках. В этом случае используются различные виды разрядов. Разряд в газе включает в себя электрические, химические и тепловые процессы. Понимание взаимосвязи этих процессов необходимо для практических применений плазмы. В технических приложениях преимущественно используется диэлектрический барьерный разряд. Его применение имеет значительные преимущества перед химическими методами [1]. Однако, неоднородность такого разряда ограничивает его применение. Поэтому желательно иметь однородный разряд, так называемый тлеющий разряд при атмосферном давлении. Но трудности с практической реализацией не позволяют внедрить его в промышленность. Многочисленные эксперименты показали, что такой разряд в принципе можно получить. Оказаки [2] обнаружил в своих экспериментах, что когда тонкая полиэтиленовая пленка в качестве барьера наложена на тонкую металлическую сетку, то можно получить тлеющий разряд в аргоне и азоте. Фанг повторил его эксперимент и получил похожие результаты. Однако роль сетки и полиэтилена не была полностью понятна [3, 4]. Голубовский Ю.Б. с помощью численного моделирования предположил, что особое внимание должно уделяться взаимодействию между плазмой и диэлектриком, т.к. десорбция электронов из диэлектрического барьера и поверхностная рекомбинация оказывают значительное влияние на поведение разряда [5].

Электрический разряд



Электрический разряд - это сложный процесс образования проводящего канала, когда приложенное электрическое поле достигает критического значения [6, 7]. В результате разряда образуются различные виды плазмы. Любой разряд начинается с образования электронной лавины. Электронная лавина- это процесс увеличения числа первичных электронов за счет ионизации.

Рассмотрим плоскую щель с расстоянием между электродами d, к которым приложено напряжение V. Напряженность электрического поля в промежутке будет . Можно представить, что возле катода образовался один электрон. Этот электрон начинает двигаться к аноду, ионизируя на своем пути газ, т.е. производя вторичные электроны, образуя лавину. Лавина развивается во времени и пространстве, потому что вторичные электроны также начинают двигаться к аноду.

остоят в основном из плазмы. а во всех масштабах. звезды ванных и нейтральных частиц. ов, происходящих в разряде, с целью осуще

Рисунок 1. - Электронная лавина
Процесс ионизации удобно описать не коэффициентом ионизации, а коэффициентом ионизации Таундсена α, который показывает количество произведенных электронов, на единицу длины [8]

(1.1)

где ne- первоначальная плотность электронов, или

(1.2)

Коэффициент ионизации Таундсена связан с коэффициентом ионизации следующим образом.

(1.3)

где υi- частота ионизации по отношению к одному электрону;

υd- скорость дрейфа электрона;

μе- подвижность электрона;

Ki()- коэффициент ионизации.

Принимая во внимание, что лавина начинает двигаться при комнатной температуре и подвижность электрона обратно пропорциональна давлению, удобно записать α, как , которое зависит от величины .

Согласно определению α, каждый первичный электрон генерирует в зазоре положительных ионов. Возможны потери электронов за счет рекомбинации и присоединения к электроотрицательным молекулам, таким как кислород. На данном этапе мы пренебрегаем этими потерями. Все положительные ионы, рожденные в зазоре, движутся к катоду и создают на нем γ· вторичных электронов, где γ- коэффициент ионно-электронной эмиссии, зависящий от материала катода, состояния поверхности, типа газа. Типичные значения γ в электрических разрядах 0, 01- 0,1. В этот же коэффициент γ входит вторичная эмиссия электронов за счет фотонов и метастабильных атомов и молекул. Чтобы ток в зазоре был самоподдерживающимся, необходимо, чтобы γ·≥1, потому что ионы, возникшие в лавине должны сгенерировать хотя бы один электрон на катоде, чтобы возникла следующая лавина. Теперь условие возникновения разряда можно записать так

γ·=1, (1.4)

Рассчитаем критическую величину электрического поля для возникновения разряда. Исходя из выражений (1.3, 1.4) можно записать

(1.5)

где р- давление.

Параметры А и В даны в таблице 1.1.

Объединив (1.4) и (1.5) получаем формулу для расчета электрического поля.

(1.6)



Таблица 1.1 – Параметры А и В

Газ

А (см-1·Тор-1)

В (V·см-1·Тор-1)

Воздух

15

365

СО2

20

466

Н2

5

130

Не

3

34

N2

10

310


; ;

, где

, основание натурального логарифма.

В результате, при наложении критического значения электрического поля между металлическими электродами возникает проводящий канал, через который проходит большой ток, потому что критическое напряжение достаточно высокое, а сопротивление канала низкое. В результате происходит сильный нагрев газа, что является нежелательным во многих плазмохимических процессах.

Рисунок 2 - Механизм образования стримера
Для исключения этого искрового разряда разработан механизм барьерного разряда.

Барьерный разряд


Барьерный разряд характеризуется наличием одной или двух диэлектрических поверхностей внутри зазора [5, 6, 7, 8]. Такой разряд имеет много общего с разрядом между металлическими поверхностями. Можно выделить четыре фазы развития барьерного разряда:

  1. Фаза Таундсена - число заряженных электронов и ионов увеличивается экспоненциально за счет развития лавины без искажения приложенного поля.

  2. Стримерная фаза - образование проводящих каналов в газе, внутри щели.

  3. Образование катодной поверхности - ток достигает максимальной величины.

  4. Фаза гашения - на диэлектрических поверхностях аккумулируется электрический заряд, который уменьшает электрическое поле в зазоре ниже критического и таким образом предотвращает образование новых ион-электронных пар в газе.



Рисунок 3 - Фаза гашения.
Существенное отличие барьерного разряда от других заключается в том, что он не может развиваться при наложении постоянного электрического поля, потому, что емкостная связь через диэлектрики требует наличия переменного поля, чтобы вызвать ток смещения.

Физическая природа микроразрядов



Барьерный разряд может возникать в двух видах: нитевидный и тлеющий (однородный). В большинстве случаев он неоднородный и состоит из большого числа микроразрядов в зазоре. Физика образования микроразрядов основана на процессах образования и распространения стримеров с последующим разрушением плазменного канала.

Стример- это волна ионизации, которая движется от анода к катоду навстречу движущейся электронной лавине. Стримеры развиваются с большой скоростью 108 см/сек и проходят зазор за несколько наносекунд. Электроны в проводящем канале рассеиваются примерно за 40 нсек, в то время как тяжелые и медленно движущиеся ионы остаются в течение нескольких микросекунд. Осаждение электронов на диэлектрическом барьере анода завершается созданием на нем отрицательного заряда, который предотвращает образование новых лавин и стримеров в месте осаждения заряда, до тех пор, пока анод и катод не поменяются местами. После смены полярности, осажденный отрицательный заряд стимулирует развитие новой лавины и стримера в этом же месте. В результате образуется много микроразрядов которые видны как яркие нити, заполняющие зазор.

Следует различать термины лавина, стример и микроразряд. Первичный электрон, возникший в зазоре возле катода производит вторичные электроны за счет непосредственной ионизации, в результате чего развивается электронная лавина. Если лавина достигла достаточно большого размера, т.е. удовлетворяет критерию Мика, то возникает стример, который движется навстречу лавине. Стример- это очень быстрая волна ионизации, которая перекрывает зазор за несколько наносекунд и образует проводящий канал диаметром 100 мкм, заполненный слабоионизованной плазмой. Через этот канал начинает протекать значительный электрический ток, до тех пор, пока электрическое поле в зазоре не спадет. Спад электрического поля вызван электрическим зарядом, осажденном на электрическом барьере и зарядом ионов, находящихся в зазоре. Совокупность процессов в зарядном промежутке, инициируемых электронной лавиной и продолжающихся до тех пор, пока ток электронов не прекратится, обычно называют микроразрядом. После того, как ток прекратился, в канале разряда уже нет электронно-ионной плазмы. Однако имеется много возбужденных колебательных электронных состояний, совместно с электронным зарядом, осажденным на диэлектрической поверхности анода и зарядом ионов в зазоре. Все это называется остаток микроразряда. Положительные ионы остатка медленно движутся к катоду, создавая спадающий ионный ток (10 мкс для зазора 1 мм). Остаток микроразряда стимулирует новый микроразряд в том же самом месте, когда полярность приложенного напряжения меняется. Таким образом, нитевидный разряд- это группа микроразрядов, возникающих в том же самом месте, когда полярность меняется. Тот факт, что остаток микроразряда не рассеивается полностью до образования нового микроразряда, называется эффектом памяти. На рис. 4 моказан механизм развития микроразряда.


Рисунок 4 - Механизм развития микроразряда.
В левой части рисунка показан стример, движущийся от анода к катоду и притягивающий дополнительные электронные лавины. Справа изображен плазменный канал и остаток микроразряда, который имеет положительный заряд, потому что электроны покидают его намного быстрее, чем ионы. Оставшийся положительный заряд совместно с отрицательным зарядом на поверхности диэлектрика влияет на образование соседних лавин и стримеров, таким образом на генерацию соседних микроразрядов. Механизм влияния состоит в следующем.

Положительный заряд усиливает электрическое поле в области катода и ослабляет в области анода. Так как переход от лавины к стримеру в основном зависит от величины электрического поля вблизи анода, откуда возникают стримеры, то образование соседних микроразрядов предотвращается. Это явление зависит от многих факторов. Включая частоту микроразрядов и частоту изменения приложенного напряжения. Например, при наличии небольшого числа микроразрядов, когда расстояние между ними достаточно большое, не наблюдается значительного взаимодействия между микроразрядами. В случае приложение переменного электрического поля достаточно низкой частоты, то есть когда период изменения напряжения больше, чем время жизни остатка микроразряда, взаимное влияние микроразрядов так же не наблюдается. Следует отметить, что при приложении высоких частот, порядка мегагерц, явление взаимодеиствия между разрядами так же не наблюдается, потому что, быстро изменяющееся электрическое поле взаимодействует с ионами, движущимися к электродам.


Тлеющий барьерный разряд при атмосферном давлении



Тлеющий разряд, в отличие от нитевидного обладает высокой однородностью. Его легко получить при низких давлениях, когда пробег электрона достаточно большой. Однако при атмосферном давлении его получение связано с определенными трудностями (13).

Условия возникновения и существования тлеющего разряда при атмосферном давлении до сих пор полностью не изучены. Однако, интуитивно понятно, что приложенное электрическое поле должно быть ниже критерия Мика, чтобы не возникали стримеры.

Более менее устойчивый разряд при атмосферном давлении получается в благородных газах - гелий, аргон. Однако, для практических применений желательно получить тлеющий разряд в воздухе, так как использование гелия существенно повышает цену.
Для исследования возможностей новых применений холодной плазмы на кафедре прикладной физики ТПУ разработан источник плазмы. Плазма образуется с помощью барьерного разряда. Амплитуда импульсов – 15 кВ, частота – 5 кГц. Барьером служит стекло, толщиной 2 мм, марки С23. Напряженность электрического поля – 75 кВ/см. Форма импульсов – прямоугольная. Температура плазмы измерена с помощью термопары и не превышает 50°С. Габариты – 25x15x10 см. Потребляемая мощность 100 Вт. Макет установки показан на рис. 5.


Рисунок 5- макет плазменного коагулятора «ПЛАЗТОР-1»

Для исследования свойств разряда использовалась установка, показанная на рис.6.



Рисунок 6 - Экспериментальная установка.
Два медных электрода диаметром 4 см закрыты диэлектрическим барьером из стекла толщиной 1 мм.
Амплитуда приложенного напряжения измеряется осциллографом с помощью делителя 1:1000. Для контроля тока, протекающего через зазор имеется резистор Vr, падение напряжения на котором пропорционально протекающему току. Емкость CQ служит для измерения заряда, протекающего в разряде. С помощью этих величин можно получить другие, такие как падение напряжения на диэлектрическом барьере и падение напряжения на зазоре. Исходя из непрерывности тока смещения через диэлектрические пластины, можно записать:

;

;

, где

Сдиэл.- емкость двух диэлектрических пластин;

S- площадь;

d- толщина пластины;

εr- относительная диэлектрическая проницаемость.

Отсюда
На рисунке 8 показан типичный вид измеренных напряжения и тока.



Рисунок 8 - Измеренные напряжение и ток.
Видно, что в течении одного полупериода напряжения присутствует много импульсов тока, обусловленных микроразрядами. Целью исследования является подбор оптимальных параметров для уменьшения количества микроразрядов в течение полупериода напряжения до одного, что соответствует тлеющему разряду. Форма напряжения и тока для тлеющего разряда при атмосферном давлении в гелии показана на рисунке 9 .



Рисунок 9 - Форма напряжения и тока для тлеющего разряда при атмосферном давлении в гелии.
Для оценки количества микроразрядов можно подсчитать их количество на осциллограмме или определить визуально по виду разряда. С повышением напряжения количество микроразрядов возрастает.

С повышением частоты от 1 до 10 кГц с шагом 1 кГ количество микроразрядов также возрастает.

При уменьшении зазора количество микроразрядов уменьшается.

Исследование явления барьерного разряда в зависимости от состава газа и электрических параметров разряда



Барьерный разряд широко используется для генерации озона, обработки поверхности материалов, удаления вредных отходов и т.д. Однако стабильность разряда зависит от многих факторов, таких как, напряжение, ток разряда, состав газа, геометрия и др. Для исследования влияния электрических параметров на вид разряда создана экспериментальная установка, схема которой показана на рисунке 10.



Рисунок 10 - Экспериментальная установка. 1-контейнер, 2-подача газа, 3-диэлектрик, 4-электроды, 5-шунт, 6-делитель, 7-генератор высокого напряжения.
Амплитуда приложенного напряжения измеряется осциллографом с помощью делителя 1:1000. Для контроля тока, протекающего через зазор, имеется резистор, падение напряжения на котором пропорционально протекающему току. Емкость служит для измерения заряда, протекающего в разряде.

Изменяемыми параметрами являются:

  • ширина зазора;

  • частота;

  • скорость потока газа.

Результаты показаны на рисунке 11.



Рисунок 11 - Зависимость напряжения возникновения разряда от ширины зазора.
В связи с наличием кислорода в воздухе, который является электроотрицательным атомом уменьшается эффективность возникновения разряда, напряжение в воздухе растет.



Рисунок 12 - Зависимость напряжения разряда от частоты.
В явном виде отсутствует зависимость напряжения от частоты импульсов, это объясняется тем, что частота и длительность импульсов больше критического времени развития разряда. Зависимость тока разряда от скорости потока газа показана на рисунке 13.



Рисунок 13 - Зависимость тока разряда от скорости потока газа
С повышением скорости потока газа, ток разряда для гелия и азота растет, в то время как для воздуха падает. Это также объясняется наличием электроотрицательных атомов кислорода.

Проведение исследований по определению частиц входящих в состав разряда



Для исследования частиц, входящих в состав барьерного разряда, использовался метод эмиссионной спектроскопии. В этом случае химические вещества идентифицируются с помощью определенных линий излучения в спектре, которые соответствуют характерным переходам электронов атома или молекулы. В случае барьерного разряда электроны ионизируют нейтральные частицы, переводят нейтральные частицы в метастабильные состояния, испытывают другие неупругие процессы.

Схема эксперимента изображена на рисунке 14.



Рисунок 14 - Схема установки
Электроды представляют собой медные диски диаметром 10 мм. Величина зазора - 3 мм. В качестве диэлектрика используется стекло, толщиной 1 мм. Амплитуда импульсов- 15 кВ, частота следования- 5 кГц. Излучение разряда регистрируется спектрофотометром марки СФ-26 ЛОМО, поступает через параллельный порт на компьютер, где происходит обработка информации.
В качестве рабочего газа использовались гелий, азот и воздух. На рисунке 15 показан спектр излучения барьерного разряда в гелии.



Рисунок 15 - Эмиссионный спектр гелия.
Основными линиями в разряде являются излучение нейтрального гелия. Также в небольших количествах присутствуют азот, атомарный водород и атомарный кислород. Их наличие, очевидно, связано с неполным вытеснением воздуха гелием из разрядной камеры.

На рисунке 16 показан спектр измерения барьерного разряда в азоте. Ясно видны вторая положительная полоса и первая отрицательная полоса.



Рисунок 16 - Эмиссионный спектр азота.
На рисунке 17 приведен эмиссионный спектр барьерного разряда в воздухе.



Рисунок 17 - Эмиссионный спектр барьерного разряда в воздухе.
Ясно видно наличие реактивных компонентов, таких как ОН, NO, атомарный кислород. Наличие этих компонентов и ультрафиолетового излучения обеспечивает стерилизующее и стабилизирующее действие плазмы. Реальное применение барьерного разряда желательно проводить в воздухе, т.к. в нем присутствует большее количество реактивных веществ.

Исследование источника холодной плазмы для применения в медицине




Исследования коагуляции крови под воздействием холодной плазмы



Схематический вид установки показан на рисунке 18. Для исследования коагуляции крови под воздействием холодной плазмы, две капли крови были помещены на предметное стекло.


6


5


4

3








2



1

Рисунок 18 - Схема проведения измерений

1 – заземленный электрод; 2 – предметное стекло; 3– капля крови; 4 – барьер; 5 –высоковольтный электрод; 6 – корпус.
Стекло располагалось на заземленном электроде. Расстояние между образцом крови и барьером равно 2 мм. Первая капля была обработана плазмой в течение 15 секунд, вторая – служила контрольным образцом. Время коагуляции для первого образца равнялось 15 с, в то время как, для контрольного 300 с. Далее, кровь была разбавлена двумя видами антикоагулянтов – цитрат и гепарин в стандартном контейнере в процентном отношении согласно требованиям гематологии. Время коагуляции для всех видов образцов показано на рисунке 19.



Рисунок 19 - Время коагуляции крови. 1– обработанный образец; 2– контрольный образец; 3– кровь с антикоагулянтом (цитрат); 4 – кровь с антикоагулянтом (гепарин).

Внешний вид образцов крови до и после обработки плазмой показан на рисунке 20.


Рисунок 20. Вид капли крови до обработки плазмой (справа) и после 5 сек обработки плазмой (слева).


Механизм ускорения коагуляции крови к настоящему времени остается невыясненным. Скорее всего, он связан с наличием в плазме активных химических реагентов, таких как O3, NO, HO, H2O2, атомарного кислорода и других.

Воздействие неравновесной плазмы на живой организм проверялось на собаке. Был сделан разрез глубиной 5 мм и длиной 10 см на внутренней части задней лапы. После этого проводилась обработка раны плазмой. На краях раны кровь свернулась в течение 5 сек. Однако, возникли затруднения при обработке раны в глубине разреза, так как форма электрода не позволяла достичь дна раны.

Инактивация бактерий с помощью разработанного прибора



Было проведено исследование влияния плазмы на инактивацию микроорганизмов. Образцы были взяты с кожи здорового человека и выращены в питательной среде до концентрации 109 мл-1. Инактивация проводилась в воздушной среде при атмосферном давлении и температуре 24°С. Кривая выживания показана на рисунке 21.



Рисунок 21 - Количество выживших микроорганизмов в зависимости от времени обработки.
На кривой выживания можно выделить два участка – крутой до 5 с и пологий. В течение первой фазы инактивации активные частицы плазмы воздействуют на внешнюю мембрану клеток, индуцируя в ней необратимые изменения. После того как мембраны получили достаточное количество повреждений, происходит интенсивная гибель клеток. Последующая фаза, очевидно, обусловлена наличием микроорганизмов, имеющих более устойчивую мембрану и различными условиями обработки.

Стерилизация осуществляется за счет следующих механизмов: воздействия УФ-излучения и химических реакций, вызываемых активными частицами плазмы. В принципе, холодная плазма способна уничтожить любые виды бактерий.

Для проверки практического применения плазмы по стерилизации биологических объектов проведен следующий эксперимент. Кусок говяжьего мяса из холодильника после оттаивания был разрезан на две равные части, объемом примерно 20 см3. Первый обрабатывался плазмой один раз в сутки в течение 15 с, второй являлся контрольным образцом. Образцы хранились в полиэтиленовых пакетах при температуре 27°С. Контрольный образец потемнел на вторые сутки, в то время как, обработанный имел розовую окраску на 5 день хранения.

В работе [5] разработан источник плазмы для получения окиси азота, который применяется в медицине для оказания расслабляющего действия на сосуды. С его помощью удается излечить острый респираторный стрессовый синдром, смертность от которого достигает 50 %. Авторы получили оксид азота, используя разряд при температуре 104 K.

С целью проверки возможности использования разработанного источника холодной плазмы, для получения окисла азота, измерен выход NO в плазме в зависимости от скорости потока газа. В качестве рабочего газа использовался атмосферный воздух. Результаты показаны на рис. 22.


Рисунок 22 - Выход NO в зависимости от скорости потока
Видно, что концентрацию NO можно изменять в широких пределах, меняя скорость потока газа.

С помощью прибора проводилась инактивация микроорганизмов на поверхности язвы, образовавшейся после курса радиотерапии. До лечения размер раны составлял 30 см в диаметре и глубиной 5 мм, внутри был толстый слой некрозной ткани рис. 23.



Рисунок 23 – Язва до обработки
В течении полугода она не поддавалась лечению никакими средствами. Обработка холодной плазмой позволила ускорить процесс заживления с помощью озонотерапии. На рис.24 показана язва до обработки.



Рисунок 24 – язва после обработки холодной плазмой (3 сеанса)
Плазма может применяться в разных областях медицины, в том числе и стоматологии. Для проверки применения в данной области зубы были обработаны источником холодной плазмы.


Рисунок 25 - Вид плазмы при обработке зубов
Результаты показали, что при воздействии источника на микроорганизмы вызывающие такие заболевания как кариес, стоматит и т.д. происходит их интенсивная гибель, что приводит к скорейшему выздоровлению.

Американский ученый Дж. Фридман проверил влияние неравновесной плазмы на клетки рака. Для проверки клетки были поделены на пять образцов. Первый образец являлся контрольным, второй обрабатывался в течении 5 сек, третий- 10 сек, четвертый- 20 сек, пятый- 30 сек. Обработка проводилась единожды, после чего результаты наблюдались через час после обработки, через три часа и через сутки. Количество клеток в контрольном образце в течении всего времени оставалось неизменным, в то время как в обработанных образцах клетки интенсивно гибли. На рисунке 19 изображена гистограмма результатов обработки. Наилучший результат наблюдался в образце под номером пять, который обрабатывался в течении 30 сек - через 24 часа количество раковых клеток приблизилось к минимуму. В данном случае наблюдается явление апоптоза– запрограммированное самоуничтожение клеток.


Рисунок 26 – Результаты обработки клеток рака




Рисунок 27. Вид трофической язвы до и после обработки плазмой.


Рисунок 28. Внешний вид раны до и после обработки неравновесной плазмой.



Рис.29. Вид раны до обработки.



Рис.30. Вид раны после обработки плазмой и озонированным маслом.
перейти в каталог файлов
связь с админом