Name: Een atmosferische druk Plasma Setup om de reactieve species Formatie Onderzoek (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 36 s
Description: Ontdek een atmosferische druk plasma-opstelling die lucht uitsluit voor onderzoek naar reactieve soorten. Deze methode biedt inzicht in plasma-interacties met biologische monsters en chemische reacties.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs danken Chris Mortimer, Chris Rhodes (afdeling Chemie workshops) en Kari Niemi (York Plasma Institute) voor hun hulp met de apparatuur. Het werk werd ondersteund door de Leverhulme Trust (subsidie nr. RPG-2013-079) en EPSRC (EP/H003797/1 & EP/K018388/1).

1. het afschermen van de Plasma Setup <ol><li> Plaats alle onderdelen van de elektrische omgeving binnen de kooi: voeding, spanning / stroom meter, power kabel, plasma elektroden, plasma jet, etc. </li><li> Zorg ervoor dat de ruimte binnen de kooi is voldoende zodat de levende elektrode, de aardelektrode en de respectieve kabels niet in contact met elkaar of het metalen gaas. </li><li> Voorzie de kooi met een vergrendeling is aangesloten op de plasma stroomvoorziening om het risico op een elektrische schok door de hoge spanning elektrode tijdens de plasma werking te voorkomen. </li><li> Plaats de spanning en frequentie op het buitenoppervlak van de kooi veranderen van de parameters kan zonder onderbreking van de werking plasma. </li><li> Grond alle metalen ondersteunt in het gaas kooi en de kooi zich door hen de bedrading naar een aarde bonding plug. </li></ol> 2. lozingsparameters <ol><li> Plaats de live-elektrode onder de grond elektrode on de glazen buis (dat wil zeggen, dichter bij de buis mondstuk). </li><li> Sluit de spanningsprobe het plasma stroomvoorziening van de bedrijfsspanning te meten, en laat de aardelektrode door de kringstroom sonde naar de retourstroom controleren. </li><li> Sluit zowel de spanning als de stroom probe op een oscilloscoop, bewaken van de stroom, het voltage en de plasma werkfrequentie (bepaald met een actuele of spanningsprobe). </li><li> Stel de gasstroom door de glazen buis 2 slm met de mass flow controllers (MFC&#39;s). </li><li> Ontsteek plasma in een glazen buis met voedingsgas helium die passeert door het inschakelen van de voedingsspanning plasma. Met behulp van de meetwaarden van de sondes, stel de spanning en frequentie van de kwijting aan 18 kV en 25 kHz, respectievelijk. OPMERKING: Parameter variaties worden uitgevoerd om de minimale spanning en frequentie van de ontlading plaatsvindt met het hoogste moleculaire inhoud van alle experimenten bepalen. the toegenomen moleculaire inhoud vereist hogere spanning om het plasma te ontsteken. Merk op dat verhoogde spanningen kunnen leiden tot significante toename gastemperatuur van het plasma, hetgeen leidt tot verhoogde verdamping van het vloeibare monster. </li><li> Houd de spanning constant in alle experimenten. </li></ol> 3. De invoering van Hulpstoffen aan voor de Feed Gas <ol><li> Sluit de tweede MFC aan de belangrijkste voedermiddelen gas buis met behulp van een T-connector. </li><li> Om de waterdamp aan het voer gas toe te voegen, direct een MFC-gereguleerde stroom van helium door een Drechsel fles gevuld met water en gepositioneerd buiten (op de bovenkant of aan de zijkant) van de maas kooi. </li><li> Verkrijgen van een gewenst niveau van verzadiging door het splitsen van de stroom van het voedingsgas. Directe 10% van de gasstroom (200 sccm) via Drechsel kolf met water (H 2 16 O) tot een 10% verzadiging van het voedingsgas te bereiken. </li><li> Met behulp van de T-connector, combineer deze volledig waterdamp verzadigd gas met 90% (1800 SCCM) van dedroog gas flow. </li></ol> 4. De Reactor <ol><li> Bereid een glazen reactor bestaat uit twee delen, bovenste en onderste. Rust de onderzijde van de met een pompstengel. </li><li> Plaats de glazen reactor aan de spuitkop van de plasmastraal. </li><li> Plaats de plasma straalmondstuk in een rubberen doorvoertule in de opening in het bovenste deel van de reactor. </li><li> Bereid de container bestaande uit een goed-achtige reservoir op een stand. Maken zowel de standaard en de bron van een diëlektrisch materiaal (bijvoorbeeld glas, kwartsglas). </li><li> Plaats de monsterhouder in de reactor, zodat het wordt blootgesteld aan het plasma effluent van de opening van de straalpomp. </li><li> Zet een vloeistof H 2 17 O monster in de monsterhouder. Voor de detectie van de hydroxylradicalen, gebruik een oplossing van 5,5-dimethyl-1-pyrroline- N-oxide (DMPO) rotatie houden (zie 5.1). OPMERKING: De keuze van de spin val en de keuze van het vloeistofmonster comcomponenten afhankelijk van de specifieke soorten onderzocht. Bijvoorbeeld is de bron van de • OH-radicaal bestudeerd met H 2 16 O / H2 17 O en DMPO rotatie houden. De bron van • H groep vereist het gebruik van een H 2 O / D 2 O (gas en vloeistof). N-tert-Butyl-α-fenylnitron (PBN) worden gebruikt voor de detectie van de • H radicaal. In het geval van He plasma met H2O damp werd aangetoond overwegend vangen waterstofatoom, terwijl DMPO meestal gevormd DMPO OH-adduct 15. </li><li> Sluit de twee reactor delen via de grond glasoppervlakken contact. </li></ol> 5. Spin Trapping van Radical Species <ol><li> Bereid de oplossingen van de gekozen rotatie val met de vereiste concentratie. Voor waterige oplossingen, gebruik maken van de-geïoniseerd water. Voor nitron spin-traps (zoals DMPO), gebruik dan een 100 mM concentratie. </li><li> Pre-spoelen van de reactor met de toevoer van gas (2 SLM) gedurende 30 sec. </li><li> ignite het plasma (zie 2.5) en bloot de vloeistof monster naar de plasma effluent voor een bepaalde periode (bijvoorbeeld 60 sec). </li><li> Na een vereiste blootstellingstijd, schakelt u de plasma stroomvoorziening en open de reactor. Verwijder de monsterhouder uit de reactor. </li><li> Verzamel het monster en analyseren met behulp van de elektronen paramagnetische resonantie spectroscopie (EPR) 15. </li></ol>

<ol><li>Boxhammer, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bactericidal+action+of+cold+atmospheric+plasma+in+solution%5BTitle%5D)+AND+%22New+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Bactericidal action of cold atmospheric plasma in solution.</a> New J. Phys. 14, 113042(2012).</li>
<li>Graves, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+emerging+role+of+reactive+oxygen+and+nitrogen+species+in+redox+biology+and+some+implications+for+plasma+applications+to+medicine+and+biology%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">The emerging role of reactive oxygen and nitrogen species in redox biology and some implications for plasma applications to medicine and biology.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 45, 263001(2012).</li>
<li>von Woedtke, T., Reuter, S., Masur, K., Weltmann, K. -D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmas+for+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rep%22%5BJournal%5D)">Plasmas for medicine.</a> Phys. Rep. 530, 291-320 (2013).</li>
<li>Machala, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+ROS+and+RNS+in+Water+Electro-Sprayed+through+Transient+Spark+Discharge+in+Air+and+their+Bactericidal+Effects%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Proc.+Polym%22%5BJournal%5D)">Formation of ROS and RNS in Water Electro-Sprayed through Transient Spark Discharge in Air and their Bactericidal Effects.</a> Plasma Proc. Polym. 10, 649-659 (2013).</li>
<li>Lu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+species+in+non-equilibrium+atmospheric-pressure+plasmas%3A+Generation%2C+transport%2C+and+biological+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rep%22%5BJournal%5D)">Reactive species in non-equilibrium atmospheric-pressure plasmas: Generation, transport, and biological effects.</a> Phys. Rep. 630, 1-84 (2016).</li>
<li>Takamatsu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+Inactivation+in+the+Liquid+Phase+Induced+by+Multigas+Plasma+Jet%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Microbial Inactivation in the Liquid Phase Induced by Multigas Plasma Jet.</a> PLoS One. 10, 0132381(2015).</li>
<li>Ahlfeld, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inactivation+of+a+Foodborne+Norovirus+Outbreak+Strain+with+Nonthermal+Atmospheric+Pressure+Plasma%5BTitle%5D)+AND+%22mBio%22%5BJournal%5D)">Inactivation of a Foodborne Norovirus Outbreak Strain with Nonthermal Atmospheric Pressure Plasma.</a> mBio. 6, 02300(2015).</li>
<li>Hirst, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-temperature+plasma+treatment+induces+DNA+damage+leading+to+necrotic+cell+death+in+primary+prostate+epithelial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Brit.+J.+Cancer%22%5BJournal%5D)">Low-temperature plasma treatment induces DNA damage leading to necrotic cell death in primary prostate epithelial cells.</a> Brit. J. Cancer. 112, 1536-1545 (2015).</li>
<li>Norberg, S. A., Tian, W., Johnsen, E., Kushner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atmospheric+pressure+plasma+jets+interacting+with+liquid+covered+tissue%3A+touching+and+not-touching+the+liquid%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Atmospheric pressure plasma jets interacting with liquid covered tissue: touching and not-touching the liquid.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 475203(2014).</li>
<li>Greb, A., Niemi, K., O'Connell, D., Gans, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+resolved+actinometry+for+simultaneous+measurement+of+atomic+oxygen+densities+and+local+mean+electron+energies+in+radio-frequency+driven+plasmas%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Energy resolved actinometry for simultaneous measurement of atomic oxygen densities and local mean electron energies in radio-frequency driven plasmas.</a> Appl. Phys. Lett. 23, 234105(2014).</li>
<li>Wagenaars, E., Gans, T., O'Connell, D., Niemi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-photon+absorption+laser-induced+fluorescence+measurements+of+atomic+nitrogen+in+a+radio-frequency+atmospheric-pressure+plasma+jet%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Two-photon absorption laser-induced fluorescence measurements of atomic nitrogen in a radio-frequency atmospheric-pressure plasma jet.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 21, 042002(2012).</li>
<li>Abd-Allah, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+spectrometric+observations+of+the+ionic+species+in+a+double+dielectric+barrier+discharge+operating+in+nitrogen%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Mass spectrometric observations of the ionic species in a double dielectric barrier discharge operating in nitrogen.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 48, 085202(2015).</li>
<li>Takamatsu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+reactive+species+using+various+gas+plasmas%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Investigation of reactive species using various gas plasmas.</a> RSC Adv. 4, 39901-39905 (2014).</li>
<li>Uchiyama, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EPR-Spin+Trapping+and+Flow+Cytometric+Studies+of+Free+Radicals+Generated+Using+Cold+Atmospheric+Argon+Plasma+and+X-Ray+Irradiation+in+Aqueous+Solutions+and+Intracellular+Milieu%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">EPR-Spin Trapping and Flow Cytometric Studies of Free Radicals Generated Using Cold Atmospheric Argon Plasma and X-Ray Irradiation in Aqueous Solutions and Intracellular Milieu.</a> PloS One. 10, e0136956(2015).</li>
<li>Gorbanev, Y., O'Connell, D., Chechik, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-thermal+plasma+in+contact+with+water%3A+The+origin+of+species%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eur.+J%22%5BJournal%5D)">Non-thermal plasma in contact with water: The origin of species.</a> Chem. Eur. J. 22, 3496-3505 (2016).</li>
<li>Spin Trap Database, National Institute of Environmental Health Sciences. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://tools.niehs.nih.gov/stdb/">http://tools.niehs.nih.gov/stdb/</a> (2016).</li>
<li>Schmidt-Bleker, A., Winter, J., Iseni, S., Rueter, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+species+output+of+a+plasma+jet+with+a+shielding+gas+device+-+Combination+of+FTIR+absorption+spectroscopy+and+gas+phase+modelling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Reactive species output of a plasma jet with a shielding gas device - Combination of FTIR absorption spectroscopy and gas phase modelling.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 145201(2014).</li>
<li>Schmidt-Bleker, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+plasma+chemistry+of+a+cold+atmospheric+argon+plasma+jet+with+shielding+gas+device%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">On the plasma chemistry of a cold atmospheric argon plasma jet with shielding gas device.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 25, 015005(2015).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22CRC+Handbook+of+Chemistry+and+Physics%22">CRC Handbook of Chemistry and Physics</a>. Lide, D. R. , CRC Press. Boca Raton, Florida, USA. (1992).</li>
<li>Tsuchiya, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitric+oxide-forming+reactions+of+the+water-soluble+nitric+oxide+spin-trapping+agent%2C+MGD%5BTitle%5D)+AND+%22Free+Radic.+Biol.+Med%22%5BJournal%5D)">Nitric oxide-forming reactions of the water-soluble nitric oxide spin-trapping agent, MGD.</a> Free Radic. Biol. Med. 27, 347-355 (1999).</li>
<li>Robert, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rare+gas+flow+structuration+in+plasma+jet+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Rare gas flow structuration in plasma jet experiments.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 23, 012003(2014).</li>
<li>Allen, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxygen+inhibition+of+the+polymerization+of+styrene%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Chem%22%5BJournal%5D)">Oxygen inhibition of the polymerization of styrene.</a> J. Appl. Chem. 4, 289-290 (1954).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Hier tonen we het gebruik van een intern gebouwd atmosferische druk plasma opstart. Het metaalgaas kooi helpt reproduceerbare plasmaomstandigheden met minimale interferentie van externe velden, tegelijkertijd omgeving gevoelige apparatuur te beschermen tegen mogelijke storingen en / of schade door een plasma geïnduceerde velden bereiken. De afscherming (kooien) van de installatie afhankelijk van het type plasmamuur en zijn elektrische eigenschappen. Het doel is de afwezigheid van externe ruis op de plasma werking en voorkomen het plasma velden verstoren omringende apparatuur. In dit geval is de maaswijdte van 22 mm, kan echter verminderd maaswijdte vereist voor verschillende plasma&#39;s. De plasma bedrijfsparameters werden gecontroleerd met behulp van een spanning en een stroom sonde verbonden met een oscilloscoop. De invoering van de hoogspanning probe sterk verandert de elektrische omgeving, en derhalve moet de probe deel van het elektrische systeem worden en worden ponerenioned net gedurende alle experimenten. Het gebruik van de glazen reactor inkapselen het monster en de plasmastraal maakt uitsluiting van de omgevingsatmosfeer van vaak onbekende samenstelling van het reactiesysteem. In de gepresenteerde resultaten (zie boven), werd gebruikt om de bron van het plasma geïnduceerde reactieve zuurstofsoorten in het waterige monster blootgesteld aan het plasma effluent te bepalen. Dit onderzoek is mogelijk als de moleculen van het vloeibare water en het water in het voedingsgas (damp) te onderscheiden. Om te bepalen of de hydroxylradicalen gevormd in de gasfase of de vloeibare watermoleculen, isotopisch gelabelde water werd geïntroduceerd: H 2 17 O als vloeibaar medium, H 2 16-damp in het voedingsgas. Als een hypothetische experiment werd uitgevoerd in een open atmosfeer, onderscheid tussen de twee fasen zou zijn belemmerd door de aanwezigheid van waterdamp in de omgevingslucht. Eenalternatieve methode om de invloed van de omringende lucht te verminderen werd aangetoond in de literatuur, waarbij de diffusie van de species uit de atmosfeer in het plasma effluent werd voorkomen door beschermgas 17. Het beschermgas (N 2 of O 2) zorgt voor een gas gordijn met een bekende samenstelling 18. De reactor in dit manuscript is een eenvoudige manier om de invloed van de omgevingslucht componenten (zoals waterdamp) te verwijderen, en kan worden gebruikt met verschillende plasma jets zonder invoering van de extra gasstroom. Vergelijkbaar met de • OH-radicaal, kan de bron van de • H radicaal worden bepaald door toepassing van een D2O / H2O systeem. De voordelige D2O kunnen ook worden ingebracht in het invoergas als damp zoals hierboven beschreven. De verzadiging van het gas met H 2 O waterdamp werd bepaald door vóór het wegen van de Drechsel kolf en na borrelen de gasstroom through het. De relatieve vochtigheid (dwz verzadiging) van het gas wordt berekend door de hoeveelheid van het water verdampt en de hoeveelheid gas doorgeleid. Merk op dat in langdurige experimenten, de temperatuur van de vloeistof in de kolf Drechsel kan dalen door verdamping. De relatieve vochtigheid wordt berekend voor een bepaalde temperatuur. De berekende waarden worden verder vergeleken met die in de literatuur 19 de relatieve vochtigheid van het voedingsgas te bepalen. Wij hebben empirisch ontdekt dat een stroom van maximaal 2 slm van He door een met water gevulde fles Drechsel volledig verzadigd het gas met waterdamp. Evenwel hogere stroomsnelheden niet voldoende verblijftijd van het gas toe in de vloeistof voor verzadiging. Andere verzadiging technieken nodig zijn. Een andere uitdaging is ervoor te zorgen dat er geen omgevingslucht in het systeem aanwezig is. De reactor wordt vooraf gespoeld met het voedingsgas naar de resterende lucht te verwijderen.De tijd vereist voor pre-spoelen hangt af van het volume van de reactor en de stroomsnelheid van het voedingsgas. De afwezigheid van externe lucht diffusie en meevoering in het systeem, zoals een helium voedingsgas plasma kan worden getest met behulp van een NO • radicaalvangende reactie. Stikstofmonoxide gegenereerd door plasma van N2 en O2 moleculen lucht door EPR worden gedetecteerd als een groep adduct van (MGD) 2 Fe2 + complex 20 (MGD = N-methyl-D-glucamine dithiocarbamaat). Bij een totale afwezigheid van lucht, wordt het EPR-signaal van het adduct niet waargenomen. De afwezigheid van externe watermoleculen in de reactor kan worden aangetoond door het volgende experiment. Een vloeistofmonster van D 2 O wordt blootgesteld aan een droog voer gasplasma. De NMR-analyse van het monster na blootstelling blijkt de grootte H 2 O tijdens de belichting in de vloeistof gebracht. Hierdoor kan de hoeveelheid resterende H 2 O schatten in de Tubing gebruikt voor de toevoer van gas 15 in het experiment. Het monster container ontwerp is van cruciaal belang in het experimentele werk. In eerste instantie hebben we geprobeerd het gebruik van plastic en glas microcentrifugebuizen. En het betrekkelijk hoge plasma toevoer gasstroom, is de kleine diameter van de opening niet door de omringende lucht doordringen in de microcentrifugebuis. Dit heeft echter vele nadelen. Het plasma vertoonde welving en grote temperatuurstijging nabij de randen van de microcentrifugebuis. De levering van de soorten uit de gasfase in de vloeistof was aanzienlijk minder efficiënt door de verschillende gasfase dynamiek en het lage oppervlak (en groot volume) van het vloeistofmonster. Dus het oppervlak van het vloeistofmonster is cruciaal voor het leveren van de reactieve species uit de gasfase op het vloeistofmonster. Dit is vooral belangrijk voor de kortstondige groepen. Het vloeistofmonster container moet worden ontworpen dat de blootgesteldevloeistof groot oppervlak voor efficiënte diffusie hebben. De steekproef moet ook lage diepte aan het convectie-gerelateerde beperkingen van het vloeibare monster te minimaliseren. Bedacht moet worden dat gasstromen verhoogd en vooral ontstoken plasma aanzienlijke verstoringen creëren op het oppervlak van het vloeistofmonster 21 genomen. Daarom is de monsterhouder heeft een goed-achtige vorm met een diameter en diepte voor desbetreffende experiment. De hoogte van de stand waarop het goed gepositioneerd kunnen worden aangepast aan experimentele behoeften. De rubberen afdichting waardoor de plasmastraal in de reactor wordt ingebracht maakt het mogelijk om de contacthoek van het effluent met de vloeistof verandert. De onderhavige methode maakt onderzoek naar de bron van de reactieve species (• OH, • H, etc.) in de vloeistof geïnduceerd door kHz veld parallel plasmajet. De werkwijze waarbij een glazen reactor rondom de straal is niet beperkt tot de described omstandigheden, en kan worden gebruikt met andere atmosferische druk plasma. De werkwijze maakt introductie van elke toevoegingen aan het invoergas: damp, O2, N2, enz. Tot de andere voordelen is de mogelijkheid van het uitvoeren van optische metingen erin, hoewel in dit geval optische kwaliteit kwartsglas worden gebruikt als een reactor materiaal. De pompstengel in het onderste gedeelte van de reactor maakt gebruik van de plasmastraal in vrijwel elk laboratorium: de uitlaat kan worden aangesloten via plastic buizen een afstand afzuigkap. De reactor concept is veelzijdig en kan worden gebruikt voor onderzoek van verschillende plasma&#39;s wanneer gecontroleerde atmosfeer vereist. Zo wordt polymerisatie van styreen geremd door de zuurstofverbinding 22, maar in de reactor kan worden waargenomen wanneer vloeibare styreen wordt blootgesteld aan het helium voedingsgas plasma.

Lage temperatuur atmosferische druk plasma&#39;s (LTPS) zijn toegenomen aandacht in de afgelopen jaren aangetrokken vanwege hun enorme potentieel voor biomedische toepassingen 1-3. Bij contact met de omgevingsatmosfeer, LTP reageert met moleculaire gehalte aan lucht (N2, O2, H2 O damp), genereren van een verscheidenheid van reactieve zuurstof en stikstof species (RONS) 2,4. Onder deze zijn relatief stabiel species (zoals waterstofperoxide, ozon, nitriet en nitraat anionen) en zeer reactieve radicalen (OH •, • OOH / O 2 • -, • H • NO, enz.). Deze soorten, aanvankelijk gegenereerd in de gasfase, worden verder geleverd door het plasma naar de biologische substraat 5. RONS interactie met substraten liggen, zodat de antimicrobiële, antivirale en antikanker effecten van LTP 6-8. De ontwikkeling van LTP therapieën vereist complexe modellering van de reacties vanRONS 9. Water is een essentieel onderdeel van het biologische milieu, en de reacties in de waterfase verhogen de complexiteit van het systeem aanzienlijk. Het onderzoek naar de gasfase plasma wordt algemeen uitgevoerd onder toepassing van verschillende analytische technieken, waaronder optische emissie spectroscopie, laser-geïnduceerde fluorescentie, infrarood spectroscopie, massaspectrometrie (MS), etc. 10-12. Tegelijkertijd, gedetailleerd onderzoek van de gedetecteerde in de vloeistoffase soorten nog schaars. Beschikbare rapporten beschrijven de toepassing van verschillende analytische methoden zoals UV- en elektron paramagnetische resonantie (EPR) spectroscopie, cytometrie, etc. voor de detectie van RONS in waterige oplossingen 13,14. EPR is een van de meest directe methoden radicale detectie in de vloeistof. Veel radicalen niet door EPR gedetecteerd vanwege hun korte levensduur. In deze gevallen wordt rotatie trapping vaak gebruikt. Spin trapping een techniek waarbij een verbinding (spin val) which snel en selectief reageert met de rest om een rest persistente adduct verkregen (bijvoorbeeld DMPO reageert met de hydroxyl groep, vormen DMPO OH-adduct). De gemeenschappelijke uitdagingen in plasma-vloeistof interactiestudies het onvermogen om de omgevingsatmosfeer rond de plasma effluent en andere storende factoren (externe velden, milieu-gevoelige voeding onderdelen etc.) beheersen. Hier tonen we het gebruik van een opstelling bestaande uit een metaalgaas met daarin de plasmamuur en een intern gebouwd rond de reactor plasma straalmondstuk. De metalen gaas dient als de kooi van Faraday, waardoor aanzienlijk verbeterde reproduceerbaarheid en de algemene toepasbaarheid van de plasma-jet. De glazen reactor kapselt zowel de plasmastraal en het vloeistofmonster, met uitzondering van de omringende atmosfeer van het systeem. Deze werkwijze kan worden toegepast voor de atmosferische druk plasma jet in contact met vloeibare oplossingen.Zo hebben wij onlangs een onderzoek naar de bron van de reactieve zuurstofsoorten aangetroffen in een waterig monster blootgesteld aan plasma. Isotopisch gelabelde water werd gebruikt om onderscheid te maken tussen de soorten gevormd in de vloeistof en in de gasfase van de plasmastraal vloeistof reinigingssysteem 15.

<table><tbody><tr><td>Plasma Resonant and Dielectric Barrier Corona Driver power supply&nbsp;</td><td>Information Unlimited</td><td></td><td>PVM500&nbsp;</td></tr><tr><td>Mass flow controller (MFC)</td><td>Brooks Instruments&nbsp;</td><td></td><td>2 slm (He calib.)</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Brooks Instruments&nbsp;</td><td></td><td>5 slm (He calib.)</td></tr><tr><td>Microcomputer controller for MFCs</td><td>Brooks Instruments&nbsp;</td><td></td><td>0254</td></tr><tr><td>H217O</td><td>Icon Isotopes</td><td>IO 6245</td><td></td></tr><tr><td>5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide</td><td>Dojindo Molecular Technologies, Inc.&nbsp;</td><td>D048-10</td><td>&ge;99%</td></tr><tr><td>2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>214000</td><td>98%</td></tr><tr><td>Helium</td><td>BOC UK</td><td>110745-V</td><td>99.996%</td></tr><tr><td>High voltage probe</td><td>Tektronix&nbsp;</td><td></td><td>P6015A</td></tr><tr><td>Current probe</td><td>Ion Physics Corporation&nbsp;</td><td></td><td>CM-100-L</td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Teledyne LeCroy</td><td></td><td>WaveJet 354A&nbsp;</td></tr></tbody></table>

een atmosferische druk plasma setup om de reactieve species formatie onderzoek

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Niet-thermische atmosferische druk ( &#39;koude&#39;) plasma&#39;s zijn toegenomen aandacht in de afgelopen jaren te wijten aan hun belangrijke biomedische potentieel. De reacties koude plasma met de omringende atmosfeer op een verscheidenheid aan reactieve verbindingen, die de doeltreffendheid ervan kan bepalen. Terwijl de efficiënte ontwikkeling van koud plasma therapie kinetische modellen is, model benchmarking moet empirische gegevens. Experimentele studies van de bron van reactieve species gedetecteerd in waterige oplossingen blootgesteld aan plasma nog schaars. Biomedical plasma wordt vaak gebruikt met Hij of Ar-feed gas, en een specifieke interesse ligt in het onderzoek van de reactieve species die door plasma met verschillende gas toeslagstoffen (O 2, N 2, lucht, H 2 O damp, etc.) Dergelijke onderzoeken zijn zeer complex vanwege moeilijkheden bij het beheersen van de omgevingsatmosfeer in aanraking met het plasma effluent. In dit werk, gericht we veelvoorkomende problemen van &#39;high&#39; voltagekHz frequentie gedreven plasma-jet experimentele studies. Een reactor werd ontwikkeld om met de uitsluiting van omgevingslucht uit het plasma-vloeistofsysteem. Het systeem bestaat dus uit het voedingsgas met hulpstoffen en de componenten van het vloeistofmonster. Deze gecontroleerde atmosfeer kon het onderzoek naar de bron van reactieve zuurstofsoorten in waterige oplossingen geïnduceerd door He-plasma waterdamp. Het gebruik van isotoop gemerkte water toegelaten onderscheid tussen de soorten uit de gasfase en die zijn gevormd in de vloeistof. De plasma-apparatuur werd opgenomen in een kooi van Faraday mogelijke invloed van een extern veld te elimineren. De setup is veelzijdig en kan helpen bij het verder begrijpen van het koud plasma-vloeistof interacties chemie.

Volgens de methode en apparatuur beschreven, hebben we de oorsprong van de reactieve zuurstof species in het LTP systeem onderzocht bij contact met water. Het plasma werkfrequentie en spanning was 25 kHz en 18 kV (piek-piek), respectievelijk (figuur 1). Bijvoorbeeld, de bron van het hydroxylradicaal werd bepaald met de isotoop gemerkte water. Hierdoor kon onderscheid tussen de watermoleculen in het voedingsgas van die in het vloeistofmonster. Daarvoor H 2 O 16 werd geïntroduceerd in het voedingsgas (als damp). Een vloeibaar monster van H 2 17 O met de opgeloste draai val DMPO werd geplaatst in een monsterpot. De reactor werd vooraf gespoeld gedurende 30 seconden met het voedingsgas. Belangrijk is in dit geval niet meer vooraf spoeltijd kan leiden tot aanzienlijke hoeveelheid H 2 16 O afgegeven aan de vloeistof H <sub&gt; 2 17 O monster. Vervolgens werd het plasma ontstoken en het monster werd blootgesteld aan de effluent van 60 sec. De oplossing post-exposure werd geanalyseerd door EPR. Twee DMPO-OH-radicaal adducten (DMPO- 17 OH en OH DMPO- 16) gedetecteerd (Figuur 2). De verhouding van de gevormde adducten werd bepaald via verdere analyse van de gegevens EPR. De MS analyse van de vloeistoffase preparaat toonde de verhouding van H2 16 O (gediffundeerd in de vloeistof van de gasfase) H 2 17 O (tabel 1). De vergelijking van de twee gesuggereerd dat de hydroxylradicalen gedetecteerd in de vloeibare was in feite uit de gasfase, en niet in de vloeistof. Vergelijkbare studies kunnen worden uitgevoerd met behulp van andere systemen, zoals een D 2 O / H2O systeem om de bron van de • H (D •) groep 15 detecteren. Figuur 1. Configuratie voor het onderzoek naar de bron van vrije radicalen. Het plasma werd in een kwarts glazen buis (4 mm inwendige diameter, 1 mm wanddikte) met helium voedingsgas gegenereerd. De toevoer gasstroom was 2 slm. Het gas bevatte H 2 O damp geïntroduceerd zoals hierboven vermeld. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54765/54765fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/54765/54765fig2.jpg" /> Figuur 2 een EPR-spectrum van het mengsel van DMPO-H, OH DMPO- 16 en 17 DMPO- OH-radicaal adducten geïnduceerd in de oplossing van DMPO in H 2 17 </sup&gt; O blootgesteld aan plasma. De analyse werd uitgevoerd met behulp van de spectra simulatie-software met behulp van de hyperfine waarden in de literatuur 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54765/54765fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="tafel 1" src="/files/ftp_upload/54765/54765tbl1.jpg" /> Tabel 1. Concentratie van de DMPO- 16 OH en DMPO- 17 OH-radicaal adducten en de hoeveelheid H 2 16 O in de vloeibare H 2 17 O monster na de plasmablootstelling. De absolute hoeveelheid adducten concentraties werden verkregen met de EPR kalibratie met de stabiele groep 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO). Bij geen toegevoegde waterdamp (ingang 1), een restvocht aanwezig in het voedingsgas. De relatieve hoeveelheden van H2 17 O en H 2 16 O in het vloeistofmonster werd bepaald met een hydrolysereactie van cinnamoylchloride waarbij een mengsel 16 O en 17 O-kaneelzuren bij reactie met de post-plasmablootstelling oplossing. Het resulterende mengsel werd geanalyseerd door hoge resolutie massaspectrometrie zoals elders 15 beschreven.

Er werd een experimentele opstelling gecreëerd voor de helium-gestuurde kHz frequentieplasmastraal. De opstelling omvat een kooi voor de plasmavoeding en straal en een in eigen huis gebouwde reactor om plasma-geïnduceerde reactieve soorten te monitoren zonder de interferentie van de omgevingslucht.

Een atmosferische druk Plasma Setup om de reactieve species Formatie Onderzoek

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Het algemene doel van deze procedure is het demonstreren van een plasma-opstelling bij atmosferische druk die lucht uit de reactieomgeving uitsluit. Onze opstelling helpt bij het beantwoorden van kernvragen op het gebied van biomedisch en thermisch plasma, zoals de oorsprong van reactieve species die de effectiviteit van plasmabehandelingen van biologische monsters bepalen. Het belangrijkste voordeel van deze opstelling is dat het de ongecontroleerde omgevingsomgeving uitsluit.De atmosfeer in de reactor bestaat uitsluitend uit de componenten van het voedingsgas en het verdampt monster. Het belang van deze techniek strekt zich uit tot onze klinische toepassingen van koud plasma, omdat het fundamenteel inzicht biedt in de fysisch-chemische processen die plaatsvinden wanneer lagedrukplasma reageert met vloeistoffen. Deze methode biedt niet alleen inzicht in het effect van biomedisch plasma, maar kan ook voor andere doeleinden worden gebruikt.Bijvoorbeeld het bestuderen van chemische reacties in een gecontroleerde omgeving. Philip Groves, een promovendus uit ons laboratorium, zal de procedure demonstreren. Ontwerp en bouw eerst een kooi van Faraday van gaas om de apparatuur af te schermen.De kooi moet groot genoeg zijn zodat de actieve elektrode, de randaarde-elektrode en de elektrodekabels elkaar of het gaas niet raken wanneer alle apparatuur is geplaatst. Plasmastralen die werken op kilohertz-frequenties zijn uiterst gevoelig voor externe velden. De kooi van Faraday creëert een stabiele elektromagnetische omgeving, waardoor de invloed van de omringende apparatuur en het plasma wordt geëlimineerd.En bescherm de bedrijfsapparatuur tegen door plasma gegenereerde elektromagnetische velden. Aard de kooi via volledig metalen steunen binnenin de kooi met behulp van een apparaat dat geschikt is voor het type stopcontact. Bevestig een waarschuwingsbord aan de kooi.Sluit een heliumgascilinder via een T-stuk aan op twee massaflowcontrollers (MFC's). Leid de uitlaat van één MFC naar een Drexel-fles. Verbind de uitlaat van de Drexel-fles met de uitlaat van de andere MFC via een T-stuk.Rust de kooi uit met een gasleiding van roestvrij staal. Richt de uitlaat van de tweede T-connector naar de kooi. Om het voedingsgas aan de plasmapropulsor te leveren, steekt u het uiteinde van een kwartsbuis in de plastic slang die is aangesloten op de gasleiding.Bevestig de kwartsbuis met een klemstatief. Stel een interlock in om de elektrische verbinding met de plasma-voeding te verbreken wanneer de kooi-deur openstaat, om het risico op elektrische schokken door de hoogspanningselektrode tijdens de plasma-operatie te vermijden. Sluit voor de hoogspanningselektrode de plasma-voeding aan op een elektrode en een spanningssonde.Maak een aardelektrode die is aangesloten via een cirkelvormige stroomsonde. Bevestig de aardelektrode aan de spuitmond van de plasmastraal ongeveer 40 millimeter boven de opening van de spuitmond. Bevestig vervolgens de hogespanningselektrode aan de spuitmond van de plasmastraal 20 millimeter onder de aardelektrode.Sluit de spannings- en stroomsensoren aan op een oscilloscoop. Plaats de spannings- en frequentieregelingen buiten de kooi. Bereid een glazen reactor voor die een holle, geperforeerde glazen standaard bevat met een reservoir aan de bovenzijde.Bevestig het bovenste gedeelte van de reactor aan een metalen standaard met een geïsoleerde klem. Voorzie de bovenkant van de glazen reactor van een rubberen doorvoerring. Steek de spuitmond in de bovenkant van de reactor.Verbind de reactoruitlaat, aan de onderzijde van de reactor, met het juiste afzuigsysteem met behulp van plastic slangen. Bevestig vervolgens de slang aan de extractie. Vul de Drexel-fles met O16 water.Stel de MFC voor droog gas in op 1.800 standaard kubieke centimeter per minuut en de andere MFC op 200 standaard kubieke centimeter per minuut en spoel het systeem door om een verzadiging van 10% van het voedingsgas met O16 waterdamp te bereiken. Zet vervolgens het gassysteem uit. Plaats een 100-milliliter oplossing van DMPO in O17 water in het reactorreservoir.Plaats vervolgens de rest van de reactor op een labkrik. Til het onderste gedeelte van de reactor omhoog, waarbij de sproeikop indien nodig wordt bijgesteld, totdat de reactor is afgesloten bij de geslepen glasverbinding en de sproeikop zich ongeveer 10 milliliters boven het oppervlak van het monster in het reservoir bevindt. De verbinding tussen de twee delen van de reactor en tussen de doorvoergrommet en de kwartsbuis moet luchtdicht zijn om diffusie van omgevingslucht in de reactor te voorkomen.Spoel de reactor 30 seconden lang, of zo lang als nodig is om het luchtvolume in de reactor te vervangen door voedingsgas, met het 10%O16 waterverzadigde voedingsgas. De spoeltijd is sterk afhankelijk van de grootte van de reactor. Ontsteek het plasma met ontladingsparameters ingesteld op 18 kilovolt en 25 kilohertz.Stel de DMPO-oplossing 60 seconden bloot aan het plasma-effluent. Schakel vervolgens de voeding uit en verwijder het monster. Bereid het monster voor en analyseer het middels elektronenspinresonantie-spectroscopie.De DMPO-oplossing in O17-water werd blootgesteld aan plasma met en zonder O16-waterdamp in het voedingsgas. Bij gebruik van droog helium bevatte de atmosfeer in de reactor alleen O16- en O17-waterdamp uit het monster. Vochtig helium diende als aanvullende bron van O16-water.EPR-analyse van het monster dat was blootgesteld aan plasma met toevoeging van damp aan het voedingsgas toonde de aanwezigheid van DMPO16OH, DMPO16OH en DMPOH-adducten aan. Vergelijking met de EPR-intensiteiten van monsters met een bekende nitroxideconcentratie leverde de absolute concentraties van de hydroxylradicaal-adducten op. Zonder waterdamp in het voedingsgas waren de absolute concentraties ongeveer gelijk.Bij waterdamp was de concentratie van het O16 hydroxylradicaal-adduct meer dan twee keer zo hoog als die van O17. Massaspectrometrie na een hydrolysereactie leverde de isotopische distributie van zuurstof in het water in het vloeibare monster op. De relatieve hoeveelheid O16-water was slechts gering hoger in het monster dat was blootgesteld aan plasma met damp, wat suggereert dat de DMPO16OH-soort ontstaat in de gasfase.De gepresenteerde procedure maakt gebruik van een eenvoudige en goedkope plasma-opstelling die geen aanpassingen aan de eigenlijke plasmastraal vereist. Hiermee vormt het een instructief alternatief voor gasafschermingsapparatuur bij plasmastudies. Tijdens het uitvoeren van de procedure is het belangrijk om een volledige afwezigheid van omgevingslucht te garanderen, aangezien deze onzuiverheden en willekeurige hoeveelheden waterdamp uit de reactor bevat.Deze techniek plaveide de weg voor de heropleving in de velden van biomedisch lagedrukplasma, om de reactieve regio's van plasmasystemen te verkennen.

an-atmospheric-pressure-plasma-setup-to-investigate-reactive-species

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Source: Yan, X., et. al., New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells. J. Vis. Exp. (2017)The video demonstrates the neuroprotective activity of low-dose atmospheric pressure plasma treatment in glucose-deprived neuroblastoma cells by modulating oxidative stress and enhancing cell viability.

Assessing Atmospheric Pressure Plasma Treatment in Glucose-Deprived Neuroblastoma Cells 

Deze film laat zien hoe een atmosferische plasmabrander kan worden ontstoken door microgolven zonder extra ontstekers en biedt een stabiele en continue plasma-operatie die geschikt is voor tal van toepassingen.

Hoe maak je een atmosferische druk Magnetron Plasma Torch Ignite zonder extra vonkonststekers

We boden een methode aan om direct een hoge c-as (0002) ZnO dunne film te synthetiseren door middel van plasma-verbeterde chemische dampafzetting. De zo gesynthetiseerde ZnO dunne film gecombineerd met een Pt interdigitaal elektrode werd gebruikt als detectielaag voor een ultraviolette fotodetector, waarbij een hoge prestatie werd gezien door een combinatie van zijn goede responsiviteit en betrouwbaarheid.

Synthese en karakterisering van High c-as ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System en de UV Fotodetector Application

De ontwikkeling van nieuwe ablatieve materialen en hun numerieke modellering vereist uitgebreid experimenteel onderzoek. Dit protocol beschrijft procedures voor de karakterisering van de materiaalrespons in plasmastromingen, waarbij de kerntechnieken niet-invasieve methoden zijn om de materiaalverkleining te volgen, samen met de chemie in de reactieve grenslaag door emissiespectroscopie.

Emissie spectroscopische Boundary Layer Investigation tijdens Ablatief materiaaltestreactoren in Plasmatron

In dit artikel wordt een vloeiende magnetronreactor beschreven die wordt gebruikt om efficiënte niet-evenwichtskemie te richten voor de toepassing van omzetting / activering van stabiele moleculen zoals CO 2 , N 2 en CH 4 . Het doel van de hier beschreven procedure is het meten van de in situ gastemperatuur en gasomzetting.

Niet-evenwicht Magnetron Plasma voor efficiënte hoge temperatuur chemie

High-throughput verkouden fysieke plasma behandeling protocol van vloeistoffen en cellen wordt weergegeven. Het gaat om de oprichting van verschillende grondstof gas composities voor plasma ontsteking, meten van de plasma emissie spectra, en de daaropvolgende analyse van vloeistoffen en cellulaire activiteit na plasma behandeling.

Basisonderzoek in Plasma geneeskunde - een benadering van de doorvoer van vloeistoffen naar cellen

Stof opladen en mobilisatie wordt gedemonstreerd in drie experimenten met blootstelling aan thermisch plasma met bundel elektronen, bundel elektronen alleen of ultraviolette (UV) straling alleen. Deze experimenten presenteren het gevorderde begrip van elektrostatische stof vervoer en haar rol in het vormgeven van de oppervlakken van airless planetaire lichamen.

Experimentele methoden van stof opladen en mobilisatie op oppervlakken met blootstelling aan ultraviolette straling of plasma 's

Dit protocol wordt gepresenteerd om de installatie, behandeling en toepassing van de COST-Jet te karakteriseren voor de behandeling van diverse oppervlakken zoals vaste stoffen en vloeistoffen.

Oppervlakken behandelen met een koud atmosferisch drukplasma met behulp van de COST-Jet

Het belangrijkste doel van dit werk is om het voor onderzoeksgroepen die niet bekend zijn met Langmuir-sondes en emittieve sondes gemakkelijker te maken om ze te gebruiken als plasmadiagnostiek, vooral in de buurt van plasmagrenzen. We doen dit door te demonstreren hoe we de sondes kunnen bouwen van gemakkelijk verkrijgbare materialen en benodigdheden.

Bouw van langmuir-sondes en emitterende sondes voor plasmapotentiaalmetingen in plasma's met lage druk en lage temperatuur

Deze studie presenteert de methodologie voor het genereren van zes verschillende soorten plasmalozingen binnen een hyperbolische vortexplasmareactor voor de afbraak van microverontreinigingen in water, waaronder geneesmiddelen en per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS).

Implementatie van een hyperbolische vortex plasmareactor voor de verwijdering van microverontreinigingen in water

Ontdek een atmosferische druk plasma-opstelling die lucht uitsluit voor onderzoek naar reactieve soorten. Deze methode biedt inzicht in plasma-interacties met biologische monsters en chemische reacties.

Een atmosferische druk Plasma Setup om de reactieve species Formatie Onderzoek

Meer video's verkennen