Name: Obróbka powierzchni zimną plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym za pomocą COST-Jet (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 36 s
Description: Poznaj protokół obróbki powierzchni zimną plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym za pomocą COST-Jet. Naucz się kalibracji sond napięciowych i pomiaru mocy zasilania.

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

Autorzy dziękują Volkerowi Rohwerowi (Instytut Fizyki Doświadczalnej i Stosowanej, Uniwersytet w Kilonii) za pomoc przy sprzęcie. Prace były wspierane przez DFG w ramach CRC 1316 Transient Atmospheric Plasmas, w projekcie Cold atmospheric plasmas for the study of fundamental interaction mechanisms with biological substrates (project-ID BE 4349/5-1) oraz w projekcie Plasma-generated nitric oxide in wound healing (project-ID SCHU 2353/9-1).

1. Zasilanie gazem i kontrolowana atmosfera
<ol>
	<li>Skonfiguruj źródło gazu składające się z całkowicie metalowych przewodów gazowych, unikając TPFE lub podobnych rurek z tworzywa sztucznego24. Przewody doprowadzające gaz powinny być jak najkrótsze, aby uniknąć zanieczyszczeń i ułatwić pompowanie systemu zasilania gazem.</li>
	<li>Wybierz regulatory przepływu masowego używane do dostarczania gazu zasilającego zgodnie z typowymi natężeniami przepływu gazu COST-Jet. Stosować gaz roboczy o czystości co najmniej 99,999%. 
	UWAGA: Podstawowym gazem roboczym COST-Jet jest hel. Operacja może być realizowana przy natężeniach przepływu od 100 sccm do około 5000 sccm, przy czym 1000 sccm jest najczęstszą wartością.</li>
	<li>Realizacja domieszki gazów reaktywnych za pomocą systemu składającego się z wielu regulatorów przepływu masowego. W przypadku mniejszych domieszek należy użyć jednostki przeciwmieszającej, aby skrócić czas potrzebny do zakończenia mieszania25. 
	UWAGA: Typowymi domieszkami są tlen i azot o natężeniu przepływu rzędu 5 sccm (0,5% gazu roboczego).</li>
	<li>Dodaj zawór między przewodami doprowadzającymi gaz a strumieniem, aby zapobiec przedostawaniu się wilgotnego powietrza do źródła gazu, gdy urządzenie nie jest używane, ponieważ woda jest najczęstszym i najbardziej problematycznym zanieczyszczeniem w plazmie pod ciśnieniem atmosferycznym, wpływając krytycznie na skład chemiczny plazmy.</li>
	<li>Oczyść przewody doprowadzające gaz przed obróbką powierzchni, aby zmniejszyć zanieczyszczenia w przewodach. Aby to zrobić, po prostu ustaw umiarkowany przepływ gazu na około 1000 sccm helu i przepłucz przewody zasilające lub, najlepiej, wielokrotnie pompuj i uzupełniaj przewody zasilające (około trzy razy). 
	UWAGA: W przypadku zwykłego płukania przewodów doprowadzających gaz, w zależności od stanu zanieczyszczenia może być potrzebne wiele godzin na oczyszczenie systemu.</li>
	<li>Dodać pułapkę sita molekularnego lub zimną wymrażarkę (np. przy użyciu ciekłego azotu) do przewodów doprowadzających gaz, aby jeszcze bardziej zmniejszyć wilgotność w gazie zasilającym.</li>
	<li>Jeśli zamiast tego wymagana jest kontrolowana ilość wody jako odczynnik, dodaj do systemu bełkotkę26,27.</li>
	<li>Rozważ ustawienie kontrolowanej atmosfery na potrzeby eksperymentu, ponieważ zmiany w składzie otaczającej atmosfery mogą wpływać na reakcje chemiczne zachodzące w ściekach plazmowych. 
	UWAGA: Efekt ten prawdopodobnie nie jest zbyt wyraźny dla klasy COST-Jet<sup="xref">28, ponieważ konfiguracja pola elektrycznego ogranicza plazmę do wnętrza kanału wyładowczego, ale może odgrywać ważną rolę w innych urządzeniach CAP, w których aktywna plazma znajduje się częściowo poza urządzeniem.</li>
</ol>
2. Montaż i konfiguracja urządzenia
<ol>
	<li>Podłącz urządzenie COST-Jet do źródła gazu. Podłącz urządzenie bezpośrednio do rurki Swagelok ze stali nierdzewnej 1/4 cala. Używaj adapterów do różnych standardów przewodów.</li>
	<li>Podłącz COST-Jet do zasilania za pomocą ekranowanego BNC wyposażonego w złącze SMC.</li>
	<li>Podłącz zintegrowane sondy elektryczne do oscyloskopu, aby monitorować napięcie i prąd za pomocą rezystora 50 Ohm jako zakończenia.</li>
	<li>Otwórz obudowę COST-Jet i podłącz odpowiednio skompensowaną komercyjną sondę napięcia do zasilanej linii miedzianej, a także do uziemionej części strumienia (np. rury gazowej Swagelok) i oscyloskopu.</li>
	<li>Wykonaj rutynową kalibrację sondy: Przyłóż małe napięcie do COST-Jet i dostrój zmienny kondensator obwodu LC za pomocą śrubokręta, aby osiągnąć optymalne sprzężenie (zmaksymalizować zmierzone napięcie). Wykonaj kalibrację napięcia, porównując rzeczywiste napięcie (sonda komercyjna) z napięciem zmierzonym (zaimplementowana sonda) za pomocą regresji liniowej i oblicz stałą kalibracji. Wyjmij komercyjną objętość napięciowe sondy i zamknij obudowę COST-Jet.</li>
	<li>Ponownie przyłóż małe napięcie do COST-Jet i dostrój zmienny kondensator obwodu LC za pomocą śrubokręta, aby osiągnąć optymalne sprzężenie.</li>
	<li>Zapal plazmę w urządzeniu COST-Jet: Po pierwsze, ustaw natężenie przepływu gazu na około 1 slpm helu za pomocą kontrolerów przepływu masowego (MFC). Na końcu otwórz zawór między systemem zasilania gazem a COST-Jet. Następnie przyłóż niskie napięcie do elektrod i zwiększaj amplitudę, aż plazma się zapali.</li>
	<li>Jeśli przy pierwszym zapłonie elektrody są zanieczyszczone i utrudniają zapłon, należy zastosować wysokie napięcie początkowe i szybko je zmniejszyć po zapłonie. Alternatywnie użyj iskrnika, aby ułatwić pierwszy zapłon.</li>
	<li>Ustaw parametry sterowania pracą (przepływ gazu, przyłożone napięcie) na żądane wartości.</li>
	<li>Daj zestawowi trochę czasu na rozgrzanie, aby umożliwić stabilizację termiczną (ok. 20 minut), aby zapewnić stabilne i powtarzalne warunki pracy.</li>
	<li>Aby zmienić skład gazu podczas eksperymentów, należy przewidzieć około 2-minutowy czas równoważenia w zależności od konfiguracji zasilania gazem. 
	UWAGA: COST-Jet jest teraz gotowy do aplikacji.</li>
</ol>
3. Pomiar mocy
<ol>
	<li>Podłącz oscyloskop monitorujący napięcie i prąd przyłożony do COST-Jet do komputera.</li>
	<li>Zainstaluj na komputerze oprogramowanie 'COST power monitor'29, które umożliwia monitorowanie mocy w czasie rzeczywistym11,19.</li>
	<li>Dostosuj komunikację między oprogramowaniem a oscyloskopem, wykonując wymagane polecenia do sterowania określonym oscyloskopem.</li>
	<li>Uruchom oprogramowanie monitora mocy COST i przejdź do panelu Ustawienia. Wypełnij odpowiednie kanały podłączone do oscyloskopu i stałą kalibracji określoną w kroku 2.4. 
	UWAGA: Przycisk Znajdź może być używany do automatycznego obliczania współczynnika kalibracji, jeśli komercyjna sonda napięcia jest podłączona do COST-Jet.</li>
	<li>Przejdź do panelu Przeciągnięcie. Wykonaj fazę referencyjną, gdy plazma jest nadal wyłączona, naciskając przycisk Znajdź. Przed tym pomiarem należy wyłączyć przepływ gazu i przyłożyć napięcie, które mieści się w typowym zakresie napięć używanych do rzeczywistej pracy wyładowania, ponieważ plazma nie zapali się w powietrzu ze względu na znacznie wyższe napięcie zapłonu w porównaniu z mieszankami gazów z dominacją gazów szlachetnych. Użyj tego pomiaru, aby automatycznie skorygować względne przesunięcie fazowe między sondami napięcia i prądu, zakładając tutaj fazę 90° idealnego kondensatora.</li>
	<li>Naciśnij przycisk Start i Pauza, aby rozpocząć lub wstrzymać pomiary elektryczne.</li>
	<li>Obsługuj COST-Jet zgodnie z potrzebami. Wykorzystaj rzeczywistą moc elektryczną obliczoną na podstawie amplitud napięcia i prądu, a także ich przesunięcia fazowego, które są stale wyświetlane w oprogramowaniu do monitorowania i jako parametr sterujący.</li>
</ol>
4. (Solidna) obróbka powierzchni
<ol>
	<li>Ustaw kontrolowaną atmosferę dla swojego eksperymentu. 
	UWAGA: W przypadku COST-Jet kontrolowana atmosfera jest mniej istotna niż w przypadku źródeł z aktywnym związkiem chemicznym plazmy poza zamkniętym kanałem wyładowczym.</li>
	<li>Oczyść przewody doprowadzające gaz zgodnie z opisem w kroku 1.5.</li>
	<li>Ustaw żądane parametry pracy i odczekaj około 20 minut, aż COST-jet osiągnie stabilną temperaturę.</li>
	<li>Wybierz odległość między COST-Jet a obrabianą powierzchnią, ponieważ odległość określa ilość reaktywnych form uderzających w obrabianą powierzchnię30. Użyj stolika xyz, aby zamontować podłoże w celu łatwej manipulacji. 
	UWAGA: W przypadku COST-Jet szczelina bezpieczeństwa dodaje jeden dodatkowy milimetr do odległości między wyładowaniem plazmowym a obrabianą powierzchnią.</li>
	<li>Rozpocznij czas zabiegu: Po prostu włącz plazmę lub użyj migawki mechanicznej. Należy pamiętać o możliwym przekroczeniu napięcia podczas przełączania, co prowadzi do zwężonego rozładowania. Aby uzyskać lepszą kontrolę w zakresie ms, użyj obrotowej migawki.</li>
	<li>Poddaj próbkę działaniu przez żądany czas i zakończ czas obróbki, wyłączając plazmę lub używając migawki.</li>
	<li>W razie potrzeby sprawdź wzorzec przepływu gazu przed celem za pomocą obrazowania Schlierena podczas traktowania podłoża, ponieważ skutki ładowania powierzchniowego, sił oporu jonów lub mieszania się powietrza otoczenia z powodu wyporu mogą wpływać na ilość reaktywnych związków docierających do powierzchni.</li>
</ol>
5. Leczenie płynami
<ol>
	<li>Stwórz kontrolowaną atmosferę na potrzeby eksperymentu.</li>
	<li>Oczyść przewody doprowadzające gaz zgodnie z opisem w kroku 1.5.</li>
	<li>Ustaw żądane parametry pracy i odczekaj około 20 minut, aż COST-jet osiągnie stabilną temperaturę.</li>
	<li>Wybierz odległość między COST-Jet a uzdatnianą cieczą.</li>
	<li>Wlej płyn, który ma być poddany zabiegowi, do odpowiedniego pojemnika. Używaj materiału obojętnego, aby uniknąć reakcji potencjalnie generowanych form reaktywnych w cieczy z pojemnikiem. Wybierz rozmiar pojemnika w zależności od objętości płynu, który jest traktowany.</li>
	<li>Rozważ wpływ przepływu gazu na powierzchnię cieczy: W zależności od natężenia przepływu gazu należy pamiętać o wklęsłym menisku, który może się utworzyć, zmieniając w ten sposób odległość między plazmą a powierzchnią cieczy.</li>
	<li>Rozpocznij kurację. Należy unikać skoków ciśnienia na powierzchni cieczy spowodowanych nagłą zmianą przepływu gazu, ponieważ może to spowodować rozpryskiwanie się cieczy w geometrii wylotu, co może spowodować zwarcie i na pewno zanieczyszczenie plazmy. Zamiast tego użyj mechanicznej migawki lub powoli zwiększaj przepływ gazu.</li>
	<li>Należy wziąć pod uwagę mieszanie/mieszanie cieczy spowodowane tarciem między neutralnym przepływem gazu a powierzchnią cieczy, ponieważ wpływa to na procesy transportu i profile stężeń w cieczy. Dodatkowo, w zależności od czasu zabiegu, należy skorygować parowanie cieczy podczas zabiegu (np. przy obliczaniu stałych reakcji). W zależności od źródła plazmy, należy pamiętać, że to parowanie może powodować sprzężenie zwrotne z wyładowaniem, zmieniając w ten sposób skład chemiczny plazmy.</li>
	<li>Należy również wziąć pod uwagę, że na reaktywność z możliwymi odczynnikami w cieczach wpływa również aktywność powierzchniowa tego środka. Tak więc w niektórych przypadkach środki powierzchniowo czynne mogą odgrywać ważną rolę w interakcji między krótko żyjącymi gatunkami a cieczami.</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W niniejszym materiale demonstrujemy zastosowanie strumienia plazmy atmosferycznej do obróbki powierzchni różnych materiałów. Konfiguracja eksperymentalna strumienia plazmy atmosferycznej może mieć ogromny wpływ na parametry plazmy, jej chemię i wydajność, a w konsekwencji wpływa na wynik obróbek plazmowych, co czyni ten etap krytycznym krokiem w protokole.
Przykładowo, linie doprowadzające gaz odgrywają istotną rolę w kontekście najczęstszej zanieczyszczenia gazu zasilającego plazmę, jakim jest wilgotność. W szczególności, produkcja reaktywnych form azotu w plazmie ulega zmniejszeniu, podczas gdy sprzyjana jest produkcja reaktywnych form tlenu, co wynika z niskiej energii jonizacji tlenu w porównaniu z cząsteczkami wody i azotem35. Winter24 stwierdził, że wilgotność gazu zasilającego pochodząca z cząsteczek wody na powierzchni wewnętrznej rurki jest o rząd wielkości wyższa w przypadku stosowania rurek polimerowych w porównaniu do rurek metalowych, ze względu na większą porowatość i pojemność sorpcyjną. Można ją zmniejszyć poprzez przemywanie linii gazem zasilającym. Jednakże osuszanie linii poprzez przemywanie trwa kilka godzin. Dlatego należy unikać rurek polimerowych lub przynajmniej utrzymywać je w jak najkrótszej formie. Wyniki te zostały potwierdzone w badaniach Große-Kreula25. Autorzy ci porównali wpływ rurek poliamidowych i ze stali nierdzewnej na chemię plazmy przy użyciu spektrometrii mas. Ich pomiary potwierdzają tworzenie się klastrów jonów wody w plazmie z powodu odgazowywania wody z rurek polimerowych oraz krótszy czas osuszania w przypadku rurek metalowych. Dodatkowo zbadano wpływ metod oczyszczania gazu, takich jak pułapka z sita molekularnego i pułapka zimna z ciekłym azotem, na chemię plazmy, co pomogło zredukować ilość zanieczyszczeń o około dwa rzędy wielkości.
Zamiast próbować oczyszczać gaz zasilający, można zastosować podejście polegające na dodaniu kontrolowanej ilości wilgoci. Ponieważ ta celowa zanieczyszczenie dominuje wówczas nad naturalnymi zanieczyszczeniami i w ten sposób kontroluje chemię plazmy, zapewnione zostają powtarzalne warunki, o ile ilość dodanej wilgoci jest precyzyjnie znana.
Aby zainicjować wyładowanie, zazwyczaj wystarczy stopniowo zwiększać napięcie przyłożone do elektrod aż do momentu przebicia. Jednak w zależności od stanu powierzchni elektrod czasami wymagane jest wysokie napięcie. W celu ułatwienia zapłonu można zastosować pistolet iskrowy wysokiego napięcia. Może to być również pomocne przy próbach wzbudzenia wyładowania argonowego w COST-Jet.
Przed zastosowaniem COST-Jet do jakichkolwiek powierzchni należy przeznaczyć wystarczającą ilość czasu na ustabilizowanie urządzenia. Po ustawieniu pożądanych parametrów sterowania COST-Jet wymaga około 20 minut, aby osiągnąć stabilne warunki11. W tym czasie temperatura urządzenia, temperatura gazu, a także chemia plazmy osiągają stan stacjonarny.
Do porównania wyników naukowych niezbędne są porównywalne parametry kontrolne plazmy. Do pomiaru mocy wejściowej prądu można wykorzystać monitor mocy COST29. Oprogramowanie to jest otwartoźródłowe i kompatybilne z szeregiem różnych typów oscyloskopów. Oprogramowanie działa zgodnie z zasadą opisaną przez Goldę19.
Oprócz wpływu wilgotności gazu zasilającego na chemię plazmy, transport gatunków reaktywnych z plazmy do podłoża odgrywa istotną rolę w składzie strumienia wylotowego i stanowi kolejny krytyczny etap protokołu. Otaczająca atmosfera może wpływać na gatunki powstałe w plazmie w drodze do podłoża. Aby zminimalizować ten wpływ, stosuje się dwie różne koncepcje: (i) po pierwsze, można stworzyć kontrolowaną atmosferę składającą się z gazu zasilającego. Dzięki temu skład otaczającej atmosfery może pozostać stały. W zależności od poziomu czystości wymaganego dla danej obróbki, kontrolowaną atmosferę można uzyskać za pomocą obudów ochronnych wyposażonych w zawór jednokierunkowy zapobiegający nadciśnieniu. Dla wyższych poziomów czystości można zastosować komorę próżniową z pompą. (ii) Po drugie, kontrolowaną atmosferę można stworzyć, stosując osłonową kurtynę gazową wokół strumienia wylotowego plazmy36,37. Zazwyczaj składa się ona z gazu obojętnego, ale może być również modyfikowana w zależności od potrzeb danej aplikacji.
Na szczęście w przypadku COST-Jet wpływ otaczającej atmosfery jest stosunkowo niewielki. Wykorzystując znakowanie izotopowe, Gorbanev wykazali, że w przypadku strumienia plazmy w konfiguracji pola równoległego reaktywne formy tlenu i azotu docierające do powierzchni cieczy powstawały zarówno w fazie gazowej plazmy, jak i w obszarze między dyszą plazmy a próbką38,39. W przeciwieństwie do tego, stosując tę samą technikę dla COST-Jet, stwierdzili oni, że RONS pochodziły niemal wyłącznie z fazy plazmy, a nie z otoczenia28. Jest to prawdopodobnie spowodowane ograniczeniem pola elektrycznego do kanału plazmy wyładowania COST-Jet. Dzięki temu wyładowanie plazmowe jest w dużej mierze niezależne od otoczenia i zyskuje pewien charakter zdalny.
W przypadku plazmowego dżetu z podłużnym polem elektrycznym Darny i wsp.40 wykazali, że polaryzacja pola elektrycznego modyfikuje wzorzec przepływu gazu, a tym samym wpływa na gatunki reaktywne docierające do celu wskutek wiatru jonowego. Zależność gęstości gatunków reaktywnych od środowiska została potwierdzona pomiarami Stancampiano i wsp.7. Autorzy ci zgłosili różnice w liczbie gatunków reaktywnych powstających w traktowanej wodzie w zależności od charakterystyki elektrycznej. Aby zniwelować te różnice, konieczne było stworzenie kompensującego obwodu elektrycznego. Zachowanie to jest odmienne w przypadku COST-Jet: Rycina 5 porównuje obrazy Schlierena z COST-Jet bez przyłożonego napięcia oraz podczas pracy przy dwóch różnych natężeniach przepływu gazu. Obrazy wykonano przy użyciu liniowego ustawienia z jednym lustrem, zgodnie z opisem Kelly'ego41. Przedstawiają one, w jaki sposób poziomo skierowany strumień z COST-Jet uderza w płaską szklaną podłożem. Oba obrazy wykazują dokładnie taki sam wzorzec przepływu gazu. Wynika to z braku wiatru jonowego spowodowanego brakiem naładowanych gatunków w strumieniu plazmy.
Dodatkowo, COST-Jet wykazuje bardzo laminarny wzorzec przepływu. Kelly41 przedstawił obrazy metodą Schlierena podobne do tych pokazanych na Rysunku 5 dla różnych natrzeżeń przepływu gazu. Nawet przy stosunkowo wysokich natrzeńcach przepływu gazu wynoszących 2 slpm, w strumieniu plazmy nie występują oznaki turbulencji. Przy bardzo niskich natrzeńcach przepływu gazu wynoszących 0,25 slpm i mniej, zaczyna odgrywać rolę wyporność strumienia helu. Jednakże, do odległości 4 – 5 mm od dyszy, atmosfera otoczenia nie wpływa na skład gazu docierającego do powierzchni, co zostało wykazane przez Ellerwega przy użyciu spektrometrii mas17.
Wszystkie wyżej wymienione cechy podkreślają zdalny charakter COST-Jet. Dzięki temu jest on idealnym kandydatem do kontrolowanego i porównywalnego opracowywania powierzchni.
<img alt="Wizualizacja przepływu plazmy, zmienny zakres 0.5-1.4 slpm; plazma włączona/wyłączona, schemat optycznej analizy przepływu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5: Obrazy Schlieren urządzenia COST-Jet z przyłożonym napięciem i bez niego dla dwóch różnych natężeń przepływu gazu.Podczas pracy plazmy wzorzec przepływu gazu dokładnie odpowiada wzorcowi przy samym przepływie gazu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
W zależności od pożądanego efektu w traktowanej próbce, parametry kontrolne, takie jak skład mieszaniny gazów, przyłożona moc elektryczna oraz odległość między źródłem plazmy a powierzchnią, mogą być odpowiednio dostosowane. W przypadku COST-Jet dostępna jest szeroka baza literatury obejmująca badania nad gatunkami reaktywnymi w strumieniu wylotowym. Przykładowo, Willems30 zmierzył gęstość tlenu atomowego za pomocą spektrometrii mas, podczas gdy Schneider42 zmierzył gęstość azotu atomowego w strumieniu wylotowym.
Opracowywanie cieczy za pomocą plazmy atmosferycznej może wywoływać różnorodne mechanizmy reakcji napędzane przez gatunki reaktywne, jony, fotony lub pola elektryczne. Ze względu na wcześniej opisane właściwości COST-Jet, wpływ pola elektrycznego, jonów i fotonów jest zaniedbywalny w porównaniu do źródeł plazmy, w których plazma znajduje się w bezpośrednim kontakcie z cieczami. Dlatego w celu zbadania wpływu krótkotrwałych gatunków reaktywnych, takich jak tlen atomowy, na roztwór fenolu, COST-jet został wykorzystany przez Hefny43 oraz Benedikta44. Ponadto COST-Jet zapewnia dogodną możliwość porównania eksperymentów i symulacji numerycznych procesów utraty cieczy28. Ponieważ oddziaływanie między plazmą a cieczą jest zdominowane przez przepływ gazowy gatunków reaktywnych z plazmy na powierzchnię cieczy, złożoność modelu może zostać zredukowana.
Mieszanie cieczy indukowane przepływem gazu zwiększa szybkość reakcji między reaktywnymi gatunkami generowanymi przez plazmę a cieczą. W przeciwieństwie do obróbki powierzchniowej ciał stałych, konwekcja cieczy nieustannie zmienia lokalne stężenie substratów. Dodatkowo na szybkość reakcji między gatunkami generowanymi przez plazmę a substratami w cieczy wpływa aktywność powierzchniowa tych substratów. Wraz ze wzrostem aktywności powierzchniowej wzrasta stężenie substratu na powierzchni cieczy. Substancje powierzchniowo czynne te mogą odgrywać istotną rolę w reaktywności krótkotrwałych gatunków generowanych przez plazmę.
Oprócz mieszania, przepływ gazu uderzający w powierzchnię cieczy indukuje również parowanie, które musi zostać uwzględnione. Przy zastosowaniu COST-Jet i krótkich czasach traktowania parowanie może odgrywać drugorzędną rolę, niemniej jednak należy je brać pod uwagę w celu obliczenia prawidłowych szybkości reakcji. Wyładowanie w COST-Jet nie jest wpływane przez parowanie, a co za tym idzie, chemia plazmy również nie ulega zmianie. W przypadku innych źródeł plazmy, gdzie np. plazma znajduje się w bezpośrednim kontakcie z cieczą, chemia plazmy zmienia się znacząco wraz z parowaniem, co wykazali Tian i Kushner45 dla wyładowania barierowego. Efekt parowania stwierdzono również w przypadku kINPen46.
Poza wspomnianymi różnicami w chemii plazmy, które należy uwzględnić w przypadku różnych źródeł plazmy, zmienia się również topologia menisku wywołanego przez strumień gazu na powierzchni cieczy. Głębokość tego menisku zazwyczaj zależy od prędkości gazu. W przypadku źródeł plazmy, w których konfiguracja elektrod indukuje znaczące pole elektryczne docierające do cieczy lub nawet przy plazmie w kontakcie z cieczą, menisk ten może zostać podniesiony47,48. Jak pokazano, w zależności od zastosowanego źródła plazmy należy wziąć pod uwagę szereg efektów.
W przyszłości niniejszy protokół może zostać wykorzystany do przeprowadzania i opisywania obróbki powierzchni oraz cieczy przy użyciu COST-Jet. Jest to stabilne i powtarzalne źródło plazmy wykazujące unikalny charakter zdalny spośród wielu różnych konstrukcji strumieni plazmowych. Te same metody nie są ograniczone wyłącznie do źródła COST-Jet i mogą zostać zmodyfikowane oraz dostosowane do użytku z dowolnym źródłem zimnej plazmy atmosferycznej.

Plazmy zimnego ciśnienia atmosferycznego (CAP) cieszą się coraz większym zainteresowaniem w ostatnich latach ze względu na ich potencjał do zastosowań w obróbce powierzchni. CAP charakteryzują się właściwościami nierównowagowymi, co umożliwia złożoną chemię plazmy o dużej gęstości form reaktywnych przy zachowaniu niskiego wpływu termicznego na badane próbki. W związku z tym CAP są brane pod uwagę w szczególności w leczeniu tkanek biologicznych1,2,3,4. Liczne koncepcje i projekty CAP są z powodzeniem stosowane między innymi do dezynfekcji i gojenia ran, krzepnięcia krwi i leczenia raka. Duża część tkanki biologicznej zawiera płyny. W związku z tym badania coraz częściej koncentrują się na badaniu wpływu CAP na powierzchnie cieczy, takie jak podłoże komórkowe lub woda5,6,7.
Jednak wyniki naukowe często mają problemy z wiarygodnością i odtwarzalnością8,9,10. Z jednej strony traktowane substraty biologiczne podlegają naturalnym zmianom. Z drugiej strony, mechanizmy biologiczne rzadko były bezpośrednio przypisywane procesom plazmowym (takim jak pola elektryczne, promieniowanie UV, długo i krótko żyjące gatunki itp.). Co więcej, te procesy plazmowe z kolei zależą w dużym stopniu od indywidualnego źródła plazmy i dokładnego rodzaju jej zastosowania.
Dodatkowo, szczegółowe protokoły procedur leczenia są rzadko dostępne. Utrudnia to wyizolowanie wpływu konkretnego parametru osocza na wynik leczenia, co sprawia, że uzyskane wyniki są nieprzenoszalne.
Dlatego ostatnio podjęto różne próby standaryzacji obróbki powierzchni, tkanek i płynów za pomocą zimnej plazmy atmosferycznej. Poniżej prezentujemy tylko kilka wybranych przykładów.
<ol>
	<li>Aby uprościć bezpośrednie porównywanie różnych źródeł plazmy, opracowano źródło referencyjne. Zainspirowany społecznością zajmującą się plazmą niskociśnieniową, w ramach działania COST MP 1101 opracowano projekt powtarzalnego i stabilnego wyładowania (COST-Jet), który może służyć jako źródło odniesienia dla przyszłych badań biomedycznych11.</li>
	<li>Aby umożliwić porównywalność, opracowano protokoły referencyjne dla poszczególnych zastosowań. Na przykład, aby ustandaryzować porównanie właściwości przeciwdrobnoustrojowych plazmy pod zimnym ciśnieniem atmosferycznym, Mann i in. zdefiniowali protokół referencyjny leczenia mikroorganizmów poprzez normalizację czasu leczenia na jednostkę powierzchni12.</li>
	<li>Aby uzyskać bardziej elastyczne podejście, Kogelheide i in. opracowali metodę badania indukowanych przez plazmę modyfikacji chemicznych makrocząsteczek13. Wykorzystując związki znacznikowe, takie jak cysteina i/lub glutation (GSH) zawierający cysteinę, w połączeniu z FTIR i spektrometrią mas, próbowali ekstrapolować modyfikacje chemiczne na podłoża biologiczne. Korzystając z tej metody, porównano już kilka źródeł plazmy, takich jak COST-Jet, kinPen i Cinogy DBD14,15,16.</li>
	<li>Aby bezpośrednio porównać poszczególne źródła osocza, należy ustalić porównywalne parametry kontrolne. Podstawowe parametry plazmy, takie jak temperatura elektronów, gęstość elektronów i gęstości strumienia reaktywnych materiałów, są trudne do zmierzenia w plazmie pod ciśnieniem atmosferycznym, ponieważ taka plazma jest często przejściowa, a jej wymiary są małe. Zamiast tego zewnętrzne parametry sterujące, takie jak moc generatora, przyłożone napięcie lub zapłon oraz punkty łuku, są często używane jako odniesienie, zwłaszcza podczas porównywania wyników z symulacjami17,18. Ostatnio zmierzone zużycie energii elektrycznej zostało wykorzystane jako bardziej wiarygodny parametr sterujący19,20,21.</li>
</ol>
Pomimo tych wysiłków, porównanie wyników różnych badań może być nadal niemożliwe, po prostu ze względu na wyzwanie związane z prawidłowym nałożeniem źródła plazmy na powierzchnię. Istnieje ogromna liczba powszechnych pułapek, z którymi należy się zmierzyć podczas pracy z plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym, takich jak wpływ zewnętrznych pól elektrycznych (obwody kompensacyjne), pętle sprzężenia zwrotnego między plazmą a otaczającym środowiskiem (atmosfera ekranowana), transport gatunków (wiatr jonowy) i parametry sterujące (napięcie, prąd, moc).
Głównym celem tej pracy jest dostarczenie dokładnego, szczegółowego protokołu dotyczącego zastosowania COST-Jet do obróbki powierzchni. COST-Jet to niezawodne źródło plazmy, które zostało opracowane do celów naukowych, a nie do użytku przemysłowego lub medycznego. Zapewnia powtarzalne warunki wypisu i szeroką bazę danych dostępnych badań22,23. COST-Jet oparty jest na jednorodnej, pojemnościowo sprzężonej plazmie RF. Ponieważ pole elektryczne jest ograniczone prostopadle do przepływu gazu, naładowane cząstki są w większości utrzymywane w obszarze wyładowania i nie oddziałują z celem ani otaczającą atmosferą. Dodatkowo laminarny przepływ gazu zapewnia powtarzalne warunki chemiczne plazmy w ściekach z osocza.
W tym artykule zajmiemy się najczęstszymi wyzwaniami i przedstawimy możliwe rozwiązania, które zostały wykorzystane w literaturze. Należą do nich odpowiednie zaopatrzenie w gaz, kontrola rozładowania, wpływ atmosfery otoczenia i przygotowanie powierzchni. Zgodność z przedstawionym tutaj protokołem powinna zapewnić odtwarzalność i porównywalność pomiarów.
Protokół może również służyć jako przykład dla innych źródeł ciśnienia atmosferycznego. Musi być rafinowany dla innych źródeł plazmy strumieniowej zgodnie z indywidualnym przepływem gazu i konfiguracją pola elektrycznego. W stosownych przypadkach postaramy się wskazać możliwe zmiany w protokole. Opisane kroki powinny być brane pod uwagę i raportowane przy publikowaniu badań z zastosowaniem plazmy pod ciśnieniem atmosferycznym do próbek poddanych działaniu środka.

<table><tbody><tr><td>Oprogramowanie do monitorowania mocy COST</td><td>zbudowane</td><td></td><td>w domu zgodnie z www.cost-jet.eu i J Golda i in. 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>COST-Jet (w tym obwód dopasowujący)</td> <td>zbudowany</td><td></td><td>w domu zgodnie z www.cost-jet.eu i J Golda i in. 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>sonda prądowa</td><td>zbudowana</td><td></td> w domu <td>zintegrowana z</td></tr><tr><td>systemem</td> <td>zasilania gazem COST-JetStal</td><td>nierdzewna</td>Swagelok <td></td></tr><tr><td>hel</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>99,999% czystości</td></tr> regulator <tr><td>przepływu masowego (MFC)</td><td>Analyt-MTC</td><td>seria 358</td><td>5000 sccm</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Analyt-MTC</td><td></td><td>50 oscyloskop sccm</td></tr><tr><td></td><td>Agilent Technologies</td><td>DSO7104B</td><td>szerokość pasma 1 GHz, rozdzielczość 4 Gsa/s</td></tr><tr><td>tlen</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Zasilacz o czystości 99,9999</td></tr> % zbudowany <tr><td></td> w <td>domu</td><td></td><td>zgodnie z www.cost-jet.eu i J Golda i in. 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr>sonda<td>napięcia</td><td>Tektronix</td><td>P5100A</td><td></td></tr><tr><td>xyz-stage</td><td>Zaber</td><td>ZAB-X-XAZ-LSM0100A-K0059-SQ3</td><td></td></tr></tbody></table>

obróbka powierzchni zimną plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym za pomocą cost-jet

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

W ostatnich latach, plazma nietermiczna pod ciśnieniem atmosferycznym była szeroko stosowana do obróbki powierzchni, szczególnie ze względu na ich potencjał w zastosowaniach biologicznych. Jednak wyniki naukowe często mają problemy z odtwarzalnością z powodu niewiarygodnych warunków osocza, a także skomplikowanych procedur leczenia. Aby rozwiązać ten problem i zapewnić stabilne i powtarzalne źródło plazmy, opracowano źródło referencyjne COST-Jet.
W tej pracy proponujemy szczegółowy protokół do wykonywania niezawodnych i powtarzalnych obróbek powierzchni przy użyciu referencyjnego strumienia mikroplazmy COST (COST-Jet). Omówiono typowe problemy i pułapki, a także specyfikę COST-Jet w porównaniu z innymi urządzeniami i jego korzystny zdalny charakter. Znajduje się tam szczegółowy opis obróbki powierzchni zarówno w ciałach stałych, jak i cieczowych. Opisane metody są wszechstronne i mogą być dostosowane do innych typów urządzeń plazmowych pod ciśnieniem atmosferycznym.

Wykorzystując opisane powyżej metody i sprzęt, w sposób przykładowy zastosowaliśmy COST-Jet do różnych powierzchni i cieczy. Rysunek 1 przedstawia układ eksperymentalny wykorzystany do obróbki, w tym zasilacz, system doprowadzania gazu, sondy napięcia i prądu, a także kontrolowaną atmosferę i mechaniczną przysłonę.
<img alt="Schemat eksperymentalny strumienia plazmy, kontrola przepływu gazu, strumień COST, układ spektroskopii emisyjnej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Układ eksperymentalny stosowany do obróbki plazmowej powierzchni i cieczy przy użyciu COST-Jet. Do oczyszczania gazu zasilającego użyto pułapki zimna. Kontrolowana atmosfera jest zapewniona przez pompowaną komorę próżniową przy ciśnieniu atmosferycznym. Mechaniczna przesłona ułatwia zarządzanie czasem obróbki powierzchni stałych i ciekłych. Elastyczny stół pozwala na kontrolę odległości między strumieniem plazmy a powierzchnią. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Wykorzystując sondę napięcia i prądu zaimplementowaną w COST-Jet, można obliczyć rozproszoną moc elektryczną. Rysunek 2 przedstawia zmierzoną moc elektryczną w plazmie helowej generowanej w pięciu różnych urządzeniach COST-Jet przy przepływie gazu wynoszącym 1 slpm. Wszystkie urządzenia wykazują podobne zachowanie. Odchylenia między poszczególnymi urządzeniami wynikają z niepewności pomiaru mocy, a także z mikroskopijnych różnic w konfiguracjach, takich jak odległość między elektrodami. Bardziej szczegółowe pomiary gatunków reaktywnych (np. tlenu atomowego i ozonu), temperatury i mocy, a także pomiary aktywności bakteriobójczej zostały przeprowadzone przez Riedela22.
<img alt="Wykres mocy w funkcji napięcia, pokazujący punkty danych z trendem wzrostowym, użyty w analizie elektrycznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Moc rozproszona jako funkcja przyłożonego napięcia w plazmie helu.Dane reprezentują pięć identycznych urządzeń COST-Jet34. Małe odchylenia przy wysokich napięciach wynikają z niepewności pomiarowej, a także niewielkich różnic w geometrii kanału wyładowania gazowego22. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Rysunek 3 przedstawia profil trawienia filmu a:C-H po 3 min opracowania za pomocą COST-Jet przy przepływie gazu 1,4 slpm helu z domieszką 0,5% tlenu, zmierzony przy użyciu obrazującego spektroskopowego reflektometru31. Wzór trawienia wykazuje strukturę kołową reprezentującą cylindryczną symetrię wypływu plazmy. Na podstawie profili trawienia w połączeniu z symulacjami numerycznymi można było oszacować prawdopodobieństwo utraty powierzchniowej tlenu atomowego.
<img alt="Wykres konturowy grubości filmu; diagram ilustruje przestrzenną zmienność grubości za pomocą skali kolorystycznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Profil trawienia filmu a:C-H poddanego obróbce plazmą. W zagłębieniu filmu wykonano trawienie przy użyciu mieszaniny gazowej 1.4 slm helu z domieszką 0.6% tlenu, przy napięciu 230 Vrms i czasie obróbki 3 min.31 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
Rysunek 4 przedstawia wiry powstające w cieczy, wywołane uderzeniem strumienia gazu o powierzchnię cieczy. Arkusz laserowy oświetlający cząstki znacznika w cieczy umożliwia obserwację trajektorii i prędkości tych cząstek za pomocą welocymetrii obrazowej cząstek (PIV), a tym samym badanie przepływu cieczy32. Ważne jest, aby gęstość cząstek znacznika była zbliżona do gęstości cieczy, tak aby trajektorie cząstek odzwierciedlały ruch cieczy. Dzięki tej wizualizacji można porównać pomiary przepływu cieczy z symulacjami numerycznymi33. Wiry powstają w wyniku tarcia powierzchniowego między wypływającym strumieniem gazu a powierzchnią cieczy. Rysunek 4 pokazuje również występujące obniżenie powierzchni cieczy pod kanałem gazowym strumienia plazmy, tzw. menisk. Jest on zwizualizowany za pomocą niebieskiej linii.
<img alt="Dynamika płynów; kropla cieczy; schemat; strzałki przepływu wskazujące kierunek ruchu; badanie z zakresu fizyki." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Fotografia oświetlonych cząsteczek skrobi kukurydzianej w 3 ml wody mieszanej przez przepływ gazu. Wiry powstają w wyniku tarcia powierzchniowego między wypływającym strumieniem gazu a powierzchnią cieczy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>

Ten protokół jest przedstawiony w celu scharakteryzowania konfiguracji, obsługi i zastosowania COST-Jet do obróbki różnych powierzchni, takich jak ciała stałe i ciecze.

Obróbka powierzchni zimną plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym za pomocą COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

Postępując zgodnie z krokami tego protokołu, każdy naukowiec powinien być w stanie skonfigurować odrzutowiec COST, zmierzyć przyłożoną moc i zastosować plazmę pod ciśnieniem atmosferycznym wytworzoną w urządzeniu na stałym lub ciekłym podłożu w powtarzalny sposób. Zastosowanie dysz COST do próbek, takich jak substraty biologiczne, umożliwia bezpośrednie porównanie wyników badań różnych grup, a także bezpośrednie porównanie symulacji i eksperymentu. W przypadku zastosowania do złożonych systemów, takich jak podłoża biologiczne i ciecze, dysze COST-jet mogą naprawdę pomóc nam uprościć problem i skupić się na interesującej nauce.Przed zabiegiem należy przygotować układ doświadczalny, układając dopływ gazu z całkowicie metalowym przewodem gazowym. Wybierz regulatory przepływu masowego używane do dostarczania gazu zasilającego, unikając przewodów z TPFE lub podobnych tworzyw sztucznych. Realizuj domieszkanie gazów reaktywnych za pomocą systemu składającego się z wielu regulatorów przepływu masowego.W przypadku mniejszych domieszek należy użyć jednostki przeciwmieszającej, aby skrócić czas potrzebny do zakończenia mieszania. Dodaj zawór między przewodami doprowadzającymi gaz a dyszą. Oczyścić przewody doprowadzające gaz przed obróbką powierzchni, pompując je i napełniając około trzy razy.Dodaj pompę do systemu i włącz ją, a następnie wyłącz pompę i włącz przepływ gazu. Dodaj pułapkę sita molekularnego lub zimną wymrażarkę. Podłącz urządzenie COST-jet do źródła gazu i do zasilania, a następnie podłącz zintegrowane sondy elektryczne do oscyloskopu.Prawidłowo skompensuj komercyjną sondę napięcia. Otwórz obudowę COST-jet, odkręcając dwie i podłącz komercyjną sondę napięcia do zasilanej linii miedzianej, a także do uziemionej części dyszy. Następnie wykonaj procedurę kalibracji sondy.Przyłóż małe napięcie do strumienia COST-jet i dostrój zmienny kondensator obwodu LC za pomocą śrubokręta, aby osiągnąć optymalne sprzężenie. Wykonaj kalibrację napięcia, porównując rzeczywiste napięcie z zmierzonym napięciem za pomocą regresji liniowej i oblicz stałą kalibracji. Wyjmij komercyjną sondę napięcia i zamknij obudowę COST-jet.Ponownie przyłóż małe napięcie do strumienia COST-jet i dostrój zmienny kondensator obwodu LC za pomocą śrubokręta, aby osiągnąć optymalne sprzężenie. Ustaw natężenie przepływu gazu na około jeden standardowy litr helu na minutę za pomocą regulatorów przepływu masowego. Otwórz zawór między systemem zasilania gazem a strumieniem COST, a następnie przyłóż niskie napięcie do elektrod i zwiększaj amplitudę, aż plazma się zapali.Pozwól zestawowi się rozgrzać przez około 20 minut. Podłącz oscyloskop monitorujący napięcie i prąd przyłożony do strumienia COST-jet do komputera. Uruchom oprogramowanie COST Power Monitor i przejdź do panelu Ustawienia.Wypełnij odpowiednie kanały podłączone do oscyloskopu i stałą kalibracji. Wyłącz dopływ gazu i przyłóż napięcie, które mieści się w typowym zakresie napięć używanych do rzeczywistej pracy wyładowania. Przejdź do panelu Przeciągnięcie i wykonaj fazę odniesienia, gdy plazma jest nadal wyłączona, naciskając przycisk Znajdź.Po znalezieniu fazy odniesienia ponownie włącz gaz. Naciśnij przycisk Start i Pauza, aby rozpocząć lub wstrzymać pomiary elektryczne. Przed jakimkolwiek zabiegiem należy oczyścić przewody doprowadzające gaz, ustawić parametry sterujące i odczekać, aż konfiguracja będzie się nagrzewać, jak opisano wcześniej.W przypadku obróbki powierzchni bryłowych należy wybrać odległość między dyszą COST-jet a obrabianą powierzchnią. Czas leczenia należy rozpocząć od włączenia plazmy lub użycia migawki mechanicznej. W razie potrzeby sprawdź schemat przepływu gazu przed celem za pomocą obrazowania Schlierena.W przypadku obróbki cieczy należy wlać ciecz, która ma być poddana obróbce, do odpowiedniego pojemnika, biorąc pod uwagę wpływ przepływu gazu na powierzchnię cieczy. Rozpocznij kurację. Unikaj skoków ciśnienia na powierzchni cieczy spowodowanych nagłą zmianą przepływu gazu, co może spowodować rozpryskiwanie się cieczy w geometrii wylotu.Użyj mechanicznej migawki lub powoli zwiększaj przepływ gazu. Weź pod uwagę mieszanie się cieczy w wyniku tarcia między neutralnym przepływem gazu a powierzchnią cieczy. Protokół ten został wykorzystany do zastosowania strumienia COST-jet na różnych powierzchniach i cieczach.Aby zademonstrować niezawodność urządzenia, moc elektryczna w plazmie helowej generowanej przez pięć różnych urządzeń COST-jet została zmierzona przy użyciu przepływu gazu o wartości jednego standardowego litra na minutę. Tutaj każdy kolor reprezentuje jedno z urządzeń. Wszystkie urządzenia wykazują podobne zachowanie z odchyleniem wynikającym z niepewności pomiaru mocy i mikroskopijnych różnic w ustawieniach.Profil wytrawiania filmu ACH dla trzyminutowego zabiegu za pomocą strumienia COST jest pokazany tutaj. Wzór przedstawia okrągłą strukturę reprezentującą cylindryczną symetrię ścieków plazmowych. Prawdopodobieństwo utraty powierzchni tlenu atomowego można oszacować na podstawie profili wytrawiania w połączeniu z symulacjami numerycznymi.Wiry w cieczy są spowodowane przez strumień gazu uderzający w powierzchnię cieczy. Arkusz laserowy oświetlający cząstki znacznikowe w cieczy umożliwia obserwację trajektorii i prędkości tych cząstek za pomocą prędkości obrazu cząstek. Można również zaobserwować zachodzące wgłębienie powierzchni cieczy pod kanałem gazowym strumienia plazmy.Najważniejszą częścią tego protokołu jest utrzymanie systemu tak powtarzalnego, jak to tylko możliwe. Odbywa się to poprzez dokładny pomiar mocy, a także czyszczenie przewodów doprowadzających gaz, aby uniknąć jakichkolwiek zanieczyszczeń. Korzystając z tego protokołu, COST-jet może być stosowany do każdego rodzaju próbki w powtarzalny sposób.

treating-surfaces-with-cold-atmospheric-pressure-plasma-using-cost

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ten film przedstawia metodę wywoływania różnicowania w nerwowych komórkach macierzystych za pomocą zimnego plazmy atmosferycznej. Generuje to promieniowanie UV i reaktywne cząsteczki, które stymulują komórki nerwowe do wytwarzania wypustek, wskazujących na różnicowanie komórek neuronalnych.

Stymulacja różnicowania nerwowych komórek macierzystych za pomocą leczenia zimną plazmą atmosferyczną

Źródło: Yan, X., et al., Nowe zastosowanie strumienia plazmy pod ciśnieniem atmosferycznym jako środka neuroprotekcyjnego przeciwko uszkodzeniom komórek SH-SY5Y wywołanym deprywacją glukozy. J. Vis. Exp. (2017)Film demonstruje neuroprotekcyjne działanie leczenia osoczem o niskim ciśnieniu atmosferycznym w komórkach neuroblastoma pozbawionych glukozy poprzez modulację stresu oksydacyjnego i zwiększanie żywotności komórek.

Ocena leczenia osoczem pod ciśnieniem atmosferycznym w komórkach nerwiaka zarodkowego pozbawionego glukozy 

Procedura polimeryzacji indukowanej plazmą jest opisana dla inicjowanej powierzchniowo polimeryzacji na membranach polimerowych. Dalsza postmodyfikacja szczepionego polimeru substancjami fotochromowymi została przedstawiona wraz z protokołem przeprowadzenia pomiarów przepuszczalności membran reagujących na światło.

Przygotowanie membran reagujących na światło w połączonym procesie szczepienia powierzchniowego i postmodyfikacji

Ten film pokazuje, jak atmosferyczna latarka plazmowa może być zapalana przez mikrofale bez dodatkowych zapalników i zapewnia stabilną i ciągłą pracę plazmy, odpowiednią do wielu zastosowań.

Jak zapalić palnik plazmowy mikrofalowy pod ciśnieniem atmosferycznym bez dodatkowych zapalników?

Stworzono eksperymentalną konfigurację dla napędzanego helem strumienia plazmy o częstotliwości kHz. Konfiguracja obejmuje klatkę do zasilania plazmą i dyszą oraz wbudowany reaktor do monitorowania indukowanych plazmą form reaktywnych bez ingerencji atmosfery otoczenia.

Układ plazmy pod ciśnieniem atmosferycznym do zbadania powstawania form reaktywnych

Biofilmy na powierzchniach mogą być skutecznie i szybko usuwane za pomocą okresowego strumienia aerozoli dwutlenku węgla bez przedmuchiwania azotem.

Usuwanie biofilmu za pomocą aerozoli dwutlenku węgla bez przedmuchiwania azotem

Ten artykuł opisuje przepływowy reaktor mikrofalowy, który jest używany do napędzania efektywnej chemii nierównowagi w celu zastosowania konwersji/aktywacji stabilnych cząsteczek, takich jak CO2, N2 i CH4. Celem opisanej tutaj procedury jest pomiar temperatury i konwersji gazu in situ.

Nierównowagowa plazma mikrofalowa do wydajnej chemii wysokotemperaturowej

Protokół neuroprotekcyjnej aplikacji niskodawkowego leczenia plazmą atmosferyczną w przypadku urazów SH-SY5Y wywołanych deprywacją glukozy.

Nowe zastosowanie strumienia plazmy pod ciśnieniem atmosferycznym jako środka neuroprotekcyjnego przeciwko uszkodzeniom komórek SH-SY5Y wywołanym deprywacją glukozy

Pokazany jest protokół obróbki płynów i komórek zimną plazmą fizyczną o wysokiej przepustowości. Polega ona na ustaleniu różnych składów gazów zasilających do zapłonu plazmy, pomiarze widm emisyjnych plazmy, a następnie analizie cieczy i aktywności komórkowej po obróbce plazmowej.

Badania podstawowe w medycynie osocza - podejście przepustowe od płynów do komórek

Ten protokół przedstawia działanie i zasady działania cylindrycznych i planarnych strumieni cieczy kriogenicznych w skali mikronowej. Do tej pory system ten był używany jako cel o wysokiej częstotliwości powtarzania w eksperymentach laserowo-plazmowych. Przewidywane zastosowania interdyscyplinarne obejmują astrofizykę laboratoryjną, materiałoznawstwo, a ostatecznie akceleratory cząstek nowej generacji.

Kriogeniczne dysze cieczy do odkrywania nauki o wysokiej powtarzalności

W pracy przedstawiono metodologię wytwarzania sześciu różnych typów wyładowań plazmowych w reaktorze plazmowym z wirem hiperbolicznym do degradacji mikrozanieczyszczeń w wodzie, w tym farmaceutyków oraz substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS).

Wdrożenie hiperbolicznego reaktora plazmowego wirowego do usuwania mikrozanieczyszczeń z wody

Poznaj protokół obróbki powierzchni zimną plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym za pomocą COST-Jet. Naucz się kalibracji sond napięciowych i pomiaru mocy zasilania.

Obróbka powierzchni zimną plazmą pod ciśnieniem atmosferycznym za pomocą COST-Jet

Przeglądaj więcej filmów