Микроплазма

Микроплазма — это плазма небольших размеров, от десятков до тысяч микрометров. Микроплазма может генерироваться при различных температурах и давлениях, существуя как в термической, так и в нетепловой форме. Нетермические микроплазмы, которые могут сохранять свое состояние при стандартных температурах и давлениях, легко доступны ученым, поскольку их можно легко поддерживать и манипулировать ими в стандартных условиях. Следовательно, их можно использовать в коммерческих, промышленных и медицинских целях, что дает начало развивающейся области микроплазм.

Что такое микроплазма?

Упрощенная кривая распада Пашена для большинства газов.

Существует 4 состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазма . Плазма составляет более 99% видимой Вселенной. В общем, когда к газу прикладывается энергия, внутренние электроны молекул газа (атомов) возбуждаются и перемещаются на более высокие энергетические уровни. Если приложенная энергия достаточно высока, самые внешние электроны могут даже оторваться от молекул (атомов), образуя ионы. Электроны, молекулы (атомы), возбужденные частицы и ионы образуют смесь видов, которая включает в себя множество взаимодействий между видами и демонстрирует коллективное поведение под влиянием внешних электрических и магнитных полей. Свет всегда сопровождает плазму: когда возбужденные частицы расслабляются и переходят на более низкие энергетические уровни, энергия высвобождается в виде света. Микроплазма — это подразделение плазмы, в котором размеры плазмы могут составлять десятки, сотни или даже тысячи микрометров. Большинство микроплазм, используемых в коммерческих целях, представляют собой холодную плазму . В холодной плазме электроны имеют гораздо большую энергию, чем сопровождающие их ионы и нейтралы. Микроплазмы обычно генерируются при повышенном давлении до атмосферного давления или выше.

Успешное воспламенение микроплазмы регулируется законом Пашена , который описывает напряжение пробоя (напряжение, при котором плазма начинает образовывать дугу) как функцию произведения расстояния между электродами. и давление,

V_{b}={\frac {B(pd)}{\ln(pd)+\ln(A/\ln(1+{\frac {1}{\gamma }}))}}

где pd — произведение давления на расстояние, и $A$ и $B$ — газовые константы для расчета первого коэффициента ионизации Таунсенда и $\gamma$ – коэффициент вторичной эмиссии материала. По мере увеличения давления расстояние между электродами должно уменьшаться для достижения того же напряжения пробоя. Доказано, что этот закон справедлив при межэлектродных расстояниях до десятков микрометров и давлениях выше атмосферного. Однако его достоверность в еще меньших масштабах (приближающихся к длине Дебая ) все еще исследуется.

Генерация микроплазмы

Хотя микроплазменные устройства изучаются экспериментально уже более десяти лет, в последние несколько лет понимание этого процесса ускорилось в результате моделирования и компьютерных исследований микроплазмы.

Заключение в небольшие помещения

При увеличении давления газовой среды, в которой генерируется микроплазма, расстояние между электродами должно уменьшаться для поддержания того же напряжения пробоя. В таких разрядах с микрополым катодом произведение давления на расстояние составляет от долей Торр см до примерно 10 Торр см. При значениях ниже 5 Торр см разряды называются «предразрядами» и представляют собой тлеющие разряды малой интенсивности. Выше 10 Торр см разряд может стать неуправляемым и распространиться от анода в случайные места внутри резонатора. ^{[ 1 ]} Дальнейшие исследования Дэвида Стаака предоставили график идеальных расстояний между электродами, напряжений и газов-носителей, протестированных на генерацию микроплазмы. ^{[ 2 ]}

Диэлектрические материалы

Диэлектрики — плохие электрические проводники, но поддерживают электростатические поля и электрические поляризация. Микроплазма диэлектрического барьерного разряда обычно создается между металлическими пластинами, покрытыми тонким слоем диэлектрика или материала с высоким сопротивлением. Диэлектрический слой играет важную роль в подавлении тока: катодный/анодный слой заряжается поступающими положительными ионами/электронами во время положительного цикла переменного тока, что уменьшает электрическое поле и препятствует переносу заряда к электроду. DBD также имеет большое соотношение поверхности к объему, что способствует диффузионным потерям и поддерживает низкую температуру газа. Когда применяется отрицательный цикл переменного тока, электроны отталкиваются от анода и готовы столкнуться с другими частицами. Частоты 1000 Гц и более необходимы для достаточно быстрого перемещения электронов для создания микроплазмы, но чрезмерные частоты могут повредить электрод (~ 50 кГц). Хотя диэлектрический барьерный разряд бывает различных форм и размеров, размер каждого отдельного разряда составляет микрометр.

Импульсная мощность

Для возбуждения диэлектриков вместо постоянного тока часто используются переменный и высокочастотный ток. Возьмем, к примеру, переменный ток: в каждом периоде есть положительные и отрицательные циклы. Когда происходит положительный цикл, электроны накапливаются на поверхности диэлектрика. С другой стороны, отрицательный цикл будет отталкивать накопленные электроны, вызывая столкновения в газе и создавая плазму. При переключении с отрицательного на положительный циклы для генерации микроплазмы необходим вышеупомянутый диапазон частот 1000–50 000 Гц. Из-за небольшой массы электронов они способны поглотить внезапное изменение энергии и прийти в возбуждение; однако более крупные частицы (атомы, молекулы и ионы) не могут следовать за быстрым переключением, поэтому температура газа остается низкой.

Радиочастотные и микроволновые сигналы

На основе транзисторных усилителей для генерации микроплазмы используются маломощные ВЧ (радиочастотные) и СВЧ источники. Большинство решений работают на частоте 2,45 ГГц. Тем временем, ^{[ нужны разъяснения ]} это разработанная технология, которая обеспечивает зажигание (генерацию высокого напряжения) с одной стороны и высокоэффективную работу (согласование импеданса плазмы и волновода) с другой стороны с помощью одной и той же электронной и импедансной трансформаторной сети. ^{[ 3 ]}

Лазерно-индуцированный

С помощью лазеров твердые подложки можно превращать непосредственно в микроплазму. Твердые цели поражаются лазерами высокой энергии, обычно газовыми лазерами, которые излучают импульсы с периодами времени от пикосекунд до фемтосекунд ( синхронизация мод ). В успешных экспериментах использовались лазеры Ti:Sm, KrF и YAG, которые можно применять к различным подложкам, таким как литий, германий, пластик и стекло. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

История

A - клемма, подключенная к внутренней поверхности, B - клемма, подключенная к внешней поверхности, C - газгольдер, D - осушительная трубка хлорида кальция, E - аккумулятор, G - индукционная катушка

В 1857 году Вернер фон Сименс немецкий учёный основал генерация озона с использованием аппарата диэлектрического барьерного разряда для биологической очистки. Его наблюдения были объяснены без знания «микроплазмы», но позже были признаны первым на сегодняшний день применением микроплазмы. Первые инженеры-электрики, такие как Эдисон и Тесла, на самом деле пытались предотвратить возникновение таких «микроразрядов» и использовали диэлектрики для изоляции первых электрических инфраструктур. Последующие исследования в статье, опубликованной в 1916 году, показали, что кривая распада Пашена является основной причиной образования микроплазмы.

Последующие статьи в течение 20-го века описывали различные условия и характеристики, которые приводят к образованию микроплазмы. После взаимодействия Сименса с микроплазмой Ульрих Когельшац первым идентифицировал ^{[ когда? ]} эти «микроразряды» и определяют их фундаментальные свойства. Когельшац также понял, что микроплазму можно использовать для образования эксимеров. Его эксперименты стимулировали бурное развитие области микроплазмы.

В феврале 2003 года Кунихидэ Тачибана, профессор Киотского университета, провел первый международный семинар по микроплазмам (IWM) в Хёго, Япония. Семинар под названием «Новый мир микроплазм» открыл новую эру исследований микроплазмы. Тачибана признан одним из отцов-основателей, поскольку он ввел термин «микроплазма». Второй IWM был организован в октябре 2004 года профессорами К. Х. Беккером, Дж. Г. Иденом и К. Х. Шенбахом в Технологическом институте Стивенса в Хобокене, штат Нью-Джерси. Третий международный семинар координировался Институтом физики низкотемпературной плазмы совместно с Институтом физики Университета Эрнста-Мойца-Арндта в Грайфсвальде, Германия, май 2006 г. (К.Д. Вельтманн). Обсуждаемые темы касались вдохновляющих научных и возникающих технологических возможностей микроплазмы. Четвертый IWM был проведен на Тайване в октябре 2007 г. (CC Chao и JE Chang), пятый в Сан-Диего, Калифорния, в марте 2009 г. (JG Eden и S.-J. Park) и шестой в Париже, Франция, в апреле 2011 г. (В. Пуэч). Следующий (седьмой) семинар состоялся в Китае примерно в мае 2013 года (Ю.К. Пу). ^{[ 6 ]}

Приложения

Быстрый рост применения микроплазмы не позволяет перечислить все из них в коротком пространстве, но здесь перечислены некоторые избранные применения.

Плазменные дисплеи

Искусственно созданные микроплазмы находятся на плоском экране плазменного дисплея. В технологии используются небольшие ячейки и содержатся электрически заряженные ионизированные газы. На этой плазменной панели расположены миллионы крошечных ячеек, называемых пикселями, которые формируют визуальное изображение. В панелях плазменного дисплея сетка электродов X и Y, разделенных диэлектрическим слоем MgO и окруженных смесью инертных газов, таких как аргон, неон или ксенон, обрабатывает отдельные элементы изображения. Они работают по принципу, согласно которому прохождение высокого напряжения через газ низкого давления генерирует свет. По сути, PDP можно рассматривать как матрицу крошечных люминесцентных ламп, которыми сложно управлять. Каждый пиксель состоит из небольшого конденсатора с тремя электродами, по одному для каждого основного цвета (некоторые новые дисплеи включают электрод для желтого цвета). Электрический разряд на электродах приводит к тому, что инертные газы, запечатанные в ячейке, преобразуются в форму плазмы по мере ионизации. Будучи электрически нейтральным, он содержит равное количество электронов и ионов и по определению является хорошим проводником. После подачи питания плазматические клетки испускают ультрафиолетовый (УФ) свет, который затем поражает и возбуждает красный, зеленый и синий люминофоры вдоль поверхности каждого пикселя, заставляя их светиться.

Освещение (источник света)

Команда Гэри Идена и Сунг-Джина Пака является пионером в использовании микроплазмы для общего освещения (а также источника УФ-излучения). В их аппарате используется большое количество генераторов микроплазмы, которые излучают свет через чистое прозрачное окно. В отличие от люминесцентных ламп, которые требуют, чтобы электроды были расположены далеко друг от друга в цилиндрической полости и в условиях вакуума, микроплазменные источники света могут иметь множество различных форм и конфигураций и генерировать тепло. Это противоположность более часто используемым люминесцентным лампам, для которых требуется атмосфера благородного газа (обычно аргона), где образование эксимеров и, как следствие, радиационное разложение воздействует на люминофорное покрытие, создавая свет. ^{[ 7 ]} Эксимерные источники света также производятся и исследуются. Стабильное, неравновесное состояние микроплазмы благоприятствует трехчастичным столкновениям, которые могут привести к образованию эксимеров. Эксимер , нестабильная молекула , образующаяся в результате столкновений возбужденных атомов, очень недолговечна из-за быстрой диссоциации. При разложении эксимеры испускают различные виды излучения, когда электроны переходят на более низкие энергетические уровни. Одно из применений, которое разрабатывается Научно-исследовательским центром передовых технологий Hyundai Display и Университетом Иллинойса, заключается в использовании эксимерных источников света в плоских дисплеях. Технология продвинулась дальше к технологии компактного плоского источника УФ-излучения и вакуумного УФ-излучения для различных применений.

Уничтожение летучих органических соединений (ЛОС)

Микроплазма используется для разрушения летучих органических соединений . Например, разряд капиллярно-плазменного электрода (КПЭ) использовался для эффективного разрушения летучих органических соединений, таких как бензол , толуол , этилбензол , ксилол , этилен , гептан , октан и аммиак в окружающем воздухе для использования в современных системах жизнеобеспечения, предназначенных для закрытых помещений. среды. Эффективность разрушения определялась в зависимости от плотности энергии плазмы, начальной концентрации примесей, времени пребывания в объеме плазмы, объеме реактора и количества примесей в потоке газа. Полное разрушение ЛОС может быть достигнуто в кольцевом реакторе при удельных энергиях 3 Дж/см3 и выше. Кроме того, для достижения сопоставимой эффективности разрушения в реакторе с перекрестным потоком необходимы удельные энергии, приближающиеся к 10 Дж/см3. Это указывает на то, что оптимизация геометрии реактора является важнейшим аспектом достижения максимальной эффективности разрушения. Кутсоспирос и др. (2004, 2005) и Инь и др. (2003) сообщили о результатах исследований разрушения ЛОС с использованием плазменных реакторов CPE. Все изученные соединения достигли максимальной эффективности уничтожения ЛОС от 95% до 100%. Эффективность уничтожения ЛОС первоначально увеличивалась с увеличением удельной энергии, но оставалась на значениях удельной энергии, зависящих от соединения. Аналогичное наблюдение было сделано для зависимости эффективности уничтожения ЛОС от времени пребывания. Эффективность разрушения возрастала с увеличением начальной концентрации загрязняющих веществ. Установлено, что для химически близких соединений максимальная эффективность разрушения обратно пропорциональна энергии ионизации соединения и прямо связана со степенью химического замещения. Это может свидетельствовать о том, что сайты химического замещения обладают наибольшей химической активностью, индуцированной плазмой.

Датчики окружающей среды

Небольшой размер и умеренная мощность, необходимые для микроплазменных устройств, позволяют использовать различные приложения для измерения окружающей среды и обнаружения следовых концентраций опасных веществ. Микроплазмы достаточно чувствительны, чтобы действовать как детекторы, способные различать чрезмерные количества сложных молекул. К. М. Херринг и его коллеги из Caviton Inc. смоделировали эту систему, соединив микроплазменное устройство с коммерческой газовой хроматографической колонкой (ГХ). На выходе из колонки ГХ расположен микроплазменный прибор, который регистрирует относительную интенсивность флуоресценции конкретных атомных и молекулярных фрагментов диссоциации. Этот аппарат обладает способностью обнаруживать мельчайшие концентрации токсичных и экологически опасных молекул. Он также может обнаруживать широкий диапазон длин волн и временную характеристику хроматограмм, что позволяет идентифицировать интересующие виды. Для обнаружения менее сложных видов временная сортировка, выполняемая с помощью колонки ГХ, не является необходимой, поскольку достаточно непосредственного наблюдения флуоресценции, возникающей в микроплазме.

Генерация озона для очистки воды

Микроплазмы используются для образования озона из атмосферного кислорода. озон (O ₃ Было доказано, что ) является хорошим дезинфицирующим средством и средством очистки воды, которое может вызвать разрушение органических и неорганических материалов. Озон не пригоден для питья и превращается в двухатомный кислород с периодом полураспада около 3 дней при комнатной температуре на воздухе (около 20 ⁰С). Однако в воде период полураспада озона составляет всего 20 минут при той же температуре 20 ( ⁰С) . Degremont Technologies (Швейцария) производит микроплазменные массивы для коммерческого и промышленного производства озона для очистки воды. Пропуская молекулярный кислород через ряд диэлектрических барьеров с использованием того, что Дегремон называет «Интеллектуальной системой зазоров» (IGS), создается возрастающая концентрация озона за счет изменения размера зазора и покрытий, используемых на электродах, расположенных дальше по глубине. система. Затем озон непосредственно барботируется в воду, которая становится питьевой (пригодной для питья). питьевой). В отличие от хлора, который до сих пор используется во многих системах очистки воды для очистки воды, озон не остается в воде в течение длительного времени. Поскольку озон разлагается с периодом полураспада 20 минут в воде при комнатной температуре, долгосрочных последствий, которые могли бы причинить вред, нет.

Текущие исследования

Топливные элементы

Микроплазмы служат энергетическими источниками ионов и радикалов, необходимых для активации химических реакций. Микроплазмы используются в качестве проточных реакторов, которые позволяют молекулярным газам течь через микроплазму, вызывая химические модификации путем молекулярного разложения. Электроны высокой энергии микроплазмы обеспечивают химическую модификацию и реформацию жидкого углеводородного топлива для производства топлива для топливных элементов. Беккер и его коллеги использовали одиночный проточный микроплазменный реактор с возбуждением постоянным током для получения водорода из смеси аммиака и аргона при атмосферном давлении для использования в небольших портативных топливных элементах. ^{[ 8 ]} Линднер и Бессер экспериментировали с преобразованием модельных углеводородов, таких как метан, метанол и бутан, в водород для питания топливных элементов. Их новый микроплазменный реактор представлял собой разряд с микрополым катодом и микрофлюидным каналом. Балансы массы и энергии в этих экспериментах показали конверсию почти до 50%, но преобразование входной электрической энергии в энтальпию химической реакции составляло лишь порядка 1%. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Хотя посредством моделирования реакции риформинга было обнаружено, что количество входной электроэнергии для химического преобразования можно увеличить за счет улучшения устройства, а также параметров системы. ^{[ 11 ]}

Синтез и осаждение наноматериалов

Рассматривается возможность использования микроплазм для синтеза сложных макромолекул, а также добавления функциональных групп к поверхности других субстратов. Статья Клагеса и др. описывает присоединение аминогрупп к поверхности полимеров после обработки в аппарате импульсного разряда постоянного тока азотсодержащими газами. Было обнаружено, что микроплазмы газообразного аммиака добавляют в среднем 2,4 аминогруппы на квадратный нанометр нитроцеллюлозной мембраны и увеличивают прочность, при которой слои подложки могут связываться. Обработка также может обеспечить реактивную поверхность для биомедицины, поскольку аминогруппы чрезвычайно богаты электронами и энергичны. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} Мохан Шанкаран провёл работу по синтезу наночастиц с использованием импульсного разряда постоянного тока. Его исследовательская группа обнаружила, что при воздействии струи микроплазмы на электролитический раствор, в который погружен золотой или серебряный анод, образуются соответствующие катионы. Эти катионы затем могут захватывать электроны, подаваемые струей микроплазмы, что приводит к образованию наночастиц. Исследования показывают, что в растворе обнаруживается больше наночастиц золота и серебра, чем образующихся солей, образующихся из кислотопроводящего раствора. ^{[ 14 ]}

Косметика

Рассматривается возможность использования микроплазмы в научных исследованиях. Устройство плазменной регенерации кожи (PSR) состоит из генератора сверхвысокой частоты, который возбуждает настроенный резонатор и передает энергию потоку инертного газообразного азота внутри наконечника. Генерируемая плазма имеет спектр оптического излучения с пиками в видимом диапазоне (в основном индиго и фиолетовом) и ближнем инфракрасном диапазоне. Азот используется в качестве источника газа, поскольку он способен удалять кислород с поверхности кожи, сводя к минимуму риск возникновения непредсказуемых горячих точек, обугливания и образования рубцов. Когда плазма попадает на кожу, энергия быстро передается на поверхность кожи, вызывая мгновенный контролируемый равномерный нагрев без взрывного воздействия на ткани или удаления эпидермиса. В образцах до обработки в зоне коллагена наблюдается плотное скопление эластина, но в образцах после обработки эта зона содержит менее плотный эластин со значительным количеством взаимосвязанного нового коллагена. Повторное низкоэнергетическое лечение PSR является эффективным методом устранения диспигментации, гладкости и дряблости кожи, связанных с фотостарением. Гистологический анализ образцов после лечения подтверждает выработку нового коллагена и ремоделирование архитектуры кожи. Изменения включают эритему и поверхностное шелушение эпидермиса без полного удаления, обычно завершающееся через 4–5 дней. Богл, Мелисса; и др. (2007). «Оценка технологии плазменной регенерации кожи в низкоэнергетическом комплексном омоложении лица» . Арч Дерматол . 143 (2): 168–174. дои : 10.1001/archderm.143.2.168 . ПМИД 17309997 .

Нанесение тонких пленок методом микронапыления

Активные исследования в области микроплазменного распыления для осаждения тонких пленок проводящих межсоединений представляют собой потенциальную альтернативу аддитивному производству дорогостоящим стандартам полупроводниковой промышленности. Новые микропаттеры, ^{[ 15 ]} работая с катодной проволокой с непрерывной подачей, используют реакторы печатающей головки, состоящие из наконечника проволоки, двух положительно смещенных электродов и двух противоположных отрицательно заряженных фокусирующих электродов для создания микроплазменной среды в субмиллиметровом пространстве разделения мишени и подложки. Как и при традиционном распылении, возбужденная плазма бомбардирует открытую поверхность мишени, выбрасывая отдельные атомы, которые затем падают на поверхность подложки, образуя тонкую проводящую пленку. По сравнению с традиционными применениями, микроплазменное напыление предлагает множество преимуществ, в том числе отсутствие требований к постобработке, поскольку контролируемое позиционирование подложки позволяет создавать точный рисунок без необходимости последующего фотолитографического маскировки и травления, а также универсальность формы подложки, поскольку устройства для микронапыления не ограничен плоским осаждением. Кроме того, атмосферные условия, допускаемые этим методом, устраняют существенный ценовой барьер, связанный с необходимостью использования дорогих и сложных вакуумных систем, в которых выполняются современные операции напыления. На сегодняшний день этот метод не смог достичь разрешения стандартной микроэлектроники. ^{[ 15 ]} с максимальной шириной дорожки результаты ок. 9 мкм, но отмечен потенциал улучшения потока технологического газа и возможные усовершенствования постобработки, которые помогут сократить этот разрыв. Учитывая относительно низкую стоимость метода и его широкую универсальность, достижение качества продукции на уровне современных отраслевых стандартов потенциально может стимулировать революцию в электронике, настраиваемой для масс.

Плазменная медицина

Стоматологические процедуры

Ученые установили, что микроплазмы способны инактивировать бактерии, вызывающие кариес и заболевания пародонта. ^{[ 16 ]} Направляя низкотемпературные лучи микроплазмы на кальцинированную структуру ткани под покрытием зубной эмали, называемую дентином, это значительно уменьшает количество зубных бактерий и, в свою очередь, уменьшает инфекцию. Этот аспект микроплазмы может позволить стоматологам использовать микроплазменную технологию для уничтожения бактерий в полостях зубов вместо использования механических средств. Разработчики утверждают, что микроплазменные устройства позволят стоматологам эффективно лечить заболевания полости рта, практически не причиняя боли пациентам. Недавние исследования показывают, что микроплазмы могут быть очень эффективным методом борьбы с биопленками в полости рта. Биопленки (также известные как слизь) представляют собой высокоорганизованные трехмерные бактериальные сообщества. Зубной налет является распространенным примером биопленок полости рта. Это основная причина кариеса и заболеваний пародонта, таких как гингивит и пародонтит. В Университете Южной Калифорнии Пэриш Седгизаде, директор Центра биопленок Университета Южной Калифорнии, и Чунци Цзян, доцент кафедры электротехники и электрофизики Мин Се, работают с исследователями из Инженерной школы Витерби в поисках новых способов борьбы с эти бактериальные инфекции. Седгизаде объяснил, что слизистая матрица биопленок действует как дополнительная защита от традиционных антибиотиков. Однако исследование центров подтверждает, что биопленки, культивируемые в корневых каналах удаленных человеческих зубов, могут быть легко разрушены применением микроплазмы. Результаты плазменной эмиссионной микроскопии, полученные в ходе каждого эксперимента, позволяют предположить, что атомарный кислород, вырабатываемый микроплазмой, отвечает за инактивацию бактерий. Затем Седгизаде предположил, что свободные радикалы кислорода могут разрушить клеточную мембрану биопленок и вызвать их разрушение. По данным своих текущих исследований в Университете Южной Калифорнии, Седгизаде и Цзян обнаружили, что микроплазма не вредна для окружающих здоровых тканей, и они уверены, что технология микроплазмы вскоре станет новаторским инструментом в медицинской промышленности. Дж. К. Ли вместе с другими учеными в этой области обнаружили, что микроплазму можно также использовать для отбеливания зубов. Этот реактивный вид может эффективно отбеливать зубы вместе с солевым раствором или отбеливающими гелями, состоящими из перекиси водорода. Ли и его коллеги экспериментировали с этим методом, исследуя, как микроплазма вместе с перекисью водорода влияет на окрашенные кровью человеческие зубы. Эти ученые взяли сорок извлеченных однокорневых, окрашенных кровью человеческих зубов и случайным образом разделили их на две группы по двадцать. Первая группа получала 30% перекись водорода, активированную микроплазмой, в течение тридцати минут в камере пульпы, тогда как вторая группа получала только 30% перекись водорода в течение тридцати минут в камере пульпы, и температура поддерживалась на уровне тридцати семи градусов Цельсия для обеих групп. После проведения испытаний они обнаружили, что обработка микроплазмой 30% перекиси водорода оказала значительное влияние на белизну зубов в первой группе. Ли и его коллеги пришли к выводу, что применение микроплазмы вместе с перекисью водорода является эффективным методом отбеливания окрашенных зубов благодаря ее способности удалять белки с поверхности зубов и увеличению выработки гидроксида.

Уход за ранами

Микроплазма, поддерживаемая при комнатной температуре, может уничтожать бактерии, вирусы и грибки, осаждающиеся на поверхностях хирургических инструментов и медицинских устройств. Исследователи обнаружили, что бактерии не могут выжить в суровой среде, создаваемой микроплазмами. Они состоят из химически активных веществ, таких как гидроксил (ОН) и атомарный кислород (О), которые могут убивать вредные бактерии посредством окисления. Окисление липидов и белков, составляющих клеточную мембрану, может привести к разрушению мембраны и дезактивации бактерий. Микроплазма может контактировать с кожей, не причиняя ей вреда, что делает ее идеальной для дезинфекции ран. «Говорят, что медицинская плазма находится в диапазоне «Златовласки»: она достаточно горячая, чтобы обеспечить эффективное лечение, но достаточно холодная, чтобы не повредить ткани» (Ларуси, Конг 1). Исследователи обнаружили, что микроплазму можно наносить непосредственно на живые ткани для дезактивации патогенов. Ученые также обнаружили, что микроплазмы останавливают кровотечение, не повреждая здоровые ткани, дезинфицируют раны, ускоряют заживление ран и избирательно убивают некоторые виды раковых клеток. В умеренных дозах микроплазмы способны уничтожать болезнетворные микроорганизмы. В низких дозах они могут ускорить репликацию клеток — важный этап в процессе заживления ран. Способность микроплазмы убивать бактериальные клетки и ускорять репликацию клеток здоровой ткани известна как процесс «плазменное убийство/плазменное заживление», что побудило ученых к дальнейшим экспериментам с использованием микроплазмы для ухода за ранами. Предварительные испытания также продемонстрировали успешное лечение некоторых типов хронических ран.

Лечение рака

Поскольку микроплазмы дезактивируют бактерии, они могут обладать способностью уничтожать раковые клетки. Жан-Мишель Пувесль работал в Орлеанском университете во Франции в Группе исследований и исследований медиаторов воспаления (GREMI), экспериментируя с воздействием микроплазмы на раковые клетки. Пувесле вместе с другими учеными создал диэлектрический барьерный разряд и плазменную пушку для лечения рака, в которой микроплазма будет применяться как в экспериментах in vitro, так и in vivo. Это приложение раскроет роль АФК (активных форм кислорода), повреждения ДНК, модификации клеточного цикла и индукции апоптоза. Исследования показывают, что лечение микроплазмой способно вызывать запрограммированную гибель (апоптоз) раковых клеток, останавливая быстрое размножение раковых клеток с небольшим ущербом для живых тканей человека. GREMI проводит множество экспериментов с микроплазмами в онкологии. В их первом эксперименте микроплазма применяется к опухолям мышей, растущим под поверхностью кожи. В ходе этого эксперимента ученые не обнаружили никаких изменений или ожогов на поверхности кожи. После пятидневной обработки микроплазмой результаты показали значительное снижение роста Рак глиомы U87 (опухоль головного мозга) по сравнению с контрольной группой, где микроплазма не применялась. GREMI провела дальнейшие исследования in vitro в отношении клеточных линий глиомного рака U87 (опухоли головного мозга) и HCT116 (опухоль толстой кишки), где применялась микроплазма. Было доказано, что эта микроплазменная обработка является эффективным методом уничтожения раковых клеток после применения в течение нескольких десятков секунд. Проводятся дальнейшие исследования влияния микроплазменного лечения в онкологии; такое применение микроплазмы существенно повлияет на сферу медицины. ^{[ 17 ]}

Ссылки

^ Шенбах, Карл Х.; и др. (30 июня 1997 г.). «Разряды в полом катоде высокого давления». Источники плазмы Науч. Технол . 6 (4): 468–477. Бибкод : 1997PSST....6..468S . дои : 10.1088/0963-0252/6/4/003 . S2CID 250822330 .
^ Стаак, Дэвид; и др. (июль 2009 г.). «Стабилизация ионизационно-перегревной тепловой неустойчивости в микроплазме атмосферного давления». Журнал прикладной физики . 106 (1): 13303–13310. Бибкод : 2009JAP...106a3303S . дои : 10.1063/1.3143781 .
^ Хойерманн, Хольгер; и др. (июнь 2012 г.). Различные применения и фон микроплазмы мощностью 10-200 Вт и частотой 2,45 ГГц . 60$^{th}$ Международный симпозиум по микроволновому оборудованию. Бибкод : 2012imsd.conf59386H . дои : 10.1109/MWSYM.2012.6259386 .
^ Гарнов С.В.; и др. (25 июля 2009 г.). «Сверхбыстрая пространственно-временная и спектрально-временная диагностика многозарядной фемтосекундной лазерной микроплазмы». Материалы конференции AIP . 1153 (1): 37–48. Бибкод : 2009AIPC.1153...37G . дои : 10.1063/1.3204548 .
^ Скиллачиоти, Паола; и др. (январь 2004 г.). «Подробная запись гидродинамики микроплазмы из тонкой фольги, взорванной пикосекундными лазерными импульсами». Физика плазмы . 11 (1): 226–230. Бибкод : 2004ФПл...11..226С . дои : 10.1063/1.1630575 .
^ 8-й Международный семинар по микроплазмам (IWM 2015) был организован Хосе Л. Лопесом 11–15 мая 2015 г. в Университете Сетон Холл в Ньюарке, штат Нью-Джерси, США. Впоследствии 9-й Международный семинар по микроплазмам (IWM 2017) был проведен в Гармиш-Партенкирхене, Германия, 6–9 июня 2017 г. Десятый этап Международного семинара по микроплазмам в Киото, Япония, 20–24 мая 2019 г. (О Сакаи и Т. Ито). Фост, Р.; М. Шмидт; К. Беккер (15 февраля 2006 г.). «Микроплазма, новая область науки и технологий низкотемпературной плазмы». Международный журнал масс-спектрометрии . 248 (3): 87–102. Бибкод : 2006IJMSp.248...87F . дои : 10.1016/j.ijms.2005.11.010 .
^ Иден, Гэри; Пак Сунг-Джин (июль 2010 г.). «Листчатые микроплазмы имеют множество применений». Мир лазерного фокуса . 46 (7): 33–37.
^ Цю, Хунвэй; Курт Беккер (15 апреля 2004 г.). «Генерация водорода в микрополом катодном разряде в газовых смесях аммиака и аргона высокого давления». Международный журнал масс-спектрометрии . 233 (1–3): 19. Бибкод : 2004IJMSp.233...19Q . дои : 10.1016/j.ijms.2003.08.017 .
^ Линднер, Питер; Рональд С. Бессер (15 июля 2012 г.). «Производство водорода путем риформинга метанола в нетепловом микроплазменном реакторе при атмосферном давлении». Международный журнал водородной энергетики . 37 (18): 13338. doi : 10.1016/j.ijhydene.2012.06.054 .
^ Бессер, Рональд; Питер Дж. Линднер (1 ноября 2010 г.). «Микроплазменный риформинг углеводородов для питания топливных элементов». Журнал источников энергии . 196 (21): 9008. Бибкод : 2011JPS...196.9008B . дои : 10.1016/j.jpowsour.2010.11.135 .
^ Линднер, Питер; Рональд С. Бессер (3 мая 2012 г.). «Микроплазменный реактор химической интенсификации». Химическая инженерия и технологии . 35 (7): 1249. doi : 10.1002/ceat.201100684 .
^ Клагес, Клаус-Петер; Алена Хинце; Питер Виллих; Майкл Томас (2010). «Плазменное аминирование поверхностей полимеров при атмосферном давлении». Журнал адгезионной науки и техники . 24 (6): 1167–1180. дои : 10.1163/016942409X12598231568500 . S2CID 95134416 .
^ Д Мариотти и Р. М. Шанкаран (2010). «Микроплазмы для синтеза наноматериалов» . Дж. Физ. Д: Прил. Физ . 43 (32): 323001. Бибкод : 2010JPhD...43.3001M . дои : 10.1088/0022-3727/43/32/323001 . S2CID 34509137 .
^ Ричмондс, Кэролайн; Мохан Шанкаран (29 сентября 2008 г.). «Плазменно-жидкостная электрохимия: быстрый синтез коллоидных частиц металлов путем микроплазменного восстановления водных катионов». Письма по прикладной физике . 93 (13): 131501. Бибкод : 2008АпФЛ..93м1501Р . дои : 10.1063/1.2988283 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Корнблут, Ю.С.; Мэтьюз, Р.Х.; Парамесваран, Л.; Рац, Л.М.; Веласкес-Гарсия, LF (2018). «Микрораспылитель со встроенной ионной фокусировкой для аддитивного производства тонких, узких проводящих линий» . Журнал физики D: Прикладная физика . 51 (16): 165603. Бибкод : 2018JPhD...51p5603K . дои : 10.1088/1361-6463/aab4bc . S2CID 53051345 .
^ Сладек, REJ (2006). «Плазменная игла: нетепловая атмосферная плазма в стоматологии» . дои : 10.6100/IR613009 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Роберт, Эрик; и др. «Первые достижения и возможности подхода к лечению рака с использованием нетермической плазмы». {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

Беккер, К.Х.; К. Х. Шенбах; Дж. Г. Иден (20 января 2006 г.). «Микроплазмы и приложения». Журнал физики D: Прикладная физика . 39 (3): R55–R70. Бибкод : 2006JPhD...39R..55B . дои : 10.1088/0022-3727/39/3/R01 . S2CID 120979396 .
Каранасиос, Василий (июль 2004 г.). «Микроплазма для химического анализа: аналитические инструменты или исследовательские игрушки?». Spectrochimica Acta Часть B. 59 (7): 909–928. Бибкод : 2004AcSpe..59..909K . дои : 10.1016/j.sab.2004.04.005 .
Татибана, Кунихидэ (2010). «Генерация микроплазмы в искусственных средах и ее потенциальные применения» . Чистое приложение. Хим . 82 (6): 1189–1199. doi : 10.1351/PAC-CON-09-10-09 . S2CID 53128365 .
Беккер, Курт Х. (1998). Новые аспекты электрон-молекулярных столкновений . Мировое научное издательство. п. 550. ИСБН 978-981-02-3469-0 .

Внешние ссылки

[1] Шенбах, Карл Х.; и др. (30 июня 1997 г.). «Разряды в полом катоде высокого давления». Источники плазмы Науч. Технол . 6 (4): 468–477. Бибкод : 1997PSST....6..468S . дои : 10.1088/0963-0252/6/4/003 . S2CID 250822330 .

[2] Стаак, Дэвид; и др. (июль 2009 г.). «Стабилизация ионизационно-перегревной тепловой неустойчивости в микроплазме атмосферного давления». Журнал прикладной физики . 106 (1): 13303–13310. Бибкод : 2009JAP...106a3303S . дои : 10.1063/1.3143781 .

[3] Хойерманн, Хольгер; и др. (июнь 2012 г.). Различные применения и фон микроплазмы мощностью 10-200 Вт и частотой 2,45 ГГц . 60$^{th}$ Международный симпозиум по микроволновому оборудованию. Бибкод : 2012imsd.conf59386H . дои : 10.1109/MWSYM.2012.6259386 .

[4] Гарнов С.В.; и др. (25 июля 2009 г.). «Сверхбыстрая пространственно-временная и спектрально-временная диагностика многозарядной фемтосекундной лазерной микроплазмы». Материалы конференции AIP . 1153 (1): 37–48. Бибкод : 2009AIPC.1153...37G . дои : 10.1063/1.3204548 .

[5] Скиллачиоти, Паола; и др. (январь 2004 г.). «Подробная запись гидродинамики микроплазмы из тонкой фольги, взорванной пикосекундными лазерными импульсами». Физика плазмы . 11 (1): 226–230. Бибкод : 2004ФПл...11..226С . дои : 10.1063/1.1630575 .

[6] 8-й Международный семинар по микроплазмам (IWM 2015) был организован Хосе Л. Лопесом 11–15 мая 2015 г. в Университете Сетон Холл в Ньюарке, штат Нью-Джерси, США. Впоследствии 9-й Международный семинар по микроплазмам (IWM 2017) был проведен в Гармиш-Партенкирхене, Германия, 6–9 июня 2017 г. Десятый этап Международного семинара по микроплазмам в Киото, Япония, 20–24 мая 2019 г. (О Сакаи и Т. Ито). Фост, Р.; М. Шмидт; К. Беккер (15 февраля 2006 г.). «Микроплазма, новая область науки и технологий низкотемпературной плазмы». Международный журнал масс-спектрометрии . 248 (3): 87–102. Бибкод : 2006IJMSp.248...87F . дои : 10.1016/j.ijms.2005.11.010 .

[7] Иден, Гэри; Пак Сунг-Джин (июль 2010 г.). «Листчатые микроплазмы имеют множество применений». Мир лазерного фокуса . 46 (7): 33–37.

[8] Цю, Хунвэй; Курт Беккер (15 апреля 2004 г.). «Генерация водорода в микрополом катодном разряде в газовых смесях аммиака и аргона высокого давления». Международный журнал масс-спектрометрии . 233 (1–3): 19. Бибкод : 2004IJMSp.233...19Q . дои : 10.1016/j.ijms.2003.08.017 .

[9] Линднер, Питер; Рональд С. Бессер (15 июля 2012 г.). «Производство водорода путем риформинга метанола в нетепловом микроплазменном реакторе при атмосферном давлении». Международный журнал водородной энергетики . 37 (18): 13338. doi : 10.1016/j.ijhydene.2012.06.054 .

[10] Бессер, Рональд; Питер Дж. Линднер (1 ноября 2010 г.). «Микроплазменный риформинг углеводородов для питания топливных элементов». Журнал источников энергии . 196 (21): 9008. Бибкод : 2011JPS...196.9008B . дои : 10.1016/j.jpowsour.2010.11.135 .

[11] Линднер, Питер; Рональд С. Бессер (3 мая 2012 г.). «Микроплазменный реактор химической интенсификации». Химическая инженерия и технологии . 35 (7): 1249. doi : 10.1002/ceat.201100684 .

[12] Клагес, Клаус-Петер; Алена Хинце; Питер Виллих; Майкл Томас (2010). «Плазменное аминирование поверхностей полимеров при атмосферном давлении». Журнал адгезионной науки и техники . 24 (6): 1167–1180. дои : 10.1163/016942409X12598231568500 . S2CID 95134416 .

[13] Д Мариотти и Р. М. Шанкаран (2010). «Микроплазмы для синтеза наноматериалов» . Дж. Физ. Д: Прил. Физ . 43 (32): 323001. Бибкод : 2010JPhD...43.3001M . дои : 10.1088/0022-3727/43/32/323001 . S2CID 34509137 .

[14] Ричмондс, Кэролайн; Мохан Шанкаран (29 сентября 2008 г.). «Плазменно-жидкостная электрохимия: быстрый синтез коллоидных частиц металлов путем микроплазменного восстановления водных катионов». Письма по прикладной физике . 93 (13): 131501. Бибкод : 2008АпФЛ..93м1501Р . дои : 10.1063/1.2988283 .

[iop.org-15] Перейти обратно: ^а ^б Корнблут, Ю.С.; Мэтьюз, Р.Х.; Парамесваран, Л.; Рац, Л.М.; Веласкес-Гарсия, LF (2018). «Микрораспылитель со встроенной ионной фокусировкой для аддитивного производства тонких, узких проводящих линий» . Журнал физики D: Прикладная физика . 51 (16): 165603. Бибкод : 2018JPhD...51p5603K . дои : 10.1088/1361-6463/aab4bc . S2CID 53051345 .

[16] Сладек, REJ (2006). «Плазменная игла: нетепловая атмосферная плазма в стоматологии» . дои : 10.6100/IR613009 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[17] Роберт, Эрик; и др. «Первые достижения и возможности подхода к лечению рака с использованием нетермической плазмы». {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]