Способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект и установка для его реализации
METHOD FOR EXPOSING A BIOLOGICAL OBJECT TO A COLD PLASMA JET AND UNIT FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Техническое решение относится к медицине, к плазменной технике, а именно к устройствам для генерации содержащих заряженные частицы потоков, такие как источники (генераторы) плазмы, холодной плазменной струи с активными радикалами, в частности, обладающими способностью к деактивации возбудителей инфекции, влиянием на биохимические и физиологические процессы, обуславливающие жизнедеятельность клеток и ткани, оказывающими подавляющее воздействие на раковые клетки.
Способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект и установка для его реализации разработаны в связи с выполнением работ по гранту РНФ 19-19-00255.
Холодная (низкотемпературная) плазменная струя, формируемая газоразрядным устройством - генератором плазменной струи, представляет собой последовательность стримеров, которые распространяются в окружающей среде в потоке газа, прокачиваемого через генератор (F. Fanelli, F. Fracassi, Surface & Coating Technology, 2017, 322: 174-201; S. Reuter et al. J. Phys. D: Appl. Phys., 2018, 51: 233001).
При воздействии на объект плазменная струя осуществляет доставку к нему электрического поля и большой концентрации энергетичных электронов, за счет чего обеспечивается генерация активных радикалов и ионов в окружающей объект атмосфере. Генерированные радикалы и ионы активно воздействуют на объект без существенного увеличения температуры в зоне контакта плазменной струи с объектом. Так, оно не превышает несколько градусов (S. Reuter et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 2018, 51: 233001).
2
2
2
3
1
Было обнаружено, что воздействие холодной плазменной струей на раковые клетки различной природы приводит к подавлению их жизнедеятельности - к программируемой гибели (апоптозу) (G. Fridman, et al., Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2007, 27 (2): 163-176; H.J. Lee, et al., New Journal of Physics, 2009, 11 (11): 115026; G.C. Kim, et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 2009, 42 (3): 032005; M. Vandamme, et al., Plasma medicine, 2011, 1 (1): 27-43; M. Keidar, et al., British journal of cancer, 2011, 105 (9): 1295-1301; H. Tanaka, et al., Plasma Medicine, 2011, 1 (3-4): 265-277; L. Brulle, et al., J. PloS one, 2012, 7 (12): e52653; M. Vandamme, et al., International journal of cancer, 2012, 130 (9): 2185-2194; M. Keidar, et al., Physics of Plasmas, 2013, 20 (5): 057101; J. Schlegel, et al., Clinical Plasma Medicine, 2013, 1 (2): 2-7; N.K. Kaushik, et al., Molecules, 2013, 18 (5): 4917-4928; D. Yan, et al., Oncotarget, 2017, 8 (9) 15977; M. Keidar, D. Yan and J.H. Sherman, Cold Plasma Cancer Therapy, 2019, Morgan & Claypool Publishers; Acta Naturae, 2019; 11, №3 (42): 16-19; Applied Sciences, 2019; 9 (21): 4528 и др.). При воздействии плазменной струей на биологический объект, посредством которой осуществляется генерация и транспортировка заряженных частиц к границе раздела плазма-объект, происходит стимулирование химических реакций в окружающей объект атмосфере, в непосредственной близости от него, а также в жидкости, если объект контактирует с последней, в самом объекте. При этом к основным химическим реагентам относят те из них, которые содержат различные активные формы кислорода - гидроксид ОН, пероксид НО, синглетный кислород О, озон О (S. Kalghatgi, et al., J. PloS one, 2011; 6 (1): e16270) и т.д. Установлено, что кислородо/азотосодержащие радикалы и ионы оказывают активное влияние на процессы в биологических клетках. Действенность в противораковой терапии повышенного внутриклеточного содержания активных форм кислорода, достигаемая при использовании низкотемпературной плазменной струи, подтверждена проведенными к настоящему времени исследованиями.
2
2
2
Экспериментально показано (D. Yan, et al., Biointerphases, 2015; 10 (4): 040801), что после обработки плазмой биологических объектов в их клетках, включая раковые клетки, наблюдается значительное повышение концентрации активных форм кислорода. Хотя к настоящему времени химический состав в клетках после обработки плазмой детально не изучен, тем не менее, уверенно предполагается, что ОН, НО и О являются основными активными формами, задающими повышенный уровень активных форм кислорода в клетках, обработанных низкотемпературной плазменной струей.
Установлен факт эффективности воздействия низкотемпературной плазменной струей, выражающийся в том, что скорость деления раковых клеток существенно падает, если раковые клетки обработать внутриклеточными акцепторами активных форм кислорода (Н.J. Ahn, et al., J. PloS one, 2011, 6 (11): e28154). Таким образом, увеличение скорости генерации активных частиц, в частности, радикалов ОН, в источниках плазмы является способом интенсификации процессов воздействия холодной плазменной струи на биологические объекты.
Известен способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация заявки US 2017/0354453 А1 от 14.12.2017), включающий прокачку через генератор плазменной струи по диэлектрическому каналу рабочего газа, подаваемого в канал через его входное отверстие, зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, при подаче на них высоковольтного напряжения, чем обеспечивают формирование плазмы с получением в результате истекающей из выходного отверстия канала плазменной струи, которую направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными радикалами, генерируемыми посредством газового разряда. Длина истекающей плазменной струи - от 2 до 20 мм. В качестве рабочего газа используют смесь газов неона и аргона или используют смесь гелия с азотом и/или кислородом. Подачу высокочастотных импульсов напряжения осуществляют с частотой от 0,5 до 10 МГц при амплитуде напряжения от 0,5 до 2 кВ, с длительностью импульсов от 400 до 800 мс. Формируют плазму с температурой от 25 до 50°С.
В качестве ближайшего аналога выбран способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация заявки US 2019/0328440 А1 от 31.10.2019), заключающийся в том, что осуществляют прокачку через генератор плазменной струи по его диэлектрическому каналу рабочего газа, подаваемого в канал через его входное отверстие, и зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, в которой один из электродов располагают внутри канала на его оси, а второй электрод размещают снаружи генератора, опоясывая канал, в отношении которых осуществляют подачу высоковольтного напряжения, обеспечивая разряд и формирование плазмы, получая в результате истекающую из выходного отверстия канала, снабженного капилляром из нержавеющей стали, плазменную струю, которую направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными радикалами, генерируемыми в результате газового разряда. В качестве рабочего газа используют гелий. Осуществляют подачу напряжения синусоидальной формы с пиковым значением до 8 кВ, с частотой 16 кГц. Формируют плазму с температурой от 25 до 50°С. Прокачку по диэлектрическому каналу рабочего газа осуществляют со скоростью 0,2 л/мин.
2
2
2
2
2
2
+
-
-
В документе, раскрывающем сущность ближайшего аналога, представлены спектры оптического излучения генерируемой холодной плазменной струи в диапазоне длины волны λ, равном 200-850 нм, которые демонстрируют наличие спектральных линий, принадлежащих азоту N, оксиду азота NO, молекулярному иону азота N и гидроксиду ОН. Кроме того, приведены результаты, демонстрирующие относительное содержание гидроксида ОН и О, а также абсолютные значения концентрации НО, NO в культуральной среде, подвергшейся воздействию холодной плазменной струи, которые показывают многообразие генерируемых коротко и долгоживущих активных форм кислородо- и азотосодержащих радикалов.
Известна установка для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация описания патента US 8460283 В1 от 11.06.2013), содержащая генератор плазменной струи с диэлектрическим трубчатообразным корпусом с полым внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал с впускным патрубком для прокачки рабочего газа с расположением его с одного торца трубчатообразного корпуса, а также выполнены по крайней мере один выпускной патрубок с апертурой с расположением их со второго торца трубчатообразного корпуса, посредством которых организовано истечение плазменной струи, генератор снабжен разрядной структурой в составе высоковольтных электродов - анода и катода, кроме того, установка укомплектована высоковольтным источником питания, с котором электрически соединены высоковольтные электроды - анод и катод, обеспечивающие зажигание во внутреннем объеме корпуса при прокачке рабочего газа газового разряда для формирования плазменной струи.
В качестве ближайшего аналога выбрана установка для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (публикация заявки US 2018/0271579 А1 от 27.09.2018), содержащая систему подачи рабочего газа, высоковольтный источник питания, генератор плазменной струи с диэлектрическим трубчатообразным корпусом с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал с диаметром в поперечном сечении более 1 мм для прокачки рабочего газа, зажигания в нем газового разряда и формирования плазмы, сообщающийся с системой подачи рабочего газа через входное отверстие в корпусе, кроме того, в корпусе, в его торце, выполнено соответствующее количеству каналов количество выходных отверстий для истечения плазменной струи, оформленных в виде сопла посредством расположенной вне канала капиллярной трубки диаметром менее 500 мкм, выполняющей функцию сопла для истечения плазменной струи, кроме того, генератор плазменной струи оснащен разрядной структурой в составе высоковольтных разрядных электродов, электрически соединенных с высоковольтным источником питания с возможностью образования разрядной цепи, с расположением одного из электродов вне корпуса - с возможностью опоясывания корпуса с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал, а другого электрода - во внутреннем объеме корпуса, при этом электрод, располагаемый во внутреннем объеме корпуса, выполнен в виде комплекта электрически связанных субэлектродов с соответствием их количества в комплекте количеству каналов во внутреннем объеме корпуса, с размещением субэлектродов на осях соответствующих каналов.
2
2
2
2
2
2
+
-
-
В данном информационном источнике представлены также сведения об использовании приведенного устройства в целях осуществления воздействия на опухоли глиобластомы в мозге мыши. Приведен спектр оптического излучения в диапазоне длин волн 250-850 нм холодной плазменной струи, получаемой устройством. Спектр демонстрирует наличие спектральных линий, принадлежащих азоту N, оксиду азота NO, молекулярному иону азота N и гидроксиду ОН. Представлены данные об относительном содержание гидроксида ОН и О и об абсолютных значениях концентрации НО, NO в культуральной среде после осуществления воздействия холодной плазменной струи. Показано многообразие генерируемых коротко и долгоживущих активных форм кислородо- и азотосодержащих радикалов. Отмечено, что увеличение концентрации активных форм кислорода и азота в водной среде зависит от продолжительности времени обработки. Продемонстрировано уменьшение жизнеспособности клеток глиобластомы при прямом и непрямом воздействии плазменной струи на раковые клетки.
Рассмотренные известные способы и устройства для их реализации не решают техническую проблему достижения повышения эффективности воздействия плазменной струи на объекты, в первую очередь на биологические объекты в целях проведения антираковой терапии.
Их принципиальным недостатком является отсутствие какого-либо контроля и регулирования концентрации активных форм-радикалов в холодной плазменной струе, в особенности в той ее части, которая воздействует на биологический объект, и как следствие, невозможность управления динамикой вызываемых изменений в объектах, в частности, управления динамикой апоптоза раковых клеток.
Разработка предлагаемого способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект и установки для его реализации направлена на решение технической проблемы достижения повышения эффективности воздействия плазменной струи в отношении любых объектов, и в первую очередь, в отношении биологических объектов при проведении антираковой терапии за счет достигаемого технического результата.
Технический результат выражается в достижении:
- управления количественным содержанием активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов) в холодной плазменной струе;
- управления распределением активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов) по длине струи;
- управления составом активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов), оказывающих доминирующее воздействие на объект.
Технический результат достигается в способе воздействия холодной плазменной струей на биологический объект заключающемся в том, что осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, рабочего газа, подаваемого в канал через его входное отверстие, и зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, в отношении которых осуществляют подачу высоковольтного напряжения, обеспечивая разряд и формирование плазмы, получая в результате истекающую из выходного отверстия канала, плазменную струю, которую направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-радикалами и/или ионами, генерируемыми в результате газового разряда, при этом в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи, изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-радикалы и/или ионы.
В способе осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов, выполненных с возможностью образования разрядной структуры, в которой один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал, а второй разрядный электрод размещают снаружи генератора, опоясывая канал, и его заземляют, а в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи, и изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-радикалы и/или ионы, за счет того, что используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, на который подают равный, или отрицательный, или положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, либо управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-радикалы и/или ионы, за счет того, что используют пару вспомогательных электродов - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, на который подают равный, или отрицательный, или положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, и вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, на который подают равный, или положительный, или отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, причем в отношении вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, выбирают геометрию поперечного сечения, включая его размеры, обеспечивающую прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и эффективность влияния поданного на него потенциала относительно электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.
В способе на вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, подают потенциал от «минус» 1500 В до «плюс» 1500 В, при этом его устанавливают так, что пространственный промежуток, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, и создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи, равен от 15 до 20 мм, а на вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, подают потенциал от «минус» 2500 В до «плюс» 2500 В.
В способе вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, выполняют в виде плоской пластины из электропроводящего материала, а относительно вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, - его выполняют в виде плоской пластины из электропроводящего материала с отверстием, при этом выбирают геометрию отверстия, включая его размеры, обеспечивающую, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала относительно электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, а именно, выполняют с круглым отверстием диаметром от 8 до 14 мм или от 27 до 30 мм, или прямоугольной формы размером 14 мм × 45 мм или 40 мм × 45 мм.
Технический результат достигается в установке для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект, содержащей систему подачи рабочего газа, высоковольтный источник питания, генератор плазменной струи с диэлектрическим трубчатообразным корпусом с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал для прокачки рабочего газа, зажигания в нем газового разряда и формирования плазмы, сообщающийся с системой подачи рабочего газа через входное отверстие в корпусе, в котором в его торце также выполнено соответствующее количеству каналов количество выходных отверстий для истечения плазменной струи, при этом генератор плазменной струи оснащен разрядной структурой в составе высоковольтных разрядных электродов, электрически соединенных с высоковольтным источником питания с возможностью образования разрядной цепи, с расположением одного из электродов вне корпуса - с возможностью опоясывания корпуса с внутренним объемом, в котором реализован по крайней мере один канал, а другого электрода - во внутреннем объеме корпуса, при этом электрод, располагаемый во внутреннем объеме корпуса, выполнен в виде комплекта электрически связанных субэлектродов с соответствием их количества в комплекте количеству каналов во внутреннем объеме корпуса, с размещением субэлектродов на осях соответствующих каналов, дополнительно установка оснащена заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания вспомогательным электродом, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, либо установка оснащена парой вспомогательных электродов - заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания вспомогательным электродом, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, и другим вспомогательным электродом, выполненным с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания, причем в отношении вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, характерна геометрия электрода, включая его размеры, обеспечивающая, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала на электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, снабжен средствами его перемещения и позиционирования в пространстве.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания, с характерной геометрией электрода, включая его размеры, обеспечивающей, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала на электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, снабжен средствами его перемещения и позиционирования в пространстве.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, изготовлен из электропроводящего материала в виде плоской пластины.
В установке вспомогательный электрод, выполненный с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания, с характерной геометрией электрода, включая его размеры, обеспечивающей, во-первых, прохождение через него плазменной струи без взаимодействия с ним и, во-вторых, эффективность влияния поданного на него потенциала на электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, изготовлен из электропроводящего материала в виде плоской пластины, в которой вырезано отверстие круглой формы или прямоугольной формы в зависимости от геометрии поперечного сечения плазменной струи, в случае круглого отверстия его размер в диаметре равен от 8 до 14 мм или от 27 до 30 мм в зависимости от диаметра поперечного сечения плазменной струи, в случае прямоугольного отверстия его размер равен 14 мм × 45 мм или 40 мм × 45 мм в зависимости от размера поперечного сечения плазменной струи, либо изготовлен из проволоки, изогнутой в кольцо или прямоугольник с формированием отверстия указанного размера.
Суть заявляемого поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.
На Фиг. 1 представлены в виде блок-схем, в общем виде, несколько вариантов реализации установки, в которой осуществляется способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект, с указанием ее основных функциональных узлов, иллюстрирующих действия способа - а) варианты с использованием заземленных вспомогательных электродов, б) вариант с использованием контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, находящегося под потенциалом, и с отсутствием опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием для струи, в) вариант с использованием опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием для струи, находящегося под потенциалом, и с использованием контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины при его заземлении, где 1 - генератор плазменной струи; 2 - система подачи газа; 3 - высоковольтный источник питания; 4 - плазменная струя; 5 - объект воздействия; 6 - вспомогательный электрод; 7 - вспомогательный электрод; 8 - вспомогательный источник питания; 9 - вспомогательный источник питания.
На Фиг. 2 схематически показана реализация генератора плазменной струи на основе коаксиальной разрядной ячейки в варианте выполнения с одной ячейкой (левая часть фигуры) и в варианте выполнения с N>1 ячейками (правая часть фигуры), где: 10 - корпус; 11 - разрядный канал; 12 - разрядный электрод; 13 - диэлектрическая вставка; 14 - изолятор; 15 - разрядный электрод; 16 - впускное отверстие.
На Фиг. 3 схематически показана реализация генератора плазменной струи на основе разрядной ячейки прямоугольной формы в сечении с вариантами выполнения в составе одной ячейкой (левая часть фигуры) и в составе N>1 ячеек (правая часть фигуры), где: 10 - корпус; 11 - разрядный канал; 12 - разрядный электрод; 13 - диэлектрическая вставка; 14 - изолятор; 15 - разрядный электрод; 16 - впускное отверстие.
На Фиг. 4 показаны измеренные осциллограммы напряжения и тока генератора плазменной струи при различных значениях амплитуды напряжения, длительностях и формах импульса напряжения.
На Фиг. 5 показан спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи атмосферного давления в случае использования в качестве рабочего газа гелия, измеренный в точке на половине длины струи, при подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=5 кВ и при скорости пропускания газа через корпус генератора плазменной струи υ=9,4 л/мин, без использования вспомогательных электродов.
На Фиг. 6 представлены графики, касающиеся интенсивности излучения радикала ОН: а) распределение интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм по длине плазменной струи при скорости потока рабочего газа гелия газа υ=3 л/мин и подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора (напряжение горения) U=4,9 кВ; б) изменение интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм от напряжения горения при скорости потока рабочего газа гелия υ=3 л/мин; в) изменение интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм от скорости потока рабочего газа гелия при подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=4,9 кВ.
На Фиг. 7 показано распределение электрического поля в промежутке, в котором происходит истечение плазменной струи, в направлении ее истечения (направление, совпадающее с направлением оси z), при подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=4,5 кВ: а) с использованием заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который контактирует с объектом воздействия; б) без использования вспомогательного электрода.
На Фиг. 8 представлены данные об интенсивности излучения радикала ОН струи, полученные измерениями в ее наиболее удаленной части от выхода из генератора (над объектом воздействия), - а) демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, контактирующего с объектом воздействия, на интенсивность излучения фрагмент спектра в УФ диапазоне при использовании для получения плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, при скорости потока в канале генератора υ=3 л/мин, подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора U=4,9 кВ, б) зависимость отношения интенсивностей излучения радикала ОН от напряжения высоковольтного источника питания электродов генератора - интенсивности, получаемой при использовании заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который контактирует с объектом воздействия, к интенсивности, получаемой без указанного вспомогательного электрода, при использовании рабочего газа гелия при скорости потока в канале генератора υ=3 л/мин, на длине волны λ≈309 нм, где: 17 - кривая, полученная при использовании заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины; 18 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде сплошной пластины.
На Фиг. 9 представлены данные об интенсивности излучения радикала ОН струи, полученные измерениями вблизи выхода струи из генератора, - демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, на интенсивность излучения фрагмент спектра в УФ диапазоне в случаях использования контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, совместно с находящимся под потенциалом опоясывающим плазменную струю вспомогательным электродом в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, и без последнего, при использовании для получения плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, скорости его потока по каналу в корпусе генератора υ=3 л/мин, подаче от источника высоковольтного питания (напряжение горения) на электроды генератора U=5,2 кВ, на длине волны λ≈309 нм, где: 19 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; 20 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В с расположением его в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам; 21 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=2500 В с расположением его в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам.
На Фиг. 10 показаны зависимости отношения интенсивностей люминесценции радикала ОН от напряжения, подаваемого на опоясывающий плазменную струю вспомогательный электрод в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, установленный в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, - интенсивности, получаемой при применении контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, совместно с находящимся под потенциалом опоясывающим плазменную струю вспомогательным электродом в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, к интенсивности, получаемой при применении только контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без находящегося под потенциалом опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, на длине волны λ≈309 нм, вблизи выхода струи из генератора, при использовании в качестве рабочего газа гелия, при скорости потока по каналу, выполненному в корпусе генератора, υ=3 л/мин, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания U=5,2 кВ, где кривая с пометкой +U соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, положительной полярности, а кривая с пометкой -U соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, отрицательной полярности.
На Фиг. 11 показан демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи атмосферного давления, полученной при использовании рабочего газа гелия, измеренный вблизи выхода струи из генератора, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания U=5,2 кВ, при скорости пропускания гелия по каналу, выполненному в корпусе генератора, υ=3 л/мин при использовании обеих вспомогательных электродов - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, и опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, установленного в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, а также при использовании только одного вспомогательного электрода - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, где 22 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; 23 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В; 24 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=2500 В.
На Фиг. 12 показан демонстрирующий влияние применения вспомогательного электрода, опоясывающего плазменную струю, спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи атмосферного давления, полученной при использовании рабочего газа гелия, измеренный вблизи водной поверхности, покрывающей биологический объект, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания U=5,2 кВ, при скорости пропускания гелия по каналу, выполненному в корпусе генератора, υ=3 л/мин, при использовании обеих вспомогательных электродов - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, и опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, установленного в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, а также при использовании только одного вспомогательного электрода - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, где 25 - кривая, полученная без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; 26 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В; 27 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с отрицательным напряжением на нем U=-1500 В; 28 - кривая, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с положительным напряжением на нем U=+1500 В.
На Фиг. 13 представлены данные о выживаемости раковых клеток А549 в виде временных зависимостей величин, характеризующих число живых клеток в относительных единицах, после воздействия плазмой без использования вспомогательного электрода - а) и после воздействия плазмой с использованием контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода, который был заземлен, - б), где: 29 - зависимость для контрольных клеток А549; 30 - зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи при использовании в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого по каналу генератора со скоростью υ=5 л/мин, при напряжении горения U=4,2 кВ, без использования вспомогательного электрода; 31 -зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи при использовании в качестве рабочего газа аргона, прокачиваемого по каналу генератора υ=3 л/мин, при напряжении горения U=3,6 кВ, без использования вспомогательного электрода; 32 - зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи, полученной при использовании в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого по каналу генератора со скоростью υ=5 л/мин, при напряжении горения U=4,2 кВ, с использованием заземленного вспомогательного электрода, контактирующего с объектом воздействия; 33 - зависимость для клеток А549, претерпевших воздействие плазменной струи при использовании в качестве рабочего газа аргона, прокачиваемого по каналу генератора со скоростью υ=3 л/мин, при напряжении горения U=3,6 кВ, с использованием заземленного вспомогательного электрода, контактирующего с объектом воздействия.
Использование холодной плазменной струи в целях получения изменений в биохимических и физиологических процессах в клетках и тканях, базируется на способности низкотемпературной (холодной) плазменной струи атмосферного давления при ее распространении в свободном пространстве по направлению к объекту доставлять к нему электрические поля и большую концентрацию энергетичных электронов, чем обеспечивается генерация активных форм - активных радикалов и/или ионов и достижение активного воздействия на объект. Указанная характерная способность плазменной струи является основой, на которой функционируют как вышеприведенные аналоги, так и предлагаемая группа технических решений.
Отличительные особенности предлагаемой группы технических решений по сравнению с известным уровнем техники состоят в следующем.
В предлагаемом способе воздействия холодной плазменной струей на биологический объект в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя 4 и расположен объект воздействия 5 (см. Фиг. 1), создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, которое параллельно направлению распространения струи. Изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке в направлении, параллельном направлению распространения струи, управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей 4 к объекту воздействия 5 и генерирующих активные формы.
В предлагаемой установке для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект (см. Фиг. 1) выполнен вспомогательный электрод/электроды (вспомогательный электрод 6 или вспомогательный электрод 6 и вспомогательный электрод 7) с заземлением (см. Фиг. 1, а) или с подачей потенциала (см. Фиг. 1б) и в) от вспомогательного источника питания (вспомогательный источник питания 8 (см. Фиг. 1б), вспомогательного источника питания 9 (см. Фиг. 1в). Так, в одном варианте установка оснащена заземленным (см. Фиг. 1а), ее левая часть) или соединенным со вспомогательным источником питания 8 (см. Фиг. 1б) вспомогательным электродом 6, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4, задающем пространственный промежуток, в котором локализована истекающая плазменная струя 4 и расположен объект воздействия 5 (см. Фиг. 1а) и б). В другом варианте установка оснащена парой вспомогательных электродов - заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания 8 вспомогательным электродом 6, выполненным с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя 4 и объект воздействия 5, и другим вспомогательным электродом 7, выполненным с возможностью опоясывания плазменной струи 4 и с возможностью перемещения в направлении, которое параллельно направлению распространения струи, который заземлен или соединен с другим вспомогательным источником питания 9 (см. Фиг. 1а), ее правая часть, и Фиг. 1в).
Влияние приведенных отличий, выражающееся в реализации возможности управления количественным содержанием активных форм - активных радикалов и/или ионов в холодной плазменной струе, управления распределением активных радикалов и/или ионов по длине струи и управления составом активных радикалов и/или ионов, оказывающих доминирующее воздействие на объект, поясняется следующим образом.
Способ воздействия холодной плазменной струей на биологический объект реализуется посредством установки, включающей с учетом всех описанных в настоящем описании ее вариантов реализации генератор плазменной струи 1, систему подачи газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, вспомогательный электрод 7, вспомогательный источник питания 8, вспомогательный источник питания 9 (см. Фиг. 1).
Также как в вышеприведенных аналогах, реализуя воздействие, заполняют выполненную согласно показанному на Фиг. 2 и 3 разрядную ячейку - генератор плазменной струи 1 (см. Фиг. 1) рабочим газом через входное отверстие (впускное отверстие 16, см. Фиг. 2 и 3) и осуществляют прокачку рабочего газа по расположенному в корпусе 10 разрядному каналу 11 генератора со скоростью, задаваемой выше некоторой пороговой величины системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1), которая выполнена с возможностью регулирования скорости расхода газа. Также прикладывают между электродами (разрядный электрод 12 и разрядный электрод 15, см. Фиг. 2 и 3) разрядной ячейки высоковольтное напряжение от высоковольтного источника питания 3 (см. Фиг. 1) с величиной, превышающей некоторое пороговое значение и обеспечивающей разряд и формирование плазмы. В качестве высоковольтного источника питания 3 могут быть использованы любые средства, обеспечивающие напряжение с величиной, необходимой и достаточной для пробоя разрядного промежутка, задаваемого расположением разрядных электродов, и приводящей к развитию и формированию разряда. На Фиг. 4 приведены типичные осциллограммы напряжения и тока разрядной ячейки низкотемпературной плазменной струи атмосферного давления, которые были измерены при различных значениях амплитуды, длительности и формы импульса напряжения. Из осциллограмм видно, что генерация тока происходит на положительной полуволне напряжения. При всех исследованных условиях ток плазменной струи, фиксируемый при его замыкании на внешний металлический коллектор и одновременно регистрируемый поясом Роговского, не превышал значений 10-15 мА.
2
2
2
2
+
+
В результате перечисленных действий формируется истекающая из выходного отверстия разрядного канала 11 плазменная струя 4, распространяющаяся в свободном пространстве, направляемая на объект воздействия 5 (см. Фиг. 1-3) для осуществления обработки его активными формами-радикалами и/или ионами, генерируемыми в результате газового разряда. На Фиг. 5 приведен измеренный в точке, расположенной на половине длины плазменной струи 4, спектр излучения с идентифицированными спектральными линиями при прокачке через разрядный канал 11 рабочего газа гелия и подаче напряжения на разрядные электроды 12 и 15 (см. Фиг. 2 и 3), но без использования вспомогательных электродов 6 и 7 (см. Фиг. 1). Данный спектр демонстрирует помимо линий излучения рабочего газа - гелия присутствие в плазменной струе линий гидроксильного радикала ОН, молекулярного азота N, молекулярных ионов азота N, оксида азота NO и Бальмеровской серии водорода. В ультрафиолетовом диапазоне наблюдаются слабые линии О и О.
Для демонстрации принципиальной возможности достижения технического результата рассмотрим изменения, касающиеся гидроксильного радикала ОН, которые обуславливают вышеприведенные отличия предлагаемых технических решений.
Исследование пространственного распределения в плазменной струе гидроксильного радикала ОН, для которого характерна линия интенсивного свечения с λ≈309 нм (см. Фиг. 5), показало, что соответствующая радикалу ОН интенсивность свечения, отражающая количественное содержание активных форм-радикалов ОН, максимальна непосредственно на выходе из разрядного канала 11 - в начале струи и значительно снижается к ее концу - в ее наиболее удаленной части относительно выхода из разрядного канала 11 (Фиг. 6а). При этом интенсивность свечения сублинейно нарастает с увеличением напряжения горения разряда (Фиг. 6б). При скорости потока рабочего газа гелия 3-4 л/мин соответствующая свечению гидроксильного радикала ОН интенсивность максимальна и резко уменьшается при увеличении скорости потока (Фиг. 6в). Как правило, описанная ситуация характерна и для известного уровня техники.
2
Если воздействие плазменной струей осуществляют в отношении биологического объекта, находящегося в физрастворе или культуральной среде, наблюдается изменение спектров излучения. В частности, происходит усиление линий свечения гидроксильного радикала ОН и появление спектральных линий, характерных для молекулярного азота N.
2
2
3
3
2
2
3
Плазменная струя воздействует на биологический объект и приводит к протеканию химико-биологических реакций в клетках, меняя их жизнеспособность. С поверхности физиологической жидкости испаряется вода, влажность воздуха становиться выше по мере приближения к поверхности. Повышение влажности изменяет характеристики плазмы и увеличивает скорость генерации гидроксильных радикалов ОН. По мере того, как радикалы и ионы диффундируют в жидкость или образуются в ней (сольватированные частицы), запускаются связанные с водой химические реакции. Многие реакции, такие как сольватация электронов и перезарядка, имеют характерные времена протекания порядка десятков наносекунд. Однако цепочка реакций, инициируемая в жидкости плазмой, может развиваться в течение нескольких секунд или даже минут. Существуют долгоживущие радикалы. В частности, пероксид водорода НО, образование которого происходит в результате реакции двух гидроксильных радикалов ОН, которые, в свою очередь, образуются в результате сольватации ОН в воде. Кроме того, водный озон О, образуемый в результате сольватации газообразного О. Как НО, так и О могут сохраняться в воде до суток. Присутствие указанных долгоживущих радикалов частично объясняет химическую реактивность, сохраняющуюся после воздействия плазмы в течение длительного времени (М.J. Traylor, М.J. Pavlovich, S. Karim, P. Hait, Y. Sakiyama, D.S. Clark, D.B. Graves, J. Phys. D: Appl. Phys, 2011, 44: 472001).
Однако кроме рассмотренных выше возможностей, приводящих к изменениям в спектрах излучения активных радикалов, являющихся следствием соответствующих изменений в составе и концентрации активных частиц, выявлена другая возможность. Эта возможность связана с использованием дополнительного электрического поля, посредством которого влияют на состав, содержание активных частиц, их распределение по длине струи, что находит отражение в изменениях спектральных характеристик. Дополнительное электрическое поле, используя специально для этого предназначенные электроды, создают в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя 4 и расположен объект воздействия 5 (см. Фиг. 1). Создавая дополнительное электрическое поле, изменяют распределение существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту, посредством которых обеспечивается генерация активных форм-радикалов и/или ионов. Для совершения указанного используют специально предназначенные для этого вспомогательные электроды 6 и 7 (см. Фиг. 1). Факт изменения распределения электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя, подтверждают проведенные измерения распределения электрического поля при использовании вспомогательного электрода (Фиг. 7, а) и в отсутствии вспомогательного электрода (Фиг. 7, б).
На Фиг. 7 представлены данные измерений распределения электрического поля при подаче на электроды генератора от высоковольтного источника питания 3 U=4,5 кВ с использованием вспомогательного электрода 6 (см. Фиг. 7, а), который заземлен, и без него (см. Фиг. 7, б). Экспериментами показано, что в случае использования вспомогательного электрода 6 (см. Фиг. 7, а) напряженность электрического поля, в частности, в наиболее удаленной точке от выходного отверстия генератора (z=20 мм), лежащей на оси струи (х=0 мм), в итоге увеличивается в два раза. Электрическое поле в радиальном направлении распределено от оси х на меньшее расстояние, по сравнению со случаем отсутствия вспомогательного электрода 6. Оно усиливается, характеризуется большей концентрацией. Расчеты показывают, что использование вспомогательного электрода может обеспечить усиление напряженности электрического поля в 3 раза, а увеличение скорости ионизации - в 4,6 раза (I. Schweigert, Dm. Zakrevsky, P. Gugin, E. Yelak, E. Golubitskaya, O. Troitskaya, and O. Koval, Appl. Sci., 2019, 9: 4528).
Дополнительное электрическое поле в указанном пространственном промежутке при воздействии плазменной струи 4 на - объект создают посредством вспомогательного электрода 6 (например, который выполнен в виде сплошной пластины), который приводят в контакт с объектом воздействия 5. Вспомогательный электрод 6 устанавливают неподвижно. Возможность изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения плазменной струи 4, реализуют посредством подачи на вспомогательный электрод 6 определенного значения потенциала. На вспомогательный электрод 6 подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют, то есть, нулевой вспомогательный электрод 6 заземлен (Фиг. 1, а). Если на вспомогательный электрод 6 подают отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземлен (Фиг. 1б), то есть, потенциала противоположной полярности относительно полярности потенциала на разрядном потенциальном электроде, расположенном в разрядном канале, вблизи вспомогательного электрода 6 поле усиливается.
Изменением распределения электрического поля в указанном пространственном промежутке за счет подачи потенциала на вспомогательный электрод 6, в том числе, нулевого, управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту, посредством которых обеспечивается генерация активных частиц. Как следствие, изменение распределения электронов по энергии обеспечивает изменение состава, количественного содержания активных частиц, их распределения по длине струи.
2
2
2
Помещение биологического объекта при воздействии на него плазменной струей 4 на вспомогательный электрод 6 с потенциалом U=0 (электрод заземлен) или с отрицательным потенциалом U<0 (например, от 0 до «минус» 5 кВ), формируемым отдельным вспомогательным источником питания 8 (см. Фиг. 1б), причем этот потенциал может быть приложен как в непрерывном режиме, так и в импульсном режиме, приводит к увеличению напряженности электрического поля, в частности, у объекта воздействия 5 и, соответственно, к повышению локальной электронной температуры (энергии) электронов, что в свою очередь приводит к ускорению ионизационных процессов с участием электронов, в частности, прохождению реакции генерации гидроксильного радикала ОН из молекул HO с последующим протеканием реакции синтеза пероксида НО.
Усиление генерации гидроксильного радикала ОН в случае использования вспомогательного электрода 6, расположенного, например, на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи, для усиления электрического поля в указанном промежутке подтверждают данные измерения интенсивности излучения радикала ОН, в частности, в наиболее удаленной от выходного отверстия генератора точке плазменной струи (см. Фиг. 8, а). На Фиг. 8а) приведен соответствующий УФ диапазону фрагмент спектра излучения плазменной струи в случае рабочего газа гелия над биологическим объектом, находящимся в культуральной среде, относящийся к гидроксильному радикалу ОН с линией излучения, соответствующей длине волны λ≈309 нм, измеренный в случае использования вспомогательного электрода 6 - кривая 17, полученная при использовании заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, то есть, в режиме усиленного электрического поля, и измеренный без использования вспомогательного электрода 6 - кривая 18, полученная без использования заземленного вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, то есть, в режиме без усиления электрического поля. Если в случае отсутствия усиления электрического поля посредством подачи потенциала на вспомогательный электрод 6, как видно из графика распределения интенсивности излучения на длине волны λ≈309 нм по длине плазменной струи при скорости потока рабочего газа гелия газа υ=3 л/мин и подаче от источника высоковольтного питания на электроды генератора (напряжение горения) U=4,9 кВ (см. Фиг. 6а), интенсивность свечения радикала ОН в наиболее удаленной от выходного отверстия генератора точке плазменной струи существенно снижается, что показывает уменьшение генерации указанного радикала, то при соответствующих мерах по усилению электрического поля ситуация меняется. В случае усиления электрического поля посредством использования вспомогательного электрода 6 нетрудно видеть над поверхностью биологического объекта значительное усиление свечения, относящегося к линии гидроксильного радикала ОН. При этом установлено (см. Фиг. 8б), что отношение интенсивностей свечения для линии гидроксильного радикала ОН, определяемое как отношение интенсивности, измеренной при использовании заземленного вспомогательного электрода 6 в виде сплошной пластины, к интенсивности, измеренной без использования указанного электрода, может достигать двенадцати в зависимости от величины напряжения, подаваемой от высоковольтного источника питания 3 на разрядные электроды генератора. Таким образом, на сублинейное нарастание интенсивности свечения с увеличением напряжения горения разряда (Фиг. 6б) накладывается фактор усиления электрическим полем.
Далее следует рассмотреть, что изменять распределение электрического поля в пространственном промежутке, в котором локализованы плазменная струя 4 и объект воздействия 5, и, следовательно, управлять распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту, посредством которых обеспечивается генерация активных форм-радикалов и/или ионов можно не одним вспомогательным электродом, а парой вспомогательных электродов 6 и 7 (см. Фиг. 1).
В этом случае распределение электрического поля в рассматриваемом пространственном промежутке при воздействии плазменной струи 4 на объект изменяют посредством вспомогательного электрода 6, который приводят в контакт с объектом воздействия 5, и который установлен неподвижно, и посредством которого задают изменение распределения поля с усилением его в наиболее удаленной части струи от выходного отверстия генератора, как было рассмотрено выше, и вспомогательного электрода 7, которым опоясывают плазменную струю 4 (например, который выполнен в виде пластины с отверстием под плазменную струю) и который реализован с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи. Перемещаемый вспомогательный электрод 7 устанавливают в том положении, которое необходимо, чтобы обеспечить в итоге требуемое распределение электрического поля в промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5 - в частности, усилить поле в соответствующей части струи, в отношении которой существует потребность в его усилении, конечной целью которого является усиление генерации активных частиц определенного вида.
Возможность изменения распределения электрического поля в направлении распространения плазменной струи 4 реализуют посредством подачи на вспомогательный электрод 6 определенного значения потенциала - потенциала равного потенциалу охватывающего корпус генератора разрядного электрода 15 (см. Фиг. 2 и 3), который заземляют (соответственно, подают нулевой потенциал на вспомогательный электрод 6), или, в частности, отрицательного потенциала относительно потенциала разрядного электрода 15, который заземлен. При этом в отношении вспомогательного электрода 7 осуществляют подачу нулевого потенциала, то есть, электрод заземляют (см. Фиг. 1, а), ее правая часть). Либо на вспомогательный электрод 7 подают, в частности, положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода 15, который заземлен, соединяя вспомогательный электрод 7 соответственно со вспомогательным источником питания 9 (см. Фиг. 1в).
Получено экспериментальное подтверждение, что использование перемещаемого вспомогательного электрода 7 обеспечивает реализацию возможности изменения распределения электрического поля, в частности, с усилением электрического поля в области выходного отверстия генератора плазменной струи - в области, расположенной между выходным отверстием генератора плазменной струи и вспомогательным электродом 7.
Так, усиление генерации гидроксильного радикала ОН в области струи вблизи выходного отверстия генератора на расстоянии от него, равном 3 мм, в случае использования вспомогательных электродов 6 и 7 для усиления электрического поля в указанном промежутке подтверждают данные измерения интенсивности излучения радикала ОН плазменной струи (см. Фиг. 9). Измерения выполнены для случая использования для генерации плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого со скоростью по каналу в корпусе генератора υ=3 л/мин, при подаче от источника высоковольтного питания (напряжение горения) на электроды генератора U=5,2 кВ, при расположении вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1, а вспомогательного электрода 7 - в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам. Используемый вспомогательный электрод 7 представляет собой пластину с отверстием круглой формы диаметром 12 мм, через которое проходит плазменная струя 4, и расположен на расстоянии от выходного отверстия генератора, равном 10 мм. Сравнение полученных кривых изменения интенсивности люминесценции в соответствующем спектральном диапазоне (см. Фиг. 9) - кривая 19, полученная без использования перемещаемого вдоль струи вспомогательного электрода 7 в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю; кривая 20, полученная при использовании вспомогательного электрода 7 в виде пластины с отверстием под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В; кривая 21, полученная при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=2500 В - показывает усиление интенсивности люминесценции и, следовательно, генерации гидроксильного радикала ОН, в частности, в точке, расположенной на расстоянии 3 мм от выхода из генератора плазменной струи, в случаях использования вспомогательного электрода 7.
При перемещении вспомогательного электрода 7 и установки его ближе к объекту воздействия 5 (в частности, на расстоянии 3 мм от объекта), что соответствует увеличению ширины области, расположенной между выходным отверстием генератора плазменной струи и вспомогательным электродом 7, как показывают спектральные измерения, происходит изменение распределения электрического поля, приводящее к ослаблению интенсивности люминесценции гидроксильного радикала ОН (309) над объектом воздействия 5 и, следовательно, к снижению его генерации.
Относительно полярности потенциала, подаваемого на вспомогательные электроды 6 и 7, на которые соответственно, как приведено в случаях, описанных выше, подают отрицательный и положительный потенциал, необходимо отметить следующее.
Если при подаче на вспомогательный электрод 6 (см. Фиг. 1) подают потенциал отрицательной полярности то, в этом случае дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение существующего электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5, выражающееся в усилении поля в приповерхностной области объекта. Это приводит к распределению электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы, в частности, гидроксильные радикалы ОН, при котором генерация последних усиливается над объектом воздействия 5.
В противном случае, если на вспомогательный электрод 6 подают потенциал положительной полярности то, соответственно, дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение существующего электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5 с ослаблением в приповерхностной области объекта, и, в конечном счете, вместо усиления происходит ослабление генерации активных форм, в частности, гидроксильных радикалов ОН.
Таким образом, подавая отрицательный потенциал на дополнительный электрод 6, увеличивают содержание активных форм, в частности, гидроксильных радикалов ОН в приповерхностной области объекта воздействия, и наоборот, подавая положительный потенциал на дополнительный электрод 6, уменьшают содержание активных форм, в частности, гидроксильных радикалов ОН в приповерхностной области объекта воздействия, реализуя возможность управления содержанием активных форм в холодной плазменной струе над объектом воздействия.
При совместном использовании со вспомогательным электродом 6, который зафиксирован в неподвижном положении, перемещаемого вдоль направления распространения струи вспомогательного электрода 7, как показано выше, возможности управления генерируемыми активными формами расширяются.
Если осуществляют сдвиг вспомогательного электрода 7 вдоль направления распространения струи к выходному отверстию генератора и при этом подают на вспомогательный электрод 7 (см. Фиг. 1) потенциал положительной полярности, в этом случае дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение существующего электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5, выражающееся в усилении поля в области, соответствующей сдвигу электрода к выходному отверстию генератора - в области, расположенной между вспомогательным электродом 7 и выходным отверстием генератора плазменной струи. Это приводит к такому распределению электронов по энергии плазменной струи, генерирующих активные формы, в частности, гидроксильные радикалы ОН, при котором генерация последних усиливается в указанной области - между выходным отверстием генератора плазменной струи и вспомогательным электродом 7.
При сдвиге вспомогательного электрода 7 вдоль направления распространения струи к выходному отверстию генератора и подаче на него потенциала отрицательной полярности дополнительное электрическое поле, изменяющее распределение электрического поля в направлении распространения струи, обеспечивает его изменение в пространственном промежутке плазменная струя 4 - объект воздействия 5, выражающееся в ослаблении поля в области, соответствующей сдвигу электрода к выходному отверстию генератора - в области, расположенной между вспомогательным электродом 7 и выходным отверстием генератора плазменной струи. Соответственно, происходит изменение распределения электронов по энергии плазменной струи, генерирующих активные формы, в частности, гидроксильные радикалы ОН таким образом, что генерация последних ослабляется в области, соответствующей сдвигу электрода к выходному отверстию генератора - в области, расположенной между вспомогательным электродом 7 и выходным отверстием генератора плазменной струи.
Экспериментальные кривые (см. Фиг. 10), измеренные при тех же самых условиях, при которых были получены экспериментальные данные, подтверждающие на примере гидроксильного радикала ОН возможность управления содержанием активных радикалов в холодной плазменной струе и распределением активных радикалов по длине струи подачей на вспомогательный электрод 7 потенциала положительной полярности (см. Фиг. 9), иллюстрируют через зависимость отношения интенсивностей люминесценции радикала ОН от напряжения, подаваемого на вспомогательный электрод 7 положительной и отрицательной полярности, возможность усиления и ослабления генерации активных форм. Зависимость, обозначенная «+U», соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод 7 положительной полярности, а зависимость, обозначенная «-U», соответствует подаче напряжения на вспомогательный электрод 7 отрицательной полярности. При расположении заземленного вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1, а вспомогательного электрода 7 - в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, измерении значений интенсивности в области струи вблизи выходного отверстия генератора на расстоянии от него, равном 3 мм, отношение интенсивностей, определяемое как отношение интенсивности, измеренной при использовании вспомогательного электрода 7, к интенсивности, измеренной без вспомогательного электрода 7, с увеличением положительного потенциала на вспомогательном электроде 7, возрастает, что показывает усиление генерации радикалов ОН в указанной точке. При подаче отрицательного потенциала на вспомогательный электрод 7, с увеличением его значения, при прочих равных условиях наблюдается обратная ситуация - отношение интенсивностей падает, что показывает ослабление генерации радикалов ОН.
Таким образом, на примере гидроксильного радикала ОН, посредством приведенных экспериментальных данных продемонстрирована возможность управления содержанием активных радикалов в холодной плазменной струе и распределением активных радикалов по длине струи.
Относительно других форм, помимо гидроксильного радикала ОН, как показывают спектральные измерения, использование вспомогательных электродов 6 и 7 обеспечивает реализацию этих же возможностей.
Кроме того, достигается реализация возможности управления составом активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов), оказывающих доминирующее воздействие на объект.
Так, спектр излучения холодной (низкотемпературной) плазменной струи (см. Фиг. 11), измеренный при тех же самых условиях, при которых были получены экспериментальные данные, подтверждающие на примере гидроксильного радикала ОН возможность управления содержанием активных радикалов в холодной плазменной струе и распределением активных радикалов по длине струи подачей на вспомогательный электрод 7 потенциала (см. Фиг. 9 и 10), а именно, в области струи вблизи выходного отверстия генератора на расстоянии от него, равном 3 мм, при использовании для генерации плазменной струи в качестве рабочего газа гелия, прокачиваемого со скоростью по каналу в корпусе генератора υ=3 л/мин, при подаче от источника высоковольтного питания (напряжение горения) на электроды генератора U=5,2 кВ, при расположении заземленного вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1, а вспомогательного электрода 7, представляющего собой пластину с отверстием круглой формы диаметром 12 мм, через которое проходит плазменная струя 4, - в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, то есть, на расстоянии от выходного отверстия генератора, равном 10 мм, с подачей на него потенциала, равного нулю (электрод заземлен) или положительной полярности значением 2500 В, показывает следующее.
2
2
2
2
2
+
+
+
+
При сравнении полученных кривых изменения интенсивности люминесценции в соответствующем спектральном диапазоне, характеризующемся длиной волн от 300 до 450 нм (см. Фиг. 11), - кривая 22, полученная без использования перемещаемого вдоль струи вспомогательного электрода 7; кривая 23, полученная при использовании вспомогательного электрода 7 с напряжением на нем U=0 В; кривая 24, полученная при использовании вспомогательного электрода 7 с напряжением на нем U=2500 В - видно, что при наличии вспомогательного электрода 7 происходит усиление интенсивности люминесценции и, следовательно, генерации не только гидроксильного радикала ОН, но и N на λ≈315 нм, на λ≈336 нм, на λ≈357 нм, на λ≈375 нм. В то же время, с подачей на вспомогательный электрод 7 положительного потенциала относительно люминесценции иона N на λ≈391 нм, на λ≈427 нм отмечается падение ее интенсивности и, следовательно, генерации N, а относительно люминесценции иона N на λ≈380 нм - незначительное повышение интенсивности и, следовательно, генерации N.
2
2
2
+
+
Спектры, измеренные при подаче на вспомогательный электрод 7 потенциала отрицательной полярности того же значения (в фигурах не приведены) при прочих равных условиях, показывают, что ситуация меняется в противоположную сторону. Наблюдается ослабление интенсивности люминесценции и, следовательно, генерации гидроксильного радикала ОН, N на λ≈315 нм, на λ≈336 нм, на λ≈357 нм, на λ≈375 нм. Относительно люминесценции иона N на 1 нм, на λ≈427 нм наблюдается рост ее интенсивности и, как следствие, усиление генерации N с подачей на вспомогательный электрод 7 отрицательного потенциала U=2500 В.
Спектры, измеренные вблизи водной поверхности, покрывающей биологический объект, в точке, лежащей на расстоянии 3 мм от указанной поверхности, в отношении плазменной струи атмосферного давления, полученной при использовании рабочего газа гелия, пропускаемого по каналу, выполненному в корпусе генератора, со скоростью υ=3 л/мин, при подаче на электроды генератора от источника высоковольтного питания напряжения U=5,2 кВ, при использовании обоих вспомогательных электродов - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, и опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, установленного в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, а также при использовании только одного вспомогательного электрода - контактирующего с объектом воздействия вспомогательного электрода в виде сплошной пластины, который заземлен, без опоясывающего плазменную струю вспомогательного электрода в виде пластины с отверстием, которые приведены на Фиг. 12, показывают следующее.
При расположении вспомогательного электрода 7, представляющего собой пластину с отверстием круглой формы диаметром 12 мм, через которое проходит плазменная струя 4, в плоскости, пересекающей струю перпендикулярно направлению ее истечения и делящей ее пополам, то есть, на расстоянии от выходного отверстия генератора, равном 10 мм, при подаче на него потенциала, равного нулю (электрод заземлен), положительного потенциала, отрицательного потенциала и при расположении заземленного вспомогательного электрода 6 на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи 1 (см. Фиг. 1) наблюдаются изменения интенсивности люминесценции в точке, лежащей на расстоянии 3 мм от водной поверхности, покрывающей биологический объект. Так, в частности, в отношении гидроксильного радикала ОН, интенсивности люминесценции, соответствующие измеренным кривым - кривой 26, полученной при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с напряжением на нем U=0 В, и кривой 27, полученной при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с отрицательным напряжением на нем U=-1500 В, кривой 28, полученной при использовании вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, с положительным напряжением на нем U=1500 В, кривой 25, полученной без использования вспомогательного электрода в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю, отличаются (см. Фиг. 12). Интенсивность люминесценции радикала ОН (309) максимальна в случае отсутствия вспомогательного электрода 7 в виде пластины, в которой выполнено отверстие под плазменную струю. В случаях использования вспомогательного электрода 7 с напряжением на нем U=0 В (кривая 26) или с отрицательным напряжением на нем U=-1500 В (кривая 27) происходит уменьшение практически в 2 раза интенсивности люминесценции радикала ОН (309) и, соответственно, содержания гидроксильного радикала ОН в указанной точке над объектом воздействия 5. При этом кривые 26 и 27 на участке спектра, относящемся к гидроксильному радикалу ОН (309), практически совпадают. Подача положительного напряжения на вспомогательный электрод 7 того же значения (U=+1500 В) приводит к еще большему уменьшению интенсивности люминесценции радикала ОН (309) (кривая 28), в 3-4 раза, по сравнению с отсутствием вспомогательного электрода 7 (кривая 25), обуславливая соответственно снижение содержания гидроксильного радикала ОН.
Использование вспомогательного электрода 7, как показывают экспериментальные данные, позволяет уменьшить интенсивность люминесценции активных частиц. Перемещение вспомогательного электрода 7 в направлении распространения струи от выхода генератора плазменной струи 1 к объекту воздействия 5 (см. Фиг. 1) приводит к снижению интенсивности люминесценции активных форм (радикалов, ионов, радикалов и/или ионов) над объектом воздействия и, следовательно, к снижению их содержания.
Экспериментальное подтверждение решаемой технической проблемы, выражающейся в достижении повышения эффективности воздействия плазменной струи в отношении любых объектов, и в первую очередь, в отношении биологических объектов при проведении антираковой терапии, за счет указанного технического результата, предоставляют полученные данные о выживаемости раковых клеток А549, представленные на Фиг. 13, иллюстрирующие управляемость динамикой апоптоза раковых клеток А549. Сравнение зависимостей, представленных на Фиг. 13а) и 13б), показывает, что применение, в частности, заземленного вспомогательного электрода 6, контактирующего с объектом воздействия 5 (см. Фиг. 1), приводит к большей эффективности воздействия плазменной струи на объект (зависимость 32 и зависимость 33).
Установка для реализации воздействия холодной плазменной струей на биологический объект в вариантах обобщенного случая выполнения (см. Фиг. 1) содержит: генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, который заземлен (см. Фиг. 1а) левая часть); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, который заземлен, вспомогательный электрод 7, который заземлен (см. Фиг. 1а) правая часть); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, вспомогательный источник питания 8 (см. Фиг. 1б); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, который заземлен, вспомогательный электрод 7, вспомогательный источник питания 9 (см. Фиг. 1в); или генератор плазменной струи 1, систему подачи рабочего газа 2, высоковольтный источник питания 3, вспомогательный электрод 6, вспомогательный электрод 7, вспомогательный источник питания 8, вспомогательный источник питания 9 (на Фиг. 1 данный вариант реализации установки не показан).
Генератор плазменной струи 1 может содержать одну (Фиг. 2 и 3, левые их части) или N>1 (Фиг. 2 и 3, правые их части) разрядных ячеек (разрядных каналов 11).
Генератор плазменной струи (см. Фиг. 2, 3) выполнен с диэлектрическим трубчатообразным корпусом 10 с внутренним объемом, в котором реализован, по крайней мере, один разрядный канал 11 для прокачки рабочего газа, зажигания в нем газового разряда и формирования плазмы. Разрядный канал 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) через входное отверстие (впускное отверстие 16) в корпусе 10. В торце корпуса 10 также выполнено соответствующее количеству каналов 11 количество выходных отверстий (позиция не показана) для истечения плазменной струи. При этом генератор плазменной струи оснащен разрядной структурой в составе высоковольтных разрядных электродов 12 и 15. Указанные разрядные электроды электрически соединены с высоковольтным источником питания 3 (см. Фиг. 1) с возможностью образования разрядной цепи, с расположением одного из электродов (а именно разрядного электрода 15) вне корпуса 10 - с возможностью опоясывания корпуса 10 с внутренним объемом, в котором реализован, по крайней мере, один канал, а другого электрода (разрядного электрода 12) - во внутреннем объеме корпуса 10. При этом указанный электрод (разрядный электрод 12), располагаемый во внутреннем объеме корпуса 10, выполнен в виде комплекта электрически связанных субэлектродов. Количество субэлектродов в комплекте соответствует количеству каналов (разрядных каналов 11) во внутреннем объеме корпуса 10. Разрядный электрод 12 своими субэлектродами размещен в каждом из разрядных каналов 11 на осях соответствующих каналов (см. Фиг. 2 и 3).
Установка оснащена заземленным или соединенным со вспомогательным источником питания 8 вспомогательным электродом 6. Вспомогательный электрод 6 выполнен с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4. Упомянутое расстояние задает пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя 4 и объект воздействия 5 (см. Фиг. 1).
В другой реализации установки она оснащена парой вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод 6 заземлен или соединен со вспомогательным источником питания 8. Вспомогательный электрод 6 выполнен с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия 5 и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи 4. Указанное расстояние задает пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя 4 и объект воздействия 5. Второй из них - вспомогательный электрод 7, выполнен с возможностью опоясывания плазменной струи 4 и с возможностью перемещения в направлении, параллельном направлению распространения струи, заземлен или соединен со вспомогательным источником питания 9.
Генератор плазменной струи 1 может быть реализован следующими вариантами (Фиг. 2 и 3).
Так, в одном из вариантов, корпус 10 (см. Фиг. 2, левая часть) выполнен в виде прямого кругового цилиндра с внешним диаметром, например, 14 мм из диэлектрического материала, например, кварца или керамики. Во внутреннем объеме корпуса 10, в частности, при реализации одной разрядной ячейки выполнен один разрядный канал 11 длиной, например, 100 мм и диаметром 10 мм. Разрядный электрод 12 расположен на оси цилиндра разрядного канала 11, выполнен из электропроводящего материала в виде стержня, например, из меди, или нержавеющей стали, или титана, длиной 50 мм и диаметром 2 мм или менее. Разрядный электрод 12 установлен для размещения его в разрядном канале 11 в одном торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10. Выходное отверстие (позиция не показана) для истечения плазменной струи, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13 с капилляром, представляющей собой втулку, с диаметром капилляра от 0,5 до 4 мм и длиной вставки от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15, выполненный из электропроводящего материала в виде кольца, с внутренним диаметром, позволяющим сделать плотный охват корпуса 10. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в разрядный канал 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12.
2
Для описанной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 2, левая часть) характерна площадь зоны воздействия плазменной струи от 1 до 4 мм, что определяется площадью поперечного сечения истекающий струи.
В другом варианте реализации генератора плазменной струи корпус 10 (см. Фиг. 2, правая часть) выполнен в виде прямого кругового цилиндра из диэлектрического материала, например, кварца или керамики. Во внутреннем объеме корпуса 10, в частности, при реализации тринадцати разрядных ячеек, плотно расположенных в нем, выполнено в форме прямого кругового цилиндра из диэлектрика (как показано на Фиг. 2, правая часть) тринадцать разрядных каналов 11 длиной, например, 50 мм, внутренним диаметром 2 мм, а внешним диаметром - 4 мм. Установленный в одном торце корпуса 10 разрядный электрод 12 своими субэлектродами, каждый из которых выполнен в виде стержня, например, из меди, или нержавеющей стали, или титана, длиной 20 мм и диаметром 0,5 мм или менее, расположен на оси цилиндра каждого разрядного канала 11. Разрядный электрод 12 своими субэлектродами установлен для размещения его в каждом разрядном канале 11 в торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10. Выходное отверстие (позиция не показана) для истечения плазменной струи каждого разрядного канала 11, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в каждом разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13 с капилляром, представляющей собой диэлектрическую втулку. Диаметр капилляра равен от 0,1 до 1 мм, а длина вставки - от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15, выполненный из электропроводящего материала, например, из меди, в виде кольца, с внутренним диаметром, позволяющим сделать плотный охват корпуса 10 и, таким образом, охватить совокупность плотно расположенных в корпусе разрядных каналов 11 (как показано на Фиг. 2, в ее правой части). Возможна также другая реализация разрядного электрода 15 - с кольцевым охватом каждого разрядного канала 11. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем каждого разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в разрядные каналы 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12 своими субэлектродами.
2
Для приведенной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 2, правая часть) характерно увеличение площади зоны воздействия плазменной струи, которая пропорциональна количеству разрядных каналов 11. Например, при размещении в корпусе 10 семи разрядных каналов 11, площадь воздействия достигает 30 мм.
Генератор плазменной струи 1 может быть реализован не только с использованием геометрической конфигурации для корпуса 10 и разрядного канала 11 прямого кругового цилиндра, как было рассмотрено выше. В частности, корпус 10, разрядный канал 11 могут иметь прямоугольную конфигурацию (Фиг. 3).
Так, в генераторе плазменной струи, реализованном с одной разрядной ячейкой (см. Фиг. 3, левая часть), корпус 10 выполнен из пластин диэлектрика, например, кварца или керамики, прямоугольной формы длиной 40 мм, ограничивающими внутренний объем щелевидной формы с прямоугольным поперечным сечением 30 мм × 2 мм, представляющим собой разрядный канал 11. Разрядный электрод 12 расположен на оси разрядного канала 11, выполнен в виде многоострийного электрода, например, из электропроводящего листового материала: меди, или нержавеющей стали, или титана, или тантала. Многоострийность электрода получена тем, что одной из сторон вырезанного прямоугольника из листового материала, которая при расположении электрода в разрядном канале ориентирована в плоскости его поперечного сечения, придана регулярная выемчато-зубчатая форма с расположением всех вершин зубцов, являющихся остриями, в одной плоскости поперечного сечения канала, а всех глубин выемок - в другой плоскости поперечного сечения разрядного канала. Для разрядного электрода 12 может быть использован листовой материал толщиной от 0,05 до 1 мм. Вырезанный прямоугольник - заготовка для разрядного электрода 12 может быть размером до 25 мм × 20 мм. Для стороны прямоугольника, которой придана регулярная выемчато-зубчатая форма, количество зубцов (остриев), составляет, например, в погонных единицах от 0,2 до 2 шт./мм или в абсолютных единицах от 1 зубца (острия) на длине 0,5 мм до 1 зубца (острия) на длине 5 мм. При установке разрядного электрода в канале его располагают в плоскости, которая параллельна плоскости расположения большей стороны поперечного сечения канала и перпендикулярна плоскости расположения меньшей стороны поперечного сечения канала. Разрядный электрод 12 установлен для размещения его в разрядном канале 11 в одном торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10. Выходное отверстие (позиция не показана) прямоугольной формы для истечения плазменной струи, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13, выполненной в составе пары диэлектрических пластин. Толщину указанных пластин выбирают исходя из условия уменьшения площади поперечного сечения разрядного канала в области расположения пластин на величину от 30 до 50%. Пластины установлены с примыканием их к внутренним поверхностям стенок корпуса большей площади, выполнены прямоугольной формы, с шириной, равной ширине внутренней поверхности стенок корпуса большей площади, к которым пластины примыкают, а длиной - например, от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15 из электропроводящего материала, выполненный геометрической конфигурацией, соответствующей конфигурации корпуса 10, позволяющей сделать плотный охват корпуса 10. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в разрядный канал 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12.
2
Для рассмотренной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 3, левая часть) характерна площадь зоны воздействия плазменной струи 40 мм, что определяется площадью поперечного сечения струи.
В другом варианте реализации генератора плазменной струи в корпусе 10 (см. Фиг. 3, правая часть) выполнено, например, три разрядные ячейки - три разрядных канала 11.
Корпус 10 выполнен из пластин диэлектрика, например, кварца или керамики, прямоугольной формы длиной 40 мм, ограничивающими внутренний объем, который прямоугольными пластинами-вставками из того же диэлектрика, расположенными между двумя противоположными сторонами корпуса 10, подразделен на три идентичных, параллельных друг относительно друга, канала щелевидного типа. Для каждого из указанных каналов характерно прямоугольное поперечное сечение 30 мм × 2 мм. С одного торца корпуса 10 разрядный электрод 12 своими субэлектродами расположен на оси каждого разрядного канала 11 щелевидной формы. Каждый из субэлектродов выполнен многоострийным, например, из электропроводящего листового материала: меди, или нержавеющей стали, или титана, или тантала. Каждый из многоострийных субэлектродов получен тем, что одной из сторон вырезанного прямоугольника из листового материала, которая при расположении субэлектрода в разрядном канале ориентирована в плоскости его поперечного сечения, придана регулярная выемчато-зубчатая форма с расположением всех вершин зубцов, являющихся остриями, в одной плоскости поперечного сечения канала, а всех глубин выемок - в другой плоскости поперечного сечения разрядного канала. Для разрядного электрода 12 может быть использован листовой материал толщиной от 0,05 до 1 мм. Вырезанный прямоугольник - заготовка субэлектрода разрядного электрода 12 может быть размером до 25 мм × 20 мм. Для стороны прямоугольника, которой придана регулярная выемчато-зубчатая форма, количество зубцов (острий), составляет, например, в погонных единицах от 0,2 до 2 шт./мм или в абсолютных единицах от 1 зубца (острия) на длине 0,5 мм до 1 зубца (острия) на длине 5 мм. При установке каждого субэлектрода в соответствующем ему канале его располагают в плоскости, которая параллельна плоскости расположения большей стороны поперечного сечения канала и перпендикулярна плоскости расположения меньшей стороны поперечного сечения канала. Разрядный электрод 12 своими субэлектродами установлен для размещения его в разрядном канале 11 в одном торце корпуса 10 с использованием изолятора 14 с возможностью предотвращения развития разряда по стенке корпуса 10 и по стенкам прямоугольных пластин-вставок, которые для формирования разрядных ячеек в корпусе 10 расположены между двумя его противоположными сторонами. Выходное отверстие прямоугольной формы многощелевого типа (позиция не показана) для истечения плазменной струи, расположенное в другом торце корпуса 10, оформлено в виде сопла за счет размещения в каждом разрядном канале 11 диэлектрической вставки 13, выполненной в составе пары диэлектрических пластин. Толщину указанных пластин выбирают исходя из условия уменьшения площади поперечного сечения разрядного канала в области расположения пластин на величину от 30 до 50%. Пластины установлены с примыканием их к внутренним поверхностям стенок корпуса большей площади и/или к поверхностям прямоугольных пластин-вставок, выполнены прямоугольной формы, с шириной, равной ширине внутренней поверхности стенок корпуса большей площади и/или ширине поверхности прямоугольных пластин-вставок, к которым пластины примыкают, а длиной - например, от 3 до 6 мм. Снаружи корпуса 10 расположен разрядный электрод 15 из электропроводящего материала, выполненный геометрической конфигурацией, соответствующей конфигурации корпуса 10, позволяющей сделать плотный охват корпуса 10. Входное отверстие (впускное отверстие 16), посредством которого объем разрядного канала 11 сообщается с системой подачи газа 2 (см. Фиг. 1) и в каждый разрядный канал 11 поступает рабочий газ для образования плазмы, выполнено в корпусе 10 со стороны расположения потенциального электрода - разрядного электрода 12.
2
2
Для приведенной конструкции генератора плазменной струи (см. Фиг. 3, правая часть) площадь зоны воздействия плазменной струи определяется площадью поперечного сечения струи, истекающей из каждого разрядного канала, равной 40 мм, умноженной на количество разрядных ячеек, для рассмотренного варианта реализации генератора плазменной струи, равной 120 мм.
Для реализации системы подачи газа 2 (см. Фиг. 1) используют устройства, обеспечивающие подачу рабочего газа со скоростью от 0,1 до 15 л/мин. В качестве таковых могут быть использованы коммерчески доступные изделия, например, регуляторы скорости потока газа, прокачиваемого через газоразрядное устройство - генератор плазменной струи: ротаметры для контроля газа различных серий от компании Мера и Yuyao Kingtai Instrument Co. Ltd. (http://www.rotametrs.ru/rotametr.htm), регуляторы массового расхода газа с программным управлением, например, РРГ-12 от компании Элточприбор (http://www.eltochpribor.ru/).
Для реализации высоковольтного источника питания 3 (см. Фиг. 1), связанного с разрядными электродами генератора плазменной струи, используют высоковольтные источники, обеспечивающие синусоидальное напряжение с частотой следования импульсов 1-100 кГц с амплитудой напряжения 1-10 кВ. В качестве таких источников могут быть использованы коммерчески доступные источники питания синусоидального напряжения в вариантах (http://www.cled.ru/catalog/neon/neon_transformers_crystalight_litebox/): трансформатор электронный Crystalight Litebox 06 кВ, 30 мА, 36 кГц; трансформатор электронный Crystalight Litebox 08 кВ, 30 мА, 31 кГц. Кроме того, для возбуждения плазменной струи могут использоваться источники импульсного напряжения, обеспечивающие подачу на разрядные электроды импульсного напряжения с частотой от 0,01 до 100 кГц с амплитудой напряжения 1-100 кВ. В качестве таких источников возможно использовать стандартные устройства - маломощные и мощные наносекундные импульсные генераторы от Eagle Harbor Technologies (ЕНТ) Inc. (www.eagleharbortech.com/product-categories/nanosecond-pulsers/low-power-nanosecond-pulsers/). Кроме того, могут быть использованы изделия от компании Мантигора - генераторы высоковольтных импульсов серии PHV и PHVD (http://mantigora.ru/products.htm).
Вспомогательный источник питания 8 и вспомогательный источник питания 9 электрически связаны соответственно со вспомогательным электродом 6 и вспомогательным электродом 7 для подачи на указанные электроды потенциала положительной или отрицательной полярности. С целью выполнения ими своей функции в качестве указанных источников могут быть использованы сконструированные на основе элементарных знаний общей физики простейшие источники постоянного напряжения собственной сборки либо коммерчески доступные устройства, например, от компании Мантигора - высоковольтный преобразователь напряжения серии М2, МТ (высоковольтный DC-DC преобразователь, http://mantigora.ru/HV.htm#nastol).
Вспомогательный электрод 6, выполненный с возможностью приведения его в контакт с объектом воздействия и с возможностью расположения его на требуемом для реализации воздействия на объект расстоянии относительно выходного отверстия для истечения плазменной струи, задающем пространственный промежуток, в котором расположены истекающая плазменная струя и объект воздействия, вспомогательный электрод 7, выполненный с возможностью опоясывания плазменной струи и с возможностью перемещения в направлении, которое параллельно направлению распространения струи, для реализации их возможностей позиционирования, включая возможность перемещения, связаны со средствами перемещения и позиционирования, в качестве которых использованы устройства точной механики, например от производителя STANDA (http://www.standa.lt):
а) 7Т173 Узкий линейный транслятор из алюминия (http://viconse.ru/catalog/povorotnye_i_linejnye_translyatory/uzkie_linejnye_translyatory_seriya_7t173/uzkj_linejnyj_translyator/);
б) 7T173-20-50 Узкий линейный транслятор из алюминия (http://viconse.ru/catalog/povorotnye_i_linejnye_translyatory/uzkie_linejnye_translyatory_seriya_7t173/7t173-20-50-uzkij-linejnij-translyator/).
Кроме того, в качестве таковых могут быть использованы линейные трансляторы от Thorlabs (https://www.thorlabs.com/navigation.cfm?guide_id=2).
Вспомогательный электрод 6 и вспомогательный электрод 7 могут быть выполнены из листового электропроводящего материала, из которого выполняют разрядный электрод 12 в случае реализации генератора плазменной струи в вариантах с использованием прямоугольной конфигурации корпуса 10 и разрядного канала 11. Так, вспомогательный электрод 6 может представлять собой сплошную плоскую пластину, являющуюся основанием для размещения объекта воздействия. Основная функция вспомогательного электрода 6 обеспечить контакт с объектом воздействия и оказывать влияние на существующее электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.
2
2
Вспомогательный электрод 7 может быть выполнен из электропроводящего материала в виде плоской пластины, в которой вырезано отверстие для прохождения плазменной струи. В случае реализации генератора плазменной струи в исполнении с одной разрядной ячейкой с использованием геометрической конфигурации прямого кругового цилиндра (с одним разрядным каналом 11, как показано на Фиг. 2 в ее левой части), обуславливающим выходящую плазменную струю диаметром от 1 до 4 мм, отверстие вырезано круглой формы диаметром от 8 до 14 мм, в оптимальном случае от 10 до 12 мм. Если генератор плазменной струи реализован, например, в исполнении с семью разрядными ячейками с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра, отверстие круглой формы выполняют диаметром от 27 до 30 мм. При реализации генератора плазменной струи в исполнении с одной разрядной ячейкой с использованием прямоугольной конфигурации (с одним разрядным каналом 11 щелевидного типа, как показано на Фиг. 3 в ее левой части) и геометрическими размерами ячейки, обеспечивающими площадь поперечного сечения струи 40 мм, отверстие в пластине выполняют прямоугольного типа в виде щели размером 14 мм × 45 мм. Если генератор плазменной струи реализован, например, в исполнении с тремя разрядными ячейками прямоугольной конфигурации (с тремя разрядными каналами 11 щелевидного типа, как показано на Фиг. 3 в ее правой части), геометрические размеры каждой из которых обеспечивают площадь поперечного сечения истекающей из каждой ячейки плазменной струи 40 мм, то отверстие в пластине выполняют прямоугольной формы размером 40 мм × 45 мм. Электрод, конструкция которого рассматривается, может быть выполнен из проволоки, изогнутой в соответствующей геометрической форме, обеспечивающей, в частности, каждую их приведенных геометрических конфигураций отверстия и размеры. Кроме того, геометрические размеры отверстия вспомогательного электрода 7 могут отличаться от указанных размеров, хотя бы по причине использования генератора плазменной струи, обеспечивающего другие ее параметры - в отношении поперечного сечения. Основная функция вспомогательного электрода 7 обеспечить прохождение через него струи с воздействием на существующее электрическое поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия. С одной стороны, отверстие вспомогательного электрода 7 должно быть достаточным, чтобы пропускать заряженные частицы, предотвращая их притягивание к электроду или, наоборот, отталкивание. С другой стороны, отверстие не должно быть чрезмерным, чтобы избежать ситуации, в которой потенциал вспомогательного электрода 7 окажется неэффективным для влияния на поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия. Таким образом, геометрия поперечного сечения вспомогательного электрода 7, опоясывающего плазменную струю, включая его размеры, выбирается из условия прохождения через вспомогательный электрод 7 плазменной струи в отсутствии взаимодействия со вспомогательным электродом 7 и наличия эффекта влияния потенциала вспомогательного электрода 7 на поле в пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия.
Функционирование предлагаемой установки с достижением указанного технического результата демонстрируют нижеследующие примеры реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект.
Пример 1.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 11 раз по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 2.
2
+
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него, положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N (380), генерируемыми в результате газового разряда.
2
2
+
+
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N (380), получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания ионов N (380) в 2,25 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 3.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, который устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая ослабление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, уменьшение содержания радикалов ОН в 2,3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 4.
2
+
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N (380), генерируемыми в результате газового разряда.
2
2
+
+
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N (380), получая ослабление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, уменьшение содержания ионов N (380) в 1,7 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 5.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «минус» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора и, как следствие, уменьшение содержания радикалов ОН в 1,9 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 6.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 1,9 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 7.
2
+
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-ионами N (391), генерируемыми в результате газового разряда.
2
2
+
+
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают отрицательный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «минус» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N (391), получая усиление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи и, как следствие, увеличение содержания ионов N (391) в 1,3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 8.
2
+
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N (391), генерируемыми в результате газового разряда.
2
2
+
+
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 2000 В. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - ионы N (391), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от выходного отверстия генератора плазменной струи и, как следствие, уменьшение содержания ионов N (391) в 1,4 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 9.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 1500 В. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют второй вспомогательный электрод заземленным. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания радикалов ОН в 3,8 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 10.
2
+
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 3 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 5,2 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - ионами N (380), генерируемыми в результате газового разряда.
2
2
+
+
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают положительный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют вспомогательный электрод с потенциалом «плюс» 1500 В. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 12 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - иона N (380), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания ионов N (380) в 2,1 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 11.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 15 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 7 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с семью разрядными ячейками с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения совокупной истекающей плазменной струи равен 6 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 15 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 12.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 15 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 7 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с семью разрядными ячейками с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения совокупной истекающей плазменной струи равен 18 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 15 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют.
То есть используют вспомогательный электрод, который заземлен. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 7,5 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с круглым отверстием диаметром 30 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН (309), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания гидроксильных радикалов ОН (309) в 1,3 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 13
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - гелия. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 15 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 13 кГц и амплитудой напряжения 7 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой щелевидного типа, с геометрической конфигурацией поперечного сечения разрядного канала прямоугольной формы. Размер поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 20 мм × 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют пару вспомогательных электродов. Один из них - вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют вспомогательный электрод, который заземлен. Второй из электродов - вспомогательный электрод, опоясывающий плазменную струю, выполненный с возможностью перемещения в направлениях вдоль истекающей плазменной струи, устанавливают на расстоянии 10 мм от выходного отверстия генератора. На указанный второй электрод в виде плоской пластины с прямоугольным отверстием размером 14 мм × 43 мм подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный второй вспомогательный электрод. Указанными вспомогательными электродами управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН (309), получая ослабление электрического поля в точке на расстоянии 3 мм от объекта воздействия и, как следствие, уменьшение содержания гидроксильных радикалов ОН (309) в 1,5 раза по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 14.
2
+
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - аргона. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 4 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 40 кГц и амплитудой напряжения 5,6 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами-ионами N (380), генерируемыми в результате газового разряда.
2
2
+
+
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы-ионы N (380), получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания ионов N (380), в 2 раз по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.
Пример 15.
При реализации способа воздействия холодной плазменной струей на биологический объект осуществляют прокачку через генератор плазменной струи, по его диэлектрическому каналу, являющемуся разрядным каналом, рабочего газа - аргон. Рабочий газ подают в канал через входное отверстие со скоростью 4 л/мин. Осуществляют зажигание в канале при прокачке рабочего газа газового разряда посредством использования электродов (разрядные электроды), выполненных с возможностью образования разрядной структуры. Один из разрядных электродов располагают внутри канала на его оси и подают на него положительный потенциал. Второй разрядный электрод размещают снаружи генератора плазменной струи, опоясывая канал, и его заземляют. Для зажигания разряда в разрядном канале в отношении разрядных электродов осуществляют подачу высоковольтного напряжения синусоидального типа с частотой следования импульсов 40 кГц и амплитудой напряжения 5,6 кВ. В результате обеспечивают разряд и формирование плазмы и получают истекающую из выходного отверстия канала плазменную струю. Используют генератор плазменной струи с одной разрядной ячейкой с геометрической конфигурацией прямого кругового цилиндра. Диаметр поперечного сечения истекающей плазменной струи равен 1 мм. Струю направляют на объект и осуществляют в отношении объекта воздействие активными формами - гидроксильными радикалами ОН (309), генерируемыми в результате газового разряда.
В пространственном промежутке, в котором локализована истекающая плазменная струя и расположен объект воздействия, создают дополнительно электрическое поле с возможностью изменения распределения существующего электрического поля в направлении, параллельном направлению распространения струи. Для этого используют вспомогательный электрод, который приводят в контакт с объектом, устанавливая его неподвижно на расстоянии 20 мм от выходного отверстия генератора. На указанный электрод в виде плоской пластины подают равный потенциал относительно потенциала разрядного электрода, который заземляют. То есть используют заземленный вспомогательный электрод. Указанным вспомогательным электродом управляют распределением электронов по энергии, доставляемых плазменной струей к объекту и генерирующих активные формы - гидроксильные радикалы ОН, получая усиление электрического поля над объектом воздействия и, как следствие, увеличение содержания радикалов ОН в 8 раз по сравнению со случаем, в котором отсутствуют меры относительно создания дополнительного поля.