ПРИМЕНЕНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ ТЕРМИЧЕСКИ НЕСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ
APPLICATION OF NON-EQUILIBRIUM LOW-TEMPERATURE PLASMA JET FOR STERILISATION OF THERMOLABILE MATERIALS

Изобретение относится к области плазменной инактивации микроорганизмов и может быть использовано при стерилизации/дезинфекции при атмосферном давлении поверхности термически нестойких материалов, таких как полимерные, текстильные, бумажные материалы и т.д.
Существо изобретения заключается в инактивации микроорганизмов (стерилизации) на поверхности термически нестойких материалов при атмосферном давлении за счет использования холодной (близкой к комнатной температуре), но химически активной плазменной струи в атмосферном воздухе.
Одним из эффективных способов плазмохимической стерилизации термически нестойких материалов при атмосферном давлении является их обработка неравновесной плазмой непосредственно в зоне разряда. При этом в газоразрядной плазме происходит возбуждение и диссоциация газообразных соединений с формированием различных радикалов, активно воздействующих на микроорганизмы на стерилизуемой поверхности.
Наиболее распространенный способ плазмохимической обработки (аналоги) состоит в использовании барьерного разряда в гелии, при котором электрический ток проходит сквозь обрабатываемый материал (Патент США 5,387,842, 1995; Патент США 5,414,324, 1995).
Общим недостатком известных способов является невозможность обработки проводящих материалов, а также диэлектрических материалов с толщиной более 1 мм. Кроме того, прохождение электрического тока через тонкий обрабатываемый материал приводит к его электрическому пробою, что создает в материале большое число пор и приводит к его порче.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности (прототипом) является способ стерилизации поверхностей с использованием плазменной струи, создаваемой газоразрядной камерой, питаемой радиочастотным источником с частотой напряжения 13.56 МГц, и прокачиваемой газовым потоком, содержащим большое количество гелия (J.Goree, Member, IEEE, Bin Liu, David Drake, and E. Stoffels, Killing of S.mutans Bacteria Using a Plasma Needle at Atmospheric Pressure, IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, VOL.34, NO.4, AUGUST 2006).
Недостатком известного способа является невозможность создания холодной (с температурой, близкой к комнатной) неравновесной плазмы в потоке воздуха, что делает его непригодным для стерилизации термически нестойких поверхностей непосредственно в условиях атмосферного воздуха. Кроме того, гелий - очень дорогой газ, и его использование в известном способе приводит к сильному удорожанию процесса плазменной стерилизации.
Техническим результатом изобретения является упрощение процесса стерилизации термически нестойких материалов при атмосферном давлении и снижение его стоимости.
Этот технический результат достигается применением неравновесной низкотемпературной плазменной струи, получаемой путем пропускания потока воздуха со скоростью 30-70 м/с через зону стационарного тлеющего разряда, который создают на выходе потока воздуха из газоразрядной камеры в межэлектродных промежутках, образованных пластинчатыми анодами и штыревыми катодами, расположенными напротив кромок анодных пластин, обращенных к выходу газоразрядной камеры, для стерилизации термически нестойких материалов при атмосферном давлении.
Существо изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема стерилизации термически нестойких материалов холодной плазменной струей в воздухе при атмосферном давлении.
На фиг.2 показана электродная система для создания холодной плазменной струи. Газоразрядная камера выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, содержащего диэлектрические стенки 1, внутри которых размещена электродная система из секционированных катода 2 и анода 3, нагруженных на балластные сопротивления 4. Секции анода выполнены в форме тонких пластин. Площадь анодных секций определяется сортом плазмообразующего газа. Секции катода выполнены в форме штырей или тонких игл, ориентированных перпендикулярно потоку и расположенных в плоскости, касающейся нижней по потоку границы анодных секций. Электроды установлены в газоразрядной камере таким образом, что их межэлектродные промежутки расположены непосредственно на выходе газового потока из камеры. Расстояние между катодными секциями не превышает межэлектродное расстояние. При подаче на клемму 5 высокого электрического напряжения между катодом и анодом формируется газовый разряд, плазма 6 которого выносится потоком из полости камеры на стерилизуемый объект 7.
Изобретение осуществляют следующим образом.
Воздух при атмосферном давлении прокачивают между катодом и анодом, на которые подают постоянное электрическое напряжение 15-35 кВ для возбуждения стационарного тлеющего разряда. За счет большой скорости воздушного потока, варьируемой в пределах 30-70 м/с, и особенностей геометрии предлагаемой конструкции электродной системы (штыревые катоды смещены к кромкам анодных пластин, обращенных к выходу потока воздуха из газоразрядной камеры) газоразрядная плазма выносится из межэлектродного промежутка, что приводит к созданию в свободном пространстве вне газоразрядной камеры струи химически активной, но холодной плазмы, направляемой на неподвижный или движущийся стерилизуемый материал. В результате воздействия химически активной плазменной струи на поверхность материала происходит его стерилизация. Струя плазмы и/или стерилизуемый образец перемещаются друг относительно друга с нужной скоростью и в нужном направлении. Длительность экспозиции материала плазменной струей определяется расчетным путем и зависит от типа микроорганизмов, подлежащих инактивации. Возможность использования окружающего атмосферного воздуха в качестве плазмообразующего газа является существенным преимуществом предлагаемого способа, позволяющим упростить процесс стерилизации и снизить его стоимость.