Инновационный плазменный генератор на основе пьезотехнологии. Применение в медицине и медицинских технологиях

Генератор холодной плазмы Relyon Plasma Piezobruzh PZ2
Рис. 1
Плазменный генератор Piezobrush® PZ2 с источником питания и комплектом сопел
Технология PDD® (прямой пьезоэлектрический разряд) открывает новый класс высокотехнологичных изделий, предназначенных для работы в медицине и медицинских технологиях. Эффект воздействия объединяет стерилизацию и активацию поверхности.

Применение в области медицины

Технологии атмосферной плазмы широко распространяются во многих областях медицины и медицинских технологиях. Большое количество научных работ доказали высокий положительный эффект плазменной обработки, особенно при использовании не термических плазменных источников.
Систематические эксперименты в лабораторных условиях показали эффективность использования источников холодной плазмы для обработки ран и ускорения процесса заживления, обработки при воспалительных заболеваниях в дерматологии и стоматологии. Ознакомиться с широким спектром перспективных и применяемых методик и лечения с использованием плазмы атмосферного давления можно в книге «Plasma Medicine» [1].

В дополнение к непосредственно терапевтическим методам, плазма атмосферного давления имеет широкий спектр возможных применений в области биотехнологии, фармакологии и медицинских технологий. Особенно хочется обратить внимание на поверхностную обработку имплантов в отношении улучшения смачиваемости, стерилизации и на контроль колонизации клеток.

Важный шаг в развитии плазменных технологий – разработка экономически эффективных изделий для расширения спектра применений от лабораторий до массового использования. Поэтому крайне важно обеспечить конкретные обоснования эффективности метода, а также доказать, что используемое устройство является полностью безопасным и дает высокую воспроизводимость результатов.

В медицине и медицинских технологиях основное распространение нашли два типа систем обработки атмосферной плазмой. Диэлектрический барьерный разряд характеризуется низким тепловым стрессом и высокой эффективностью обработки поверхностей большой площади, таких как ткани кожи, раны, поверхности медицинских инструментов. Холодные плазменные струи или точечные источники плазмы хорошо подходят для обработки поверхностей со сложной геометрией и ограниченных областей, например, различных полостей. Как правило, рабочий газ в данном случае ионизируется через высокочастотные электрические поля.

В настоящее время любое инновационное изделие может быть в достаточной степени исследовано в отношении его физико-химических свойств, например, УФ-эмиссии, теплового отпечатка, содержания активных форм кислорода и азота, плотности электронов и силы электрического поля. Это позволяет заранее провести оценку эффективности и возникновения сторонних эффектов.

На основе технологии PDD® (прямой пьезоэлектрический разряд), компания Relyon Plasma разработала инновационный метод применения микро плазменных струй, а также холодные источники плазмы диэлектрического барьерного типа Piezobrush® PZ2.
      Рис. 2
      Принцип генерации плазмы по технологии PDD®: 1) Подача воздуха 2) Управляющая электроника 3) Пьезоэлектрический трансформатор 4) Атмосферный плазменный разряд
      Основной принцип генерации пьезоэлектрической плазмы

      Технология PDD® основывается на работе пьезотрансформатора, управляемого в режиме разомкнутой цепи. Благодаря высокой эффективности, низкое входное напряжение преобразуется в сильное электрическое поле, которое диссоциирует и ионизирует атмосферный газ, обычно воздух. Температура газа в объеме плазмы обычно немного выше температуры окружающей среды. Достигаемая плотность электронов составляет 1014-1016 м-3. Таким образом, технология PDD®обеспечивает создание холодной неравновесной плазмы.
      Концепция изделия

      Концепция изделия характеризуется максимальной эффективностью преобразования и компактным дизайном. В настоящее время прибор серийно используется как стационарное, так и портативное изделие для обработки медицинских изделий при производстве.
          Рис. 3
          Насадки для различных применений 1,2 – насадки для внутренней обработки глухих отверстий, полостей и работы со специальными газами 3,4- специальные вставки для обработки больших поверхностей чувствительных или проводящих материалов
          Конфигурация

          Благодаря использованию различных конфигураций, система может быть оптимизирована для достижения максимального выхода озона или других активных форм кислорода (ROS). При этом она достигает наивысшей эффективности в своем классе, близко к теоретически возможному значению. Для этой цели предлагается использование различных сопел для открытых систем и адаптеров для закрытых систем (рис.3). Это позволяет работать с различными газами, такими как воздух, аргон, гелий, азот, водород и различными газовыми окислительными и восстановительными смесями.
          Рис 4.
          Предварительная обработка стоматологических материалов с помощью портативной системы PZ2. Неорганические наполненные синтетические смолы, PEEK, титан
          Заключение

          — Технология PDD® выводит на рынок новый класс изделий для использования в медицине и медицинских технологиях. Различные исследования доказали высокую скорость дезинфекции для множества микроорганизмов [2].

          — Способность к смачиванию материалов, применяемых в медицине, таких как PEEK, тефлон, силикон и сильно наполненные полимеры, может быть значительно повышена.

          — Это свойство основное для формирования прочного соединения и биосовместимости с окружающими живыми тканями. Обработка портативной плазменной системой PZ2 объединяет в себе два эффекта – высокоэффективную активацию поверхности и стерилизацию [3].

          Ссылки
          [1] «Plasma Medicine».Alexander Fridman und Gary Friedman, John Wiley & Sons 2013».
          [2] ResearchGate.net: Effect of piezoelectric direct discharge plasma on microorganisms (DOI: 10.13140/RG.2.1.4750.4809) 2015
          [3] K-Zeitung, Edition 5, Page 22: PEEK-Implantate funktionalisieren und Keime reduzieren