Regulierung von Fluss und Druck des kalten Plasmas
Plasma, das 4th Zustand der Materie, macht einen bemerkenswerten 99% der gesamten Masse im Universum, einschließlich Sterne und Blitze. Kaltes Plasma, manchmal auch nicht-thermisches Plasma oder Nicht-Gleichgewichts-Plasma genannt, ist eine besondere Art von Plasma. Während andere molekulare und atomare Bestandteile in der Nähe der Raumtemperatur verbleiben, entsteht kaltes Plasma unter Umgebungsbedingungen, wenn die Elektronentemperaturen in Gasen auf mehr als 10 000 K erhöht werden. Gängige Beispiele für kaltes Plasma sind Fluoreszenz- und Neonröhren.
Um kaltes Plasma zu erzeugen, fließt ein elektrischer Strom durch Gase wie Stickstoff, Sauerstoff oder Luft. Wenn geladene Elektronen mit Energie auf die Atome und Moleküle treffen, werden die Elektronen der Atome im Gas abgestreift, so dass ein Amalgam aus freien Elektronen und freien Ionen entsteht. Das Gas selbst bleibt bei etwa Raumtemperatur, da die kombinierte Masse seiner Elektronen und ihre gesamte Wärmeenergie nicht genügend Wärme auf andere Oberflächen übertragen können. Die Bildung eines kalten Plasmas führt jedoch zur Erzeugung von energetischen reaktive Spezieswie ultraviolette (UV) Photonen, Elektronen, Ionen, freie Radikale und angeregte oder nicht angeregte Moleküle wie Wasserstoffperoxid, Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid.
Die Kaltplasmatechnologie ist wichtig für die Sterilisation, die Keimung von Pflanzen, die Wundheilung, die Bodensanierung, die Wasserbehandlung, die Zahnmedizin und die Onkologie. In diesem Artikel erläutern wir, wie die Druck- und Massendurchflussregler von Alicat in verschiedenen Kaltplasmaanwendungen eingesetzt werden.
Sterilisation
Kaltes Plasma kann Oberflächen effizient von verschiedenen Bakterien, Pilzen und Viren sterilisieren. Tatsächlich ist die Desinfektion mit kaltem Plasma wirksamer als die Sterilisation mit ultraviolettem Licht. Da bei der Kaltplasma-Desinfektion die Objekte nicht erhitzt werden, ist sie eine ideale Lösung für die temperaturempfindliche Verarbeitung von Lebensmitteln und Medikamenten.
Herausforderung: Durchfluss- und Druckregelung für einzelne Eingangsgase
Flow-Lösung: Standard MC-Serie Massendurchflussregler sind für über 98 Gase anpassbar und können bis zu 20 Mischgaskalibrierungen speichern. Korrosionsschutz MCS-Serie Massedurchflussregler bieten zusätzliche 32 Optionen für korrosive Gase für bis zu 128+ Gase. Beide Optionen sind für Durchflussraten von 0,5 SCCM bis 5.000 SLPM mit einer Genauigkeit von ±0,5% des Messwerts oder ±0,05% des Skalenendwerts und einem Regelbereich von 0,01-100% (10.000:1 Turndown) erhältlich.
Drucklösung: PCD-Serie Doppelventil-Druckregler können den Druck einer kalten Plasmakammer mit einer Genauigkeit von ±0,25% vom Skalenendwert regeln, mit einem Messbereich von 0,01-100% vom Skalenendwert, was die Erzeugung eines Plasmas im subatmosphärischen Bereich und einen geringeren Energiebedarf ermöglicht.
Wundheilung
Kaltes Atmosphärenplasma (CAP) bietet neue Lösungen für die Wundheilung. Moderne Studien zeigen, dass CAP Bakterien abtötet und den Heilungsprozess beschleunigt, ohne das normale Gewebe beim Menschen zu schädigen. Darüber hinaus wirkt sich CAP auf die Entzündung von Wunden aus, indem es Wachstumsfaktoren stimuliert, so dass die Wunden schneller und sicherer heilen können. Außerdem säuert CAP die Wunden an, was die Heilung weiter beschleunigt.
Herausforderung: Herstellung von gut charakterisierten Plasmastrahlwerkzeugen zur Behandlung von internen und externen Wunden unterschiedlicher Größe.
Lösung: Die Massendurchflussregler von Alicat wurden bereits in großem Umfang für die wissenschaftliche Forschung zur Erzeugung kalter Plasmastrahlen eingesetzt, darunter Charakterisierung eines kalten Argon-Plasmastrahls bei atmosphärischem Druck. Die Geräte von Alicat wurden in mehr als 1.000 wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht und sind für ihre Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit in der Forschung anerkannt.
Bodensanierung und Wasseraufbereitung
Kalte Plasmen bieten auch Lösungen für die Dekontaminierung und Modifizierung von Boden und Wasser. Aufgrund seiner Radikale kann kaltes Plasma Giftstoffe entfernen, wie z. B. PFAS "Ewige Chemikalien" und Ölschlämme sowohl in Böden als auch in Flüssigkeiten. In einer anderen Studie wurden mit kaltem Plasma 90-99% der Arzneimittelrückstände aus dem Abwasser entfernt.
Herausforderung: Belüftung des Wassers mit Plasma und selektive Reduzierung von Toxinen, unerwünschten Pilzen und schädlichen Bakterien, während nützliche Pilze und Bakterien erhalten bleiben
Lösung: Die Massendurchflussregler von Alicat können in Reihe geschaltet werden, um verschiedene Gasgemische bei der Bodensanierung zu testen. Durch die Anpassung der endgültigen Plasmazusammensetzung mit Alicat-Geräten können verschiedene Toxine gezielt bekämpft werden. Darüber hinaus können die Massendurchflussregler von Alicat dazu beitragen, die Durchflussraten der Plasmabelüftung zu steuern, was zu einer präziseren Wasseraufbereitung und weniger verschwendetem Plasma führt.
PAW-Dünger
Plasmaaktiviertes Wasser (PAW) wird durch Mischen von kaltem Plasma mit Wasser erzeugt. Wenn bei diesem Prozess stickstoffreiche Gase verwendet werden, erzeugt PAW Stickstoffdünger. PAW-Dünger nutzt einen ähnlichen Prozess wie die natürliche Stickstofffixierung und wandelt N2 Gas in NOx das mit O reagiert2 zur Bildung von Nitraten (NO3), die sich mit dem Wasser vermischen. Im Vergleich zum Haber-Bosch-Verfahren zur Herstellung von Stickstoffdünger, das 1-2% der weltweiten Gesamtenergie verbraucht, ist PAW billiger in der Herstellung, verbraucht weniger Energie und arbeitet bei Standardtemperaturen und -drücken.
Herausforderung: Kontrolle der Plasmabelüftung für unterschiedlich große Wasservolumina.
Lösung: Bei der Herstellung von PAW-Düngern entsprechen höhere Durchflussraten der Plasmabelüftung mehr Stickstoff in der endgültigen Düngerlösung, während niedrigere Durchflussraten weniger Stickstoff in der endgültigen Düngerlösung bedeuten. Die Massendurchflussregler von Alicat stellen genaue Durchflussraten ein, die über die Bildschirmeinstellungen auf den Geräten angepasst werden können, indem FlowVision auf einem Computer oder über SPS-Protokolle, je nach dem gewünschten endgültigen NPK-Wert eines PAW-Düngers.
Zahnmedizin und Onkologie
Die Kaltplasmatechnologie hat auch wichtige Anwendungen in der Zahnmedizin und Onkologie. In der Zahnmedizin bietet die Kaltplasmatechnologie Lösungen für die Inaktivierung von Bakterien, die Sterilisierung, das Bleichen von Zähnen, das Einsetzen von Zahnimplantaten und die Behandlung von Karies.
Kaltes Plasma hat sich auch als wirksam erwiesen bei KrebsbehandlungDie Behandlung mit kaltem Plasma kann die Apoptose von Krebszellen, die Wachstumshemmung, den selektiven Tod von Krebszellen, den Stillstand des Zellzyklus, die Schädigung der DNA und der Mitochondrien, den selektiven Anstieg von ROS oder den immunogenen Zelltod verursachen. Studien deuten sogar darauf hin, dass Krebszellen empfindlicher auf die Behandlung mit kaltem Plasma reagieren als normale Zellen und weniger Zytotoxizität bei nicht bösartigen Zellen aufweisen.
Herausforderung: Die Entwicklung von Produkten für Nischenanwendungen. So tötet beispielsweise ein Kaltplasma-"Skalpell" Krebszellen mit kaltem atmosphärischem Plasma ab, während normale Zellen und Gewebe geschont werden.
Lösung: Die Massendurchflussregler von Alicat helfen bei der Optimierung der Länge und Breite der Plasmakanäle für präzise Kaltplasmaanwendungen und ermöglichen die Erforschung und Entwicklung neuer Arten von chirurgischen Werkzeugen.