Ученые БФУ создали прибор, ускоряющий медицинские процедуры с использованием нетермальной плазмы

Ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта совместно с коллегами из Франции и Колумбии провели исследования, которые позволили создать компактный прибор, ускоряющий медицинские процедуры с использованием нетермальной плазмы.

Дмитрий Шитц, заведующий Лабораторией оптических излучений БФУ им. И. Канта:
Плазма — это ионизированный газ, состоящий из электронов и положительно заряженных ионов. Существует «холодная плазма», характеризующаяся низкой температурой ее электронов. При этом общая или газовая температура, понимаемая в привычном смысле, может быть высокой. Например, плазма зажженной свечи считается холодной, однако ее газовая температура превосходит 1 000 градусов Цельсия. Но возможно и получение плазмы, когда температура электронов остается высокой, а температура положительных ионов достаточно низка. Для такой плазмы используется термин «нетермальная» или «нетепловая». Сейчас существует множество способов генерировать нетермальную плазму с газовой температурой 40 градусов Цельсия, которую можно использовать для обработки кожи и даже открытых ран без каких-либо болевых ощущений.

Дмитрий Шитц, заведующий Лабораторией оптических излучений БФУ им. И. Канта:

Плазма — это ионизированный газ, состоящий из электронов и положительно заряженных ионов. Существует «холодная плазма», характеризующаяся низкой температурой ее электронов. При этом общая или газовая температура, понимаемая в привычном смысле, может быть высокой. Например, плазма зажженной свечи считается холодной, однако ее газовая температура превосходит 1 000 градусов Цельсия. Но возможно и получение плазмы, когда температура электронов остается высокой, а температура положительных ионов достаточно низка. Для такой плазмы используется термин «нетермальная» или «нетепловая». Сейчас существует множество способов генерировать нетермальную плазму с газовой температурой 40 градусов Цельсия, которую можно использовать для обработки кожи и даже открытых ран без каких-либо болевых ощущений.

Благодаря исследованиям в лаборатории оптических излучений БФУ им. И. Канта был разработан компактный прибор, способный генерировать одновременно три струи нетермальной плазмы, что обеспечило большую площадь контакта плазмы — 1 кв. см. Этого удалось достичь благодаря особой конструкции электродной системы и особому режиму поджига разряда.

«Если сравнивать наш прибор с аналогами, то можно вспомнить об аппарате «PlasmaDerms VU-2010» от немецкой компании CINOGY GmbH или аппарат «Гелиос» от российской компании ООО «НПЦ Плазма», то преимущества нашего прибора очевидны. Поскольку у названных приборов-аналогов плазма генерируется в виде тонкой иглы, площадь контакта струи с кожей пациента не превышает 3 кв. мм, к тому же расход гелия в нашем аппарате ниже в три раза. Большая площадь контакта плазмы необходима для сокращения времени процедуры физиотерапии и снижения расхода рабочего газа», — отметил Дмитрий Шитц.

«Если сравнивать наш прибор с аналогами, то можно вспомнить об аппарате «PlasmaDerms VU-2010» от немецкой компании CINOGY GmbH или аппарат «Гелиос» от российской компании ООО «НПЦ Плазма», то преимущества нашего прибора очевидны. Поскольку у названных приборов-аналогов плазма генерируется в виде тонкой иглы, площадь контакта струи с кожей пациента не превышает 3 кв. мм, к тому же расход гелия в нашем аппарате ниже в три раза. Большая площадь контакта плазмы необходима для сокращения времени процедуры физиотерапии и снижения расхода рабочего газа», — отметил Дмитрий Шитц.

Гелиевая струя нетермальной плазмы содержит в себе поток заряженных частиц, при взаимодействии с частицами воздуха нарабатываются химически активные радикалы, а также происходит генерация озона и излучение коротковолнового ультрафиолета. Все эти факторы могут быстро и безболезненно без применения антисептиков и антибиотиков уничтожать болезнетворные бактерии или вирусы и заживлять раны. Также известна уникальная способность нетермальной плазмы к омолаживающему эффекту для кожи.

Исследования оптимальных условий генерации нетермальной плазмы

Для разработки нового медицинского оборудования, генерирующего поток нетермальной плазмы с нужными характеристиками, потребовались научные исследования.

В частности, ученые БФУ с французскими коллегами искали оптимальные условия с точки зрения минимальных значений газовой температуры и расхода гелия, используемого в качестве рабочего газа. В ходе нескольких научных визитов в лабораторию Laplace Национального политехнического института г. Тулузы была разработана уникальная исследовательская установка, которая в автоматическом режиме позволяла фиксировать одновременно более десятка параметров генерируемой плазмы.

s2a5304 (1).jpg

Дмитрий Шитц, заведующий Лабораторией оптических излучений БФУ им. И. Канта:
Анализируя полученный массив экспериментальных данных, нам удалось выделить условия получения оптимального режима генерации струи нетермальной плазмы. Поток плазмы может быть охарактеризован его геометрическими размерами и некоторыми параметрами самой плазмы, основным из которых является концентрация электронов. Поэтому вторая работа была посвящена разработке бесконтактного и автоматизированного метода оценки концентрации электронов в генерируемом потоке нетермальной плазмы.Разработка оптического метода диагностики газоразрядной плазмы проводилась в Лаборатории когерентно-оптических измерительных систем БФУ под руководством заведующего Лабораторией когерентно-оптических измерительных систем Игоря Алексеенко. Лазерный луч проходил сквозь струю нетермальной плазмы и многочисленные элементы оптической схемы установки и попадал в объектив цифровой камеры. Таким образом получалась интерференционная картина, где по дистанции между полосами и их форме производилась оценка концентрации электронов и ее распределение по объему плазменной струи.

Дмитрий Шитц, заведующий Лабораторией оптических излучений БФУ им. И. Канта:

Анализируя полученный массив экспериментальных данных, нам удалось выделить условия получения оптимального режима генерации струи нетермальной плазмы. Поток плазмы может быть охарактеризован его геометрическими размерами и некоторыми параметрами самой плазмы, основным из которых является концентрация электронов. Поэтому вторая работа была посвящена разработке бесконтактного и автоматизированного метода оценки концентрации электронов в генерируемом потоке нетермальной плазмы.Разработка оптического метода диагностики газоразрядной плазмы проводилась в Лаборатории когерентно-оптических измерительных систем БФУ под руководством заведующего Лабораторией когерентно-оптических измерительных систем Игоря Алексеенко. Лазерный луч проходил сквозь струю нетермальной плазмы и многочисленные элементы оптической схемы установки и попадал в объектив цифровой камеры. Таким образом получалась интерференционная картина, где по дистанции между полосами и их форме производилась оценка концентрации электронов и ее распределение по объему плазменной струи.

Результаты научных исследований опубликованы в авторитетных научных изданиях Plasma и AppliedScience журнала MDPI (Швейцария). В исследованиях принимали участие сотрудники Лаборатории оптических излучений БФУ Дмитрий Шитц и Антон Иванков, исследователи Лаборатории когерентно-оптических измерительных систем БФУ Игорь Алексеенко и Анастасия Кожевникова, а также коллеги из Национального политехнического института г. Тулузы, лаборатории LAPLACE и Университета им. С. Арболеда (Universidad Sergio Arboleda), г. Богота, Колумбия.

В материале упоминаются

Шитц Дмитрий Владимирович

заведующий Лабораторией оптических излучений

Публикации в СМИ