CN113573455A - 用于液体的等离子体活化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于液体的等离子体活化的装置和方法。利用本发明，提供了一种用于产生具有限定特性的等离子体活化的液体（F）的装置（10）。该装置（10）包括设有等离子体施加器（29）的等离子体施加装置（25），其中，在等离子体施加装置（25）中，使液体（F）与气体等离子体（30）接触。传感器装置（36）用于至少按照通过等离子体处理产生的物种来分析经等离子体处理的液体（F）的组分。基于传感器装置（36）检测到的一种或多种物种的浓度，可调整或修改等离子体施加装置（25）中的液体（F）的处理参数。由此，提供了用于患者的处理的具有限定特性的经等离子体处理的液体（F）。

Description

用于液体的等离子体活化的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于对患者应用的液体的等离子体（plasma）活化的装置和方法。
背景技术
由于等离子体对例如NaCl溶液、林格氏乳酸盐溶液或另一种溶液的液体的影响，该液体可在等离子体活化的条件下转移。然后，该液体包括反应性物种，例如具有增加的氧化还原电位的自由基，以及诸如过氧化物、过氧化亚硝酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氮氧化物（氧化物或以氮为中心的反应性物种）之类的物质，该反应性物种包括医疗功效。这样的活化液体可用于间接等离子体处理（plasma treatment）。对待处理的组织的效果可以是消毒效果。该液体可使微生物和细菌生物失活。另外，该处理可基于等离子体活化的液体对病原体和健康细胞具有不同的效果。该不同的效果是基于该等离子体活化的液体中所含的物种。
为了产生等离子体活化的液体，WO 2015/123720 A1提出将等离子体施加在凝胶表面上。特别参考非热的所谓冷等离子体，其包括氧、氮和氢的自由基、离子、电子、光子和紫外线辐射的高活性混合物。
US 2012/0111721 A1和WO 2007/117634 A2提出了一种用于液体的等离子体处理的装置。等离子体处理在旋转对称的容器中执行，薄液膜在该容器的壁上流动。由此，在两个石墨电极之间发生放电，由此产生的辐射影响该液体。
EP 1 702 678 A1提出在真空容器中用电子辐射来处理液膜。可替代地，在该文献中，考虑了利用UV源的液膜处理，该UV源代替或附加于电子辐射源设置。
EP 2 937 103 A1提出了借助于等离子体来活化作用介质，例如伤口垫。为此，该伤口垫可包括可等离子体活化的凝胶、可等离子体活化的液体或者可等离子体活化的流体浸渍的载体层。借助于对作用介质的等离子体处理，在其中产生或释放活性物质。水基液体、盐溶液和由此得到的凝胶被认为是作用介质。为了等离子体处理，设置等离子体发生器，其例如产生具有大气压力的冷等离子体。该等离子体以二维方式施加在作用介质上。在活化之后，该伤口垫可附着在患者身上。
US 2019/0110933 A1和WO 2017/167748 A1提出了通过结合等离子体和真空施加的伤口处理。为此，真空治疗装置与抗微细菌和愈合的大气等离子体源连接，其中可设置传感器装置用于检测愈合。为此，传感器***可检测患者身体表面上的至少一个物理参数。基于该检测到的参数，来评估伤口的状况。所检测的参数特别地可以是温度、压力、湿度和/或pH值。
从WO 2017/074979 A1中已知在更长的储存期间等离子体活化的液体的医疗效果劣化的问题。为了将这样的等离子体活化的液体长期维持在可储存的状态，提出了将液体用于等离子体活化，降低其半胱氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和酚红的含量，并且向其添加三硝基-L-酪氨酸（three-nitro-L-tyrosine）。
US 2014/0322096 A1和WO 2014/055812 A1描述了一种消毒***，其特别是用于外科医生的手部消毒。为此，设置了反应容器，其中在两个绝缘电极之间发生阻挡放电。雾化的洗涤液通过由此产生的等离子体输送，该等离子体被收集在容器中的底部上，并且随后，可经由喷嘴分配以用于手部消毒。
US 2015/0306258 A1描述了一种用于在角膜组织移植之前对其灭菌的方法。为此，该组织经受等离子体活化的流体。为了等离子体活化，在通过冷等离子体放电作为喷雾锥施加在角膜上之前，该流体以雾化状态输送。
WO 2017/091534 A1描述了用于通过在待灭菌的表面上施加液体来杀死或灭活孢子的方法和***，其中，该液体包括添加剂，以便至少在30秒的时间段内维持等离子体活化。该添加剂例如可为亚硝酸盐、生物活性油、酸、过渡金属或酶。
与此相反，WO 2014/145570 A1和WO 2014/152256 A1提出将等离子体直接施加在水表面上，从而在水中产生自由基。该等离子体活化的水可用于表面消毒。
WO 2017/083323 A1还解决了等离子体活化的液体的产生。为此，设置一装置，其中由气体和液体组成的气溶胶沿一个或多个等离子体发生器通过，以便活化该气体和/或液体。为了在等离子体处理之后分离气体和液体，设置沉淀装置。该液体可用于消毒目的。阻挡放电用于等离子体的产生。
WO 2018/089577 A1涉及用于液体的等离子体活化的***和方法，其中，该活化将达到特别高的浓度，并且其中，大量液体将被活化。为此，设置一装置，其以薄层转移液体，其中在薄液体层附近产生等离子体。
从US 2019/0279849 A1中已知放电的液体的等离子体活化，其中电流从电极引导至液体。提出6 mm至10 mm的距离。另外，设置光接收装置，以便在光发射光谱法的背景下检测所产生的自由基或离子的典型线。
CN 109121278 A还在放电对液体和通过其的电流的直接影响下操作。该放电也可以是电气阻挡放电（electrical barrier discharge）。
WO 2017/192618 A1描述了用于产生等离子体活化的水性化学治疗剂的装置和方法。为此，设置放电容器，其中布置至少一个中空针状电极，其中，该容器以电绝缘的方式衬在内部。该电极被附接在旋转的中空轴上，空气被输送到该中空轴中。在电极和容器壁之间产生阻挡放电。输送到容器中的液体与该阻挡放电紧密接触，并在活化状态下在容器的底端处排放。
利用引用的方法，可产生等离子体活化的水性液体。还已知这种活化的液体至少可在有限的期限内储存。该活化的液体由此在广谱（broad spectrum）中起作用，其中它们的功效随时间变化。这对等离子体活化的液体的应用而言可能构成不确定因素。
发明内容
由此开始，本发明的目的在于改善等离子体活化的液体的医疗应用期间的处理成功的可再现性。
用于向医疗器械供应等离子体活化的液体的本发明的装置包括等离子体发生器和等离子体施加装置，借助于该等离子体施加装置，使由等离子体发生器产生的等离子体与液体接触。该液体可连续地或分部分地经由等离子体施加装置的出口排放，并且可被供应到器械。由此，该液体可被直接排放到器械，或者可在一段时间内暂时储存在储存容器中。
根据本发明，提供了一种传感器装置，其用于在等离子体暴露期间和/或之后检测该液体的至少一个化学或物理参数。通过该传感器装置检测的参数被控制装置用于控制排放到器械的等离子体活化的液体的特性。该控制装置包括与该传感器装置连接的输入。在输出侧上，该控制装置例如可与等离子体发生器连接，以便影响等离子体放电的参数。附加地或作为替代，该控制装置可与等离子体施加装置、泵、阀或类似的控制元件连接，以便影响等离子体处理的参数。如此，例如，可控制该液体在等离子体中或在等离子体处的停留时间。如果使液体作为薄膜或作为微滴与等离子体接触，则该控制装置可影响液体的流动速度、液体的微滴尺寸、液体的层厚度等。附加地或作为替代，该控制装置可与例如阀或泵之类的储存容器的控制元件连接，以便影响活化的液体在该储存容器中的停留时间。
优选地，该等离子体发生器包括气体通道和至少一个电极，该至少一个电极与来自该气体通道的气体接触。该电极可以是绝缘电极，以便供给阻挡放电。它可以是具有导电表面的电极，以便允许电子从电极直接转移（transition）至等离子体中。该气体通道可施加有气体，特别是惰性气体，例如氩气。以这种方式，可在电极处发生气体的电离，并且因此产生等离子体，特别是与液体接触的等离子体射流。该液体可与电极电接触。这优选地是非绝缘电极。在这种情况下，它包括导电表面，使得电子从液体转移至电极中以及从电极转移至液体中是可能的。优选地由于等离子体射流施加在液体上而发生通过等离子体的液体活化。由此，可将液体提供为具有例如水平液体表面的致密体（compact body）。等离子体射流也可被引入液体中，使得部分的等离子体随着液体中的气泡上升。另外，雾化的液体可被引入氩等离子体射流中。然而，代替氩等离子体射流，也可以使用其他类型的等离子体，特别是空气等离子体。该等离子体可以是冷等离子体，或者也可以是其气体温度为“温暖”的等离子体，即其气体温度高于人体温度。
具有允许电流通过液体的非绝缘电极的等离子体发生器特别适合于液体的等离子体活化。
由于等离子体处理，在液体中产生了物种，即具有不同的寿命和反应性的化学化合物，它们整体表示为等离子体产生的物质。这种等离子体产生的物质可以是水合氢离子、氢氧根离子、过氧化氢和/或亚硝酸根离子和/或硝酸根离子和/或过氧亚硝酸盐和/或单线态氧和/或臭氧和/或氧和/或超氧自由基离子和/或羟基自由基和/或氢过氧自由基和/或氮氧化物，例如一氧化氮和二氧化氮。设置用于检测这样的物种的传感器装置可以是如下传感器装置，即：其适合于用于紫外光、可见光或红外光的光学光谱法，例如吸收光谱法。附加地或作为替代，该传感器装置可以是适合于检测磷光、特别是近红外磷光的装置。附加地或作为替代，该传感器装置可以是用于针对UV光、可见光和/或近红外光执行光发射光谱法的装置。附加地或作为替代，该传感器装置可以是电子自旋共振光谱装置。
附图说明
本发明的有利实施例的其他细节是说明书或附图的主题。附图示出了：
图1是用于说明用于向医疗元件供应等离子体活化的液体的本发明的装置的结构和功能元件的框图，
图2是用于产生等离子体活化的液体的等离子体施加装置。
具体实施方式
图1图示了用于向医疗器械11供应等离子体活化的液体的装置10，利用该装置10，可执行至少一种不同的处理方法。图1中的功能框图示了处理方法，其中，框13代表利用等离子体活化的液体的亚组织注射（sub-tissue injection）。框14代表利用例如氩等离子体的等离子体和/或利用RF电流以及等离子体活化的液体对组织的交替处理。框15代表利用等离子体活化的液体对组织的润湿或喷洒。
器械11意指利用其可执行框13-15中图示的所示方法中的至少一种的任何器械，以及用于将等离子体活化的液体不同地施加在患者或生物组织上的其他器械。
装置10包括处理容器16，在其中液体将用等离子体处理，所述液体例如氯化钠溶液、林格氏溶液、林格氏乳酸盐溶液或可对患者应用的另一种液体。该液体源于储存容器17，其经由可控泵18与处理容器16连接。泵18用于在控制装置19的控制下将液体从储存容器17中泵出到处理容器16中，如箭头20、21所示。另外，泵18可至少作为一个选择构造成将液体从处理容器16泵送回到储存容器17中，如箭头22、23所示。通过控制装置19来设置泵18操作的供给方向以及根据需要的供给速率，如箭头24所示。
处理容器16可以是如下容器，即：其中，待处理的液体F被提供为具有基本上水平的表面的致密液体（compact liquid body），如图2中以概略方式图示的。此外，任何其他容器也可被用作处理容器16，在其中可使液体与等离子体接触。例如，这样的容器是：倾倒容器，其中微滴帘幕（droplet curtain）可被倾倒通过等离子体，或者可沿等离子体倾倒液体层；具有喷雾器的容器，该喷雾器将液体作为喷雾引入等离子体中；旋转装置，其使呈薄膜形式的液体与等离子体接触等。处理容器16与在其中产生的等离子体30（图2）一起形成等离子体施加装置25。
为此，图1在被虚线包围的功能框26-28中图示了不同的混合装置，至少优选地设置该混合装置中的至少一者，并且该混合装置用于使在处理容器中产生的反应性物种均匀地分布。对流器26可用于该目的，其通过在液体上施加热或冷来产生对流。作为替代，可设置搅拌装置27，其用于使处理容器16中的液体F移动。功能框28图示了气体旋流装置，以便使处理容器中的液体与等离子体30紧密接触。由功能框26、27、28表示的每个装置可单独地或者与所示装置中的一个或多个组合地布置在处理容器16中或处理容器16处。
如从图2显而易见的，等离子体施加器29被分配给处理容器16，该处理容器16被构造成用于产生等离子体30。例如，等离子体施加器29可以是氩等离子体施加器。它包括气体供应通道31，经由该气体供应通道31供应惰性气体，例如氮气，稀有气体，例如氩气或氦气，或者提供用于等离子体的产生的另一气体，例如反应性气体，例如含氧气体。气体通道31被连接到气体源32。它能够以可控的方式构造，如图1中所示，并且可被连接到控制装置19，以便按照气体排放的时间点和/或按照气流量来控制。
该等离子体施加器还包括以非绝缘方式构造的电极33，即，具有导电表面的电极33，该导电表面与气体供应通道31的气流接触或被其包围。
该电极被连接到等离子体发生器34的一极，该等离子体发生器34的另一极例如与被液体F的流包围的电极35连接。该等离子体发生器优选地是RF发生器，其被构造成用于提供射频电压和射频电流。该发生器优选地可按照所供应的电压和/或所供应的功率和/或电流的量和/或按照波形、占空比的调制、波峰因数或其他参数来控制。为此，等离子体发生器34可与控制装置19连接并且可由其控制，如图1中所示。
装置10还包括传感器装置36，该传感器装置36被构造成并且用于执行对经处理的液体F中形成的物种的分析。这些物种是在最广泛的意义上通过液体F的等离子体处理而形成的物质，也包括离子、自由基、分子片断（fractions of molecules）等。传感器装置36可被布置在处理容器16的外部，如图1中示意性地图示的，并且可例如经由循环37从处理容器16以液体F供应。
图2中示意性地图示了用于光学吸收光谱法的传感器装置36。为此，传感器装置36包括光发射装置38和光接收装置39。光发射装置38例如被构造成将具有已知光谱成分的紫外光、可见光和/或红外光发射到液体F中。光接收装置39优选地被构造成检测已穿过液体F的该紫外光、可见光和/或红外光的光谱成分。控制装置19被构造成根据光发射装置38所发射的光与光接收装置39所接收的光的光谱之间的差，来确定所选物种的存在和浓度。
代替构造成用于光学吸收光谱法的传感器装置36，还可设置构造成检测液体中的一种或多种物种的存在和/或浓度的任何其他传感器装置。这样的传感器装置可以是用于紫外光、可见光和/或红外光的发射光谱装置。该传感器装置也可以是用于紫外光、可见光和/或红外光、特别是用于近红外光的磷光检测装置。传感器装置36也可以是用于pH测量的装置，特别是单杆测量池。传感器装置36可包括一个或多个上面提到的传感器装置。
控制装置19可控制等离子体发生器34，以便控制液体F中不同物种的浓度和/或组分。例如，控制装置19可按照功率、量、波形、波峰因数、频率、调制等来控制由等离子体发生器34供应的电流和/或电压，以便控制等离子体，并由此控制物种的产生。
处理容器16可经由泵40直接与器械11连接，以便向器械11供应等离子体活化的液体。作为一个选择，可在泵40和器械11之间设置存储容器41，在该存储容器41中可在预定或可选择的时间段内存储等离子体活化的液体。
除循环37之外或作为循环37的替代，传感器装置36可与存储容器41连接。类似地，存储容器41可与单独的传感器装置连接，该传感器装置随后又与控制装置19连接。通过控制泵40和/或布置在存储容器41与器械11之间的未进一步图示的泵，控制装置19可限定经等离子体处理的液体F的存储持续时间。由于在液体F的等离子体处理之后，在经等离子体处理的液体中产生的物种的浓度以不同的速率降低，因此控制装置19可排放经等离子体处理的液体F，这是通过在传感器装置36的控制下根据需要设置限定的存储持续时间，其中，例如，具有短寿命的物种已大部分消失，然而，以较高的浓度包含具有长寿命的物种。另一方面，如果处理请求主要包括具有短寿命的物种，则可借助于传感器装置36确定这些物种是否已经以足够的浓度产生，以便立即将它们供应给器械11。为此目的，可设置成根据需要将用于后活化的液体从存储容器41供应到处理容器16。这在图1中通过双箭头42、43表示。
到目前为止描述的装置10和器械11操作如下：
首先，经由加注管颈44（图1）向储存容器17填充待活化的液体，例如氯化钠溶液。控制装置19现在激活泵18并在处理容器16中供应液体F，例如通过以液体F填充处理容器16。另外，控制装置19激活等离子体发生器34，并且根据需要激活气体源32，使得等离子体施加器29现在产生作用在液体F上的等离子体30（图2）。传感器装置36连续地或以离散的间隔操作，以便检测液体F、即其等离子体活化的质量。由此，该等离子体活化的质量特别地由所选物种的浓度来限定，例如限定为水合氢离子、氢氧根离子、过氧化氢、亚硝酸盐、硝酸盐、过氧亚硝酸盐、单线态氧、臭氧、氢过氧化物、氧、超氧自由基离子、羟基自由基和/或氢过氧自由基的含量。为了检测这样的物种，传感器装置36被构造为所谓的pH单杆测量池、用于发射光（IR、可见光和/或UV）的光谱仪、吸收光谱仪（如图2中所示）、例如用于测量单线态氧的1275 nm的波长的辐射的磷光传感器或者电子自旋共振光谱仪。传感器装置36还可包括多个所示的测量装置。
基于传感器装置所确定的所选物种的浓度，控制装置19可设置、延长或减少液体的等离子体处理持续时间，可调节由等离子体发生器34供应的电流或电压的参数，和/或可影响来自气体源32的气流。附加地或作为替代，控制装置19可设置或限制经等离子体处理的液体在存储容器41中的存储持续时间，和/或可控制装置26-28中的一个或多个。
控制装置19可被构造成按照以下所示的相关性中的一种或多种来影响液体F的质量：
- 等离子体的效果强度的影响，即，在等离子体中转换的电功率或其他参数，这取决于期望的pH值。对于越高的功率，就实现越低的pH值。
- 限定等离子体在液体上的施加持续时间，这取决于期望的pH值。对于越长的施加持续时间，就实现越低的pH值。
- 限定等离子体的效果强度，即在等离子体中转换的电功率或其他参数，这取决于期望的氢与硝酸盐的比例。
- 待处理的液体的选择，这取决于期望的氢与硝酸盐的比例。提供供选择的液体例如可以是NaCl溶液和磷酸盐缓冲的NaCl溶液。
控制装置19可使用由传感器装置36检测到的经处理的液体F的化学和/或物理参数，以便控制等离子体施加装置25或等离子体发生器34的操作，以便实现期望的液体F的质量，即所获得的物种的期望组分。在等离子体发生器的控制期间，由其供应的电流和/或电压的至少一个参数受到影响。
利用本发明，提供了一种用于产生具有限定特性的等离子体活化的液体F的装置10。该装置10包括设有等离子体施加器29的等离子体施加装置25，其中，在等离子体施加装置25中，使液体F与气体等离子体30接触。传感器装置36用于至少按照通过等离子体处理产生的物种来分析经等离子体处理的液体F的组分。基于传感器装置36检测到的一种或多种物种的浓度，可调整或修改等离子体施加装置25中的液体F的处理参数。由此，提供了用于患者的处理的具有限定特性的经等离子体处理的液体F。
附图标记列表：
10 用于产生等离子体活化的液体的装置
11 器械
12-15 功能框，其用于表示利用等离子体活化的液体的处理
16 处理容器
17 储存容器
18 泵
19 控制装置
20、21 泵18的泵送方向的箭头
22、23 泵18的可选泵送方向的箭头
24 用于控制泵18的箭头
25 等离子体施加装置
26 功能框对流器
27 功能框搅拌装置
28 功能框气体旋流装置
29 等离子体施加器
30 等离子体
31 气体供应通道
32 气体源
33 电极
34 等离子体发生器
35 电极
36 传感器装置
37 循环
38 光发射装置
39 光接收装置
40 泵
41 存储容器
42、43 双箭头
44 加注管颈。

Claims (14)

1.一种用于向医疗器械（11）供应等离子体活化的液体的装置（10），
具有用于供应等离子体（30）的等离子体发生器（34），
具有等离子体施加装置（25），在其中液体（F）能够与所述等离子体（30）接触，并且具有出口，以便将液体从所述等离子体施加装置（25）排出并将所述液体供应到所述器械（11），
具有传感器装置（36），其用于检测在所述等离子体施加装置（25）中的等离子体暴露期间和/或之后所述液体（F）的至少一个化学或物理参数。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等离子体施加装置（25）包括：等离子体施加器（29），所述等离子体施加器（29）具有气体通道（31）和至少一个电极（33），所述至少一个电极（33）与来自所述气体通道的气体接触；以及与所述液体电接触的电极（35），两个电极（33、35）都连接到所述等离子体发生器（34）。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述等离子体施加装置（25）的出口被连接到存储容器（41），所述存储容器（41）能够与所述器械（11）连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）和/或控制装置（19）被连接到至少一个控制元件，以便控制所述液体（F）在所述等离子体施加装置（25）中的停留时间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述等离子体发生器（34）能够按照所供应的电压、电流、功率、所供应的电流或所供应的电压的波峰因数或波形来控制。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）和/或控制装置（19）被连接到所述等离子体发生器（34），以便根据所检测到的参数来控制它。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述气体通道（31）被连接到气体源（32），所述气体源（32）能够按照气流来控制。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）和/或控制装置（19）被连接到所述气体源（32），以便根据所检测到的参数来控制其气流。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）被构造成检测特定化学化合物的温度和/或传导率和/或酸度（pH值）和/或化学组分和/或浓度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）被构造成检测所述等离子体活化的液体中的等离子体产生的物质的浓度，所述等离子体产生的物质形式为水合氢离子（H3O+）和/或氢氧离子（OH-）和/或过氧化氢（H2O2）和/或亚硝酸根离子（NO2 -）和/或硝酸根离子（NO3 -）和/或羟基自由基（∙OH）。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）被构造成通过光谱法，例如电磁辐射、特别是光、特别是可见光的吸收光谱法，来检测所述等离子体活化的液体（F）中的等离子体产生的物质的浓度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）被构造成检测所述等离子体活化的液体（F）中的等离子体产生的物质的浓度，所述等离子体产生的物质形式为单线态氧（1O2）和/或臭氧（O3）和/或氧（O2）和/或超氧自由基离子（O2 -）和/或氢过氧自由基（HOO∙）和/或过氧亚硝酸根离子（ONOO-）和/或氮氧化物，例如一氧化氮（NO）或二氧化氮（NO2）。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器装置（36）被构造成借助于磷光或电子自旋共振光谱法，来检测所述等离子体活化的液体（F）中的等离子体产生的物质的浓度。
14.一种用于提供等离子体活化的处理液体的方法，其中：
等离子体（30）通过等离子体发生器（34）提供，
液体（F）在等离子体施加装置（25）中与所述等离子体（30）接触，并且被供应到器械（11），
在所述等离子体施加装置（25）中的等离子体暴露期间和/或之后，所述液体（F）的至少一个化学或物理参数借助于传感器装置（36）来检测，其中，所述等离子体发生器（34）的操作和/或经等离子体处理的液体在存储容器（41）中的停留时间受到控制，以便影响所述参数。
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