RU2358773C2 - Bioobject impact device - Google Patents
Bioobject impact device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2358773C2 RU2358773C2 RU2007113543/14A RU2007113543A RU2358773C2 RU 2358773 C2 RU2358773 C2 RU 2358773C2 RU 2007113543/14 A RU2007113543/14 A RU 2007113543/14A RU 2007113543 A RU2007113543 A RU 2007113543A RU 2358773 C2 RU2358773 C2 RU 2358773C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- emitter
- radiation
- electrodes
- dielectric
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, ветеринарии, экологии и предназначено для бактерицидной и фунгицидной обработки поверхностей (и жидких субстратов) и стерилизации. Также может быть использовано для подавления темпов роста экспериментальной лимфосаркомы Плисса in vivo.The invention relates to medicine, veterinary medicine, ecology and is intended for bactericidal and fungicidal treatment of surfaces (and liquid substrates) and sterilization. It can also be used to suppress the growth rate of experimental Pliss lymphosarcoma in vivo.
Известно устройство для воздействия на биообъект (Пат. 2067872 Россия, МПК6 A61L 2/10. Устройство для обеззараживания объектов / В.В.Силуянов, В.В.Синайский, В.М.Романов, Л.М.Женевская, В.А.Шрам. - №93017928/13; заявл. 06.04.93; опубл. 20.10.96.), представляющее собой устройство обеззараживания с изменяющимся ракурсом лучевого воздействия на объекты обработки разрядниками, в качестве которых используются импульсные бактерицидные лампы, снабженные отражателями и объединенные в группы, запускаемые от высоковольтного импульсного генератора. Конструкция устройства обеспечивает наибольший доступ бактерицидного излучения к объекту обработки при различных ракурсах лучевого воздействия на них.A device for influencing a biological object (Pat. 2067872 Russia, IPC 6
Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:
- ограничение зоны воздействия замкнутым объемом камеры, необходимость в дополнительных операциях: загрузки и выгрузки инструмента, приводящие к увеличению времени обработки;- limitation of the impact zone by the closed chamber volume, the need for additional operations: loading and unloading the tool, leading to an increase in processing time;
- ограничение области применения (узкое назначение);- limitation of scope (narrow purpose);
- применение большого количества импульсных бактерицидных ламп, требующих сложной системы их поджига и управления ракурсом лучевого воздействия на объект обработки;- the use of a large number of pulsed bactericidal lamps, requiring a complex system of their ignition and control the angle of radiation exposure on the processing object;
- низкая экономичность устройства.- low cost device.
Известно устройство для воздействия на биообъект (Пат. 2008042 Россия, МПК5 A61N 5/06. Способ лечения ран и устройство для его осуществления / А.С.Камруков, Е.Д.Короп, Е.В.Кузнецов, И.И.Теленков, Е.Ю.Ушмаров, В.Н.Федоров, С.Г.Шашковский, М.С.Яловик. - №5046709/14; заявл. 27.03.92; опубл. 28.02.94.), используемое для лечения гнойных ран и поверхностей с высокой бактериальной обсемененностью. Устройство включает в себя импульсный высоковольтный источник питания и разрядник - газоразрядную лампу импульсного ультрафиолетового излучения с длительностью импульса не более 2·10-3 с, плотностью мощности в зоне обработки не менее 10 кВт/м2 и суммарной энергетической дозой не менее 102 Дж/м2.A device for influencing a biological object (Pat. 2008042 Russia, IPC 5 A61N 5/06. A method of treating wounds and a device for its implementation / A.S. Kamrukov, E.D. Korop, E.V. Kuznetsov, I.I. Telenkov, E.Yu. Ushmarov, V.N. Fedorov, S.G. Shashkovsky, M.S. Yalovik. - No. 5046709/14; decl. 03.27.92; publ. 28.02.94.) Used to treat purulent wounds and surfaces with high bacterial contamination. The device includes a pulsed high-voltage power source and a spark gap - a discharge lamp of pulsed ultraviolet radiation with a pulse duration of not more than 2 · 10 -3 s, a power density in the processing zone of at least 10 kW / m 2 and a total energy dose of at least 10 2 J / m 2 .
Недостатками являются:The disadvantages are:
- неравномерность воздействия на обрабатываемую поверхность генерируемого излучения, обусловленная линейной структурой «светящегося тела» газоразрядной лампы;- uneven effect on the treated surface of the generated radiation due to the linear structure of the "luminous body" of the discharge lamp;
- сложность конструкции излучающего устройства, связанная с наличием специальных импульсных газоразрядных ламп, отражателя и фильтра;- the complexity of the design of the emitting device associated with the presence of special pulsed discharge lamps, a reflector and a filter;
- ограничение функциональных возможностей устройства.- limitation of the functionality of the device.
Известно устройство (Пат. 2017506 Россия, A61N 1/32, 1/44, 5/06, A61H 39/00. Устройство для воздействия на биообъект / В.И.Лунев, Т.В.Лунева, В.А.Садовников. - №4902796/14; заявл. 10.10.90; опубл. 15.08.94.), выбранное в качестве прототипа по количеству сходных признаков и решаемой задаче. Данное физиотерапевтическое устройство для воздействия на биообъект включает в себя блок питания в виде импульсного высоковольтного источника питания на основе повышающего трансформатора и соединенный с ним излучатель, в виде разрядника с пассивным и активным электродами, образующими разрядный промежуток в воздухе при атмосферном давлении, в котором импульсные токи высокого напряжения преобразуются в электрический разряд - коронный, который осуществляет одновременно световое, электрическое и аэроионное воздействие. Устройство обеспечивает направленное воздействие на биообъекты электрическим током до 0,2 мА при напряжении ~20 кВ, световым потоком мощностью (0,2-4) Вт и ионизированным газом. Частота воздействующих импульсов составляет (20-100) Гц. Например, при лечении суставов пассивный электрод прикладывают к стороне, противоположной той, на которую воздействуют активным электродом.A device is known (Pat. 2017506 Russia, A61N 1/32, 1/44, 5/06, A61H 39/00. Device for influencing a biological object / V.I. Lunev, T.V. Luneva, V.A. Sadovnikov. - No. 4902796/14; application. 10.10.90; publ. 15.08.94.), Selected as a prototype by the number of similar features and the problem to be solved. This physiotherapeutic device for influencing a biological object includes a power supply in the form of a pulsed high-voltage power supply based on a step-up transformer and an emitter connected to it, in the form of a spark gap with passive and active electrodes forming a discharge gap in air at atmospheric pressure, in which pulsed currents high-voltage are converted into an electric discharge - corona, which carries out simultaneously light, electric and aeroionic effects. The device provides a directed effect on biological objects with an electric current of up to 0.2 mA at a voltage of ~ 20 kV, a luminous flux with a power of (0.2-4) W and ionized gas. The frequency of the impact pulses is (20-100) Hz. For example, in the treatment of joints, a passive electrode is applied to the side opposite to that which is exposed to the active electrode.
Недостатком устройства является ограничение функциональных возможностей аппарата, низкая интенсивность генерируемого излучения, большое потребление энергии и неудобство в эксплуатации.The disadvantage of this device is the limitation of the functionality of the device, low intensity of the generated radiation, high energy consumption and inconvenience in operation.
Задачей, стоящей в данной области техники, является:The challenge facing the art is:
- расширение функциональных возможностей;- expansion of functionality;
- создание удобного в использовании универсального со сменными излучателями устройства для:- creation of a device convenient for use universal with replaceable radiators for:
- бактерицидной обработки поверхностей;- bactericidal surface treatment;
- фунгицидной обработки поверхностей;- fungicidal surface treatment;
- стерилизации (например, медицинского инструмента)- sterilization (e.g. medical instrument)
- в биологических экспериментах (в частности, по подавлению темпов роста экспериментальной лимфосаркомы Плисса).- in biological experiments (in particular, inhibition of the growth rate of experimental Pliss lymphosarcoma).
- повышение эффективности воздействия за счет как пофакторного, так и комбинированного (синергизма) действия: мощных короткоимпульсных некогерентных световых излучений (НСИ) видимого и УФ-диапазона длин волн; химически активных частиц (свободных радикалов, активных форм кислорода, перекиси водорода), нарабатываемых под воздействием жесткого УФ-излучения; акустических импульсов, сопровождающих открытые импульсные электрические разряды в воздухе;- increasing the effectiveness of the impact due to both factor-wise and combined (synergism) actions: powerful short-pulse incoherent light radiation (NSI) of the visible and UV wavelength range; chemically active particles (free radicals, reactive oxygen species, hydrogen peroxide) produced under the influence of hard UV radiation; acoustic pulses accompanying open pulsed electrical discharges in air;
- повышение качества воздействия НСИ и УФ-излучений в зависимости от решаемых задач как путем формирования широкого ракурса лучевого воздействия, так и локализации его на ограниченной площади обрабатываемой поверхности путем регулирования апертуры излучения, доставки излучения в скрытые полости;- improving the quality of exposure to NSI and UV radiation depending on the tasks to be solved both by forming a wide angle of radiation exposure and by localizing it on a limited area of the treated surface by adjusting the radiation aperture and delivering radiation to hidden cavities;
- сокращение продолжительности времени воздействия при фунгицидной и бактерицидной обработке объектов;- reducing the duration of exposure during fungicidal and bactericidal treatment of objects;
- создание необходимых сервисных услуг;- creation of necessary services;
- создание экономичного прибора, в сравнении с известными устройствами подобного назначения.- the creation of an economical device, in comparison with the known devices of this purpose.
При коротковолновом ультрафиолетовом излучении наряду с непосредственной фотодиссоциацией образуются активные частицы (активные формы кислорода, озон и радикалы молекул). Химически активные частицы (О, О3, ОН-, Н2О2 и т.д.), вырабатываемые в результате сильноточных электрических разрядов, взаимодействуют с молекулами веществ окружающей среды, окисляя их.In the case of short-wave ultraviolet radiation, along with direct photodissociation, active particles are formed (reactive oxygen species, ozone and molecular radicals). Reactive particles (О, О 3 , ОН-, Н 2 О 2 , etc.), produced as a result of high-current electric discharges, interact with the molecules of environmental substances, oxidizing them.
Известно, что наиболее сильный бактерицидный эффект вызывается УФ-излучением с λ от 180 до 295 нм (спектр поглощения нуклеиновых кислот имеет два максимума: на длине волны 260 нм, на который сориентированы широко применяемые бактерицидные ртутные лампы с длиной волны 254 нм, и более интенсивный пик фотопоглощения вблизи длины волны 190 нм).It is known that the strongest bactericidal effect is caused by UV radiation with λ from 180 to 295 nm (the absorption spectrum of nucleic acids has two maxima: at a wavelength of 260 nm, to which widely used bactericidal mercury lamps with a wavelength of 254 nm are oriented, and more intense peak photoabsorption near a wavelength of 190 nm).
При сплошном широкополосном спектре высокоинтенсивного облучения скорость подавления патогенной микрофлоры в ранах значительно превышает скорость ее роста (обусловленного собственным разложением и внешним обсеменением). При этом отсутствует адаптация микроорганизмов к УФ-излучению, что связано с многоканальным деструктивным воздействием на биомолекулы фотонов с широким энергетическим спектром. При широкополосном УФ-излучении также требуются меньшие энергетические дозы для достижения профилактического и лечебного эффекта. Одновременно уменьшается вероятность появления отрицательных побочных эффектов УФ-воздействия как фотобиологического (эритема, нарушение микроциркуляции, шелушение), так и фотохимического характера (наработка озона в значимых количествах и др.).With a continuous broadband spectrum of high-intensity irradiation, the rate of suppression of pathogenic microflora in wounds significantly exceeds its growth rate (due to its own decomposition and external seeding). Moreover, there is no adaptation of microorganisms to UV radiation, which is associated with a multi-channel destructive effect on photon biomolecules with a wide energy spectrum. With broadband UV radiation, lower energy doses are also required to achieve a preventive and therapeutic effect. At the same time, the likelihood of negative side effects of UV exposure, both photobiological (erythema, microcirculation disturbance, desquamation) and photochemical nature (accumulation of ozone in significant quantities, etc.), is reduced.
Образование активных форм кислорода, радикалов, перекиси водорода, УФ-излучения и других действующих факторов может быть использовано для стимуляции каскада свободно-радикальных реакций в опухолевых клетках, вызывающих повреждение мембран, клеточного аппарата, деструкцию опухоли.The formation of reactive oxygen species, radicals, hydrogen peroxide, UV radiation, and other active factors can be used to stimulate a cascade of free radical reactions in tumor cells that cause damage to membranes, the cell apparatus, and tumor destruction.
Открытые электрические разряды, проводимые в воздушной среде, сопровождаются формированием ударных волн (УВ) и акустических импульсов. При поднесении акустического излучателя к кожному покрову в нем и прилегающих тканях формируется бесконтактное вибромассажное воздействие, амплитуда которого достаточна для возбуждения механорецепторов наружной поверхности кожи.Open electric discharges conducted in the air are accompanied by the formation of shock waves (shock waves) and acoustic pulses. When the acoustic emitter is brought to the skin, non-contact vibromassage action is formed in it and adjacent tissues, the amplitude of which is sufficient to excite mechanoreceptors of the outer surface of the skin.
Сочетательное действие физико-химических факторов может взаимно усиливать друг друга, в результате комплексного воздействия повышается общая эффективность за счет эффекта синергии.The combined effect of physicochemical factors can mutually reinforce each other, as a result of complex effects, the overall efficiency increases due to the synergy effect.
Высокая интенсивность излучения заявляемых источников для обработки медицинского инструмента, стерилизации биологических объектов и др. может в десятки раз снизить время обработки, чем при использовании известных УФ-излучателей (эксимерные лазеры, парортутные лампы низкого давления). Кроме того, цена лазерных фотонов достаточно высока и оправдана лишь при выпуске дорогостоящей продукции. Ртутные лампы, кроме низкой интенсивности, представляют собой значительную экологическую опасность.The high radiation intensity of the claimed sources for processing a medical instrument, sterilization of biological objects, etc. can reduce the processing time by a factor of ten than with the use of well-known UV emitters (excimer lasers, low-pressure coupled lamps). In addition, the price of laser photons is quite high and justified only with the release of expensive products. Mercury lamps, in addition to low intensity, pose a significant environmental hazard.
Заявляемое устройство генерирует высокоинтенсивное световое излучение в широком спектральном диапазоне, включая диапазон фотопоглощения ДНК бактерий и вирусов.The inventive device generates high-intensity light radiation in a wide spectral range, including the range of photoabsorption of DNA of bacteria and viruses.
Измерения энергии излучения светового потока искрового разрядного промежутка в спектральном диапазоне от 310 нм до ИК диапазона заявляемого устройства проводились с помощью калориметра ИМО-2Н с диафрагмой диаметром 12 мм. При подводимой к разрядному промежутку энергии ~4 Дж/имп. с длительностью импульса ~1 мкс на расстоянии 48 мм от разрядника-излучателя полученный полный поток излучения составил 75 кВт и распределен по диапазонам излучения в следующих пропорциях:The radiation energy of the light flux of the spark gap in the spectral range from 310 nm to the IR range of the claimed device was measured using an IMO-2H calorimeter with a diaphragm of 12 mm diameter. When the energy supplied to the discharge gap is ~ 4 J / imp. with a pulse duration of ~ 1 μs at a distance of 48 mm from the spark gap-emitter, the resulting total radiation flux was 75 kW and is distributed over the radiation ranges in the following proportions:
- в УФ-диапазоне спектра (Δλ=310-380 нм) содержится 17% полного потока излучения;- in the UV range of the spectrum (Δλ = 310-380 nm) contains 17% of the total radiation flux;
- в видимом (Δλ=600-700 нм) - 49%;- in the visible (Δλ = 600-700 nm) - 49%;
- в инфракрасном диапазоне спектра (λ>700 нм) - 33%.- in the infrared range of the spectrum (λ> 700 nm) - 33%.
Световая энергия излучения (для λ=250 нм) составляет 0,9·10-3 Дж/см2. Интенсивность светового потока - 0,9 кВт/см2. Мощность излучения со средней длиной волны, равной 250 нм, составляет 11 кВт (Ф=1,4·1022 фотон/с).The light energy of radiation (for λ = 250 nm) is 0.9 · 10 -3 J / cm 2 . The intensity of the light flux - 0.9 kW / cm 2 . The radiation power with an average wavelength of 250 nm is 11 kW (f = 1.4 · 10 22 photons / s).
Техническим результатом устройства является расширение функциональных возможностей, удобство при эксплуатации и повышение эффективности работы. Дополнительным техническим результатом, который можно достичь при применении заявляемого устройства, является безопасность при эксплуатации.The technical result of the device is the expansion of functionality, ease of use and increased work efficiency. An additional technical result that can be achieved by using the inventive device is operational safety.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства для воздействия на биообъект, которое содержит блок питания и излучатель, заявляемое устройство содержит набор сменных излучателей на основе искрового и скользящего разрядов, преобразующих импульсы высокого напряжения микросекундного диапазона длительностей в открытый электрический разряд в разрядном промежутке в воздухе при атмосферном давлении, а блок питания включает генератор высоковольтных электрических импульсов с однократным и частотным режимами работы.The specified technical result is achieved in that, in contrast to the known device for influencing a biological object, which contains a power supply and an emitter, the claimed device contains a set of replaceable emitters based on spark and sliding discharges that convert high-voltage pulses of the microsecond range of durations into an open electric discharge in a discharge gap in air at atmospheric pressure, and the power supply includes a high-voltage electric pulse generator with a single and frequency m operating modes.
Сменные излучатели на основе искрового разряда расположены в диэлектрических корпусах с возможностью подстыковки к ним световодов для передачи светового излучения к труднодоступным и удаленным местам воздействия и имеют в одном исполнении - два противостоящих заостренных электрода, закрепленных в изолирующей трубке из кварцевого стекла, и в другом исполнении - коаксиально расположенные электроды с возможностью перемещения их внутри диэлектрического корпуса, вдоль оси. Сменный излучатель на основе скользящего разряда (третье исполнение излучателя) выполнен в виде протяженных электродов, расположенных на расстоянии друг от друга с одной стороны диэлектрического основания, изготовленного из материала с относительной диэлектрической проницаемостью, в пять и более раз превышающей диэлектрическую проницаемость воздуха.Replaceable spark-based emitters are located in dielectric housings with the possibility of attaching optical fibers to them for transmitting light radiation to hard-to-reach and remote places of impact and have, in one design, two opposing pointed electrodes fixed in a quartz glass insulating tube, and in another design - coaxially arranged electrodes with the possibility of moving them inside the dielectric housing, along the axis. A replaceable emitter based on a sliding discharge (the third embodiment of the emitter) is made in the form of extended electrodes located at a distance from each other on one side of the dielectric base made of a material with a relative dielectric constant that is five or more times higher than the dielectric constant of air.
В заявляемом устройстве излучатели размещены в диэлектрическом корпусе, что удобно при эксплуатации за счет повышения безопасности при работе, расширяет функциональные возможности применения, так как позволяет свободно перемещать его в пространстве и устанавливать в любом положении, что также повышает эффективность работы.In the inventive device, the emitters are placed in a dielectric housing, which is convenient during operation due to increased safety during operation, expands the functionality of the application, as it allows you to freely move it in space and install in any position, which also increases work efficiency.
Возможность перемещения электродов вдоль оси в диэлектрическом корпусе (в излучателе по фиг.1) дает возможность изменять угол раствора конуса генерируемого излучения в пределах от 0 до 2π стерадиан и производить локальное облучение с регулируемой площадью светового пятна на обрабатываемой поверхности, что приводит к повышению эффективности и удобству при эксплуатации, а также повышению безопасности за счет уменьшения риска облучения здоровых тканей. Коаксиальное исполнение электродной системы, например, в виде стержня и втулки приводит к увеличению ресурса работы излучателя за счет равномерного уноса материала электродов при сильноточных разрядах, и это является удобством при использовании устройства, так как не требует частой замены разрядника, являющегося наиболее слабым звеном в устройствах подобного типа и повышает эффективность работы. Следует также отметить, что коаксиальная конструкция позволяет оптимизировать компоновочное размещение ее в корпусе и упростить процесс перемещения вдоль оси внутри корпуса без применения дополнительных приспособлений по фиксированию, что расширяет функциональные возможности.The ability to move the electrodes along the axis in the dielectric casing (in the emitter of Fig. 1) makes it possible to change the angle of the cone of the generated radiation in the range from 0 to 2π steradians and to produce local irradiation with an adjustable area of the light spot on the treated surface, which leads to an increase in efficiency and ease of use, as well as increased safety by reducing the risk of exposure to healthy tissues. Coaxial execution of the electrode system, for example, in the form of a rod and a sleeve, leads to an increase in the life of the emitter due to uniform ablation of the electrode material during high-current discharges, and this is convenient when using the device, since it does not require frequent replacement of the spark gap, which is the weakest link in the devices this type and improves work efficiency. It should also be noted that the coaxial design allows optimizing its layout placement in the housing and simplifying the process of moving along the axis inside the housing without the use of additional locking devices, which expands the functionality.
Излучатель (фиг.3, 4), содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположены электроды, а к противоположной стороне примыкает электропроводящая пластина, электрически соединенная с одним из электродов и выполняющая роль обратного токопровода. Излучатель предназначен для формирования скользящего разряда по поверхности диэлектрика. Известно, что излучение скользящих разрядов открытого типа, имеющих две стадии в их развитии - незавершенную и завершенную, содержит интенсивную коротковолновую компоненту НСИ и обладает большей светимостью по сравнению с другими искровыми разрядами. (Карлов Н.В., Кузьмин Г.П., Прохоров A.M. Газоразрядные лазеры с плазменными электродами // Известия АН СССР. Серия физическая. - 1984. - Т.48. - №7. - С.1430-1436). Таким образом, разрядник на скользящем разряде характеризуется высокой интенсивностью излучения с равномерным распределением светового потока в пределах обрабатываемой поверхности и комплексного действия многих физических и химических факторов, сопровождающих открытые импульсные электрические разряды в воздухе, что приводит к расширению функциональных возможностей, повышению эффективности и сокращению времени обработки - это также удобно при применении заявляемого устройства. Использование в излучателе на принципе скользящего разряда диэлектрической пластины с диэлектрической проницаемостью, в пять и более раз превышающей диэлектрическую проницаемость воздуха, позволяет повысить эффективность свечения за счет высокой плотности формируемых плазменных каналов.The emitter (figure 3, 4), containing a dielectric substrate, on one side of which there are electrodes, and an electrically conductive plate adjacent to the opposite side, electrically connected to one of the electrodes and playing the role of a reverse current conductor. The emitter is designed to form a sliding discharge over the surface of the dielectric. It is known that the radiation of open-type sliding discharges, which have two stages in their development - incomplete and completed, contains an intense short-wave component of the NSI and has a higher luminosity compared to other spark discharges. (Karlov N.V., Kuzmin G.P., Prokhorov A.M. Gas-discharge lasers with plasma electrodes // Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Physical Series. - 1984. - T. 48. - No. 7. - S.1430-1436). Thus, a creeping discharge arrester is characterized by a high radiation intensity with a uniform distribution of the light flux within the treated surface and the complex action of many physical and chemical factors accompanying open pulsed electric discharges in air, which leads to an expansion of functional capabilities, an increase in efficiency, and a reduction in processing time - it is also convenient when using the inventive device. The use of a dielectric plate with a dielectric constant of five or more times higher than the dielectric constant of air in a radiator based on the principle of a sliding discharge allows increasing the luminescence efficiency due to the high density of the formed plasma channels.
Удобство и простота при эксплуатации прибора обеспечиваются встроенным в блок питания генератора высоковольтных электрических импульсов микросекундного диапазона длительности, оборудованный таймером и программатором, позволяющими заранее устанавливать частоту и длительность экспозиции воздействия, контролировать и отображать в удобной (цифровой) форме количество выходных импульсов.Convenience and simplicity in the operation of the device are provided by the microsecond duration range built into the power supply unit of the generator of high-voltage electrical pulses, equipped with a timer and a programmer that allows you to pre-set the frequency and duration of exposure exposure, monitor and display the number of output pulses in a convenient (digital) form.
Возможность подстыковки гибкого волоконного световода к конструкциям излучателей (по фиг.1 и фиг.2) представляет большое удобство для передачи светового излучения к труднодоступным и удаленным местам.The ability to connect the flexible fiber to the structures of the emitters (Fig.1 and Fig.2) is a great convenience for transmitting light radiation to hard-to-reach and remote places.
На фиг.1 изображено заявляемое устройство для воздействия на биообъект с излучателем в диэлектрическом корпусе с изменяющимся ракурсом излучения;Figure 1 shows the inventive device for influencing a biological object with an emitter in a dielectric housing with a varying angle of radiation;
на фиг.2 изображено заявляемое устройство с излучателем на основе точечного разряда;figure 2 shows the inventive device with a radiator based on a point discharge;
на фиг.3 изображено заявляемое устройство для воздействия на биообъект с излучателем на скользящем разряде (вид сбоку);figure 3 shows the inventive device for influencing a biological object with a radiator on a sliding discharge (side view);
на фиг.4 - устройство для воздействия на биообъект с излучателем на скользящем разряде (вид сверху), гдеfigure 4 - a device for influencing a biological object with a radiator on a moving discharge (top view), where
1, 2 - электроды;1, 2 - electrodes;
3 - изолирующая трубка;3 - insulating tube;
4 - диэлектрическая ручка;4 - dielectric handle;
5 - высоковольтный кабель;5 - high voltage cable;
6 - изолирующий корпус;6 - insulating body;
7 - световод;7 - optical fiber;
8 - торцевая втулка;8 - end sleeve;
9 - электропроводящая пластина (обратный токопровод);9 - electrically conductive plate (reverse current lead);
10 - диэлектрическая пластина;10 - dielectric plate;
11 - блок питания - генератор высоковольтных электрических импульсов.11 - power supply - generator of high voltage electrical pulses.
Заявляемое устройство предназначено для воздействия на биологические объекты УФ-излучением и возникающими при электрических разрядах в воздухе активными частицами. Устройство так же может быть использовано в качестве средства воздействия для обработки поверхностей, обеззараживания и стерилизации и в биологических экспериментах in vivo по подавлению темпов роста перевитой лимфосаркомы Плисса.The inventive device is intended for exposure to biological objects by UV radiation and active particles arising from electrical discharges in air. The device can also be used as a means of exposure for surface treatment, disinfection and sterilization, and in in vivo biological experiments to suppress the growth rate of transplanted Pliss lymphosarcoma.
Блок питания представляет собой высоковольтный генератор импульсных напряжений с регулируемой частотой следования импульсов и включает в себя емкостной накопитель энергии (ЕНЭ), коммутатор запасенной энергии в нагрузку (разрядник), встроенное выпрямительно-зарядное устройство (ВЗУ), устройство запуска коммутатора (разрядника). Выходное напряжение генератора составляет ~10кВ. Емкость накопительного конденсатора составляет 0,1 мкФ. Максимальная запасенная энергия - 5 Дж. Генератор позволяет формировать как однократные выходные высоковольтные импульсы напряжения, так и следующие с регулируемой частотой от 0,1 до 4 Гц при длительности импульсов до 10 мкс и временем нарастания менее 10 нс. Полярность импульсов - положительная. Генератор оснащен таймером и программатором, позволяющими заранее устанавливать длительность экспозиции воздействия, контролировать и отображать количество выходных импульсов.The power supply unit is a high-voltage pulse voltage generator with an adjustable pulse repetition rate and includes a capacitive energy storage device (CES), a switchboard for stored energy in a load (discharger), an integrated rectifier-charger (VZU), a switch trigger device (arrester). The generator output voltage is ~ 10kV. The capacitance of the storage capacitor is 0.1 μF. The maximum stored energy is 5 J. The generator allows you to generate both single output high-voltage voltage pulses, and the next with an adjustable frequency from 0.1 to 4 Hz with pulse durations up to 10 μs and rise time less than 10 ns. Impulse polarity is positive. The generator is equipped with a timer and a programmer that allows you to pre-set the exposure time, control and display the number of output pulses.
Устройство укомплектовано набором сменных электроразрядных излучателей, подключение которых к генератору осуществляется при помощи цангового разъема.The device is equipped with a set of replaceable electric-discharge emitters, which are connected to the generator using a collet connector.
В устройстве фиг.1 излучатель имеет два трубчатых электрода, расположенные коаксиально - центральный 1 и электрод-втулку 2. Электроды изготовлены из нержавеющей стали и изолированы друг от друга полиамидной трубкой 3. Наружный диаметр центрального электрода равен 4 мм. Внутренний диаметр трубчатого электрода равен 8 мм. Для подключения разрядника к генератору использован коаксиальный (высоковольтный) кабель 5 марки РК 75-4-15. Кабель жестко закреплен в диэлектрической ручке 4. Жила кабеля электрически соединена с центральным электродом 2, а его оплетка - с трубчатым электродом. Вся описанная выше электродная система представляет собой жесткую конструкцию. Трубчатый электрод-втулка 1 имеет выступ в верхней части. С наружной стороны выступающей части втулки имеется резьба, предназначенная для перемещения всей электродной системы внутри диэлектрического корпуса 6.In the device of figure 1, the emitter has two tubular electrodes located coaxially - the central 1 and the
Излучатель в устройстве, изображенном на фиг.2, имеет два стальных стержневых электрода 1, 2 с конфигурацией расположения «острие-острие», размещенных в кварцевой трубке 6, выполняющей функцию изолирующего корпуса. Конструкция излучателя позволяет регулировать межэлектродный искровой промежуток перемещением по резьбовому соединению одного из электродов (1) относительно торцевой изолирующей втулки 3.The emitter in the device shown in figure 2, has two
Для передачи излучения в труднодоступные и удаленные места на корпусе излучателя предусмотрен оптический разъем для подсоединения к нему световода (7).To transmit radiation to hard-to-reach and remote places, an optical connector is provided on the emitter housing for connecting a fiber to it (7).
Излучатель в устройстве фиг.3, 4 имеет плоскую пластину 7 из титаната бария с относительной диэлектрической проницаемостью εr~1000, размером 100×80×2 мм3. На пластине размещены стальные прямоугольные электроды с поперечным сечением 8×2 мм2. Расстояние между электродами ~ 40 мм и расположены они параллельно друг другу. С противоположной стороны диэлектрической пластины приклеена стальная пластина, занимающая всю площадь под электродами, выполняющая роль обратного токопровода. Питание от высоковольтного источника подается коаксиальным кабелем РК 75-4-15. Жила кабеля электрически соединена с одним электродом - анодом 2, а оплетка через обратный токопровод - со вторым электродом - катодом 1.The emitter in the device of figure 3, 4 has a
Работа устройства осуществляется следующим образом. Электрические импульсы с выхода генератора поступают по кабелю 5, закрепленному в диэлектрическом корпусе, на излучающее устройство. Для избирательного воздействия на участки облучаемой поверхности предложены разрядники-излучатели трех типов, обеспечивающие заданную конфигурацию зоны облучения.The operation of the device is as follows. Electrical pulses from the output of the generator are supplied via
Излучатель в первом исполнении (фиг.1) обеспечивает формирование НСИ в узком телесном угле (с малым ракурсом) и локальное облучение обрабатываемой поверхности с повышенной интенсивностью. Излучателем НСИ и акустических импульсов является искровой разряд, осуществляемый в промежутке, образованном кромками металлического стержня 1 и полого трубчатого электрода 2, расположенными концентрично и разделенными диэлектрической втулкой 3. Разряды между острыми кромками стержня и кольцевого электрода пространственно перемещаются, что обеспечивает равномерный унос материала электродов при сильноточных разрядах и увеличивает ресурс работы излучателя. Угол раствора конуса генерируемого излучения может регулироваться в пределах от 0 до ≤2π стерадиан путем погружения электродов внутрь изолирующего корпуса 6.The emitter in the first version (figure 1) provides the formation of NSI in a narrow solid angle (with a small angle) and local irradiation of the treated surface with increased intensity. The emitter of NSI and acoustic pulses is a spark discharge carried out in the gap formed by the edges of the
Для регулирования спектрального состава НСИ на выходном окне излучателя может устанавливаться оптический фильтр с полосой пропускания в требуемом спектральном диапазоне (на чертеже не показан). Для вывода УФ-части спектра излучения используются интерференционные УФ-фильтры.To adjust the spectral composition of the NSI, an optical filter with a passband in the desired spectral range (not shown) can be installed on the output window of the emitter. To output the UV part of the radiation spectrum, interference UV filters are used.
Световые импульсы излучателей в устройствах фиг.1, 2 могут быть доставлены в скрытую полость облучаемого объекта гибким световодом, стыкуемым с излучателями. Для передачи УФ-части спектра генерируемого излучения световод изготавливается из кварцевых волокон.The light pulses of the emitters in the devices of figures 1, 2 can be delivered to the hidden cavity of the irradiated object with a flexible light guide connected to the emitters. To transmit the UV part of the spectrum of the generated radiation, the fiber is made of quartz fibers.
При воздействии на объекты, требующие пространственно равномерного облучения больших площадей, используется плоский "широкоформатный" оптический излучатель (фиг.3, 4). Для получения излучения с широкими спектральным диапазоном и ракурсом используются многоканальные импульсные электрические разряды, образующие «плазменную плоскость», инициируемые скользящими разрядами вдоль излучающей поверхности.When exposed to objects requiring spatially uniform irradiation of large areas, a flat "wide-format" optical emitter is used (Figs. 3, 4). To obtain radiation with a wide spectral range and angle, multichannel pulsed electric discharges are used that form the “plasma plane”, initiated by sliding discharges along the emitting surface.
Разряд происходит между плоскими электродами 1 и 2, расположенными параллельно с одной стороны диэлектрической подложки 7 и плотно прилегающими к ней. Прямоугольные электроды длиной ~50 мм расположены на расстоянии ~40 мм друг от друга. С противоположной стороны диэлектрической подложки прилегает металлическая пластина 8, соединенная с катодом и являющаяся обратным токопроводом разрядной цепи. Для обеспечения условий формирования многоканального скользящего разряда с повышенной плотностью каналов в завершенной стадии искрового разряда в качестве диэлектрика выбрана керамика толщиной ~2 мм на основе титаната бария с относительной диэлектрической проницаемостью εr~1000. (Баранов В.Ю., Борисов В.М., Высикайло Ф.И., Христофоров О.Б. Исследование условий формирования однородного сильноточного скользящего разряда // ТВТ. = 1984. - Том 22. - №4. - С.661-666).The discharge occurs between the
С той же целью на разрядном промежутке излучателя в начальной стадии разряда создается перенапряжение за счет подачи импульсов высокого напряжения коаксиальным кабелем, сопротивление которого со стороны излучателя превышает волновое сопротивление кабеля. При этом электрическая длина кабеля (время распространения электромагнитной волны по кабелю) должна превышать время нарастания импульса высокого напряжения на излучателе.For the same purpose, an overvoltage is created in the discharge gap of the emitter in the initial stage of the discharge due to the supply of high voltage pulses with a coaxial cable, the resistance of which from the emitter side exceeds the wave impedance of the cable. In this case, the electric cable length (propagation time of the electromagnetic wave through the cable) must exceed the rise time of the high voltage pulse on the emitter.
Если требований к пространственной однородности генерируемого излучения не предъявляется, используется конструкция излучателя на скользящем разряде с концентрическими электродами (чертеж не приведен), установленными аналогично прототипу с одной стороны конденсаторной керамики (К15-10). Диаметр катода, установленного в центре керамического диска, составляет 50 мм. Внутренний диаметр анодного кольца равен 80 мм. Оба электрода плотно прилегают к керамическому основанию с одной стороны. С противоположной стороны керамического диска установлен сплошной электрод, соединенный с анодом.If there is no requirement for spatial homogeneity of the generated radiation, a sliding-emitter design with concentric electrodes (drawing not shown) installed similarly to the prototype on one side of the capacitor ceramic (K15-10) is used. The diameter of the cathode mounted in the center of the ceramic disk is 50 mm. The inner diameter of the anode ring is 80 mm. Both electrodes fit snugly on the ceramic base on one side. On the opposite side of the ceramic disk is a solid electrode connected to the anode.
Система электродов встроена в корпус из изоляционного материала (на чертеже не показан), который обеспечивает полную безопасность устройства. Для регулирования спектрального состава НСИ на выходном окне излучателя может устанавливаться оптический фильтр с соответствующей длиной волны и полосой пропускания. Для вывода УФ-излучения фильтр изготавливается из MgF2, CaF2 или кварцевого стекла.The electrode system is built into the housing of insulating material (not shown in the drawing), which ensures complete safety of the device. To regulate the spectral composition of the NSI, an optical filter with an appropriate wavelength and passband can be installed at the emitter's output window. To remove UV radiation, the filter is made of MgF 2 , CaF 2 or silica glass.
Установка весит не более 5 кг и имеет габаритные размеры: 350×300×120 мм3. В процессе работы разрядники могут быть установлены стационарно в специальные подставки или обработку производят вручную. Вес разрядников (по обоим вариантам) не превышает 0,2 кг.The unit weighs no more than 5 kg and has overall dimensions: 350 × 300 × 120 mm 3 . During operation, the arresters can be installed permanently in special stands or the processing is carried out manually. The weight of the arresters (in both cases) does not exceed 0.2 kg.
Экспериментальные данные, полученные при апробации заявляемого устройства путем воздействия оптических импульсов открытых излучателей на бактерии, выявили стопроцентный бактерицидный эффект в отношении грамположительной флоры (Staphylococcus epidermidis) и 90% бактерицидным эффектом в отношении грамотрицательной флоры (Escherichia coli) при дозе облучения 15 импульсов. Доза облучения 20 импульсов полностью разрушала клетки как грамположительной, так и грамотрицательной флоры.The experimental data obtained by testing the inventive device by the action of optical pulses of open emitters on bacteria revealed a one hundred percent bactericidal effect against gram-positive flora (Staphylococcus epidermidis) and a 90% bactericidal effect against gram-negative flora (Escherichia coli) at a radiation dose of 15 pulses. An irradiation dose of 20 pulses completely destroyed cells of both gram-positive and gram-negative flora.
При воздействии оптических импульсов устройства на грибковые клетки наблюдался стопроцентный фунгицидный эффект на взвесь Candida albicans, при дозе облучения 80 импульсов, 95% фунгицидный эффект при дозе 40 импульсов и 30% при облучении дозой 20 импульсов in vitro.When optical pulses of the device acted on fungal cells, a one hundred percent fungicidal effect was observed on a suspension of Candida albicans at a dose of 80 pulses, a 95% fungicidal effect at a dose of 40 pulses and 30% when irradiated with a dose of 20 pulses in vitro.
С целью исследования возможностей применения заявляемого устройства для подавления темпов роста экспериментальной лимфосаркомы Плисса in vivo были проведены опыты по воздействию оптических импульсов на крыс с перевитой экспериментальной лимфосаркомой Плисса.In order to study the possibilities of using the inventive device to suppress the growth rates of experimental Pliss lymphosarcoma in vivo, experiments were conducted on the effects of optical pulses on rats with transplanted experimental Pliss lymphosarcoma.
Воздействие оптических импульсов заявляемого устройства на животных показало, что уровень ХЛ достоверно не отличался от уровня ХЛ контрольной серии. Количество не разрушенных эритроцитов достоверно увеличилось в режимах 20 и 40 импульсов соответственно на 21 и 44%. Содержание лейкоцитов при режиме 20 импульсов уменьшилось в 2 раза, а при режиме 40 импульсов - увеличилось на 60% по отношению к контролю.The impact of the optical pulses of the claimed device on animals showed that the level of CL did not significantly differ from the level of CL in the control series. The number of undamaged red blood cells significantly increased in the modes of 20 and 40 pulses by 21 and 44%, respectively. The leukocyte count in the 20-pulse mode decreased by 2 times, and in the 40-pulse mode, it increased by 60% with respect to the control.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007113543/14A RU2358773C2 (en) | 2007-04-11 | 2007-04-11 | Bioobject impact device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007113543/14A RU2358773C2 (en) | 2007-04-11 | 2007-04-11 | Bioobject impact device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007113543A RU2007113543A (en) | 2008-10-27 |
| RU2358773C2 true RU2358773C2 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=41026092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007113543/14A RU2358773C2 (en) | 2007-04-11 | 2007-04-11 | Bioobject impact device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2358773C2 (en) |
-
2007
- 2007-04-11 RU RU2007113543/14A patent/RU2358773C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Курортология и физиотерапия. Под ред. В.М.БОГОЛЮБОВА. Т.1. - М., 1985, с.419-424. БОГОЛЮБОВ В.М., ПОНОМАРЕНКО Г.Н. Общая физиотерапия. - М.-СПб. 1998, с.130-133. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007113543A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2656333C1 (en) | Plasma device with a replacement discharge tube | |
| Von Woedtke et al. | Plasmas for medicine | |
| EP3222121B1 (en) | Cold plasma generating system | |
| US5908444A (en) | Complex frequency pulsed electromagnetic generator and method of use | |
| ES2553005T3 (en) | Gas plasma disinfection and sterilization device | |
| CN110574140B (en) | Atmospheric pressure plasma device | |
| US8294369B1 (en) | Low temperature plasma generator having an elongate discharge tube | |
| WO2016069391A1 (en) | Medical device for applying non-thermal plasma to selected targets | |
| Singh et al. | The bright future of dentistry with cold plasma—review | |
| RU2638569C1 (en) | Method for sterilisation using gas-discharge plasma of atmospheric pressure and device for its implementation | |
| RU2705791C1 (en) | Source of nonequilibrium argon plasma based on volumetric glow discharge of atmospheric pressure | |
| RU2138213C1 (en) | Device for coagulation and stimulation of healing of wound defects of biological tissues | |
| RU2358773C2 (en) | Bioobject impact device | |
| JP2023523809A (en) | Sterilizer that generates plasma and hydroxyl radicals | |
| RU2413551C2 (en) | Device for influence on bioobject | |
| KR20220016857A (en) | Plasma Surface Sterilizer and Related Methods | |
| Ryan et al. | Overview of plasma technology used in medicine | |
| RU2641068C1 (en) | Device for treatment of early infection and dermatological diseases | |
| Kim | New conversing technology; plasma medicine | |
| ES1226210U (en) | Physical plasma device for skin wound disinfection (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) | |
| JP2023523815A (en) | Sterilizer that generates plasma and hydroxyl radicals | |
| RU2092191C1 (en) | Installation for disinfection and deodorization of air | |
| RU103668U1 (en) | GAS DISCHARGE PULSE SOURCE OF HIGH-INTENSITY UV RADIATION | |
| CN111420109A (en) | Electromagnetic pulse synergistic plasma efficient air purification and disinfection equipment | |
| US6593706B1 (en) | High pressure neon arc lamp |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110412 |