Yazarlar, ekipman konusunda yardım için Volker Rohwer'a (Kiel Üniversitesi Deneysel ve Uygulamalı Fizik Enstitüsü) teşekkür eder. Çalışma, CRC 1316 Geçici Atmosferik Plazmalariçindeki DFG tarafından, biyolojik substratlarla temel etkileşim mekanizmalarının incelenmesi için soğuk atmosferik plazmalar (proje-ID BE 4349/5-1) ve yara iyileşmesinde Plazma tarafından oluşturulan nitrik oksit (proje kimliği SCHU 2353/9-1) ile desteklenmiştir.

1. Besleme gazı besleme ve kontrollü atmosfer
<ol><li>24TPFE veya benzeri plastik borulardan kaçınarak, tamamen metal gaz hatlarından oluşan gaz kaynağını kurun. Herhangi bir safsızlığı önlemek ve gaz besleme sisteminin pompalanmasını kolaylaştırmak için gaz besleme hatlarını mümkün olduğunca kısa tutun.</li>
	<li>COST-Jet'in tipik gaz akış hızlarına göre besleme gazını sağlamak için kullanılan kütle akış denetleyicilerini seçin. En az %99.999 saflıkta çalışma gazı kullanın. NOT: COST-Jet'in birincil çalışma gazı helyumdur. Çalışma, 100 sccm ile yaklaşık 5000 sccm arasındaki akış hızlarında gerçekleştirilebilir ve 1000 sccm en yaygın değerdir.</li>
	<li>Birden fazla kütle akış denetleyicisinden oluşan bir sistem tarafından reaktif gazların karıştırılmasını gerçekleştirin. Daha küçük karışımlar için, karıştırmanın25'itamamlaması için gereken süreyi azaltmak için bir karşı karıştırma ünitesi kullanın. NOT: Yaygın karışımlar, 5 sccm (çalışma gazının% 0,5'i) sırasına göre akış hızına sahip oksijen ve azottur.</li>
	<li>Atmosfer basınçlı plazmalarda en yaygın ve en sorunlu safsızlık olduğu için cihaz kullanılmadığında gaz besleme hatları ile jet arasına nemli hava girmesini önlemek için bir vana ekleyin ve plazma kimyasını kritik derecede etkileyen bir vana ekleyin.</li>
	<li>Borudaki safsızlıkları azaltmak için yüzey işlemeden önce gaz besleme hatlarını temizleyin. Bunu yapmak için, ya yaklaşık 1000 sccm helyumluk ılımlı bir gaz akışı ayarlayın ve besleme hatlarını yıkayın ya da tercihen tekrar tekrar pompalayın ve ikmal hatlarını doldurun (yaklaşık üç kez). NOT: Gaz besleme hatlarını temizlerken, kirlenme durumuna bağlı olarak sistemi temizlemek için birden fazla saat gerekebilir.</li>
	<li>Besleme gazındaki nemi daha da azaltmak için gaz besleme hatlarına moleküler elek tuzağı veya soğuk tuzak (örneğin, sıvı nitrojen kullanarak) ekleyin.</li>
	<li>Bunun yerine, reaktif olarak kontrollü miktarda su isteniyorsa, sisteme bir bubbler ekleyin26,27.</li>
	<li>Ortam atmosferinin bileşimindeki değişiklikler plazma atık sularındaki kimyasal reaksiyonları etkileyebileceğinden, deneyiniz için kontrollü bir atmosfer ayarlamayı düşünün. NOT: Bu etki cost-jet28için büyük olasılıkla çok belirgin değildir, çünkü elektrik alanı yapılandırması plazmayı deşarj kanalının içine hapseder, ancak aktif plazmanın cihazın kısmen dışında olduğu diğer CAP cihazları için önemli bir rol oynayabilir.</li>
</ol>2. Cihazın montajı ve kurulumu
<ol><li>COST-Jet cihazını bir gaz kaynağına bağlayın. Cihazı doğrudan 1/4 inç paslanmaz çelik Swagelok boruya bağlayın. Farklı boru standartları için adaptörler kullanın.</li>
	<li>COST-Jet'i SMC konektörü ile donatılmış korumalı bir BNC kablosu kullanarak güç kaynağına bağlayın.</li>
	<li>Entegre elektrik problarını bir osiloskopa bağlayarak voltajı ve akımı sonda olarak 50 Ohm direnç kullanarak izleyin.</li>
	<li>COST-Jet muhafazasını açın ve düzgün bir şekilde telafi edilmiş bir ticari gerilim probunun yanı sıra jetin topraklanmış bir kısmını (örneğin, Swagelok gaz tüpü) ve osiloskopa bağlayın.</li>
	<li>Prob kalibrasyon rutini gerçekleştirin: COST-Jet'e küçük bir voltaj uygulayın ve optimum kavramaya ulaşmak için bir tornavida kullanarak LC devresinin değişken kondansatörünü ayarlayın (ölçülen voltajı en üst düzeye çıkarın). Doğrusal regresyon kullanarak gerçek voltajı (ticari prob) ölçülen voltajla (uygulanan prob) karşılaştırarak bir voltaj kalibrasyonu gerçekleştirin ve bir kalibrasyon sabiti hesaplayın. Ticari gerilim probünü çıkarın ve COST-Jet muhafazasını kapatın.</li>
	<li>Yine COST-Jet'e küçük bir voltaj uygulayın ve optimum bağlantıya ulaşmak için bir tornavida kullanarak LC devresinin değişken kondansatörünü ayarlayın.</li>
	<li>COST-Jet cihazında bir plazmayı tutuşturun: Öncelikle, kütle akış denetleyicileri (MFC' ler) kullanarak yaklaşık 1 slpm helyum gaz akış hızı ayarlayın. Gaz besleme sistemi ile COST-Jet arasındaki vanayı en son açın. Daha sonra elektrotlara düşük voltaj uygulayın ve plazma tutuşana kadar genliği artırın.</li>
	<li>İlk ateşlemeden sonra, elektrotlar temiz değilse ve kontağı engellerse, yüksek bir başlangıç voltajı uygulayın ve ateşlemeden sonra hızla azaltın. Alternatif olarak, daha kolay bir ilk ateşlemeyi kolaylaştırmak için bir kıvılcım tabancası kullanın.</li>
	<li>Çalışma kontrol parametrelerini (gaz akışı, uygulanan voltaj) istenen değerlere ayarlayın.</li>
	<li>Kararlı ve tekrarlanabilir çalışma koşulları sağlamak için termal stabilizasyona (yaklaşık 20 dakika) izin vermek için kuruluma biraz ısınma süresi verin.</li>
	<li>Deneyler sırasında gaz bileşimini değiştirmek için, gaz besleme kurulumuna bağlı olarak yaklaşık 2 dakikalık bir denge süresine izin verin. NOT: COST-Jet artık uygulamaya hazırdır.</li>
</ol>3. Güç ölçümü
<ol><li>COST-Jet'e uygulanan voltajı ve akımı izleyen osiloskopu bir bilgisayara bağlayın.</li>
	<li>Gerçek zamanlı güç izleme sağlayan bilgisayara 'COST güç monitörü' yazılımını yükleyin11 ,19.</li>
	<li>Belirli osiloskopu kontrol etmek için gerekli komutları uygulayarak yazılım ve osiloskop arasındaki iletişimi ayarlayın.</li>
	<li>COST güç monitörü yazılımını başlatın ve Ayarlar paneline geçin. Osiloskopa bağlı doğru kanalları ve adım 2.4'te belirlenen kalibrasyon sabitini doldurun. NOT: Ticari gerilim probu COST-Jet'e bağlıysa kalibrasyon faktörünü otomatik olarak hesaplamak için Bul düğmesi kullanılabilir.</li>
	<li>Süpür paneline gidin. Bul düğmesine basarak plazma hala kapalıyken bir referans aşamasına geçin. Bu ölçümden önce gaz akışını kapatın ve plazma, asil gaza hakim gaz karışımlarına kıyasla çok daha yüksek ateşleme voltajı nedeniyle havada tutuşmayacağından, deşarjın gerçek çalışması için kullanılan tipik voltaj aralığında bir voltaj uygulayın. Burada mükemmel kondansatörün 90° fazını varsayarak voltaj ve akım probları arasındaki bağıl faz değişimini otomatik olarak düzeltmek için bu ölçümü kullanın.</li>
	<li>Elektrik ölçümlerini başlatmak veya duraklatmak için Başlat ve Duraklat düğmesine basın.</li>
	<li>COST-Jet'i istediğiniz gibi çalıştırın. Gerilim ve akım genliklerinden hesaplanan gerçek elektrik gücünü ve izleme için yazılımda sürekli olarak görüntülenen faz kaymalarını ve bir kontrol parametresi olarak kullanın.</li>
</ol>4. (Katı) yüzey işleme
<ol><li>Deneyiniz için kontrollü bir atmosfer kurun. NOT: COST-Jet durumunda, kontrollü atmosfer, sınırlı deşarj kanalı dışında aktif plazma kimyasına sahip kaynaklara göre daha az önemlidir.</li>
	<li>1.5. adımda açıklandığı gibi gaz besleme hatlarını temizleyin.</li>
	<li>İstediğiniz çalışma parametrelerini ayarlayın ve COST jeti sabit bir sıcaklığa ulaşana kadar yaklaşık 20 dakika bekleyin.</li>
	<li>Cost-Jet ile işlenmiş yüzey arasındaki mesafeyi seçin, çünkü mesafe işlenmiş yüzeyde engel olan reaktif türlerin miktarını belirler30. Kolay manipülasyon için substratı monte etmek için bir xyz aşaması kullanın. NOT: COST-Jet için, emniyet boşluğu plazma deşarjı ile işlenmiş yüzey arasındaki mesafeye bir milimetre daha ekler.</li>
	<li>Tedavi süresine başlayın: Plazmayı açmanız veya mekanik bir deklanşör kullanmanız yeterlidir. Daralmış bir deşarja yol açan anahtarlama olayı sırasında olası bir voltaj aşırı çekimine dikkat edin. MS aralığında daha iyi kontrol için döndürülebilir bir deklanşör kullanın.</li>
	<li>Numuneyi istediğiniz süre boyunca tedavi edin ve plazmayı kapatarak veya deklanşör kullanarak tedavi süresini sonlandırın.</li>
	<li>Gerekirse, bir substratı yüzey şarjı, iyon sürükleme kuvvetleri veya yüzdürme nedeniyle ortam hava karıştırmasının bir yüzeye ulaşan reaktif türlerin miktarını etkileyebileceği için tedavi ederken Schlieren görüntülemesini kullanarak hedefin önündeki gaz akış desenini kontrol edin.</li>
</ol>5. Sıvı tedavisi
<ol><li>Deney için kontrollü bir atmosfer kurun.</li>
	<li>1.5. adımda açıklandığı gibi gaz besleme hatlarını temizleyin.</li>
	<li>İstediğiniz çalışma parametrelerini ayarlayın ve COST jetinin sabit bir sıcaklığa ulaşması için yaklaşık 20 dakika bekleyin.</li>
	<li>COST-Jet ile işlenmiş sıvı arasındaki mesafeyi seçin.</li>
	<li>Tedavi edilecek sıvıyı yeterli bir kaba dökün. Kabın ile sıvıda potansiyel olarak üretilen reaktif türlerin reaksiyonlarını önlemek için inert malzeme kullanın. İşlenmiş sıvı hacmine göre kabın boyutunu seçin.</li>
	<li>Gaz akışının sıvı yüzey üzerindeki etkisini göz önünde bulundurun: Gaz akış hızına bağlı olarak, oluşabilecek içbükey bir menisküsten haberdar olun, böylece plazma ve sıvı yüzey arasındaki mesafeyi değiştirebilir.</li>
	<li>Tedaviye başlayın. Gaz akışındaki ani bir değişikliğin neden olduğu sıvı yüzeyindeki basınç dalgalanmalarından kaçının, çünkü bu, deşarj geometrisine sıvı sıçramalarına neden olabilir, muhtemelen kısa devreye neden olabilir ve kesinlikle plazmayı kirletebilir. Bunun yerine, mekanik bir deklanşör kullanın veya gaz akışını yavaşça artırın.</li>
	<li>Sıvıdaki taşıma proseslerini ve konsantrasyon profillerini etkilediğinden, nötr gaz akışı ile sıvı yüzey arasındaki sürtünme nedeniyle sıvının karıştırılmasını/karıştırılmasını dikkate alın. Ek olarak, tedavi süresine bağlı olarak, işlem sırasında sıvının buharlaşması için doğru (örneğin, reaksiyon sabitlerini hesaplarken). Plazma kaynağına bağlı olarak, bu buharlaşmanın muhtemelen deşarja geri bağlantıya neden olduğunu ve böylece plazma kimyasını değiştirdiğini unutmayın.</li>
	<li>Sıvılardaki olası reaktiflerle reaktivitenin de bu ajanın yüzey aktivitesi tarafından etkilendiğini lütfen göz önünde bulundurun. Bu nedenle, bazı durumlarda, yüzey aktif madde kısa ömürlü türler ve sıvılar arasındaki etkileşimde önemli bir rol oynayabilir.</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Burada, farklı malzemelerin yüzey tedavileri için atmosferik basınçlı plazma jetinin kullanımını gösteriyoruz. Atmosferik basınçlı plazma jeti için deneysel kurulum plazma parametreleri, kimyası ve performansı üzerinde muazzam bir etkiye sahip olabilir ve sonuç olarak plazma tedavilerinin sonucunu etkiler ve protokolde kritik bir adımdır.
Örnek olarak, gaz besleme hatları, plazmanın nem olan besleme gazındaki en yaygın safsızlık açısından önemli bir rol oynatır. Özellikle, su moleküllerine ve azot35'ekıyasla oksijenin düşük iyonlaşma enerjisi nedeniyle reaktif oksijen türleri üretimi tercih edilirken plazmadaki reaktif azot türlerinin üretimi azalır. Kış24, iç tüpün yüzeyindeki su moleküllerinden kaynaklanan yem gazı neminin, daha yüksek gözeneklilik ve depolama kapasitesi nedeniyle metal tüplere kıyasla polimerik tüpler kullanılarak daha yüksek bir büyüklük sırası olduğunu öğrendi. Hatların besleme gazı ile yıkanarak azaltılabilir. Ancak hattın yıkanarak kurutucu olarak kurutunun birkaç saat sürer. Bu nedenle polimerik borulardan kaçınılmalı veya en azından mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır. Bu bulgular Große-Kreul25'tenyapılan çalışmalarla altı çizilmektedir. Poliamid ve paslanmaz çelik boruların kütle spektrometresi kullanarak plazma kimyası üzerindeki etkisini karşılaştırdılar. Ölçümleri, polimerik tüplerden gelen su gazları ve metal tüplerle daha hızlı kuruma süreleri nedeniyle plazmada su kümesi iyon oluşumunu doğrulamamaktadır. Ek olarak, moleküler elek tuzağı ve sıvı nitrojen soğuk tuzağı gibi gaz arıtma yöntemlerinin plazma kimyası üzerindeki etkisini araştırdılar ve bu da safsızlık miktarını yaklaşık iki sıra azaltmaya yardımcı oldu.
Besleme gazını arındırmaya çalışmak yerine, kontrollü bir nem miktarı ekleme yaklaşımı da vardır. Bu kasıtlı safsızlık daha sonra doğal safsızlıklara hakim olduğundan ve böylece plazma kimyasını kontrol ettikçe, ilave nem miktarı tam olarak bilindiği sürece tekrarlanabilir koşullar sağlanır.
Deşarjın tutuşması için, elektrotlara uygulanan voltaj genellikle arıza noktasına kadar artırılabilir. Bununla birlikte, elektrotların yüzey koşullarına bağlı olarak, bazen yüksek bir voltaj gereklidir. Ateşlemeyi kolaylaştırmak için yüksek voltajlı bir buji tabancası kullanılabilir. Bu, COST-Jet'te bir argon deşarjını ateşlemeye çalışırken de yararlı olabilir.
COST-Jet'i herhangi bir yüzeye uygulamadan önce, cihazın dengelemesi için yeterli zaman ayrılmalıdır. İstenilen kontrol parametrelerine ayarlandığında, COST-Jet'in istikrarlı koşullara ulaşması için yaklaşık 20 dakikaya ihtiyacıvardır 11. Bu süre zarfında, cihazın sıcaklığı, gaz sıcaklığı ve plazma kimyası sabit bir duruma ulaşıyor.
Bilimsel sonuçların karşılaştırılması için karşılaştırılabilir plazma kontrol parametreleri gereklidir. Elektrik giriş gücünü ölçmek için COST güç monitörükullanılabilir 29. Yazılım açık kaynaklıdır ve farklı osiloskop türleriyle uyumludur. Yazılım Golda19tarafından açıklanan ilkeye göre çalışır.
Yem gazı neminin plazma kimyası üzerindeki etkisinin yanı sıra, reaktif türlerin plazmadan substrata taşınması, atık su bileşiminde önemli bir rol oynar ve protokoldeki bir diğer kritik adımdır. Çevredeki atmosfer, alt tabakaya giderken plazmada oluşturulan türleri etkileyebilir. Bu etkiyi en aza indirmek için iki farklı kavram kullanılır: (i) Öncelikle besleme gazından oluşan kontrollü bir atmosfer kurulabilir. Böylece, çevredeki atmosferin bileşimi sabit tutulabilir. Tedavi için gerekli saflık seviyesine bağlı olarak, kontrollü atmosfer aşırı basıncı önlemek için tek yönlü valf ile donatılmış koruyucu muhafazalar aracılığıyla gerçekleştirilebilir. Daha yüksek saflık seviyeleri için, pompalı bir vakum odası kullanılabilir. (ii) İkinci olarak, plazma atıklarının etrafında bir koruyucu gaz perdesi kullanılarak kontrollü bir atmosfer oluşturulabilir36,37. Genellikle, inert bir gazdan oluşur, ancak uygulamanın ihtiyaçlarına göre de değiştirilebilir.
Neyse ki, COST-Jet için, çevredeki atmosferin etkisi nispeten düşüktür. Gorbanev, izotopik etiketleme kullanarak, paralel alan konfigürasyon plazma jeti için plazma gazı fazında ve plazma nozülü ile örnek38,39arasındaki bölgede sıvı bir yüzeye ulaşan reaktif oksijen ve azot türlerinin oluştuğunu göstermiştir. Buna karşılık, COST-Jet için aynı tekniği kullanarak, RONS'un neredeyse sadece çevredeki ortam yerine plazma fazından kaynaklandığını öğrendiler28. Bunun nedeni muhtemelen elektrik alanının COST-Jet deşarjının plazma kanalına hapsedilmesidir. Bu, plazma deşarjını büyük ölçüde ortamından bağımsız hale getirir ve belirli bir uzak karakter verir.
Uzunlamasına bir elektrikli alan plazma jeti için, Darny ve ark.40, elektrik alanının polaritesinin gaz akış desenini ve dolayısıyla iyonik rüzgar nedeniyle bir hedefe ulaşan reaktif türleri değiştirdiğini göstermiştir. Reaktif tür yoğunluğunun çevreye bağımlılığı Stancampiano ve ark.7tarafından yapılan ölçümlerle doğrulandı. Arıtılmış suda oluşturulan reaktif türlerin sayısının elektriksel özelliklere bağlı olarak farkını bildirdiler. Bu farklılıkları telafi etmek için telafi edici bir elektrik devresi oluşturmaları gerekiyordu. Cost-Jet için bu davranış farklıdır: Şekil 5, COST-Jet'in Schlieren görüntülerini uygulanan bir voltaj olmadan ve çalışma sırasında iki farklı gaz akış hızı için karşılaştırır. Görüntüler Kelly41tarafından açıklandığı gibi tek bir ayna satır içi hizalama kullanılarak çekildi. Yatay olarak hizalanmış COST-Jet atık sularının düz bir cam substrata nasıl çarptığını gösterirler. Her iki görüntü de aynı gaz akış desenini gösteriyor. Bu, plazma atık sularında yüklü türlerin bulunmaması nedeniyle iyonik rüzgarın eksikliğinden kaynaklanır.
Ek olarak, COST-Jet çok laminer bir akış deseni sergiler. Kelly41, Schlieren görüntülerini Şekil 5'tesunulanlara benzer şekilde gösterdi , çeşitli gaz akış hızları için. 2 slpm'lik nispeten yüksek gaz akış hızlarında bile, plazma atık su türbülans belirtisi göstermez. 0,25 slpm ve altındaki çok düşük gaz akış hızlarında, helyum atık sularının yüzdürülme hızı rol oynamaya başlar. Bununla birlikte, nozülden 4 - 5 mm mesafeye kadar, ortam atmosferi, Ellerweg'in kütle spektrometresi17kullanarak gösterdiği gibi yüzeye ulaşan gaz bileşimini etkilemez.
Yukarıda belirtilen özelliklerin tümü COST-Jet'in uzak karakterine eklenir. Bu, yüzeylerin kontrollü ve karşılaştırılabilir tedavisi için ideal bir adaydır.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig05.jpg"> Şekil 5: COST-Jet'in iki farklı gaz akış hızı için uygulanan voltajlı ve uygulanmamış Schlieren görüntüleri. Plazma çalışması sırasında, gaz akış deseni tam olarak sadece gaz akışı ile desene benzer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig05large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
tedavi edilen numune üzerinde istenen etkiye bağlı olarak, gaz akış karışımı, uygulanan elektrik gücü ve plazma kaynağı ile yüzey arasındaki mesafe kontrol parametreleri buna göre ayarlanabilir. COST-Jet için, atık etteki reaktif türleri araştıran geniş bir literatür veritabanı bulunmaktadır. Örnek olarak, Willems30 atomik oksijen yoğunluğunu kütle spektrometresi kullanarak ölçerken Schneider42 atık sudaki atomik azot yoğunluklarını ölçtü.
Sıvıların atmosferik basınçlı plazma ile tedavisi, reaktif türler, iyonlar, fotonlar veya elektrik alanları tarafından yönlendirilen çeşitli olası reaksiyon mekanizmalarına neden olabilir. COST-Jet'in daha önce açıklanan özellikleri nedeniyle, elektrik alanının, iyonların ve fotonların etkisi, plazmanın sıvılarla doğrudan temas ettiği plazma kaynaklarına kıyasla ihmal edilebilir. Bu nedenle, atomik oksijen gibi kısa ömürlü reaktif türlerin fenol çözeltisi üzerindeki etkisini incelemek için COST-jet Hefny43 ve Benedikt44tarafından kullanılmıştır. Ayrıca, COST-Jet, sıvı tedavisinin deneylerini ve sayısal simülasyonlarını karşılaştırmak için uygun bir olasılık sağlar28. Plazma ve sıvı arasındaki etkileşim, reaktif türlerin plazmadan sıvı yüzeye gaz akışı ile hakim olduğundan, model karmaşıklığı azaltılabilir.
Sıvının karıştırılmasına neden olan gaz akışı, plazma üretilen reaktif türler ile sıvı arasındaki reaksiyon oranını arttırır. Katıların yüzey işlemelerinin aksine, sıvının konveksiyonu sürekli olarak lokal reasant konsantrasyonu değiştirir. Ek olarak, sıvıdaki reasüranlarla plazma üretilen türler arasındaki reaksiyon oranları da bu reasantların yüzey aktivitelerinden etkilenir. Artan yüzey aktivitesi ile, reasyenin sıvı yüzeydeki konsantrasyonu artar. Bu yüzey aktif madde, plazma tarafından üretilen kısa ömürlü türlerin reaktivitesinde önemli bir rol oynayabilir.
Sıvı yüzeyde engel olan gaz akışını karıştırmanın yanı, dikkate alınması gereken buharlaşmayı da teşvik eder. COST-Jet'i kısa tedavi süreleriyle kullanmak, doğru reaksiyon oranlarını hesaplamak için hala düşünülse de, buharlaşma küçük bir rol oynayabilir. COST-Jet'in deşarjı buharlaşmadan etkilenmez ve bu nedenle plazma kimyası da etkilenmez. Plazmanın sıvı ile doğrudan temas halinde olduğu farklı plazma kaynakları için plazma kimyası, Tian ve Kushner45'in dielektrik bariyer deşarjı için gösterdiği gibi buharlaşma ile önemli ölçüde değişmektedir. Ayrıca, kINPen için buharlaşmaların bir etkisi belirlendi46.
Plazma kimyasında farklı plazma kaynakları için dikkat edilmesi gereken bu farklılıkların yanı sıra, sıvı yüzey değişiklikleri üzerinde gaz akımının neden olduğu menisküs topolojisi de değişmektedir. Bu menisküs derinliği genellikle gaz hızına bağlıdır. Elektrot konfigürasyonun sıvıya ulaşan önemli bir elektrik alanına neden olduğu plazma kaynakları için veya sıvı ile temas eden bir plazma ile, bu menisküs47,48yükseltilebilir. Gösterildiği gibi, kullanılan plazma kaynağına göre çeşitli etkilerin göz önünde bulundurulmalıdır.
Gelecekte, bu protokol COST-Jet kullanarak yüzey ve sıvı tedavileri yapmak ve tanımlamak için kullanılabilir. Farklı plazma jet tasarımlarının bolluğu arasında benzersiz bir uzak karakter sergileyen kararlı, tekrarlanabilir bir plazma kaynağıdır. Aynı yöntemler sadece COST-Jet kaynağı ile sınırlı değildir ve herhangi bir soğuk atmosferik basınçlı plazma kaynağı ile kullanılmak üzere değiştirilebilir ve uyarlanabilir.

Soğuk atmosferik basınçlı plazmalar (CAP' ler) yüzey işleme uygulamalarına yönelik potansiyelleri nedeniyle son yıllarda daha fazla ilgi çekmektedir. CAP'ler denge dışı özellikleri ile karakterize edilir ve tedavi edilen numuneler üzerinde düşük termal etkiyi korurken yüksek reaktif tür yoğunluğuna sahip karmaşık plazma kimyasını sağlar. Bu nedenle, CAP'ler özellikle biyolojik doku1, 2,3,4tedavisi için düşünülmektedir. Diğer biyomedikal uygulamaların yanı sıra yara dezenfeksiyon ve iyileşmesi, kan pıhtılaşması ve kanser tedavisi için çok sayıda CAP kavramı ve tasarımı başarıyla kullanılmaktadır. Biyolojik dokunun büyük bir kısmı sıvı içerir. Bu nedenle, araştırmalar ayrıca CAP'lerin hücre ortamı veya su5,6,7gibi sıvı yüzeyler üzerindeki etkilerini araştırmaya da giderek daha fazla odaklanmaktadır.
Bununla birlikte, bilimsel sonuçlar genellikle güvenilirlik ve tekrarlanabilirlik sorunlarından muzdariptir8,9,10. Bir yandan, tedavi edilen biyolojik substratlar doğal varyasyonlara tabidir. Öte yandan, biyolojik mekanizmalar nadiren doğrudan plazma süreçlerine (elektrik alanları, UV radyasyon ve uzun ve kısa ömürlü türler vb.) atfedildi. Ayrıca, bu plazma süreçleri bireysel plazma kaynağına ve uygulamasının tam türüne bağlıdır.
Ek olarak, tedavi prosedürlerinin ayrıntılı protokolleri nadiren mevcuttur. Bu, belirli bir plazma parametresinin tedavinin sonucu üzerindeki etkisini izole etmeyi zorlaştırır, bu da elde edilen sonuçları aktarılamaz hale getirir.
Bu nedenle, son zamanlarda, soğuk atmosferik basınçlı plazmalar kullanılarak yüzeylerin, dokuların ve sıvıların tedavisini standartlaştırmak için çeşitli girişimlerde bulunulmuştur. Burada sadece bazı seçilmiş örnekleri sunuyoruz.
<ol><li>Farklı plazma kaynaklarının doğrudan karşılaştırılmasını basitleştirmek için bir referans kaynağı geliştirilmiştir. Düşük basınçlı plazma topluluğundan esinlenerek, gelecekteki biyomedikal araştırmalar için referans kaynağı olarak hizmet edebilecek COST eylem MP 1101 çerçevesinde tekrarlanabilir ve istikrarlı bir deşarj tasarımı (COST-Jet) geliştirilmiştir11.</li>
	<li>Karşılaştırılabilmeyi sağlamak için, bireysel uygulamalar için referans protokolleri geliştirilmiştir. Soğuk atmosferik basınçlı plazmaların antimikrobiyal özelliklerinin karşılaştırılmasını standartlaştırmak için, örneğin, Mann ve arkadaşları, alan birimi başına tedavi süresini normalleştirerek mikroorganizma tedavisi için bir referans protokolü tanımlamaktadır12.</li>
	<li>Daha esnek bir yaklaşım için Kogelheide ve ark. makromoleküller üzerinde plazma kaynaklı kimyasal modifikasyonları araştırmak için bir yöntem geliştirdi13. Sistein ve sistein içeren glutatyon (GSH) gibi izleyici bileşiklerini FTIR ve kütle spektrometresi ile birlikte kullanarak, biyolojik yüzeylerdeki kimyasal modifikasyonları tahmin etmeye çalıştılar. Bu yöntemi kullanarak, COST-Jet, kinPen ve Cinogy DBD gibi çeşitli plazma kaynakları zaten14 , 15,16.</li>
	<li>Tek tek plazma kaynaklarını doğrudan karşılaştırmak için karşılaştırılabilir kontrol parametreleri oluşturulmalıdır. Elektron sıcaklığı, elektron yoğunluğu ve reaktif türlerin akı yoğunlukları gibi temel plazma parametrelerinin atmosferik basınçlı plazmalarda ölçülması zordur, çünkü bu tür plazmalar genellikle geçicidir ve boyutları küçüktür. Bunun yerine, jeneratör gücü, uygulanan voltaj veya ateşleme gibi harici kontrol parametreleri ve ark noktaları, özellikle sonuçları simülasyonlarla karşılaştırırken referans olarak kullanılır17,18. Daha yakın zamanda, ölçülen elektrik enerjisi tüketimi daha güvenilir bir kontrol parametresi olarak kullanılmıştır19,20,21.</li>
</ol>Bu çabalara rağmen, farklı çalışmaların sonuçlarını karşılaştırmak, sadece bir plazma kaynağını bir yüzeye doğru bir şekilde uygulama zorluğu nedeniyle hala imkansız olabilir. Dış elektrik alanlarının etkisi (kompanzasyon devreleri), plazma ve çevresindeki çevre arasındaki geri bildirim döngüleri (korumalı atmosfer), tür taşımacılığı (iyonik rüzgar) ve kontrol parametreleri (voltaj, akım, güç) gibi atmosferik basınçlı plazma uygulamalarıyla çalışırken ele alınması gereken çok sayıda yaygın tuzak vardır.
Bu çalışmanın temel amacı, COST-Jet'in yüzey işlemeleri için uygulanması konusunda kapsamlı ve ayrıntılı bir protokol sağlamaktır. COST-Jet, endüstriyel veya tıbbi kullanım yerine bilimsel referans amaçlı geliştirilmiş güvenilir bir plazma kaynağıdır. Tekrarlanabilir deşarj koşulları ve mevcut çalışmaların geniş bir veritabanını sağlar22,23. COST-Jet homojen, kapasitif olarak birleştirilmiş RF plazmaya dayanmaktadır. Elektrik alanı gaz akışına dik olarak sınırlandırıldığından, yüklü türler çoğunlukla deşarj bölgesinde tutulur ve hedef veya çevredeki atmosferle etkileşime girmez. Ek olarak, laminar gaz akışı plazma atık sularında tekrarlanabilir plazma kimyasal koşulları sağlar.
Bu yazıda, literatürde kullanılan en yaygın zorlukları ele alacak ve olası çözümleri tanıtacağız. Bunlar arasında uygun gaz beslemesi, deşarj kontrolü, ortam atmosferi etkisi ve yüzey hazırlığı bulunur. Burada sunulan protokole uygunluk, ölçümlerin tekrarlanabilirliğini ve karşılaştırılmasını sağlamalıdır.
Protokol, diğer atmosferik basınç kaynakları için de örnek teşkil edebilir. Bireysel gaz akışına ve elektrik alanı yapılandırmasına göre diğer jet plazma kaynakları için rafine edilmelidir. Uygun olduğunda, protokolde olası ayarlamalara dikkat çekmeye çalışacağız. Tedavi edilen örneklere atmosferik basınçlı plazmalar uygulayan çalışmalar yayınlarken açıklanan adımlar dikkate alınmalı ve raporlanmalıdır.

<table><tbody><tr><td>COST power monitor software</td><td>home-built</td><td></td><td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>COST-Jet (including matching circuit)</td><td>home-built</td><td></td><td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>current probe</td><td>home-built</td><td></td><td>integrated into the COST-Jet</td></tr><tr><td>gas supply system</td><td>Swagelok</td><td></td><td>stainless steel</td></tr><tr><td>helium</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>99.999 % purity</td></tr><tr><td>mass flow controller (MFC)</td><td>Analyt-MTC</td><td>series 358</td><td>5000 sccm</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Analyt-MTC</td><td></td><td>50 sccm</td></tr><tr><td>oscilloscope</td><td>Agilent Technologies</td><td>DSO7104B</td><td>bandwidth 1 GHz, resolution 4 Gsa/s</td></tr><tr><td>oxygen</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>99.9999 % purity</td></tr><tr><td>power supply</td><td>home-built</td><td></td><td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>voltage probe</td><td>Tektronix</td><td>P5100A</td><td></td></tr><tr><td>xyz-stage</td><td>Zaber</td><td>ZAB-X-XAZ-LSM0100A-K0059-SQ3</td><td></td></tr></tbody></table>

treating surfaces with a cold atmospheric pressure plasma using the cost-jet

Son yıllarda, termal olmayan atmosferik basınçlı plazmalar, özellikle biyolojik uygulamalardaki potansiyelleri nedeniyle yüzey tedavileri için yoğun olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bilimsel sonuçlar genellikle güvenilmez plazma koşullarının yanı sıra karmaşık tedavi prosedürleri nedeniyle tekrarlanabilirlik sorunlarından muzdariptir. Bu sorunu gidermek ve istikrarlı ve tekrarlanabilir bir plazma kaynağı sağlamak için COST-Jet referans kaynağı geliştirilmiştir.
Bu çalışmada COST referans mikroplazma jetini (COST-Jet) kullanarak güvenilir ve tekrarlanabilir yüzey işlemeleri gerçekleştirmek için ayrıntılı bir protokol öneriyoruz. Cost-Jet'in diğer cihazlara ve avantajlı uzak karakterine kıyasla özellikleri ve ortak konular ve tuzaklar tartışılmaktadır. Hem katı hem de sıvı yüzey işlemenin ayrıntılı bir açıklaması sağlanmaktadır. Açıklanan yöntemler çok yönlüdür ve diğer atmosferik basınçlı plazma cihazları için uyarlanabilir.

Yukarıda açıklanan yöntem ve ekipmanları kullanarak COST-Jet'i farklı yüzeylere ve sıvılara örnek olarak uyguladık. Şekil 1, güç kaynağı, gaz besleme sistemi, voltaj ve akım problarının yanı sıra kontrollü bir atmosfer ve mekanik bir deklanşör dahil olmak üzere işlem için kullanılan deneysel kurulumu göstermektedir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig01.jpg"> Şekil 1: COST-Jet kullanılarak yüzeylerin ve sıvıların plazma tedavisi için kullanılan deneysel kurulum. Besleme gazını arıtmak için soğuk bir tuzak kullanılır. Kontrollü atmosfer, atmosferik basınçta pompalanmış bir vakum odası tarafından gerçekleştirilir. Mekanik deklanşör, katı ve sıvı yüzey işlemenin zaman yönetimini kolaylaştırır. Esnek aşama, plazma jeti ile yüzey arasındaki mesafeyi kontrol etmeyi sağlar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig01large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
COST-Jet'te uygulanan gerilim ve akım probu kullanılarak, dağılan elektrik gücü hesaplanabilir. Şekil 2, 1 slpm gaz akışı kullanılarak beş farklı COST-Jet cihazında üretilen helyum plazmasında ölçülen elektrik gücünü göstermektedir. Tüm cihazlar benzer davranışlar gösterir. Farklı cihazlar arasındaki sapma, güç ölçümünün belirsizliğinin yanı sıra elektrot mesafesi gibi kurulumlardaki mikroskobik farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Reaktif türlerin (örneğin atomik oksijen ve ozon), sıcaklık ve gücün yanı sıra bakterisidal aktivite ölçümlerinin daha ayrıntılı ölçümleri Riedel22tarafından gerçeklenmiştir.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig02.jpg"> Şekil 2: Helyum plazmasında uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak dağıtılmış güç. Veriler beş özdeş COST-Jet cihazını temsil eder34. Yüksek gerilimlerdeki küçük sapmalar, ölçümün belirsizliklerinin yanı sıra gaz deşarj kanalı geometrislerindeki küçük sapmalardan kaynaklanmaktadır22. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig02large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Şekil 3, cost-jet ile 3 dakikalık bir işlem için bir A:C-H filminin gravür profilini, görüntüleme spektroskopik yansıtıcı31kullanılarak ölçülen% 0,5 oksijene sahip 1,4 slpm helyum gaz akışı kullanılarak göstermektedir. Etch deseni plazma atıklarının silindirik simetrisini temsil eden dairesel bir yapı gösterir. Sayısal simülasyonlarla birlikte gravür profillerine dayanarak atomik oksijenin yüzey kaybı olasılığı tahmin edilebilir.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig03.jpg"> Şekil 3: Plazma ile işlenmiş bir A:C-H filminin etch profili. Filmdeki daldırma, 230 V rms voltajda% 0.6 oksijen karışımı ve 3 dk.31 tedavi süresi ile1.4slm helyum gaz karışımı kullanılarak<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig03large.jpg" target="_blank">kazındı.</a>
Şekil 4, sıvı yüzeyindeki gaz akışının neden olduğu sıvıda meydana gelen girdapları göstermektedir. Sıvıdaki izleyici parçacıklarını aydınlatan bir lazer levha, parçacık görüntü velosimetrisi yoluyla bu parçacıkların yörüngesini ve hızını gözlemlemeyi ve bu nedenle sıvı akışını incelemeyi mümkün kılar32. Çekirdek partiküllerinin ve sıvının benzer yoğunluklarını göz önünde bulundurmak önemlidir, böylece parçacıkların yörüngeleri sıvının hareketini temsil eder. Sıvı akış ölçümlerinin ve sayısal simülasyonların bu görselleştirilmesi ilekarşılaştırılabilir 33. Girdaplar, atık su gazı akışı ile sıvı yüzey arasındaki yüzey sürtünmesi nedeniyledir. Şekil 4 ayrıca plazma jetinin gaz kanalının altındaki sıvı yüzeyin oluşan depresyonu, menisküs olarak adlandırılır. Mavi bir çizgi ile görselleştirilir.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig04.jpg"> Şekil 4: Gaz akışı ile karıştırılan 3 ml sudaki ışıklı mısır nişastası parçacıklarının fotoğrafı. Girdaplar, atık su gazı akışı ile sıvı yüzey arasındaki yüzey sürtünmesi nedeniyledir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig04large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet at JoVE.com

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

Bu protokol, katı maddeler ve sıvılar gibi çeşitli yüzeylerin işlenmesi için COST-Jet'in kurulumunu, işlenmesini ve uygulanmasını karakterize etmek için sunulmuştur.

COST-Jet kullanarak Yüzeyleri Soğuk Atmosferik Basınçlı Plazma ile Tedavi Etme

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

treating-surfaces-with-cold-atmospheric-pressure-plasma-using-cost

Research

JoVE Journal

Engineering

3.9K Görüntüleme.  Kiel University. Bu protokol, katı maddeler ve sıvılar gibi çeşitli yüzeylerin işlenmesi için COST-Jet'in kurulumunu, işlenmesini ve uygulanmasını karakterize etmek için sunulmuştur.

Video: Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

Biofilm Removal Using Carbon Dioxide Aerosols without Nitrogen Purge

Biofilms can cause serious concerns in many applications. Not only can they cause economic losses, but they can also present a public health hazard. Therefore, it is highly desirable to remove biofilms from surfaces. Many studies on CO2 aerosol cleaning have employed nitrogen purges to increase biofilm removal efficiency by reducing the moisture condensation generated during the cleaning. However, in this study, periodic jets of CO2 aerosols without nitrogen purges were used to remove Pseudomonas putida biofilms from polished stainless steel surfaces. CO2 aerosols are mixtures of solid and gaseous CO2 and are generated when high-pressure CO2 gas is adiabatically expanded through a nozzle. These high-speed aerosols were applied to a biofilm that had been grown for 24 hr. The removal efficiency ranged from 90.36% to 98.29% and was evaluated by measuring the fluorescence intensity of the biofilm as the treatment time was varied from 16 sec to 88 sec. We also performed experiments to compare the removal efficiencies with and without nitrogen purges; the measured biofilm removal efficiencies were not significantly different from each other (t-test, p &gt; 0.55). Therefore, this technique can be used to clean various bio-contaminated surfaces within one minute.

Biofilms on surfaces can be effectively and rapidly removed by using a periodic jet of carbon dioxide aerosols without a nitrogen purge.

Biyofilm Kaldırma azotla temizleme karbon dioksiti aerosollerle

Biofilms can cause serious concerns in many applications. Not only can they cause economic losses, but they can also present a public health hazard. ...

Çevre

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

Nasıl herhangi bir ilave Ateşleyici olmadan bir Atmosferik Basınç Mikrodalga Plazma Torch tutuşturmak için

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Mühendislik

Basic Research in Plasma Medicine - A Throughput Approach from Liquids to Cells

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive species known to redox regulate biological processes in health and disease. Pre-clinical and clinical evidence points to beneficial effects of plasma treatment in the healing of chronic ulcer of the skin. Other emerging topics, such as plasma cancer treatment, are receiving increasing attention. Plasma medical research requires interdisciplinary expertise in physics, chemistry, and biomedicine. One goal of plasma research is to characterize plasma-treated cells in a variety of specific applications. This includes, for example, cell count and viability, cellular oxidation, mitochondrial activity, cytotoxicity and mode of cell death, cell cycle analysis, cell surface marker expression, and cytokine release. This study describes the essential equipment and workflows required for such research in plasma biomedicine. It describes the proper operation of an atmospheric pressure argon plasma jet, specifically monitoring its basic emission spectra and feed gas settings to modulate reactive species output. Using a high-precision xyz-table and computer software, the jet is hovered in millisecond-precision over the cavities of 96-well plates in micrometer-precision for maximal reproducibility. Downstream assays for liquid analysis of redox-active molecules are shown, and target cells are plasma-treated. Specifically, melanoma cells are analyzed in an efficient sequence of different consecutive assays but using the same cells: measurement of metabolic activity, total cell area, and surface marker expression of calreticulin, a molecule important for the immunogenic cell death of cancer cells. These assays retrieve content-rich biological information about plasma effects from a single plate. Altogether, this study describes the essential steps and protocols for plasma medical research.

A high-throughput cold physical plasma treatment protocol of liquids and cells is shown. It involves setting up different feed gas compositions for plasma ignition, measuring the plasma&#39;s emission spectra, and the subsequent analysis of liquids and cellular activity after plasma treatment.

Plazma tıp - sıvı hücreleri bir üretilen iş yaklaşımı temel araştırma

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive ...

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

Toz şarj ve ultraviyole radyasyon veya plazmasının maruz kalma ile yüzeylerde seferberlik deneysel yöntemleri

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Plazmatronun ablatif Malzeme Test sırasında Emisyon Spektroskopik Sınır Tabaka İncelenmesi

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

Verimli Yüksek Sıcaklık Kimyası İçin Denge Dışı Mikrodalga Plazma

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Kimya

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

Bir Atmosfer Basıncı Plazma Kurulum Reaktif Türler Oluşumu Araştırma

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Preparation of Light-responsive Membranes by a Combined Surface Grafting and Postmodification Process

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is presented. The polymerization from the membrane surface is induced by plasma treatment of the membrane, followed by reacting the membrane surface with a methanolic solution of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA). Special attention is given to the process parameters for the plasma treatment prior to the polymerization on the surface. For example, the influence of the plasma-treatment on different types of membranes (e.g.&#160;polyester, polycarbonate, polyvinylidene fluoride) is studied. Furthermore, the time-dependent stability of the surface-grafted membranes is shown by contact angle measurements. When grafting poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) in this way, the surface can be further modified by esterification of the alcohol moiety of the polymer with a carboxylic acid function of the desired substance. These reactions can therefore be used for the functionalization of the membrane surface. For example, the surface tension of the membrane can be changed or a desired functionality as the presented light-responsiveness can be inserted. This is demonstrated by reacting PHEMA with a carboxylic acid functionalized spirobenzopyran unit which leads to a light-responsive membrane. The choice of solvent plays a major role in the postmodification step and is discussed in more detail in this paper. The permeability measurements of such functionalized membranes are performed using a Franz cell with an external light source. By changing the wavelength of the light from the visible to the UV-range, a change of permeability of aqueous caffeine solutions is observed.

A plasma-induced polymerization procedure is described for the surface-initiated polymerization on polymer membranes. Further postmodification of the grafted polymer with photochromic substances is presented with a protocol of conducting permeability measurements of light-responsive membranes.

Bir Kombine Yüzey Tırnak ve Postmodification Süreci Işık duyarlı Membranların Hazırlanması

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is ...

Biyomühendislik

Cryogenic Liquid Jets for High Repetition Rate Discovery Science

This protocol presents a detailed procedure for the operation of continuous, micron-sized cryogenic cylindrical and planar liquid jets. When operated as described here, the jet exhibits high laminarity and stability for centimeters. Successful operation of a cryogenic liquid jet in the Rayleigh regime requires a basic understanding of fluid dynamics and thermodynamics at cryogenic temperatures. Theoretical calculations and typical empirical values are provided as a guide to design a comparable system. This report identifies the importance of both cleanliness during cryogenic source assembly and stability of the cryogenic source temperature once liquefied. The system can be used for high repetition rate laser-driven proton acceleration, with an envisioned application in proton therapy. Other applications include laboratory astrophysics, materials science, and next-generation particle accelerators.

This protocol presents the operation and principles of micron-scale cylindrical and planar cryogenic liquid jets. Until now, this system has been used as a high repetition rate target in laser-plasma experiments. Anticipated cross-disciplinary applications range from laboratory astrophysics to material science, and eventually next-generation particle accelerators.

Yüksek Tekrarlama Hızı Keşif Bilimi için Kriyojenik Sıvı Jetler

This protocol presents a detailed procedure for the operation of continuous, micron-sized cryogenic cylindrical and planar liquid jets. When operated as ...

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

Plasma sterilization is a promising alternative to conventional sterilization methods for industrial, clinical, and spaceflight purposes. Low pressure plasma (LPP) discharges contain a broad spectrum of active species, which lead to rapid microbial inactivation. To study the efficiency and mechanisms of sterilization by LPP, we use spores of the test organism Bacillus subtilis because of their extraordinary resistance against conventional sterilization procedures. We describe the production of B. subtilis spore monolayers, the sterilization process by low pressure plasma in a double inductively coupled plasma reactor, the characterization of spore morphology using scanning electron microscopy (SEM), and the analysis of germination and outgrowth of spores by live cell microscopy. A major target of plasma species is genomic material (DNA) and repair of plasma-induced DNA lesions upon spore revival is crucial for survival of the organism. Here, we study the germination capacity of spores and the role of DNA repair during spore germination and outgrowth after treatment with LPP by tracking fluorescently-labelled DNA repair proteins (RecA) with time-resolved confocal fluorescence microscopy. Treated and untreated spore monolayers are activated for germination and visualized with an inverted confocal live cell microscope over time to follow the reaction of individual spores. Our observations reveal that the fraction of germinating and outgrowing spores is dependent on the duration of LPP-treatment reaching a minimum after 120 s. RecA-YFP (yellow fluorescence protein) fluorescence was detected only in few spores and developed in all outgrowing cells with a slight elevation in LPP-treated spores. Moreover, some of the vegetative bacteria derived from LPP-treated spores showed an increase in cytoplasm and tended to lyse. The described methods for analysis of individual spores could be exemplary for the study of other aspects of spore germination and outgrowth.

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

This protocol illustrates the important consecutive steps required to assess the relevance of monitoring vitality parameter and DNA repair processes in reviving Bacillus subtilis spores after treatment with low pressure plasma by tracking fluorescence-labelled DNA repair proteins via time-resolved confocal microscopy and scanning electron microscopy.

Zararlı etkileri, düşük basınç plazma sterilizasyon Bacillus subtilis sporlar kullanarak canlı cep mikroskobu sağkalıma soruşturma

Plasma sterilization is a promising alternative to conventional sterilization methods for industrial, clinical, and spaceflight purposes. Low pressure ...