Πειραματική μελέτη διατάξεων ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών εκκενώσεων : εφαρμογές στη βιοϊατρική

• Κύριος συγγραφέας: Αθανασόπουλος, Δημήτριος
• Άλλοι συγγραφείς: Athanasopoulos, Dimitrios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Ψυχρό πλάσμα; Ατμοσφαιρική πίεση; Πίδακες πλάσματος; Σφαίρες πλάσματος; Ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος; Διάδοση ιονιζόντων κυμάτων; Ήλιο; Παλμική υψηλή τάση; Ημιτονοειδής υψηλή τάση; Θερμικά φαινόμενα; Ρευστοδυναμικά φαινόμενα; Ηλεκτρο-ρευστοδυναμικό πεδίο; Ροϊκό πεδίο; Βιοϊατρική πλάσματος; Καρκινικά κύτταρα; Μελάνωμα; Λιποσώματα; Ανθρώπινο δέρμα; Υδροφιλία; Επιφανειακή τάση; Ευρυζωνικές ηλεκτρικές μετρήσεις; Φασματοσκοπία οπτικής εκπομπής; Υπέρυθρη φωτογράφιση; Φωτογράφιση "schlieren"; Υπεργρήγορη φωτογράφιση; Φθορισμός επαγόμενος από "laser"; Γωνίες επαφής; Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων παραγόμενων από ακτίνες-Χ; Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης; Οπτική μικροσκοπία; Cold plasma; Atmospheric pressure; Plasma jets; Plasma bullets; Dielectric barrier discharges; Guided streamers; Helium; Pulsed high voltage; Sinusoidal high voltage; Thermal phenomena; Hydrodynamic phenomena; Electro-hydrodynamic field; Gas flow field; Plasma biomedicine; Cancer cells; Melanoma; Liposomes; Human skin; Wettability; Surface tension; Broadband electrical measurements; Optical emission spectroscopy (OES); Infrared photography; Schlieren photography; Ultrafast photography; Laser-induced fluorescence (LIF); Contact angles; X-ray photoelectron spectroscopy (XPS); Scanning electron microscopy (SEM); Optical microscopy

Το γνωστικό αντικείμενο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αφορά στη μελέτη φαινομένων διατάξεων ψυχρού πλάσματος, ατμοσφαιρικής πίεσης, τύπου πίδακα, βασισμένων σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος, καθώς και στην εφαρμογή αυτών σε βιοσυστήματα. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διατριβή εκτείνεται σε τέσσερις συγκεκριμένους άξονες. Ο πρώτος άξονας αφορά στα θερμικά φαινόμενα. Έτσι, εξετάζεται η δυνατότητα συσχέτισης σχεδιαστικών και λειτουργικών παραμέτρων των παραπάνω διατάξεων, προς αποτίμηση της κατανομής της θερμότητας και της παρεχόμενης ηλεκτρικής ισχύος σε σχετικές διατάξεις. Ο δεύτερος άξονας αφορά στα ηλεκτρο-ρευστοδυναμικά φαινόμενα. Στόχος είναι η αποσαφήνιση των εμπλεκόμενων μηχανισμών στην αλληλεπίδραση μεταξύ του αερίου λειτουργίας των παραπάνω διατάξεων, ως επί τω πλείστον ευγενούς αερίου, του περιβάλλοντος ατμοσφαιρικού αέρα και των σωματιδίων του πλάσματος. Ο τρίτος άξονας αφορά στην αλληλεπίδραση τέτοιων πιδάκων πλάσματος με συγκεκριμένα βιολογικά δείγματα, ήτοι κύτταρα και δέρμα. Στην περίπτωση των κυττάρων, διερευνάται η δράση του ψυχρού πλάσματος επί των καρκινικών και υγιών κυττάρων, καθώς και η συνδυαστική δράση αυτού με αντικαρκινικά φάρμακα τόσο σε "ελεύθερη" όσο και σε "λιποσωμική" μορφή. Στην περίπτωση του δέρματος, μελετάται η υδροφιλία του ανθρώπινου δέρματος σε σχέση με το ψυχρό πλάσμα. Ο τέταρτος – τελευταίος – άξονας αφορά στην ταυτοποίηση και στη δυναμική συμπεριφορά των παραγόμενων δραστικών στοιχείων σε τέτοιες διατάξεις, ως υποβοηθητική μελέτη για την ερμηνεία των φαινομένων των καταγεγραμμένων στους τρεις προηγούμενους κύριους άξονες. Στο σύνολο της διατριβής, χρησιμοποιούνται τρεις αντιδραστήρες παραγωγής ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης, διαφορετικών τοπολογιών. Αυτοί οδηγούνται είτε με ημιτονοειδή είτε με παλμική υψηλή τάση, ενώ τροφοδοτούνται με ήλιο υψηλής καθαρότητας. Σε αυτούς, με γνώμονα τους παραπάνω άξονες και για διάφορα παράθυρα λειτουργίας, πραγματοποιούνται μετρήσεις χρονικά αναλυμένων θερμοκρασιών και υπέρυθρης θερμογραφίας. Λαμβάνονται φωτογραφίες "schlieren" των ροϊκών πεδίων και συμβατικές φωτογραφίες του ορατού πλάσματος. Εφαρμόζονται διαγνωστικές τεχνικές φασματοσκοπίας οπτικής εκπομπής υψηλής ανάλυσης και εξαναγκασμένου φθορισμού, αμφότερες χωροχρονικά αναλυμένες. Εκτελούνται πειράματα υπεργρήγορης φωτογράφισης. Καταγράφονται συμβατικά ευρυζωνικά ηλεκτρικά μεγέθη και καθορίζεται η καταναλισκόμενη ηλεκτρική ισχύς ως μία βασική παράμετρος σε πολλές από τις παραπάνω αναλύσεις. Επιπλέον, βάσει των πειραματικών αποτελεσμάτων, αναπτύσσονται δύο αριθμητικά μοντέλα που αφορούν στα θερμικά και ηλεκτρο - ρευστοδυναμικά φαινόμενα. Όσο αφορά στα βιολογικά δείγματα, η επιφάνεια του δέρματος χαρακτηρίζεται μέσω μετρήσεων γωνιών επαφής, φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων παραγόμενων από ακτίνες-Χ και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, ενώ τα κύτταρα μελετώνται υπό όρους βιωσιμότητας. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, δημιουργήθηκε μια άκρως ενημερωμένη βάση, χρονικά εκτενούς, βιβλιογραφίας επί των παραπάνω θεμάτων.