RU2413551C2 - Device for influence on bioobject - Google Patents
Device for influence on bioobject Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413551C2 RU2413551C2 RU2009117942/14A RU2009117942A RU2413551C2 RU 2413551 C2 RU2413551 C2 RU 2413551C2 RU 2009117942/14 A RU2009117942/14 A RU 2009117942/14A RU 2009117942 A RU2009117942 A RU 2009117942A RU 2413551 C2 RU2413551 C2 RU 2413551C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- voltage
- pulses
- potential
- grounded
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Electrostatic Separation (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ветеринарии, медицине, в частности к устройствам воздействия на биообъекты, и предназначено для бактерицидной, фунгицидной обработки поверхностей объектов и жидких субстратов, их стерилизации.The invention relates to veterinary medicine, medicine, in particular to devices for influencing biological objects, and is intended for bactericidal, fungicidal treatment of surfaces of objects and liquid substrates, their sterilization.
Также устройство может быть использовано для подавления темпов роста экспериментальной лимфосаркомы Плисса in vivo.Also, the device can 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 is known for influencing a biological object (Pat. 2067872 Russia, IPC6 A61L 2/10. Device for disinfecting objects / VV Siluyanov, VV Sinaisky, V. M. Romanov, L. M. Zhenevskaya, V. A .Scar - No. 93017928/13; Announcement 04/06/93; Publ. 10/20/96), which is a disinfection device with a varying angle of radiation exposure on the objects treated with dischargers, which are used pulsed bactericidal lamps equipped with reflectors and combined into groups triggered by a high voltage pulse generator. The design of the device provides the greatest access to bactericidal radiation to the object under treatment at different angles of radiation exposure on them.
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; Declared March 27, 1992; Publ. February 28, 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 102 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, А61Н 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). Данное физиотерапевтическое устройство для воздействия на биообъект включает в себя импульсный высоковольтный источник питания - повышающий трансформатор и соединенный с ним разрядник с пассивным и активным электродами, образующими разрядный промежуток, 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 ионизованным газом. Частота воздействующих импульсов составляет (20-100) Гц.A device is known (Pat. 2017506 Russia, A61N 1/32, 1/44, 5/06, A61N 39/00. Device for influencing a biological object / V.I. Lunev, T.V. Luneva, V.A. Sadovnikov. - No. 4902796/14; Declared 10.10.90; Publ. 15.08.94). This physiotherapeutic device for influencing a biological object includes a pulsed high-voltage power source - a step-up transformer and a spark gap connected to it with passive and active electrodes that form a discharge gap, in which high-voltage pulse currents are converted into an electric discharge - corona, which simultaneously produces light, electrical 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.
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.
Известно устройство для воздействия на биообъект по заявке №2007113543 (опубл. в БИ №30, 27.10.2008 г.), выбранное в качестве прототипа по наибольшему количеству сходных признаков и решаемой задаче. Устройство содержит блок питания, включающий в себя генератор высоковольтных импульсов микросекундного диапазона длительности с однократным и частотным режимами работ и набор сменных электроразрядных излучателей на основе точечного искрового и скользящего разряда с открытым разрядным промежутком в воздухе при атмосферном давлении. Устройство обеспечивает направленное воздействие физическими факторами: некогерентным световым излучением (включая УФ часть спектра) и акустическими импульсами, сопровождающими импульсный открытый электрический разряд в воздушной среде. Излучатель на основе искрового разряда выполнен в виде коаксиально расположенных электродов (потенциального и заземленного) с возможностью их перемещения вдоль оси и расположенных в диэлектрическом корпусе. Излучатель на основе точечного искрового разряда выполнен в виде двух заостренных электродов, расположенных в диэлектрическом корпусе с конфигурацией расположения "острие - острие". Излучатель на основе скользящего разряда выполнен в виде электродов, расположенных с противоположных сторон на диэлектрическом основании.A device for influencing a biological object is known according to the application No. 2007113543 (published in BI No. 30, 10.27.2008), selected as a prototype for the greatest number of similar features and the problem to be solved. The device contains a power supply unit, including a generator of high voltage pulses of a microsecond range of duration with single and frequency modes of operation and a set of replaceable electric-discharge emitters based on a point spark and sliding discharge with an open discharge gap in air at atmospheric pressure. The device provides directed exposure to physical factors: incoherent light radiation (including the UV part of the spectrum) and acoustic pulses accompanying a pulsed open electric discharge in air. The spark-based emitter is made in the form of coaxially arranged electrodes (potential and grounded) with the possibility of their movement along the axis and located in a dielectric casing. A spot spark emitter is made in the form of two pointed electrodes located in a dielectric housing with a point-to-point configuration. The emitter based on a sliding discharge is made in the form of electrodes located on opposite sides on a dielectric base.
Недостатком устройства является - ограничение функциональных возможностей, связанное:The disadvantage of this device is the limitation of functionality associated with:
- с исключением прямого воздействия токовых импульсов на биообъект;- with the exception of the direct impact of current pulses on a biological object;
- с невозможностью обеспечения одновременного воздействия факторов электрического разряда на поверхность произвольной конфигурации;- with the inability to ensure the simultaneous effects of electric discharge factors on the surface of an arbitrary configuration;
- с малой глубиной проникновения воздействующих факторов внутрь облучаемого объекта.- with a small depth of penetration of influencing factors into the irradiated object.
Задачей, стоящей в данной области техники, является:The challenge facing the art is:
- создание удобного в использовании универсального устройства, генерирующего одно- и многоканальные сильноточные искровые (СИЭР), либо коронные (НСКР) электрические разряды наносекундного диапазона длительностей для:- creation of a versatile device convenient to use that generates single and multichannel high-current spark (SIER) or corona (NSCR) electrical discharges of the nanosecond duration range for:
- проведения биомедицинских экспериментов (в частности, по лечению кожных болезней людей и животных, внутренних заболеваний различного генеза, подавлению темпов роста экспериментальной лимфосаркомы Плиса);- conducting biomedical experiments (in particular, for the treatment of skin diseases of humans and animals, internal diseases of various genesis, suppression of the growth rate of experimental Plis lymphosarcoma);
- бактерицидной обработки поверхностей;- bactericidal surface treatment;
- фунгицидной обработки поверхностей;- fungicidal surface treatment;
- стерилизации (например, медицинского инструмента);- sterilization (for example, a medical instrument);
- повышение эффективности воздействия за счет как раздельного, так и комбинированного (синергизма) действия факторов, сопровождающих открытые СИЭР и НСКР: 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 и высокоэнергетических электронов; акустических импульсов;- increasing the effectiveness of the impact due to both separate and combined (synergism) effects of factors accompanying open SIRS and NSCR: 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 and high-energy electrons; acoustic impulses;
- повышение качества воздействия НСИ и УФ-излучений, высокоэнергетических электронов в зависимости от решаемых задач как путем формирования широкого ракурса лучевого воздействия, так и локализации его на ограниченной площади обрабатываемой поверхности посредством регулирования количества параллельно формируемых каналов разряда, формирования поля излучения заданной конфигурации, доставки излучения в скрытые полости;- improving the quality of exposure to NSI and UV radiation, high-energy electrons, 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 number of discharge channels in parallel, creating a radiation field of a given configuration, and delivering radiation in hidden cavities;
- сокращение продолжительности времени воздействия при фунгицидной и бактерицидной обработке объектов.- reducing the duration of exposure during fungicidal and bactericidal treatment of objects.
Техническим результатом заявляемого устройства является универсальность, эффективность воздействия на биообъект, удобство при эксплуатации.The technical result of the claimed device is versatility, the effectiveness of the impact on the biological object, ease of use.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для воздействия на биообъект, содержащем генератор высоковольтных электрических импульсов с регулируемой частотой следования импульсов и соединенный с ним электроразрядный излучатель с открытым разрядным промежутком в воздухе при атмосферном давлении, с заземленным и потенциальным электродами, последний из которых выполнен заостренной формы и размещен в диэлектрическом корпусе, новым является то, что заземленный электрод выполнен в виде ложемента для размещения биообъекта, а потенциальный электрод установлен с возможностью изменения расстояния между ним и заземленным электродом, причем в качестве генератора высоковольтных импульсов использован генератор импульсов наносекундного диапазона длительностей, выходное напряжение которого должно быть не менее 28 кВ.This technical result is achieved due to the fact that in a device for influencing a biological object containing a high-voltage electric pulse generator with an adjustable pulse repetition rate and an electric-discharge emitter connected to it with an open discharge gap in air at atmospheric pressure, with a grounded and potential electrodes, the last of which is made of a pointed shape and placed in a dielectric housing, it is new that the grounded electrode is made in the form of a lodgement for placement of the biological object, and the potential electrode is installed with the possibility of changing the distance between it and the grounded electrode, and a nanosecond pulse generator of pulses with an output voltage of at least 28 kV was used as a generator of high-voltage pulses.
Электроразрядный излучатель дополнительно может содержать, по крайней мере, еще один заостренный изолированный потенциальный электрод, при этом потенциальные электроды соединены с выходом генератора параллельно изолированными проводниками, длины которых выбираются из условия.The electric discharge emitter may additionally contain at least one more pointed insulated potential electrode, while the potential electrodes are connected to the generator output in parallel with insulated conductors, the lengths of which are selected from the condition.
При непосредственных разрядах на поверхность облучаемого биообъекта помимо воздействия факторов, генерируемых в открытом пространстве (свет, акустика, химически активные частицы), на объект воздействуют импульсные электрические токи, величины которых зависят от типа генерируемых разрядов (нескольких десятков ампер для НСКР и тысячи ампер для СИЭР), это является показателем эффективности заявляемого устройства.In direct discharges on the surface of the irradiated biological object, in addition to the effects of factors generated in open space (light, acoustics, chemically active particles), the object is affected by pulsed electric currents, the magnitude of which depends on the type of discharges generated (several tens of amperes for NSCR and thousands of amperes for SIER ), this is an indicator of the effectiveness of the claimed device.
Переход наносекундного импульсного разряда из искровой формы в коронный разряд и наоборот осуществляется регулированием межэлектродного расстояния между одним или несколькими потенциальными электродами и заземленным металлическим электродом (биообъектом). При выходном напряжении генератора, равном 70 кВ, и длительности импульсов 60 не устойчивое формирование НСКР происходит при межэлектродном расстоянии, начиная с 55 мм и выше, при меньших расстояниях форма электрического разряда преимущественно искровая. Таким образом, регулируя межэлектродное пространство можно осуществлять два различных режима излучения: НСКР либо СИЭР, что является удобным в эксплуатации, поскольку не требует смены излучателя.The transition of a nanosecond pulsed discharge from a spark form to a corona discharge and vice versa is carried out by adjusting the interelectrode distance between one or more potential electrodes and a grounded metal electrode (bioobject). With an output voltage of the generator equal to 70 kV and a pulse duration of 60, unstable formation of the NSCR occurs at an interelectrode distance starting from 55 mm and above, at smaller distances the shape of the electric discharge is predominantly spark. Thus, by adjusting the interelectrode space, two different radiation modes can be implemented: NSCR or SIER, which is convenient in operation since it does not require a change in the emitter.
Электрическая длина проводников при использовании нескольких потенциальных электродов выбирается из условия обеспечения параллельного пробоя искровых промежутков при подключении к одному источнику импульсного напряжения. При этом удвоенное значение электрической длины каждого проводника должно быть не меньше максимального значения времени разброса пробоя искровых промежутков под воздействием выходного напряжения генератора.The electrical length of the conductors when using several potential electrodes is selected from the condition of ensuring parallel breakdown of spark gaps when connected to a single source of pulse voltage. In this case, the doubled value of the electric length of each conductor should be no less than the maximum value of the spreading time of breakdown of spark gaps under the influence of the output voltage of the generator.
В зависимости от решаемых задач потенциальные электроды могут быть рассредоточены в пространстве по поверхности заданной конфигурации за счет выбора определенного расстояния между ними, обеспечивая одновременно ее облучение факторами синхронно развивающихся разрядов.Depending on the tasks to be solved, potential electrodes can be dispersed in space over the surface of a given configuration by choosing a certain distance between them, while simultaneously irradiating it with factors of synchronously developing discharges.
Возможность формирования в пространстве между потенциальными и заземленным электродом многоканальных СИЭР позволяет регулировать интенсивность генерируемого светового и УФ-излучений, темпы наработки химически активных частиц. Возможность формирования в пространстве между потенциальными электродами и заземленным биообъектом одно- и многоканальных СИЭР и НСКР позволяет регулировать площадь воздействия и ее конфигурацию, локализуя ее при одноканальных разрядах и расширяя при многоканальных разрядах. Возможность локального облучения с регулируемой площадью светового пятна, либо площади втекающего тока на обрабатываемой поверхности приводит к повышению эффективности и удобству при эксплуатации, а также повышению безопасности за счет уменьшения риска облучения здоровых тканей.The possibility of forming in the space between the potential and the grounded electrode multi-channel SIER allows you to adjust the intensity of the generated light and UV radiation, the rate of production of chemically active particles. The possibility of forming in the space between potential electrodes and a grounded bioobject single-channel and multi-channel SIR and NSCR allows you to adjust the exposure area and its configuration, localizing it in single-channel discharges and expanding in multi-channel discharges. The possibility of local exposure with an adjustable area of the light spot, or the area of the inflowing current on the treated surface leads to increased efficiency and ease of use, as well as increased safety by reducing the risk of exposure to healthy tissues.
Удобство и простота при эксплуатации прибора обеспечиваются встроенным в генератор блоком питания, программатором и таймером, задающим частоту следования импульсов и длительность экспозиции воздействия, устанавливаемых заранее, контролируемым и отображаемым в удобной (цифровой) форме количеством выходных импульсов.Convenience and simplicity during the operation of the device are provided by a power supply integrated into the generator, a programmer and a timer that sets the pulse repetition rate and exposure duration, which are set in advance, controlled and displayed in a convenient (digital) form by the number of output pulses.
При воздействии УФ-излучения, сопровождающего открытые СИЭР и НСКР в газовой (воздушной) среде наряду с непосредственной фотодиссоциацией, образуются химически активные частицы (О, O3, ОН-, Н2О2 и т.д.), взаимодействующие с молекулами вещества окружающей среды, окисляя их.Under the influence of UV radiation accompanying open SIER and NSCR in a gas (air) medium, along with direct photodissociation, chemically active particles (О, O 3 , ОН - , Н 2 О 2 , etc.) are formed, which interact with the molecules of the substance environment by oxidizing them.
Открытые СИЭР, реализуемые 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, возбуждающее механорецепторы наружной поверхности кожи, амплитуда которого зависит от расстояния между каналом разряда и биологическим объектом.Open SIER implemented 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 generated in it and adjacent tissues, which excites mechanoreceptors of the outer surface of the skin, the amplitude of which depends on the distance between the discharge channel and the biological object.
Сочетательное действие физико-химических факторов может взаимно усиливать друг друга, в результате комплексного воздействия повышается общая эффективность.The combined effect of physicochemical factors can mutually reinforce each other, as a result of a complex effect, the overall efficiency increases.
Во время генерации высоких импульсных напряжений наносекундных длительностей в межэлектродном промежутке с резко неоднородным электрическим полем за счет его высокой напряженности образуется сильно неравновесная плазма, в которой подавляющая часть энергии, полученной от источника, идет на повышение температуры электронов или их энергии.During the generation of high pulsed voltages of nanosecond durations in the interelectrode gap with a sharply inhomogeneous electric field, due to its high tension, a strongly nonequilibrium plasma is formed in which the vast majority of the energy received from the source is used to increase the temperature of the electrons or their energy.
В случае НСКР токи короны достигают десятков ампер. Энергия электронов при НСКР достаточна для проникновения в жидких средах на глубины до 10 см.In the case of NSCR, corona currents reach tens of amperes. The electron energy in NSCR is sufficient for penetration in liquid media to a depth of 10 cm.
Электроны, обладающие необходимой энергией, в свою очередь, являются основными участниками плазмохимических реакций, в которых подавляющая часть энергии, внедряемой в газ, идет на образование активных частиц О, О3, ОН-, Н2О2 и т.д. Химически активные частицы, взаимодействуя, в свою очередь, с молекулами вещества окружающей среды, окисляют и доокисляют их с образованием малоактивных соединений. Установлено, что выход активных частиц имеет тот же порядок, что и в известных улучшенных окислительных технологиях, таких как радиационно-химические реакции и H2O2/УФ-процессы. Электрический разряд над поверхностью жидкой среды инициирует химические реакции и в самой среде.Electrons with the necessary energy, in turn, are the main participants in plasma-chemical reactions in which the vast majority of the energy introduced into the gas goes to the formation of active particles O, O 3 , OH - , H 2 O 2 , etc. Reactive particles, interacting, in turn, with the molecules of the environment, oxidize and oxidize them with the formation of inactive compounds. It was found that the yield of active particles is in the same order as in the known improved oxidative technologies, such as radiation-chemical reactions and H 2 O 2 / UV processes. An electric discharge above the surface of a liquid medium initiates chemical reactions in the medium itself.
Для УФ-излучения, возникающего при НСКР, специфическим молекулярно-квантовым процессом можно считать фотоионизацию, т.е. выбивание электрона из возбужденной молекулы и захват его молекулами окружающей среды. Слабое УФ-излучение и озон оказывают мощное бактерицидное воздействие.For UV radiation arising from NSCR, photoionization can be considered as a specific molecular-quantum process, i.e. knocking out an electron from an excited molecule and its capture by environmental molecules. Weak UV radiation and ozone have a powerful bactericidal effect.
Активные формы кислорода первыми появляются в цепи реакций клеточного метаболизма и участвуют в свободно-радикальных процессах организма и клетки. Образование активных форм кислорода, озона, УФ-излучения при генерации НСКР может быть использовано для стимуляции каскада свободно-радикальных реакций в опухолевых клетках, вызывающих повреждения мембран, клеточного аппарата, дестабилизацию и деструкцию опухоли (разрыхление, воспаление в опухолевой ткани, некроз) и, в конечном итоге, торможение темпов роста опухоли и продление жизни опухоленосителя.Active forms of oxygen first appear in the chain of reactions of cellular metabolism and are involved in free-radical processes of the body and cell. The formation of active forms of oxygen, ozone, UV radiation during the generation of NSCR can be used to stimulate a cascade of free radical reactions in tumor cells that cause damage to the membranes, cell apparatus, destabilization and destruction of the tumor (loosening, inflammation in the tumor tissue, necrosis) and, ultimately, inhibition of tumor growth and prolongation of tumor carrier life.
В частности, электрические факторы при достаточных величинах напряженности электрических полей специфически действуют на электроактивные компоненты клеток и межклеточных жидкостей, обусловливая как перемещение свободных ионов, так и высвобождение ионов, связанных с различными элементами клеток и тканей. Воздействие электрическими колебаниями сопровождается эффектом ориентации свободных клеток и внутриклеточных образований вдоль силовых линий, который зависит от частоты электрического поля. Эффекты специфичны для различных диапазонов частот.In particular, electrical factors with sufficient electric field strengths specifically affect the electroactive components of cells and intercellular fluids, causing both the movement of free ions and the release of ions associated with various elements of cells and tissues. Exposure to electric vibrations is accompanied by the orientation effect of free cells and intracellular formations along the lines of force, which depends on the frequency of the electric field. The effects are specific to different frequency ranges.
Ученые из Норфолка Карл Шоенбах (Karl Schoenbach) и Стивен Биб (Stephen Beebe) наблюдали эффекты воздействия ультракоротких (длящихся наносекунды) электрических импульсов, которые создавали поле с потенциалом в миллионы вольт. Такие электрические разряды могут полностью уничтожить бактерии в воде, обеспечив тем самым полную стерильность. Разряд в жидкости приводил к сильному нагреву, который и уничтожал микробы. Также обнаружено, что наносекундные импульсы приводили к отсроченной гибели клеток, запуская механизм, который ученые определили как "самоубийство клеток". Если для тех же клеток изменить условия эксперимента и увеличить продолжительность импульса, это приведет к разрыву оболочки клеток и выделению токсических веществ - процессу, который на уровне отдельных тканей проявляется как воспаление и боль.Scientists from Norfolk Karl Schoenbach and Stephen Beebe observed the effects of ultrashort (lasting nanosecond) electrical pulses that created a field with a potential of millions of volts. Such electrical discharges can completely destroy the bacteria in the water, thereby ensuring complete sterility. The discharge in the liquid led to strong heating, which destroyed microbes. It was also found that nanosecond pulses led to delayed cell death, triggering a mechanism that scientists have defined as "cell suicide." If the experimental conditions are changed for the same cells and the pulse duration is increased, this will lead to rupture of the cell membrane and release of toxic substances - a process that appears at the level of individual tissues as inflammation and pain.
Разница в протекании этих двух процессов породила у ученых надежду на то, что электрический разряд может уничтожать раковые клетки, оставляя при этом неизменными здоровые клетки организма. Обнадеживающие результаты уже есть - в опытах на мышах наблюдали сокращение на 50% раковых опухолей. Механизм, приводящий клетки к самоубийству, пока неясен. Есть предположение, что импульс меняет направление дипольных молекул в клеточных мембранах на противоположное, и именно это является сигналом для гибели клеток. У новой методики могут быть и другие медицинские приложения - например, уничтожение жировых клеток или же атеросклеротических бляшек в сосудах (Источник: по материалам журнала Nature).The difference in the course of these two processes gave rise to a hope among scientists that an electric discharge can destroy cancer cells, while leaving healthy body cells unchanged. There are already encouraging results - in experiments on mice, a 50% reduction in cancerous tumors was observed. The mechanism leading to suicide is still unclear. There is an assumption that the impulse reverses the direction of dipole molecules in cell membranes, and this is a signal for cell death. The new technique may have other medical applications - for example, the destruction of fat cells or atherosclerotic plaques in blood vessels (Source: based on materials from the journal Nature).
Электрический коронный разряд, а также непосредственно импульсный ток раздражают рецепторы кожи и слизистой оболочки, оказывая рефлекторное влияние на различные системы организма, в первую очередь на вегетативную нервную систему.Electric corona discharge, as well as directly pulsed current, irritate the receptors of the skin and mucous membrane, exerting a reflex effect on various systems of the body, primarily on the autonomic nervous system.
Высокая интенсивность излучения заявляемого источника для обработки медицинского инструмента, стерилизации биологических объектов и др., может в десятки раз снизить время обработки.The high radiation intensity of the inventive source for processing a medical instrument, sterilization of biological objects, etc., can reduce the processing time by a factor of ten.
Заявляемое устройство в режиме СИЭР генерирует высокоинтенсивное световое излучение в широком спектральном диапазоне, включая диапазон фотопоглощения ДНК бактерий и вирусов.The inventive device in the SIER mode generates high-intensity light radiation in a wide spectral range, including the range of photoabsorption of DNA of bacteria and viruses.
В режиме генерирования НСКР параметры воздействующего импульса тока, протекающего через исследуемый биообъект, имеют следующие значения: длительность импульсов 60 нс, время нарастания менее 10 нс, максимальный ток короны 80 А.In the NSCR generation mode, the parameters of the acting current pulse flowing through the studied biological object have the following values: pulse duration 60 ns, rise time less than 10 ns, maximum corona current 80 A.
Заявляемое устройство предназначено для воздействия на биологические объекты: импульсных световых (включая УФ) и акустических излучений, химически активными частицами, возникающих при СИЭР в воздухе между потенциальными и заземленным электродом (объект воздействия); высокоэнергетических электронов (3-7 эВ), импульсных токов, протекающих через биообъект, и активных частиц, возникающих при НСКР. Устройство также 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, лечению кожных и внутренних болезней различного генеза.The inventive device is intended to act on biological objects: pulsed light (including UV) and acoustic radiation, chemically active particles arising from the SIER in the air between the potential and the grounded electrode (object of exposure); high-energy electrons (3-7 eV), pulsed currents flowing through a biological object, and active particles that occur during NSCR. 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, the treatment of skin and internal diseases of various origins.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства воздействия на биообъект, на фиг.2 изображен излучатель с несколькими потенциальными электродами, где: 1 - выпрямительно-зарядное устройство (ВЗУ); 2 - таймер; 3 - программатор; 4 - устройство запуска; 5 - генератор импульсного напряжения (ГИН); 6 - потенциальный электрод; 7 - заземленный электрод; 8 - биообъект; 9 - коаксиальный кабель, соединяющий излучатель с выходом генератора; 10 - проводники электрической развязки электродов; 11 - диэлектрический корпус (держатель); 12 - ограничительное кольцо; 13 - потенциальные электроды.Figure 1 shows a functional diagram of a device for influencing a biological object, figure 2 shows a radiator with several potential electrodes, where: 1 - rectifier-charging device (VZU); 2 - timer; 3 - programmer; 4 - launcher; 5 - pulse voltage generator (GIN); 6 - potential electrode; 7 - grounded electrode; 8 - bioobject; 9 - coaxial cable connecting the emitter to the output of the generator; 10 - conductors of electrical isolation of electrodes; 11 - dielectric housing (holder); 12 - a restrictive ring; 13 - potential electrodes.
Устройство воздействия (фиг.1) включает в себя генератор высоковольтных электрических импульсов, выполненный по схеме двухступенчатого генератора импульсных напряжений (ГИН) 5 наносекундных длительностей с выходным напряжением до 56 кВ, емкостью в «ударе» 3,3 нФ и встроенными газонаполненными коммутаторами. В устройство воздействия также входят выпрямительно-зарядное устройство (ВЗУ) 1, устройство запуска коммутатора (разрядника) 4, при этом выходное напряжение ВЗУ составляет ~28 кВ, а максимальная запасенная энергия ~5 Дж. Генератор позволяет формировать как однократные выходные высоковольтные импульсы напряжения, так и следующие с регулируемой частотой от 0,1 до 20 Гц при длительности импульсов 60 нс и времени нарастания менее 10 нс. Максимальный ток короны в форме высокоинтенсивных стримеров составлял 80 А. Генератор оснащен таймером 2 и программатором 3, позволяющим синхронизировать работу ВЗУ и устройства запуска генератора в режиме однократной и частотной генерации импульсов, заранее устанавливать длительность экспозиции воздействия, контролировать и отображать количество выходных импульсов.The impact device (Fig. 1) includes a high-voltage electric pulse generator made according to the scheme of a two-stage pulse voltage generator (GIN) of 5 nanosecond durations with an output voltage of up to 56 kV, a “shock” capacity of 3.3 nF and built-in gas-filled switches. The impact device also includes a rectifier-charging device (VZU) 1, a starting device for a switch (arrester) 4, while the output voltage of the VZU is ~ 28 kV, and the maximum stored energy is ~ 5 J. The generator allows you to generate single output high-voltage voltage pulses, and the following with an adjustable frequency from 0.1 to 20 Hz with a pulse duration of 60 ns and a rise time of less than 10 ns. The maximum corona current in the form of high-intensity streamers was 80 A. The generator is equipped with a
Излучатель 6 представляет собой размещенные в диэлектрическом корпусе (держателе) 11 и выступающие из него потенциальные заостренные электроды 13, соединенные посредством проводников электрической развязки 10, роль которых выполняют паразитные индуктивности взаимно изолированных на высокое напряжение линейных проводников, с жилой высоковольтного кабеля 9. Для защиты персонала от воздействия высокого напряжения служит барьерное ограничительное кольцо 12.The
При наличии нескольких металлических заостренных стержней 13, их вворачивают с торцевой стороны в диэлектрический держатель 11. Каждый стержень соединен с жилой высоковольтного кабеля 9 отдельным изолированным на высокое напряжение проводником 10. При этом длина проводников, соединяющих выход высоковольтного наносекундного генератора с автономными разрядными промежутками, выбирается из условия превышения удвоенным значением времени распространения электромагнитной волны в проводниках времени разброса пробоя разрядных промежутков многоэлектродной системы. При необходимости держатель может закрепляться на штативе (на фиг.2 не показан).If there are several metal pointed
В частности, в качестве электродов использовали контакты разъемов типа 2РМ. Электроды удлинены проводниками типа МГТФ-0,35, выполняющими роль электрической развязки, с дополнительной изоляцией из полихлорвиниловых трубок. Концы проводников соединяют между собой и кабелем 9, подключенным к выходу генератора.In particular, contacts of 2PM connectors were used as electrodes. The electrodes are extended by conductors of the type MGTF-0.35, performing the role of electrical isolation, with additional insulation from polyvinyl chloride tubes. The ends of the conductors are interconnected and a
Длины взаимно изолированных друг от друга проводников многоканальной системы потенциальных электродов в рассматриваемых условиях не превышали 30 см.The lengths of the conductors of the multichannel system of potential electrodes mutually isolated from each other under the considered conditions did not exceed 30 cm.
Взаимное расположение потенциальных электродов определяется конкретными условиями их применения.The relative position of potential electrodes is determined by the specific conditions of their use.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Электрические импульсы с выхода генератора 5 поступают по кабелю 9 на излучающее устройство 6. Излучатель 6 обеспечивает протекание электрического тока в направлении заземленного электрода 7, на котором предварительно размещают объект воздействия 8 (биообъект). Интенсивность, продолжительность и вид (СИЭР или НСКР) воздействия определяются индивидуально в зависимости от цели обработки. Интенсивность, продолжительность и частота генерации импульсов устанавливаются регулятором «уровень» и переключателями режима «Время», «Частота», установленными на передней панели устройства.The operation of the device is as follows. Electrical pulses from the output of the
Для увеличения площади обрабатываемой поверхности или объема обрабатываемой среды используют систему многоканального формирования СИЭР или НСКР (с несколькими электродами) 13. Для локализации воздействия разрядов на заземленный электрод 7 (биообъект 8) используют один потенциальный заостренный электрод.To increase the area of the surface to be treated or the volume of the medium to be treated, a multi-channel SIER or NSCR system is used (with several electrodes) 13. To localize the effect of discharges on the grounded electrode 7 (bioobject 8), one potential pointed electrode is used.
Экспериментальные данные, полученные при апробации заявляемого устройства путем воздействия СИЭР и НСКР для подавления темпов роста экспериментальной лимфосаркомы Плисса in vivo, показали, что рост опухоли, после воздействия импульсными разрядами, составил 2,5-4,5 см3 для СИЭР и 4,5-5,5 см3 для НСКР против 11,0 см3 для контрольной группы лабораторных животных.The experimental data obtained by testing the inventive device by exposure to SIER and NSCR to suppress the growth rate of experimental Pliss lymphosarcoma in vivo showed that tumor growth, after exposure to pulsed discharges, was 2.5-4.5 cm 3 for SIER and 4.5 -5.5 cm 3 for NSCR versus 11.0 cm 3 for the control group of laboratory animals.
Воздействие сильноточным искровым разрядом - 9600 импульсов и коронным однократным - 20 импульсов достоверно снижает уровень кахексии (истощения) за счет сохранения концентрации глюкозы и липидов в крови. Уровень глюкозы приближается к норме. В организме с опухолью без воздействия уровень глюкозы снижен в 2 раза. Сохранение питательного субстрата в организме после воздействия на неоплазию также объясняется подавлением роста опухоли.Exposure to a high-current spark discharge - 9600 pulses and a single corona discharge - 20 pulses significantly reduces the level of cachexia (depletion) by maintaining the concentration of glucose and lipids in the blood. The glucose level is approaching normal. In an organism with a tumor without exposure, the glucose level is reduced by 2 times. Preservation of the nutrient substrate in the body after exposure to neoplasia is also explained by inhibition of tumor growth.
После воздействия НСКР на суспензию опухолевых клеток, которые затем перевивались животным, показано, что продолжительность жизни животных увеличивалась в 1,5 раза (в сравнении перевитыми опухолевыми клетками без воздействия).After exposure to the NSCR on a suspension of tumor cells, which were then transplanted into animals, it was shown that the life expectancy of animals increased by 1.5 times (in comparison with transplanted tumor cells without exposure).
Морфофизиологический анализ показал, что воздействие сильноточным искровым разрядом и НСКР на область опухолевого узла вызывает изменение в структурной организации опухолевых клеток и внутриклеточных структур, активирует деструктивные некротические и апоптотические процессы в клетках лимфосаркомы Плисса.Morphophysiological analysis showed that the effect of a high-current spark discharge and NSCR on the area of the tumor node causes a change in the structural organization of tumor cells and intracellular structures, activates destructive necrotic and apoptotic processes in Pliss lymphosarcoma cells.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117942/14A RU2413551C2 (en) | 2009-05-14 | 2009-05-14 | Device for influence on bioobject |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117942/14A RU2413551C2 (en) | 2009-05-14 | 2009-05-14 | Device for influence on bioobject |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009117942A RU2009117942A (en) | 2010-11-20 |
RU2413551C2 true RU2413551C2 (en) | 2011-03-10 |
Family
ID=44058052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009117942/14A RU2413551C2 (en) | 2009-05-14 | 2009-05-14 | Device for influence on bioobject |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2413551C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2526810C1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Plasma disinfector for biological tissues |
RU2771155C1 (en) * | 2020-12-17 | 2022-04-27 | Байосенс Вебстер (Изрэйл) Лтд. | Detection of contact and proximity between ablation electrodes by identifying changes in the morphology of the voltage of non-activated electrodes |
RU2776919C1 (en) * | 2020-07-28 | 2022-07-28 | Байосенс Вебстер (Изрэйл) Лтд. | Automatic irreversible electroporation during the refractory period of the heart |
-
2009
- 2009-05-14 RU RU2009117942/14A patent/RU2413551C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2526810C1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Plasma disinfector for biological tissues |
RU2776919C1 (en) * | 2020-07-28 | 2022-07-28 | Байосенс Вебстер (Изрэйл) Лтд. | Automatic irreversible electroporation during the refractory period of the heart |
RU2771155C1 (en) * | 2020-12-17 | 2022-04-27 | Байосенс Вебстер (Изрэйл) Лтд. | Detection of contact and proximity between ablation electrodes by identifying changes in the morphology of the voltage of non-activated electrodes |
US11911096B2 (en) | 2020-12-17 | 2024-02-27 | Biosense Webster (Israel) Ltd. | Detecting contact and proximity between ablation electrodes by sensing changes in voltage morphology of non-activated electrodes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009117942A (en) | 2010-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Von Woedtke et al. | Plasmas for medicine | |
RU2656333C1 (en) | Plasma device with a replacement discharge tube | |
US5908444A (en) | Complex frequency pulsed electromagnetic generator and method of use | |
US8103340B2 (en) | Treatment of biological material containing living cells using a plasma generated by a gas discharge | |
US20120100524A1 (en) | Tubular floating electrode dielectric barrier discharge for applications in sterilization and tissue bonding | |
Kostov et al. | Study of cold atmospheric plasma jet at the end of flexible plastic tube for microbial decontamination | |
US20160331437A1 (en) | Plasma device | |
CA2937911A1 (en) | Method and apparatus for intracellular and intercellular delivery of molecules, drugs, vaccines and the like | |
KR102483829B1 (en) | Rapid Pulse Electro-Hydraulic (EH) Shockwave Generator Device with Improved Electrode Life | |
Khanikar et al. | Cold atmospheric pressure plasma technology for biomedical application | |
RU2638569C1 (en) | Method for sterilisation using gas-discharge plasma of atmospheric pressure and device for its implementation | |
CN109922748A (en) | Device and method for treating skin conditions | |
RU2413551C2 (en) | Device for influence on bioobject | |
RU2138213C1 (en) | Device for coagulation and stimulation of healing of wound defects of biological tissues | |
US5556418A (en) | Method and apparatus for pulsed magnetic induction | |
RU2705791C1 (en) | Source of nonequilibrium argon plasma based on volumetric glow discharge of atmospheric pressure | |
WO2016004192A1 (en) | Combination therapy for treating cancer and method for treating cancer using a combination therapy | |
RU2526810C1 (en) | Plasma disinfector for biological tissues | |
US11304750B2 (en) | Low-temperature plasma catheter for less-invasive, localized treatment of endocarditis and atherosclerosis | |
CA2139843C (en) | Method and apparatus for pulsed magnetic induction | |
RU2358773C2 (en) | Bioobject impact device | |
RU2254143C2 (en) | Method for sterilizing objects | |
US20210260395A1 (en) | Use of cold atmospheric pressure plasma to treat warts | |
Gugin et al. | Characteristics of Cold Plasma Jet Initiated by Non-Contact and Contact Pulse Voltage | |
Lukes et al. | Special electromagnetic agents: from cold plasma to pulsed electromagnetic radiation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110515 |