[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Erzeugung eines physikalischen Plasmas in langen und gleichzeitig engen Lumen, flexiblen oder starren, dielektrischen Schläuchen, Rohren oder anderen Hohlkörpern (im Folgenden als Schläuche bezeichnet) im Nieder- oder Normaldruckbereich, zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifizierung und biologischen Dekontamination (Entkeimung, Desinfektion, Sterilisation) der Innenwände dieser Schläuche, sowie für therapeutische Anwendungen mittels einer Barriereentladung.

Technischer Hintergrund

[0002] Für eine Vielzahl von Anwendungen, speziell im Bereich der Biomaterialien für medizinische Geräte, ist es nötig, die Innenwände von langen und gleichzeitig dünnen Schläuchen, die aus einem dielektrischen Material bestehen, zu modifizieren. Dazu zählen trockene Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifizierung und biologische Dekontamination. Typischerweise können diese Modifikationen nicht während der Herstellung der Materialien durchgeführt werden, in vielen Bereichen und abhängig vom Anwendungsgebiet muss die Modifikation nach erfolgtem Fertigungsprozess auch regelmäßig erneuert werden. Physikalische Plasmen bieten für diese Art der Anwendung eine Vielzahl von Vorteilen. Die so erzeugten Modifikationen sind homogen über die Oberfläche verteilt, sehr dünn (nm-Bereich), stark anhaftend und verändern die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Grundmaterials nur sehr gering. Die unterschiedlichen Modifikationen können durch geeignete Wahl von Gasen, Precursoren und physikalischen Parametern des Plasmas erreicht werden. Aus Kostengründen und für eine einfache Integration in vorhandene Prozessschritte, sollten die Modifikationen durch ein physikalisches Plasma möglichst unter Normaldruck stattfinden. Bisher erweist sich jedoch die Erzeugung eines über die Länge des Schlauches homogenen Plasmas unter Normaldruck bei großer Variabilität des Parameterbereichs und großem Aspektverhältnis der Schläuche als sehr schwierig. Speziell bei komplexen Medizinprodukten, wie zum Beispiel Endoskopen, gestaltet es sich schwierig elektrische Felder von außerhalb des Endoskops ins Innere der Arbeitskanäle einzukoppeln, um damit ein physikalisches Plasma zu zünden. Es ist auf Anwenderseite auch nachteilig, Elektroden zur Einkopplung der Leistung für das Plasma in die Arbeitskanäle einzubringen, da die Oberflächen der Kanäle beschädigt werden könnten.

Stand der Technik

[0003] Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung im Inneren von Schläuchen, die auf der Nutzung von derartigen Plasmen basieren, werden in zahlreichen Druckschriften beschrieben. Die hier angeführten technischen Lösungen sind aber mindestens mit einem oder mehreren der folgenden Nachteile verbunden: - die Vorrichtung funktioniert nur mit Schläuchen im Rohzustand und nicht im verbauten Zustand

Die Vorrichtung benötigt spezielle Innenelektroden

Die Vorrichtung benötigt spezielle Außenelektroden

Die Vorrichtung funktioniert nicht bei Normaldruck

Die Vorrichtung weist hohe Unterhaltskosten durch z.B. hohe Gasflüsse auf

Die Vorrichtung ist in der Behandlungsstrecke begrenzt

Die Vorrichtung kann eine über die Länge des Schlauches homogene Behandlung nicht gewährleisten

Die Vorrichtung ist auf Edelgase beschränkt, wodurch das Einsatzgebiet beschränkt wird

Die Vorrichtung ist nicht geeignet thermo labile Materialien zu bearbeiten

[0004] Es existiert ein Verfahren, bei dem ein langer und dünner Schlauch durch ein von außen erzeugtes Feld geführt wird. Dabei wird die Feldstärke groß genug, um ein physikalisches Plasma im Inneren des Schlauches zu zünden (DE69502185T2). Dieses Verfahren ist jedoch nur für unverbaute Schläuche nutzbar. Bei zum Beispiel handelsüblichen Endoskopen wäre dieses Verfahren nicht einsetzbar.

[0005] Ein weiteres Verfahren führt eine kurze Nadel in den Schlauch ein, wodurch ein jetartiges Plasma erzeugt wird. Durch einen hohen Gasfluss kann das Plasma dann über eine gewisse Strecke im Schlauch voran getrieben werden. (Phys. Plasmas 14, 074502 (2007)) Jedoch ist bei diesem Verfahren die Homogenität des Plasmas über die gesamte Länge des Schlauches nicht gewährleistet. Weiterhin muss auch hier mit einer zusätzlichen inneren E- lektrode gearbeitet werden.

Bekannt ist ein Verfahren, bei dem der Schlauch in eine Prozesskammer geführt wird, wobei ein Teil der Prozesskammer unter Vakuum steht. 2 Elektroden außerhalb des Schlauches erzeugen das elektrische Feld im Inneren zur Generierung des Plasmas. (EP0348690 (A2)). Jedoch wird bei diesem Aufbau teilweise Vakuum genutzt. Weiterhin ist die Prozesskammer nur für die Behandlung von unverbauten Schläuchen geeignet.

[0006] Ein weiterer Aufbau wird über eine Innenelektrode im Schlauch und einer Außenelektrode unterhalb des Schlauches realisiert. (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 606-614) Das physikalische Plasma wird daher nur zwischen den Elektroden erzeugt und füllt nicht das gesamte Volumen des Schlauches aus. Weiterhin werden auch bei diesem Aufbau zusätzliche Elektroden benötigt, was den Einsatz bei fertigen Medizinprodukten einschränkt.

[0007] Ferner wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem in das Innere eines Schlauches eine kurze zylinderförmige Elektrode eingebracht wird, die Gegenelektrode befindet sich außerhalb des Schlauches. (Japan 2002337210) Auch bei diesem Aufbau werden zusätzliche Elektroden innerhalb und außerhalb der Schläuche benötigt, was den Einsatz bei komplexen Medizinprodukten, wie zum Beispiel Endoskope, unmöglich macht.

[0008] Es existiert ein Verfahren, bei dem ein langer Schlauch in den zu behandelnden Schlauch geschoben wird. Am Ende des eingeführten Schlauches befindet sich ein Kopf, welcher mit 2 Elektroden versehen ist, so dass ein physikalisches Plasma erzeugt werden kann. Durch Rotation und axiale Verschiebung des eingeführten Schlauches kann die Innenwand des zu behandelnden Schlauches variabel modifiziert werden. (JP7169406 (A)) Auch bei diesem Aufbau wird etwas in den Schlauch eingeführt, was im speziellen Fall unhandlich ist. Weiterhin ist nur durch eine komplizierte Steuerung eine homogene Modifikation der Innenwand der Schläuche gewährleistet.

[0009] Bekannt ist ein Verfahren, bei dem 2 ringförmige Außenelektroden in einem bestimmten Abstand voneinander um den Schlauch positioniert werden. Das jetartige Plasma brennt dann zwischen den beiden Elektroden. (JP62195028 (A)) Dieser Aufbau wird ebenfalls mit Außenelektroden realisiert, was eine Anwendung bei gewissen Medizinprodukten unmöglich gestaltet.

[0010] In einer Veröffentlichung wird im Inneren von Glasröhrchen ein Plasma gezündet. Dazu wird eine dünne Innenelektrode in das Röhrchen eingeführt. Die Gegenelektrode bildet Silberfolie, welche außerhalb des Röhrchens angebracht wurde. (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 269-274) Auch dieses Verfahren benötigt eine Außen- und Innenelektrode und ist somit für den Einsatz bei komplexen Medizinprodukten ungeeignet.

[0011] Weiterhin wird in einer Veröffentlichung eine Korona- Afterglow-Ent ladung mit Stickstoff erzeugt. Das Afterglow-Plasma wird dann mit hohen Flussraten in den Schlauch geleitet, so dass über eine gewisse Strecke ein Plasma im Inneren des Schlauches vorhanden ist. (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 559-568). Jedoch kann mit diesem Aufbau keine homogene Modifikation gewährleistet werden, da die Intensität der Afterglow-Entladung kontinuierlich nachlässt. Weiterhin sind solch hohe Gasflüsse für technische Anwendungen unrentabel.

[0012] Ein weiterer Aufbau wird in (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 14-25) angeführt. Dabei werden 2 geerdete Elektroden parallel zueinander aufgebaut. In gleichem Abstand zu beiden befindet sich in der Mitte die Hochspannungselektrode ebenfalls in Plattenform. Jeweils oberhalb und unterhalb der Hochspannungselektrode kann der zu modifizierende Schlauch eingeführt werden, so dass ein Plasma innerhalb des Schlauches gezündet wird. Auch dieser Aufbau wird mit zusätzlichen Elektroden innerhalb und außerhalb des Schlauches realisiert. Er ist damit für komplexe Medizinprodukte ungeeignet.

[0013] Eine weitere Möglichkeit wird in (WO2009050240A1) gezeigt. Hier wird am Anfang des Schlauches mittels hoher Flussgeschwindigkeit und einer Hochspannungsentladung eine sich sehr schnell fortbewegende Ionisationswelle erzeugt. Diese Welle wird in den Schlauch geleitet und es entsteht ein Plasmaball, welcher entlang des Schlauches propagiert. Diese Art der Plasmaerzeugung wurde aber nur bei Helium beobachtet. Es wird die Möglichkeit offen gehalten, an bestimmter Stelle im Schlauch noch zusätzliche Precursoren mit einzubringen, so dass weitere Funktionalisierungen möglich sind. Jedoch sorgt die Beimischung von anderen Gasen für einen schnelleren Energieverlust des Plasmaballs, wodurch keine homogene Behandlung über die gesamte Länge des Schlauches mehr gewährleistet ist. Weiterhin ist im Fall von zum Beispiel Endoskopen eine Beimischung der Gase nur beim Eingang des Schlauches möglich. Kombiniert mit der stark verringerten Reichweite des Plasmaballs ist in diesem Fall keine homogene Behandlung über die gesamte Endoskoplänge möglich.

Aufgabe der Erfindung

[0014] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der oben beschrieben technischen Lösungen zu überwinden.

Lösung der Aufgabe

[0015] Die Aufgabe wurde gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wurde der Aufbau der Schläuche so geändert, dass keine zusätzlichen Elektroden außerhalb, sowie innerhalb der Schläuche mehr benötigt werden, um ein über die gesamte Länge der Schläuche homogenes physikalisches Plasma zu erzeugen, ohne dass dabei Änderungen der physikalischen, chemischen oder mechanischen Eigenschaften, sowie der Funktionalität der Schläuche auftreten. Die Vorrichtung stellt insbesondere eine einfache und kostengünstige Änderung des Aufbaus solcher Schläuche dar. Gleichzeitig erfolgen dadurch nur geringe Änderungen für fertige Medizinprodukte, welche solche Schläuche beinhalten. Weiterhin gewährleistet die Erfindung eine möglichst unkomplizierte Erzeugung von physikalischen Plasmen in den Schläuchen in komplexen Medizinprodukten, so dass eine Demontage der Geräte oder andere spezielle Vorrichtungen nicht benötigt werden.

Darstellung der Erfindung

[0016] Die Schlauchwände werden mit mehreren spiralförmig und vorzugsweise äquidistant um den Schlauch verlaufenden, metallischen Leitern (im Folgenden als Elektroden bezeichnet) versehen, wobei sich die Elektroden innerhalb der Schlauchwand befinden. Typischerweise werden die Elektroden dazu auf einen Innenschlauch gewickelt, mit speziellen Klebern fixiert, worüber anschließend ein Außenschlauch geschrumpft wird. Weitere Möglichkeiten bestehen in der Einbettung der Elektroden in einen einzigen Schlauch oder in der Aufbringung von elektrischen Leitern durch spezielle Ätz- oder Beschichtungsprozesse. Die so erzeugten Schläuche können einen Innendurchmesser von einigen cm bis hin zu 1mm und kleiner und eine Länge von mehreren Metern haben. Das Material der Elektroden muss dabei zwingend elektrisch leitend sein, wobei das Material des Innen- bzw. Außenschlauchs dielektrische Eigenschaften aufweisen muss und typischerweise einen Dicke von einigen μηι bis hin zu mm besitzt. Die Elektroden können dabei erfindungsgemäß als Draht mit einem Durchmesser von einigen μιη bis hin zu mm vorliegen, sowohl mit rechteckigem Querschnitt mit einer Dicke von einigen μιη und einer Breite von einigen mm. Der Abstand der Elektroden liegt im Bereich von einigen μιη bis hin zu einigen mm. Die Anzahl der Elektroden ist größer gleich 2, wobei jede 2. Elektrode vorzugsweise auf gleichem Potenzial liegt. Benachbarte Elektroden werden gesondert angesteuert, so dass eine der Elektroden auf Massepotenzial liegt und die benachbarte Elektrode mit einer Wechselspannung vorzugsweise im kHz- Bereich angesteuert wird. Erfindungsgemäß wird durch diesen Aufbau zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld und beim Überschreiten der Zündfeldstärke ein physikalisches Plasma erzeugt. Hierbei kann durch den Abstand der Elektroden und das verwendete Arbeitsgas, sowie die verwendete Ansteuerung der Elektroden, verschiedene Entladungsmodi erzeugt werden. So sind Volumen- und Oberflächenentladung als auch filamentierte und diffuse Entladungsmodi, je nach Aufgabenstellung einstellbar.

[0017] In einer weiteren Ausführungsform werden die Elektroden axial in der Tubuswand entlang gezogen.

[0018] Eine weitere Ausführungsform dieser Vorrichtung kann über ein Geflecht im Inneren der Schlauchwand realisiert werden. Das Geflecht besteht dabei aus nicht-leitendem Material, welches typischerweise auch beim Bau solcher Schläuche für zum Beispiel Endoskope verwendet wird. In diesem Geflecht werden dann kontinuierlich und vorzugsweise äquidistant elektrische Leiter eingewebt, welche sich dann über die gesamte Länge des Schlauches erstrecken.

[0019] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in die Schlauchwand die Elektroden eingebracht und außen um den Tubus passgenau ein Drahtgitter gewickelt. Die Elektroden im Inneren der Wand werden mit der Wechselspannung getrieben, während das Gitter auf Massepotenzial liegt. Es bildet sich so im Inneren des Schlauches eine Oberfiä- chenentladung aus.

Vorteile der Erfindung ♦ Die Vorrichtung ist sehr vielseitig einsetzbar, selbst in Arbeits- und Jetkanälen von komplexen Medizingeräten kann ohne Probleme ein physikalisches Plasma erzeugt werden, ohne dass der Aufbau solcher Geräte stark verändert werden muss, oder die Funktion von Bauteilen des Gerätes beeinflusst wird.

♦ Die Funktion der Schläuche bleibt vollständig erhalten (Flexibilität, Biegeradius...), die Festigkeit wird sogar noch erhöht. Je nach Ausführung der Elektroden kann auf einen externen Knickschutz verzichtet werden, welches zu einer Reduktion der Baugröße führen kann.

♦ Es ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Arbeitsgasen und Mixturen einsetzbar.

♦ Die Vorrichtung bietet zusätzlich zur physikalischen Plasmaerzeugung im Inneren der Schläuche die Möglichkeit, ein jetartiges Plasma am Gasausgang des Schlauches zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifizierung und biologischen Dekontamination (Entkeimung, Desinfektion, Sterilisation) sowie für therapeutische Anwendungen zu erzeugen.

♦ Die Erzeugung eines physikalischen Plasmas ist auch bei feuchten bzw. mit einem Flüssigkeitsfilm überzogenen Innenwänden der Schläuche möglich. Bei ausreichend hohen Gasflüssen ist auch eine Plasmatrocknung möglich.

[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne sie auf diese Beispiele zu beschränken.

Ausführungsbeispiele

[0021] Mit den nachfolgend in verschiedenen Zeichnungen dargestellten Anführungsbeispielen werden die Erfindung und deren Anwendungsmöglichkeiten detailliert erläutert. Für die Kennzeichnung der einzelnen Elemente des Aufbaus der Vorrichtung werden folgende Bezugszeichen verwendet:

Bezugszeichenliste:

1 geerdete Elektrode 6 Hochspannungsquelle

2 Hochspannungselektrode 7 Gaseinlass

3 Außenisolierung 8 Abschirmung

4 Innenschlauch 9 Zwischeniso lierung

5 Plasma 10 Kunststoff gitter [0022] Die Vorrichtung beinhaltet eine Hochspannungsversorgung, deren Frequenzbereich im Kilohertz bis hin zu Megahertz liegt und die zur Erzeugung der Atmosphärendruckentladung benötigten Spannung im Bereich von 1-25 kV bereit stellt, einen dielektrischen Schlauch, dessen Durchmesser vorzugsweise im Bereich von μιη bis mm und dessen Länge von einigen Zentimeter bis hin zu mehren Metern variiert werden kann, und elektrisch leitende Elektroden in der kompletten Tubus- Wand, welche beliebig geformt sein können und einen Durchmesser im Bereich von μιη bis hin zu mehreren mm aufweisen können.

Erläuterung der Zeichnungen

[0023] Fig. 1 und Fig. 2 zeigen den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit 2 runden, spiralförmig um den Innenschlauch (4) gedrehten Elektroden, wobei eine davon auf Massepotenzial (1) gelegt wird, die andere (2) auf eine Wechselspannung. Die Gaszufuhr (7) erfolgt über einen Gasanschluss mit einer Gasdüse. Die Elektroden können dabei in unterschiedlichen Anordnungen und Anzahl vorliegen, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, als Netz bei der die Elektroden in ein Kunststoffgitter eingewebt sind, oder wie in Fig. 5 gezeigt als parallele Drähte in axialer Richtung. Die Anzahl der Elektroden ist variabel. Innen- und Außenschlauch sind bei allen Anordnungen identisch und dienen als Dielektrikum.

[0024] In Fig. 6 sind bei Verwendung von mehr als 2 Elektroden typische Ausführungsformen dargelegt.

[0025] Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schlauches, bei der auf eine geerdete Elektrode in der Schlauchwand verzichtet wurde, stattdessen wird die elektrische Abschirmung bzw. Knickversteifung außerhalb des Schlauches als Masseelektrode verwendet. Es bildet sich dadurch im Inneren des Schlauches eine Oberflächenentladung aus. In Fig. 8 ist die Abschirmung ebenfalls in die Schlauchwand mit eingebaut.

[0026] Die Hochspannungselektrode wird bei allen Ausführungsbeispielen mit einer Spannung im Kilovolt-Bereich und einer Frequenz von einigen Kilohertz bis hin zu Megahertz mit einem Sinus-, Rechteck- oder Dreiecksignal angesteuert. Dabei können die unterschiedlichsten Tastverhältnisse und Flankensteilheiten eingesetzt werden, wobei spezielle Puls- oder Burstspannungen für einige Prozesse einen besonderen Vorteil darstellen können.