Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von biologischem Gewebe mit einem Niederdruckplasma nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von biologischem Gewebe mit einem Niederdruckplasma.

Dass Plasmen antimikrobielle Eigenschaften besitzen, ist bekannt. Die Ursachen der antibakteriellen Wirkung eines Plasmas liegen in Hitze, Austrocknung, Scherspannung, UV- Strahlung, freie Radikale und Ladungen. Bei Niederdruckplasmen, die auch kalte Plasmen genannt werden, spielt die Hitze eine untergeordnete Rolle, da diese Plasmen bei Raum- temperatur betrieben werden. In solchen Niederdruckplasmen entstehen besonders reaktive Partikel, wie beispielsweise verschiedene Sauerstoff- oder Stickstoffspezies, die eine ausreichend hohe Lebensdauer aufweisen, um bei einer indirekten Exposition organische Verbindungen zu schädigen. Zu diesen Partikeln zählen unter anderem atomarer Sauerstoff, Superoxidradikale, Ozon, Hydroxylradikale, Stickstoffmonooxid und Stickstoffdioxid. Diese Par- tikel zeigen eine zerstörerische Wirkung auf unterschiedlichste Zellkomponenten.

Werden Zellwände von Bakterien, Keimen, Viren, Pilzen oder anderen vergleichbaren Mikroorganismen dem Plasma direkt ausgesetzt, so laden sich diese aufgrund des Beschüsses mit den im Plasma vorhandenen Elektronen negativ auf. Aufgrund der elektrostatischen Ab- stoßung führt dies zu mechanischen Spannungen bis hin zur Überschreitung der Zugfestigkeit und der Zerstörung der Zellwand. Aber nicht nur mechanische Verspannungen aufgrund

BESTÄTIGUNGSKOPIE der Ladung können die Zellwände zerstören, sondern auch die Störung des Ladungsgleichgewichts der Zellwand durch verschiedene, weitere elektrostatische Wechselwirkungen und der Elektrolyse, z. B. durch Änderung der Permeabilität der Zellwände. Ein Mechanismus zur Inaktivierung von Mikroorganismen ergibt sich auch aus den sehr energiereichen Ionen, die in kapazitiv gekoppelten Systemen weit über 100 eV aufweisen können. Ein Beschuss mit solchen Spezies kann die strukturelle Integrität der Zellen verändern bzw. sie zerstören; allerdings ist eine Vorrichtung zur Erzeugung solcher lonenstrahlen aufwendig und nur mit sehr hohem apparativen Aufwand zur Behandlung von lebendem biologischen Gewebe, insbesondere menschlichen oder tierischen Geweben, geeignet.

Niederdruckplasmen sind daher besonders gut zur Behandlung von Gewebe von Menschen oder Tieren, insbesondere von Hautoberflächen, offenen Wunden, des Zahnfleischs, der Mundhöhle oder dergleichen geeignet, um eine Desinfektion des Gewebes, insbesondere die Abtötung von Bakterien, Keimen, Viren, Pilzen oder anderer vergleichbarer Mikroorga- nismen, die in oder auf dem Gewebe platziert sind, zu erreichen.

Aus der DE 10 2005 000 950 B3 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von biologischem Gewebe mit Ozon bekannt. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem mittels einer Steuereinrichtung in Spannung und/oder Stromstärke regelbaren Trans- formator zur Erzeugung spezieller gerichteter Spannungs- oder Stromimpulse verschiedenster Charakteristik mit oder ohne Gleichspannungsanteil. Der Gleichspannungsanteil wird dabei durch zusätzliche Elektroden am zu behandelnden biologischen Gewebe mithilfe einer externen Spannungsquelle oder Schaltung aufgebaut. Die Primärspule des Transformators ist die von hochfrequentem Wechselstrom durchflossene Spule eines gedämpften Schwin- gungskreises. Die Sekundärspule bildet zusammen mit dem aufzuladenden Kondensator einen Schwingkreis, dessen Frequenz mit der des Transformators übereinstimmt. Als Stromquelle dient oftmals ein Resonanztransformator. Damit ist die Behandlung von verschiedenen Gewebetypen, wie beispielsweise Mundschleimhäute für Behandlungen in der Mundhöhle oder Hautgewebe für dermatologische Behandlungen mit Ozon möglich. Die Leis- tungseinstellung des Pulsgenerators erfolgt über Bedienelemente, die an der Steuereinrichtung angeordnet sind. Mit einem Drehknopf erfolgt die Einstellung der Leistung innerhalb eines Leistungsbereichs durch den Anwender beziehungsweise den behandelnden Arzt anhand einer Zahlenskala. Allerdings ist bei dieser bekannten Vorrichtung eine Fehlbedienung möglich, durch die ein falscher Leistungsbereich eingestellt wird. Beispielsweise kann für eine Dentalbehandlung der Leistungsbereich für eine dermatologische Anwendung gewählt werden. Diese fehlerhafte Einstellung führt zu einer sehr schmerzhaften Behandlung für den Patienten und gegebe- nenfalls sogar zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Behandlung von biologischem Gewebe mit einem Niederdruckplasma mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, dass solche Fehlbedienungen ausgeschlossen sind. Wei- terhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von biologischem Gewebe mit einem Niederdruckplasma zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Behandlung ohne Funkenüberschlag zwischen Primär- und Sekundärspule möglich ist.

Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit allen Merkmalen des Pa- tentanspruchs 1 gelöst. Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 11 abhängigen Patentansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von biologischem Gewebe mit einem Niederdruckplasma enthält im Wesentlichen

einen Transformator zur Erzeugung eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, eine Sonde, welche mit dem Transformator elektrisch koppelbar ist und

einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des durch den Transformator erzeugten hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, wobei

der Steuereinrichtung eine Sicherheitseinrichtung zugeordnet ist, mit welcher die Leistung des durch den Transformator erzeugten elektromagnetischen Feldes selbsttätig für die entsprechende Anwendung einstellbar ist. Durch diese spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es erreicht, die Sicherheitseinrichtung die für die erforderliche Behandlung notwendige und sinnvolle Behandlung selbsttätig einstellt und somit Fehlbedienun- gen, die in einer erhöhten Leistungsaufnahme des Transformators resultieren, vermieden werden.

Vorteilhafterweise umfasst der Transformator ein Transformatorgehäuse, welches eine einerer Kupplung für die Sonde gegenüberliegende Kupplung zum elektrischen/elektronischem Anschluss der Steuereinrichtung aufweist, wobei das Transformatorgehäuse vorzugsweise als Handgriff ausgebildet und entsprechend ergonomisch geformt ist. Diese Maßnahme zielt auf eine kompakte Bauweise der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung, da sowohl der Transformator selbst als auch die Steuerungseinheit innerhalb des Transformatorgehäuses anordnenbar ist. Lediglich die Sonde zur Behandlung des biologischen Gewebes und gege- benenfalls eine externe Energiequelle zur Energieversorgung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nicht innerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet. Die ergonomische Ausgestaltung des Transformatorgehäuses als Handgriff, der in seiner Grundform zylindrisch ausgebildet ist, erlaubt ferner eine angenehme und sichere Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch den Anwender.

Aus den gerade genannten Gründen der kompakten Bauweise und der einfachen, sicheren und angenehmen Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher nach einem vorteilhaften Gedanken der Erfindung die Steuereinrichtung in dem Transformatorgehäuse angeordnet.

Allerdings kann es für bestimmte Anwendungen sinnvoll sein, die Steuereinrichtung außerhalb des Transformatorgehäuses anzuordnen. Insbesondere dann, wenn sehr filigrane Behandlungen durchgeführt werden müssen, bei denen zusätzliches Gewicht innerhalb des als Handgriff ausgebildeten Transformatorgehäuses hinderlich bei der Handhabung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ist.

Die Steuereinrichtung ist an eine elektrische Energiequelle anschließbar, damit die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der für den Betrieb notwendigen elektrischen Energie versorgt werden kann. Dabei ist insbesondere bei einer innerhalb des als Handgriff ausgebildeten Transformatorgehäuses angeordneten Steuereinrichtung eine Energiequelle in Form von Batterien oder Akkumulatoren, die ebenfalls im Transformatorgehäuse untergebracht, aber auch außerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet sein können. Dies ist insbesondere deshalb sinnvoll, da die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung dann unabhängig von einer stationären Energiequelle und insbesondere unabhängig von einem öffentlichen bezie- hungsweise nichtöffentlichen elektrischen Netz betrieben werden kann. Allerdings ist es natürlich auch denkbar, als Energiequelle eine stationäre Energiequelle oder ein öffentliches beziehungsweise nichtöffentliches elektrischen Netz vorzusehen, mit welcher die Steuereinheit verbindbar ist. Nach einen besonders vorteilhaften Gedanken der Erfindung ist die Sicherheitseinrichtung als Kurzschlussbrücke innerhalb einer der Sonde beziehungsweise der Steuereinrichtung zugeordneten Kupplungen elektrischen Steckverbindung zwischen Sonde beziehungsweise Steuereinrichtung und Transformator ausgebildet ist. Die Kurzschlussbrücke in der Steck- Verbindung wirkt dabei als eine Art Schalter, durch den die Leistungsaufnahme der Steuereinrichtung beziehungsweise des Transformators durch die Steuereinrichtung festgelegt werden kann. Je nach Stellung beziehungsweise Lage des Kurzschlussbrücke ist Verwendung in der Funktion des zu behandelnden Gewebes, beispielsweise Zahnfleisch oder äußere Behandlungsfläche auf der Derma, z. B. eine offene Wunde, festgelegt. Vorteilhaft befin- det sich auf dem Bedienungselementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Umschalter so dass eine Fehlbedingung vermieden werden kann. Es können natürlich auch solche Umschalter vorgesehen sein, die allerdings nur nach einem Dialog mit der Steuereinrichtung betätigbar sind, wobei der Anwender die Leistungsänderung wenigstens einmal bestätigen muss. Ferner kann festgelegt sein, dass eine solche Leistungsänderung nur für eine Anwen- dung über eine bestimmten Zeitraum, beispielsweise 30 sec erfolgt. Nach Ablauf dieser Zeitspanne müsste eine erneute Bestätigung der Leistungsänderung erfolgen. Vorteilhafter Weise kann eine solche Funktion mittels eines Prozessors, der beispielsweise in der Steuereinrichtung integriert ist, überwacht werden. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn auch die Sicherheitseinrichtung als Prozessor ausgebildet ist und die Sicherheitsfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung über eine in dem Prozessor ablaufende Software gesteuert wird.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der Prozessor zum Kommunizieren mit der Sonde ausgebildet ist. Die Sonde teilt dann beispielsweise dem Prozessor mit, für welche Anwendungen Sie ausgelegt ist, so dass der Prozessor die Steuereinrichtung dazu veranlasst nur die für diese Sonde erforderliche Leistung durch den Transformator generieren zu lassen. Insofern ist der Prozessor also auch zur Bestimmung der Leistungsparameter für die Steuereinrichtung und/oder den Transformator ausgebildet.

Bewährt hat sich dabei auch, dass der Prozessor zur Weitergabe, insbesondere zur verschlüsselten Weitergabe der Leistungsparameter für die Steuereinrichtung und/oder den Transformator an die Steuereinrichtung ausgebildet ist. der Prozessor kann also die Lei- stungsparamter, die er durch die Kommunikation mit der Sonde empfangen hat direkt und verschlüsselt an die Steuereinrichtung weitergeben. Nach einem eigenständigen Gedanken der Erfindung ist die Sicherheitseinrichtung mit einem Sensor kommunikativ verbunden, wobei der Sensor die Umgebungsparameter, einer Behandlungsfläche der Sonde bestimmt, wobei der Sensor insbesondere die Atmosphärenzu- sammensetzung in der Umgebung der Behandlungsfläche der Sonde bestimmt. Anhand der Atmosphärenzusammensetzung lässt sich nämlich erkennen, ob eine Behandlung in der Mundhöhle oder auf der haut eines Patienten erfolgen soll.

Die Erfindung ermöglicht somit eine automatische Einstellung des notwendigen Leistungsbe- reichs für eine Indikation, die außerhalb oder innerhalb des menschlichen Körpers erfolgt, ohne die Notwendigkeit, konstruktive Änderungen oder unkontrollierte Einstellungen an derm erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzunehmen. Die einzelnen Konverter bzw. Plasmageneratoren der Erfindung, die für die unterschiedlichen Anwendungen und Leistungsbereiche eingesetzt werden, unterscheiden sich in der Ausführung der Steuereinrichtung. Steuerein- richtung reguliert automatisch, ohne Einwirkung von Dritten, unschädlich für den Patienten, aber indikationsausgerichtet für den Behandlungserfolg die notwendigen Leistung.

Der große Unterschied, ob die Nutzung der Atmosphäre außerhalb oder innerhalb des menschlichen Körpers für eine unschädliche und zugleich erfolgreiche Indikation verwendet werden kann, liegt in den veränderten Bestandteilen der Atmosphäre im trockenen oder feuchten Zustand Dies wird in Figur 7 veranschaulicht. Diese zeigt die Zusammensetzung trockener und reiner atmosphärischer Luft in Bodennähe.

Der Vergleich in der nachfolgenden Tabelle vermittelt die veränderten Bestandteile der Luft- Zusammensetzung in einer Mundhöhle alleine durch das Ein- und Ausatmen.

Inspiratorische Fraktion Gas Exspiratorische Fraktion ¹²¹

78 % Stickstoff 79 %

21 % Sauerstoff 16 %

0,04 % Kohlenstoffdioxid 4 %

1 % Edelgase 1 % Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wäre es auch denkbar, dass die Vorrichtung eine Messeinrichtung zum Analysieren von Luft aufweist, etwa eine Messeinrichtung, welche einen Sauerstoffgehalt und/oder einen Kohlstoffdioxid - Gehalt bestimmt. Durch diese Messung kann auf die konkrete Anwendung geschlossen werden und die Pulse bezie- hungsweise die Leistung kann entsprechend eingestellt werden.

Die Sonde mit der die eigentliche Behandlung durchgeführt wird, da mit ihr das erforderliche Niederfrequenzplasma zur Anwendung auf dem zu behandelnden Gewebe erzeugt wird, ist vorzugsweise als Glassonde ausgebildet ist. Solche Glassonden sind einfach zu handhaben und in der Anwendung an oder in biologischem Gewebe physiologisch unbedenklich.

Dabei hat es sich bewährt, die Glassonde unter Unterdruck, vorzugsweise unter Unterdruck von 500 Pa bis maximal 3000 Pa, mit einem leitenden Gas, vorzugsweise mit einem Edelgas oder Edelgasgemisch zu füllen. Mit solchen leitenden Gasen, insbesondere Edelgasen und Edelgasgemischen, vorzugsweise aus Argon und/oder Neon, ist die Herstellung von Niederfrequenzplasmen und somit die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung besonders effizient. Die Glassonde ist an ihrem einen Ende durch einen Metallkontakt geschlossen, durch welchen die durch den Transformator gelieferte hochfrequente Hochspannung in das Innere der Glassonde geführt wird. Innerhalb der Glassonde wird das Gas dem hochfrequenten elekt- romagnetischen Feld ausgesetzt und somit eine Glimmentladung erzeugt. Die Leistung des Transformators ist dabei durch die Steuereinrichtung derart regelbar, dass sich Spannungen im Bereich zwischen 1800 V und 35000 V einstellen lassen, sie über das leitfähige Gas innerhalb der Glassonde auf die Behandlungsfläche der Glassonde übertragen werden. Befindet sich die Behandlungsfläche der Glassonde unmittelbar über dem zu behandelnden bio- logischen Gewebe stellt sich diese Spannung dazwischen ein, gegebenenfalls in Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes der Oberfläche des zu behandelnden biologischen Gewebes und dem Widerstand der Gase, insbesondere der Luft, zwischen Behandlungsfläche der Glassonde und Oberfläche des zu behandelnden biologischen Gewebes. Damit die durch den Transformator zur Verfügung gestellte hochfrequente Hochspannung auch effizient durch die Sonde genutzt werden kann, ist eine gute und sichere elektrische Kontaktierung zwischen Transformator und Sonde unabdingbar. Dies wird nach einen eigenständigen Gedanken der Erfindung dadurch erreicht, dass die Sonde mittels einer Kontaktfeder elektrisch/elektronisch mit dem Transformator koppelbar ist. Dabei ist es zum einen denkbar, dass die Kontaktfeder an dem Transformator beziehungsweise dem Transforma- torgehäuse angeordnet ist. Zum anderen kann die Kontaktfeder auch an der Sonde angeordnet sein. In beiden Fällen stellt die Kontaktfeder die elektrische Kontaktierung zwischen Sonde und Transformator sicher, auch wenn innerhalb der Kupplung zwischen Sonde und Transformator ein nicht erwünschtes Spiel auftritt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von biologischem Gewebe mit einem Niederdruckplasma mit einer zuvor beschrieben Vorrichtung enthält im Wesentlichen folgende Verfahrensschritten:

a) Bereitstellen elektrischer Energie in Form von elektrischer Gleichspannung oder nie- derfrequenter Wechselspannung im Bereich von 12 V bis 600 V mit einer Stromstärke auf der Seite der Sekundärspule von 0,1 μΑ bis 300 μΑ,

b) Umwandlung der elektrischen Gleichspannung oder der elektrischen niederfrequenten Wechselspannung in hochfrequente Wechselspannung zwischen 10 kHz und 50 kHz, c) Transformation der hochfrequenten Wechselspannung in einen Spannungsbereich zwi- sehen 1800 V bis 35000 V,

d) Weiterleitung der hochfrequenten Wechselspannung in einen Spannungsbereich zwischen 1800 V bis 35000 V an eine Sonde (2), vorzugsweise eine Glassonde, welche ü- ber dem zu behandelnden biologischen Gewebe in einem Abstand zwischen 1 mm und 5 cm positioniert ist.

Hierbei sei darauf hingewiesen, dass bei Anwendungen im Dentalbereich, z. B. bei der Behandlungen der Mundschleimhäute in der Mundhöhle, die Stromstärke auf der Seite der Sekundärspule zwischen 0,1 μΑ und 100 μΑ gewählt wird, während bei Anwendungen auf sonstigen Gewebeoberflächen, insbesondere dermatologischen Behandlungen der übrigen Haut beziehungsweise des zu behandelten Patienten beziehungsweise gynäkologischen Anwendungen, die Stromstärke auf der Seite der Sekundärspule zwischen 0,1 μΑ und 300 μΑ gewählt wird.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezie- hung. Es zeigen:

Figur 1 : ein Transformators eines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Transformatorgehäuse,

Figur 2: ein Transformatorgehäuse eines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 3: Schaltbild eines Ausführungsbeispiel einer erfindugsgemäßen Vorrichtung,

Figur 4: eine weiters Schaltbild eines Ausführungsbeispiel einer erfindugsgemäßen

Vorrichtung.

Figur 5: typischer Pulsverlauf eines hochfrequenten Spannungspulses, bei dem die

Stromstärke in μΑ gegen die Zeit aufgetragen ist,

Figur 6: schematische Darstellung einer dielektrischen Barriereentladung und

Figur 7: graphische Darstellung der Zusammensetzung trockener und reiner atmosphärischer Luft in Bodennähe.

In den Figuren sind verschiedene Elemente von Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Behandlung von biologischem Gewebe mit einem Niederdruckplasma dargestellt, welche weiter unten näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform eines Transformatorgehäuses 8 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welches ein aus einer Primärspule 4 und einer Sekundärspule 5 gebildeter Transformator angeordnet ist, an den wiederum über eine Kupplung 9 eine Steuereinrichtung 3 angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 3 ist wiederum mit einer hier nicht dargestellten elektrischen Energiequelle 13 zur Einspeisung elektrischer Energie in den Transformator 1 verbunden. An dem der Kupplung 9 gegenüberliegenden Ende des Transformatorgehäuses 8 ist wiederum eine Kupplung 7 angeordnet, an welcher eine Sonde 2, vorzugsweise eine Glassonde angeordnet werden kann. Eine Kontaktfeder 12 stellt hierbei sicher, dass zwischen dem Transformator 1 und der Sonde 2 immer ein elektrischer Kon- takt besteht. Das Transformatorgehäuse 8 ist vorliegend als ein Handgriff ausgebildet und erstreckt sich in seiner Längserstreckung in die gleiche Richtung wie die Primärspule 4 und die Sekundärspule 5. Die Sekundärspule 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel um einen Stabkern 10, der vorzugsweise aus einem Ferrit besteht, gewickelt, während die Primärspule 4 in einem Abstand um die Sekundärspule 5 gewickelt ist. Dieser Abstand nimmt dabei von dem der Kupplung 9 zugewandten Ende der Spule 4 und 5 von einem Abstand d1 bis zu dem der Kupplung 7 zugewandten Ende der Spulen 4 und 5 kontinuierlich bis zu einem Abstand d2 zu, so dass die Primärspule 4 konisch koaxial über der Sekundärspule angeordnet ist. In vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen beide Spulen 4 und 5 die gleiche Länge L auf, so dass sie über ihre gesamte Länge einen Überlappungsbereich B bilden. Die Primärspule 4 nimmt dabei auch die Funktion eines elektromagnetischen Schirms wahr, beziehungsweise gewährleistet einen Abschirmeffekt, durch den elektromagnetische Störfelder nicht das durch den Trans- formator 1 erzeugte hochfrequente elektromagnetische Feld entscheidend stören können, so dass eine einwandfreie Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben ist. Daneben können in einem Endabschnitt des Konverters noch Dichtungseinrichtungen vorgesehen sein. Der als Hochspannungstransformator ausgebildete Transformator 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart aufgebaut, dass die innere Sekundärspule 5 um einen Stabkern 10 aus Ferrit in Kammern 11 gewickelt ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform weist Sekundärspule 5 je 500 Windungen pro Kammer 11 auf; es sind jedoch auch andere Windungszahlen denkbar.

Der Transformator 1 nimmt einerseits die Aufgabe wahr, die von der Energiequelle 13 und der Steuereinheit 3 bereitgestellte hochfrequente Niederspannung in hochfrequente Hochspannung umzuwandeln. Andererseits nimmt er aber auch die Aufgabe wahr, die erzeugte Hochspannung, insbesondere über eine hier nicht dargestellte innere Glasröhre der als Glassonde ausgebildeten Sonde 2 an deren Behandlungsfläche zu leiten, die an dem Kupplung 7 gegenüberliegenden Ende der Sonde angeordnet ist..

Die Anordnung der Spulen 4 und 5 innerhalb des Transformators 1 führt zur Bereitstellung von Pulsen mit einer vorgegebenen Signalform, bevorzugt von sinusförmigen Pulsen und besonders bevorzugt von exponentiell gedämpften sinusförmigen Pulsen, wie sie beispielhaft in Figur 5 dargestellt sind und mit welchen ein kaltes Plasmas beziehungsweise ein Niederdruckplasma zwischen Behandlungsfläche der Sonde 2 und zu behandelnden Gewebe erzeugt werden kann. Figur 2 zeigt den Aufbau eines Transformatorgehäuses 8 der Figur 1 , welches aus einem elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise einem Kunststoff hergestellt ist..

An dem die Kupplung 7 für die Sonde 2aufweisneden Ende des Transformatorgehäuses 8 ist dieses mit einer Kontaktfeder 12 ausgestattet, welche elektronisch mit dem Transformator 1 verbunden ist. Wie bereits kurz erwähnt, stellt die Kontaktfeder 12 den Kontakt mit der

Sonde 2 her. Durch den Kontakt werden die Spannungsimpulse auf die Sonde 2 übertragen. Die als Glassonde ausgebildete Sonde 2 ist in üblicherweise mit zwei Kammern ausgestattet. Die innere Kammer ist bevorzugt mit 100 % Neon gasgefüllt bei einem Unterdruck von 500 Pa bis maximal 3000 Pa und leitet die Hochspannung an die Spitze der Instrumenten- sonde. Die äußere Kammer dient zur Isolierung und Schutz der inneren Kammer. Die innere Kammer besteht vorteilhaft aus Glas und die äußere Kammer kann aus dem Material Glas oder Edelmetall bestehen.

An dem der Behandlungsfläche gegenüberliegenden Ende ist die Sonde 2 mit einer Metall- klappe geschlossen, welche zusammen mit der Kontaktfeder 12 und der Kupplung 7 die e- lektrische Steckverbindung mit dem in dem Transformatorgehäuse 8 angeordneten Transformator 1 herstellt.

Zwischen dem Behandlungsfläche der Sonde 2 und dem zu behandelnden biologischen Gewebe G bildet sich bei einem Abstand zwischen 1 mm und 5 mm durch die bereitgestellte hochfrequente Wechselspannung und dem typischen Pulsverlauf die Bildung des kalten Plasmas beziehungsweise des Niederdruckplasmas, mit welchem Bakterien, Keimen, Viren, Pilzen oder andere vergleichbare, dem Gewebe G anhaftenden Mikroorganismen abgetötet werden können.

Das Gas in der als Glassonde ausgebildeten Sonde 2 wird dabei dem erzeugten hochfrequenten, elektromagnatischen Wechselfeld ausgesetzt, um eine Glimmentladung (Mikroent- ladung) zu erzeugen. Die Leistung des Transformators 1 ist dabei über die Steuereinrichtung 3 so regelbar, dass sich Spannungen im Bereich zwischen 1 ,8 und 35 kV einstellen lassen, die über das leitfähige Gas auf die Behandlungsfläche der Sonde 2 übertragen werden. Be- findet sich die Behandlungsfläche der Sonde 2 unmittelbar über dem zu behandelnden Gewebe G, stellt sich deren Spannung in Abhängigkeit von Hautwiderstand der Luft zwischen Instrumentensondenspitze und Hautoberfläche ein. Das Verfahren zur direkten Erzeugung eines Niederdruckplasmas oder kalten Plasmas entspricht dem Aufbau der in Figur 6 dargestellten dielektrischen Barriereentladung. Die Anregungsspannung wird im Transformator 1 erzeugt. Die Sonde 2 bildet dabei eine Metallelekt- rode 14 und ein und Dielektrikum 15. Die Erdelektrode wird von dem zu behandelnden Gewebe G gebildet, so dass zwischen dem Gewebe G und der Metallelektrode 14 der Sonde 2 im Wesentlichen die durch den Transformator 1 gelieferte hochfrequente Anregungsspannung 16 anliegt. Das dargestellte Schema dient als Modell für die weiteren Betrachtungen.

Physikalische Betrachtung der Plasmabildung durch dielektrische Barriereentladung. Die dielektrische Barriereentladung, auch dielektrisch behinderte Entladung oder stille Entladung genannt, ruft bei Atmosphärendruck während der Zündphase nicht-thermische Plasmafilamente P hervor. Die dielektrisch behinderte Entladung oder stille Entladung ist in dieser Betrachtung neben der Koronaentladung eine Variante der Gasentladungen, die bei Atmosphärendruck während der Zündphase nicht-thermische Plasmafilamente P hervorruft. Der Unterschied zwischen beiden Gasentladungsformen liegt im Löschmechanismus der Entladungsfi- lamente. Im Fall der Koronaentladung ist er raumladungsorientiert und bei der Barriereentladung oberflächenladungsorientiert.

Der in Figur 6 dargestellte, grundsätzliche Aufbau besteht aus zwei Elektroden, einer Hochspannungselektrode 14 und einer Erdelektrode G, mit ein oder mehreren dielektrischen Bar- rieren 15 (Isolatoren) dazwischen. Zwischen Dielektrikum 15 und Erdelektrode G befindet sich ein Spalt, der in der Breite variabel ist, in der Größenordnung von einigen mm bis in den cm-Bereich. Die zu behandelnde Probe befindet sich auf der beziehungsweise bildet die Erdelektrode G. Um die Entladung zu erzeugen, wird eine Wechselspannung von 1-100 kV und Frequenzen von 10-50 kHz benötigt. Diese Entladung ist charakterisiert durch die Ausbil- dung von Mikroentladungen beziehungsweise Plasmafilamente P. Bei dieser Reaktion lagern sich Ladungsträger an die Oberfläche des Dielektrikums 15 an und schwächen das externe elektrische Feld, was zu einem Auslöschen der Plasmafilamente P führt. Das Dielektrikum 15 dient der Strom begrenzung und es ermöglicht, dass die Entladungen an einer Vielzahl statistisch gleichverteilter Punkte stattfinden können, womit eine flächige Plasmabehandlung der gesamten Oberfläche des zu behandelnden Gewebes G ermöglicht wird. ln den Figuren 3 und 4 sind nunmehr zwei Schaltbilder beispielhaft dargestellt, in denen eine Sicherheitseinrichtung 30 dargstellt ist. Währen die Sicherheitseinrichtung gemäß der Figur 3 als Kontaktbrücke ausgebildet ist, die die Leistungseinstellung der Steuereinrichtung 3 be- ziehungsweise des Transformators 1 lediglich anhand der Stellung des Schalters der Kontaktbrücke ausführt, ist dies in Figur 4 komplexer gestaltet.

In Figur 4 wird die Sicherheitseinrichtung 30 durch eine Prozessor 40 realisiert, der die Leistungseinstellung für die Steuereinrichtung 3 beziehungsweise den Transformator 1 software- gesteuert anhand der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung installierten Sonde 2 vornimmt. Dabei kommuniziert die Sonde 2 mit dem Prozessor 40 u d teilt ihm ihre Anwendungs- beziehungsweise Betriebsparameter mit. Anhand dieser Informationen stellt nun der Prozessor 40 die dazu passenden Leistungsparameter für die Steuereinrichtung 3 beziehungsweise den Transformator 1 fest und übermittelt diese an die Steuereinrichtung 3. Diese Wiederum veranlasst dann die Einstellung der entsprechenden, so dass die Behandlung entsprechend durchgeführt werden kann.

Die physikalische Betrachtung der Plasmabildung erfolgt nach der Methode von Paschen und Townsend. Die Analyse bezieht sich auf das in Figur 6 dargestellte Modell für die die- lektrische Barriereentladung. Die Betrachtung ermöglicht die Ermittlung der Durchbruch- spannung (= Zündspannung), die zur Bildung eines Plasmas führt. Unterhalb der Durch- bruchspannung liegen Plasmafilamente P vor, die charakteristisch für ein kaltes Plasma beziehungsweise Niederdruckplasma sind. Ausgangspunkt ist ein Kondensator mit einem Plattenabstand von d=1mm . Zwischen seinen Platten befinden sich Luft. Es sei α die Wahrscheinlichkeit pro Längeneinheit, dass ein Elektron ein neutrales Atom bzw. Molekül ionisiert, wobei Stöße von Ionen mit Neutralatomen aufgrund des schnell wechselnden Feldes und der großen Masse der Ionen vernachlässigt werden können.

Wenn N die Anzahl der entstandenen Elektronen ist, dann gilt: dNldx=aN (1.1 )

^ N(d)= N _!) e'"' (1 -2) Dabei ist N ₀ die Anzahl extern erzeugter Elektronen, beispielsweise durch kosmische Strahlung. Die Zahl ionisierender Stöße ist proportional zum Druck p und zur Wahrscheinlichkeit für einen lonisationsstoß.

Außerdem gilt für die kinetische Energie der Elektronen

E. _M: =eE\, _m (1.3)|

Dabei ist A _ion die Beschleunigungsstrecke und E die angelegte elektrische Feldstärke. Aufgrund inelastischer Stöße durchläuft nur ein Bruchteil die Strecke Aion ohne Energieverlust.

Es folgt für die Konstante α ^^-« ^' ^^*?-' ⁵ !' < ⁴ >

Mit der Durchbruchspannung ergibt sich]

Bpd — »3fcV (1.5) ln( Aprf)-In(ta( l+y ))

Dabei ist γ die Zahl der erzeugten Elektronen pro Ion (dritter Townsend-Koeffizient), mit der die Zündbedingung

lautet. Dabei gilt in der Regel y«1

Paschenkurve für Luft (Kurve 1 ) und SF6 (Kurve 2).

p: Druck,

s: Spaltgröße.

Die Paschenkurve beschreibt die Abhängigkeit der Durchbruchspannung für die Erzeugung einer Gasentladung vom Produkt aus Spaltgröße und Druck.

Für den vorliegenden Fall kann die Abhängigkeit der Durchbruchspannung von der Spaltbreiten abgeschätzt werden.

Bei einer Spannung von 3 kV setzt also für Luft bei 1 bar der elektrische Durchbruch ein. Da hier auf der gesamten Strecke d alle Atome bzw. Moleküle ionisiert sind, ist dies die Obergrenze für diejenige Spannung, die für ein stabiles Plasma nötig ist. Unterhalb dieser Spannung bilden sich in einer Barriereentladung dünne Entladungskanäle (Plasmafilamente P) zwischen den Elektroden (Abstand im Bereich 1 mm) aus, die charakteristisch für ein kaltes Plasma sind. Bei Atmosphärendruck wird statistisch verteilt eine hohe Zahl von kurzlebigen Entladungskanälen (Mikroentladungen) beobachtet.

Ein notwendiges Kriterium für die Existenz eines Plasmas ist, dass die Debye-Länge klein gegenüber den Abmessungen des Systems ist. Diese Abschirmlänge ist dadurch charakterisiert, dass auf dieser das Potential einer lokalen Ionen- oder Elektronenladung hinreichend stark (in der Regel auf das 1/e-fache) abgefallen ist. Dies rührt daher, dass in einem Plasma ein positives Ion von einer kugelförmigen Wolke aus Elektronen umgeben ist, so dass sich die Ladungen in etwa kompensieren, wobei der Radius dieser Kugel die Debye-Länge ist. Im vorliegenden Fall ist die Bewegung der Ionen im Wechselfeld gegenüber derjenigen der E- lektronen aufgrund der viel größeren lonenmasse zu vernachlässigen. Deshalb gilt für die Debye-Länge:

'«Ar.

Für ein nicht-isothermes Plasma, wobei die Elektronen aufgrund ihrer kleineren Masse eine höhere Temperatur haben als die Ionen, bei einer Barriereentladung

7 l-10eV (2.2) (Elektronentemperatur) und n ~10 ^M -10 ^I m~ ³ ^ (Volumenanzahldichte der Elektronen).

Setzt man diese Werte in die Gleichung (2.1 ) ein, so erhält man für die Debye-Länge eines nichtisothermen Plasmas einer Barriereentladung

A _rf =2 S-10 ^"e ra (2.4),

wobei diese Debye-Länge für den ungünstigsten Fall einer Anzahldichte von n _e =1020 rrf ³ und einer Elektronentemperatur von Te=10 eV=1 ,16-105 K berechnet wurde.

Geht man für den vorliegenden Fall davon aus, dass das System von einer Größenordnung im mm-Bereich ist, dann ist die Debye-Länge um einen Faktor 1000 kleiner, womit das notwendige Kriterium für die Existenz eines Plasmas erfüllt ist.

Ein weiteres Kriterium ist, dass die mittlere Anzahl geladener Teilchen in der Debye-Kugel größer als eins ist. Im ungünstigsten Fall n _e =1020 m ³ befinden sich in der Debye-Kugel etwa 5000 geladene Teilchen, womit auch dieses Kriterium erfüllt ist.

Die Parameter der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfüllen die physikalischen Voraussetzungen zur Erzeugung eines kalten Plasmas. physikalischer Parameter notwendige Bedingung notwendige

plasniaOne Bedingung erfüllt ?

Durchbruchspannung 3 kV bei 1 mm Spalt 3 bis 18 kV ja

Debye-Länge Spaltgröße » Spaltgröße >= 1 mm ja

A _rf =2.35-10 ^"6 m

mittlere Anzahi geladener Anzahl > 1 Anzahl: ca 5000 ja Teilchen in Debye-Kugel

Bezugszeichenliste

1 Transformator

2 Sonde

3 Steuereinrichtung

4 Primärspule

5 Sekundärspule

7 Kupplung

8 Transformatorgehäuse

9 Kupplung

10 Stabkern

11 Kammer

12 Kontaktfeder

13 Energiequelle

14 Metallelektrode

15 Dielektrikum

16 Anregungsspannung

30 Sicherheitseinrichtung

40 Prozessor

P Plasmafilemente

B Überlappungsbereich

d1 Abstand

d2 Abstand

F Finger

K Gesamtkapazität

CF Kapazität Finger

L Länge

SK Schwingkreis

G Gewebe