HAUT ODER SCHLEIMHAUTAREALEN

[Beschreibung]

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Freiformfiächen und Bereichen menschlicher oder tierischer Hautareale sowie pflanzlicher Oberflächen mittels eines kalten Atmosphärendruckplasmas.

[Stand der Technik]

[0002] In der Literatur zum neuen Fachgebiet„Plasmamedizin" werden derzeit zahlreiche Untersuchungen zur Anwendbarkeit von Atmosphärendruckplasmen für medizinischtherapeutische Zwecke beschrieben (Beispielsweise: Fridman G. et al. "Sterilization of Living Human and Animal Tissue by Non-Thermal Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge Plasma" ISPC 18. Kyoto 2007; Fridman G. et al. "Blood Coagulation and Living Tissue Sterilization by Floating-Electrode Dielectric Barrier Discharge in Air", Plasma Chemistry and Plasma Processing 2006, 26, 425-442; Fridman G. et al. "Applied Plasma Medicine", Plasma Process. Polym. 2008, 5, 503-533).

[0003] Um innovative Methoden dieser Art entwickeln und anwenden zu können, ist es erforderlich, spezielle Atmosphärendruck-Plasmaquellen zu entwickeln, die eine Reihe von Bedingungen erfüllen müssen. Soll eine derartige Plasmaquelle beispielsweise im Sinne eines medizinisch-therapeutischen Pflasters eingesetzt werden, so sind folgende Voraussetzungen zu erfüllen:

(1) Die Quellen sollten zur definierten, reproduzierbaren, flächigen Behandlung beliebig gekrümmter Haut- oder Schleimhautareale oder pflanzlicher Oberflächen geeignet sein.

(2) Die Quellen sollten aus flexiblen Materialien gefertigt sein, die autoklavierbar, chemisch beständig und plasmabeständig sind.

(3) Die verwendeten Werkstoffe sollten biokompatibel sein.

(4) Die Quellen sollten eine schmerzfreie Behandlung ermöglichen, die das zu behandelnde Gewebe weder durch Temperaturbelastung, Austrocknung und die Wirkung elektrischer Felder noch durch die Wirkung der durch das Plasma erzeugten reaktiven Spezies schädigt. (5) Es sollte die Möglichkeit der dosierten Zuführung eines speziellen Prozessgasgemisches, gegebenenfalls unter Zumischung weiterer Substanzen, sowohl unter den Bedingungen einer permanenten Gasströmung, als auch in einem abgeschlossenen Volumen, bestehen.

(6) Optional sollte die Elektrodenanordnung der Plasmaquelle derart strukturiert sein, dass sie gasdurchlässig ist und somit ein Gasfluss auf der zu behandelnden Oberfläche durch die Elektrodenanordnung hindurch erzeugt werden kann.

(7) Die Quellen sollten einfach konstruiert sein, so dass eine möglichst einfache, kostengünstige industrielle Produktion möglich ist.

[0004] Hitzebeständige, biokompatible und chemisch beständige Kunststoffe sind dem Fachmann bekannt.

[0005] Die in den Patentschriften DE3618412, WO2004/105810, WO2006/116252 beschriebenen Vorrichtungen zur Plasmabehandlung von lebendem Gewebe mit nichtthermischen Atmosphärenplasmen sind entweder mit starren Elektrodensystemen (- DBD-Elektroden) zur lokalen Behandlung kleiner Flächen oder mit „Plasma-Düsen" (- Plasmajet) zur Erzeugung von Atmosphärendruckplasmen im Bereich der zu behandelnden Gewebeoberflächen ausgerüstet. Ihr Einsatz für die kurzzeitige, definierte und reproduzierbare Behandlung größerer Hautbereiche ist daher als problematisch zu betrachten.

[0006] Als eine geeignete Möglichkeit zur flächigen Behandlung von biologischem Gewebe mittels eines kalten Atmosphärendruckplasmas wurde in einer früheren Patentschrift der Erfinder (WO2011/023478 AI) eine Vorrichtung mit einer speziellen, elastischen Elektrodenanordnung, zur Erzeugung eines flächigen Plasmas mittels einer dielektrisch behinderten Oberflächenentladung beschrieben, die sich flexibel auf beliebig gekrümmte Oberflächen auflegen lässt und somit prinzipiell für die Plasmabehandlung erkrankter Hautareale geeignet ist. Nachteilig ist in diesem Falle die Tatsache, dass mit dieser Art von Atmosphärendruck-Plasmaquellen einige der oben genannten Voraussetzungen (insbesondere die Voraussetzungen (2), (6) und (7)) nicht erfüllt sind.

[0007] Zum Stand der Technik gehört auch die Druckschrift DE 102008045830 AI (CINOGY GmbH), auch veröffentlicht als US 2012107896 AI oder WO 2010/025904 A2. Darin wird offenbart, dass eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen verwendet wird, die mittels einer Elektrode über ein Feststoffdielektrikum durch eine dielektrisch behinderte Gasentladung ein Plasma erzeugt, wobei die Vorrichtung eine reversibel formveränderbare Wirk-Oberfläche aufweist, die während der Behandlung unmittelbar an das Plasma angrenzt. In der Beschreibung wird im Absatz [0024] erwähnt: „... dass das Dielektrikum als Granulat und/oder als Pulver ausgestaltet ist. Dies kann jedoch auch dadurch realisiert werden, dass das Dielektrikum, beispielsweise als feines Pulver, an und/oder in einer flexiblen Hohlfaser, beispielsweise aus Gläsern, Keramiken oder Kunststoffen angeordnet ist oder das Dielektrikum selbst eine flexible Hohlfaser darstellt." Im Absatz [0068] wird weiter ausgeführt, dass „mehrere Hohlfasern aus dielektrischem Material oder mit einer dielektrischen Beschichtung aus Glas, Keramik oder Kunststoff und mit Elektroden versehen, beispielsweise in Form einer inneren Beschichtung im Verbund mit weiteren Stützelementen in Form von Fasern ein gewebeartiges Element bilden, so dass auch bei schwierigen Topologien eine entsprechend adäquate und angepasste Formung und somit Applikation möglich ist." Eine Spannungsfestigkeit des Dielektrikums von mindestens 2 kV wird dort aber nicht beschrieben. Auch wird kein Polyimid, Silikon oder Aramid offenbart.

[0008] In der europäischen Patentschrift EP 1 027 020 B 1 wird beschrieben, dass mit einem kompakten stab förmigen (nicht flächigen) bipolaren Elektrodensystem in einer leitfähigen flüssigen Umgebung (Elektrolyt, z.B. NaCl-Lösung) ein Plasma erzeugt wird, das stark genug ist, einen Gewebeabtrag zu realisieren. Dort wird zwar eine "Durchschlagspannung" von mindestens 2kV genannt, aber die gesamte Anordnung ist darauf gerichtet, dass in Gegenwart eines elektrisch leitfähigen Fluids gearbeitet wird.

[0009] Abschließend seien hier noch kurz die Druckschriften DE 10 2009 002 278 AI und EP 1158919 Bl erwähnt. DE 10 2009 002 278 AI beschreibt eine bereits 150-Jahre alte DBD- Anordnung neben anderen bekannten Prinzipien mit einer Ultraschallquelle. In EP 1 158919 B 1 wird ein Verfahren zur Behandlung von Haut bzw. Gewebe offenbart.

[Aufgabe der Erfindung]

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung für den Aufbau einer Plasmaquelle zu finden, die die oben genannten Voraussetzungen erfüllt.

[Lösung der Aufgabe]

[0011] Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. [Darstellung der Erfindung]

[0012] Erfindungsgemäß wird eine spezielle Elektrodenanordnung verwendet, bei der die Hochspannungselektrode aus einem dünnen Draht oder elektrisch leitenden Faden besteht, die mit einer Isolationsschicht ummantelt ist, die eine hohe elektrische Spannungsfestigkeit bzw. Durchschlagsspannung hat, eine für die Autoklavierbarkeit ausreichende Temperaturstabilität aufweist, chemisch beständig, biokompatibel und plasmabeständig ist. Isolierstoffe mit diesen speziellen Eigenschaften sind auf einige wenige Kunststoffarten beschränkt. Beispiele dafür sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Tabelle 1 : Eigenschaften von Materialien mit hoher Spannungsfestigkeit

[0013] Ein wesentliches Merkmal für die Eignung der Isolierung ist dabei die als „plasmabeständig" bezeichnete Eigenschaft. Während bei den meisten Isoliermaterialien durch die im Plasma erzeugten reaktiven Spezies die Materialeigenschaften derart beeinflusst werden, dass die Isolation bei Dauergebrauch spröde wird und dadurch die Spannungsfestigkeit beeinträchtigt wird, bleiben die Materialeigenschaften beispielsweise von Kapton stabil. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung bedeutet dies, dass Polyimide, vorzugsweise aromatische Polyimide, z.B. bekannt als Kapton ^® , chemisch Poly(4,4'- oxydiphenylen-pyromellitimid), die am besten geeigneten Materialien für die Isolierung der dünnen leitenden Fäden oder des Drahtes sind, insbesondere geeignet für eine längere Behandlung der Flächen. Für eine kürzere Nutzungsdauer eignen sich auch Kunststoffe wie Silikon, Aramide (aromatische Polyamide) oder fluorpolymere Werkstoffe wie FEP, PFA, ETFE, PTFE, insbesondere Teflon ^® , deren Materialeigenschaften unter Plasmabedingungen zwar zeitlich begrenzt als stabil betrachtet werden können, aber nicht dauerhaft stabil sind. Die entscheidende elektrische Größe der für die Hochspannungselektrode genutzten Isolationsschicht ist die Durchschlagsspannung, die einerseits durch die Materialkenngröße der Spannungsfestigkeit (kV/mm) und andererseits durch die Dicke der Isolationsschicht bestimmt wird. Die Durchschlagsspannung der Hochspannungselektrode beträgt erfindungsgemäß mindestens 2 kV, vorzugsweise 5-10 kV.

[0014] Gute Ergebnisse werden mit Polyimiden wie Polybismaleinimid (PBMI), Polybenzimidazol (PBI), Polyoxadiazobenzimidazol (PBO), Polyimidsulfon (PISO) und Polymethacrylimid (PMI) erreicht. Bevorzugt sind aromatische Polyimide wie Poly(4,4'- oxydiphenylen-pyromellitimid). Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das aromatische Polyimid zusätzlich einen anorganischen Füllstoff enthält. Ein solches Material ist unter dem Markennamen "Kapton ^® CR" der Firma DuPont bekannt. Anorganische Füllstoffe in elektrischen Feststoff-Isolatoren auf der Basis einer Duroplastmatrix sind aus der Offenlegungsschrift EP 1 300 439 AI bekannt. Dazu zählen u.a. Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid oder Dolomit (CaMg[C0 ₃ ] ₂ ). Auch die Verwendung von ATH (Aluminium-Trihydrat) ist bekannt.

[0015] Erfindungsgemäß können auch Mischpolymere aus Polyimiden, Silikon, Fluorpolymeren oder Aramiden verwendet werden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Draht oder die Fäden mit verschiedenen Polymeren zu beschichten, z.B. eine Grundbeschichtung mit Polyamiden und eine weitere Beschichtung mit Silikon oder umgekehrt, je nach gewünschter Flexibilität.

[0016] Im Unterscheid zu DE 102008045830 AI stellt die Plasmaanordnung eine sich anschmiegende Struktur dar. Die Form der Wirkfläche ändert sich nicht, denn das Dielektrikum wird nicht verformt. Auch wird kein zusätzliches Stützelement benötigt, sondern das System ist bereits stabil genug. Ein weiterer Unterschied ist die textile Variante der Plasmaquelle.

[0017] Die geerdete Elektrode zur Erzeugung einer dielektrisch behinderten Oberflächenentladung muss nicht unbedingt gasdurchlässig sein. Für bestimmte Anwendungen, z.B. Therapien, bei denen extra luftdicht abgeschottet wird - ist ein Mikroklima nötig. Im Fall der Verwendung einer gasdurchlässigen Elektrode kann das auch dadurch erreicht werden, dass eine Abdichtung gegen die äußere Atmosphäre durch eine zusätzlich aufgebrachte gasundurchlässige Schicht oder Folie erfolgt oder durch ein gasdicht abgeschlossenes Gehäuse, das erforderlichenfalls an eine verschließbare Gasleitung angeschlossen werden kann. [0018] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aber eine gasdurchlässige geerdete Elektrode zur Erzeugung einer dielektrisch behinderten Oberflächenentladung aus elektrisch leitendem, textilem Material, verwendet.

[0019] Kernstück der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine spezielle, vorzugsweise gasdurchlässige, Elektrodenanordnung zur Erzeugung einer dielektrisch behinderten Oberflächenentladung, bei der vorzugsweise die geerdete Elektrode aus elektrisch leitendem, textilem Material und die Hochspannungselektrode aus einem dünnen Draht oder elektrisch leitenden Faden besteht, der mit einer Isolationsschicht ummantelt ist, die speziellen Anforderungen genügen muss. Auf der Grundlage dieser Erfindung ist es möglich, im Bereich erkrankter Hautpartien des menschlichen Körpers, in unmittelbarer Nähe der Hautoberfläche oder von Wunden ein flächiges Plasma zur Behandlung der erkrankten Areale zu erzeugen, das hinsichtlich der Belastung der Haut durch Temperatur und elektrische Spannungen unbedenklich ist. Der Vorteil der gasdurchlässigen, textilen Flächenstruktur besteht vor allem darin, dass sich die Anordnung flexibel auf beliebig gekrümmte Oberflächen auflegen lässt und darüber hinaus die Möglichkeit eines Gasaustausches mit der Umgebung bzw. der gezielten Dosierung eines speziellen Prozessgasgemisches durch das textile Material hindurch in den aktiven Plasmabereich bietet.

[0020] Auch Pflanzen (Bäume) haben Wunden. Insbesondere bei Edelgewächsen ergeben sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechende Anwendungsverfahren.

[Beispiele]

[0021] Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0022] Fig. 1 und Fig. 2 zeigen hierzu schematische Darstellungen von Funktionsmustern der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Unterschied beider Beispiele besteht dabei in der Anordnung der Hochspannungselektrode aus isoliertem Draht auf dem als geerdete Elektrode dienenden elektrisch leitenden textilen Material. In Fig. 1 ist die Hochspannungselektrode spiralförmig angeordnet, während in Fig. 2 eine mäanderförmige Anordnung der Hochspannungselektrode dargestellt ist.

[0023] Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Möglichkeit einer dosierten Zuführung eines speziellen Prozessgasgemisches, gegebenenfalls unter Zumischung weiterer Substanzen, durch die gasdurchlässige Elektrodenanordnung erfolgen kann.

[Bezugszeichenliste]

[0024] Für die nachfolgenden Zeichnungen werden folgende Bezugszeichen verwendet:

1 geerdete Elektrode aus leitfähigem gewebtem Material (z.B. aus leitfähigem textilen Material)

2 Hochspannungs-Elektrode aus Isolierdraht mit Isolation aus hitze- und plasmabeständigem sowie chemisch beständigem Isoliermaterial mit hoher elektrischer Spannungsfestigkeit (z.B. Kapton®-CR)

3 Hochspannungskabel

4 Massekabel

5 Gasdüse

6 Gaszufuhr