Os autores agradecem a Volker Rohwer (Instituto de Física Experimental e Aplicada da Universidade de Kiel) por ajuda com o equipamento. O trabalho foi apoiado pelo DFG dentro dos Plasmas Atmosféricos TransitóriosCRC 1316, no projeto Plasmas atmosféricos frios para o estudo de mecanismos fundamentais de interação com substratos biológicos (project-ID BE 4349/5-1), e no projeto Óxido nítrico gerado por plasma na cicatrização de feridas (projeto-ID SCHU 2353/9-1).

1. Alimentação de fornecimento de gás e atmosfera controlada
<ol><li>Configure o fornecimento de gás composto por linhas de gás totalmente metálico, evitando qualquer tubo de TPFE ou plásticos similares24. Mantenha as linhas de fornecimento de gás o mais curtas possível para evitar quaisquer impurezas e facilitar o bombeamento do sistema de abastecimento de gás.</li>
	<li>Escolha os controladores de fluxo de massa usados para fornecer o gás de alimentação de acordo com as taxas típicas de fluxo de gás do COST-Jet. Usar gás de trabalho com pureza de pelo menos 99,999%. NOTA: O gás de trabalho primário da COST-Jet é o hélio. A operação pode ser realizada a taxas de fluxo entre 100 sccm e cerca de 5000 sccm, sendo 1000 sccm o valor mais comum.</li>
	<li>Realize a mistura de gases reativos por um sistema composto por múltiplos controladores de fluxo de massa. Para misturas menores, use uma unidade de contra-mistura para reduzir o tempo necessário para que a mistura complete25. NOTA: Misturas comuns são oxigênio e nitrogênio com vazão na ordem de 5 sccm (0,5% do gás de trabalho).</li>
	<li>Adicione uma válvula entre as linhas de abastecimento de gás e o jato para evitar que o ar úmido entre no suprimento de gás quando o dispositivo não estiver em uso, pois a água é a impureza mais comum e problemática em plasmas de pressão atmosférica, influenciando criticamente a química do plasma.</li>
	<li>Limpe as linhas de abastecimento de gás antes do tratamento superficial, para reduzir as impurezas na tubulação. Para isso, basta definir um fluxo de gás moderado de cerca de 1000 sccm hélio e lavar as linhas de abastecimento ou, de preferência, bombear e reabastecer repetidamente as linhas de abastecimento (cerca de três vezes). NOTA: Ao simplesmente lavar as linhas de abastecimento de gás, várias horas podem ser necessárias para limpar o sistema, dependendo do estado de contaminação.</li>
	<li>Adicione uma armadilha molecular de peneira ou armadilha fria (por exemplo, usando nitrogênio líquido) às linhas de fornecimento de gás para reduzir ainda mais a umidade no gás de alimentação.</li>
	<li>Se, em vez disso, uma quantidade controlada de água for desejada como reagente, adicione um bolhar ao sistema26,27.</li>
	<li>Considere configurar uma atmosfera controlada para o seu experimento, pois mudanças na composição da atmosfera ambiente podem influenciar reações químicas no efluente plasmérico. NOTA: Este efeito provavelmente não é muito pronunciado para o COST-Jet28,uma vez que a configuração do campo elétrico limita o plasma ao interior do canal de descarga, mas pode desempenhar um papel importante para outros dispositivos CAP onde o plasma ativo está parcialmente fora do dispositivo.</li>
</ol>2. Montagem e configuração do dispositivo
<ol><li>Conecte o dispositivo COST-Jet a um suprimento de gás. Conecte diretamente o dispositivo ao tubo swagelok de aço inoxidável de 1/4 polegada. Use adaptadores para diferentes padrões de tubulação.</li>
	<li>Conecte o COST-Jet à fonte de alimentação usando um cabo BNC blindado equipado com um conector SMC.</li>
	<li>Conecte as sondas elétricas integradas a um osciloscópio para monitorar tensão e corrente usando um resistor de 50 Ohm como terminação.</li>
	<li>Abra a carcaça cost-jet e conecte uma sonda de tensão comercial devidamente compensada à linha de cobre alimentada, bem como uma parte aterrada do jato (por exemplo, o tubo de gás Swagelok) e o osciloscópio.</li>
	<li>Execute uma rotina de calibração da sonda: Aplique uma pequena tensão no JATO COST e sintonize o capacitor variável do circuito LC usando uma chave de fenda para alcançar o acoplamento ideal (maximize a tensão medida). Realize uma calibração de tensão comparando a tensão real (sonda comercial) com a tensão medida (sonda implementada) usando regressão linear e calcule uma constante de calibração. Remova a sonda de tensão comercial e feche a carcaça COST-Jet.</li>
	<li>Novamente, aplique uma pequena tensão no COST-Jet e sintonize o capacitor variável do circuito LC usando uma chave de fenda para alcançar o acoplamento ideal.</li>
	<li>Incendeie um plasma no dispositivo COST-Jet: Em primeiro lugar, configure uma taxa de fluxo de gás de aproximadamente 1 slpm de hélio usando controladores de fluxo de massa (MFCs). Abra a válvula entre o sistema de fornecimento de gás e o custo-jet por último. Em seguida, aplique uma baixa tensão nos eletrodos e aumente a amplitude até que o plasma se aciça.</li>
	<li>Se, após a primeira ignição, os eletrodos forem impuros e impedirem a ignição, apliquem uma alta tensão inicial e reduzam-na rapidamente após a ignição. Alternativamente, use uma pistola de faísca para facilitar uma primeira ignição mais fácil.</li>
	<li>Defina os parâmetros de controle de operação (fluxo de gás, tensão aplicada) aos valores desejados.</li>
	<li>Dê à configuração um pouco de tempo de aquecimento para permitir estabilização térmica (aproximadamente 20 minutos) para garantir condições de operação estáveis e reprodutíveis.</li>
	<li>Para alterar a composição do gás durante os experimentos, permita um tempo de equilíbrio aproximado de 2 minutos, dependendo da configuração do fornecimento de gás. NOTA: O COST-Jet está pronto para aplicação.</li>
</ol>3. Medição de energia
<ol><li>Conecte o osciloscópio monitorando a tensão e a corrente aplicadas ao COST-Jet a um computador.</li>
	<li>Instale o software 'MONITOR DE ENERGIA COST' no computador29 que permite o monitoramento de energia em tempo real11,19.</li>
	<li>Ajuste a comunicação entre o software e o osciloscópio implementando os comandos necessários para controlar o osciloscópio específico.</li>
	<li>Inicie o software de monitor de energia COST e mude para o painel Configurações. Preencha os canais corretos conectados ao osciloscópio e a constante de calibração determinada na etapa 2.4. NOTA: O botão Encontrar pode ser usado para calcular automaticamente o fator de calibração se a sonda de tensão comercial estiver conectada ao COST-Jet.</li>
	<li>Mude para o painel Varrer. Faça uma fase de referência enquanto o plasma ainda está desligado pressionando o botão Encontrar. Desligue o fluxo de gás antes desta medição e aplique uma tensão que está na faixa típica de tensões utilizadas para o funcionamento real da descarga, pois o plasma não inflamará no ar devido a uma tensão de ignição muito maior em comparação com misturas de gás nobre dominadas por gás. Use esta medida para corrigir automaticamente para a mudança de fase relativa entre as sondas de tensão e corrente, assumindo uma fase de 90° do capacitor perfeito aqui.</li>
	<li>Pressione o botão Iniciar e Pausar para iniciar ou pausar as medidas elétricas.</li>
	<li>Opere o COST-Jet conforme desejado. Use a energia elétrica real calculada a partir de amplitudes de tensão e corrente, bem como sua mudança de fase, que são continuamente exibidas no software para monitoramento e como parâmetro de controle.</li>
</ol>4. tratamento de superfície (sólido)
<ol><li>Configure uma atmosfera controlada para sua experiência. NOTA: No caso do COST-Jet, a atmosfera controlada é menos importante do que para fontes com química de plasma ativo fora do canal de descarga confinado.</li>
	<li>Limpe as linhas de abastecimento de gás conforme descrito na etapa 1.5.</li>
	<li>Defina os parâmetros de operação desejados e aguarde por aproximadamente 20 minutos até que o JATO COST atinja uma temperatura estável.</li>
	<li>Escolha a distância entre o COST-Jet e a superfície tratada, pois a distância determina a quantidade de espécies reativas que se insusem na superfície tratada30. Use um estágio xyz para montar o substrato para facilitar a manipulação. NOTA: Para o COST-Jet, a lacuna de segurança adiciona um milímetro extra à distância entre a descarga plasmática e a superfície tratada.</li>
	<li>Inicie o tempo de tratamento: Basta ligar o plasma ou usar um obturador mecânico. Esteja ciente de uma possível sobrecarga de tensão durante o evento de comutação que leva a uma descarga restrita. Para um melhor controle na faixa ms, use um obturador rotativo.</li>
	<li>Trate a amostra pelo tempo desejado e acabe com o tempo de tratamento desligando o plasma ou usando um obturador.</li>
	<li>Se necessário, verifique o padrão de fluxo de gás na frente do alvo usando imagens schlieren ao tratar um substrato como efeitos do carregamento da superfície, forças de arrasto de íons ou mistura de ar ambiente devido à flutuação pode influenciar a quantidade de espécies reativas que atingem uma superfície.</li>
</ol>5. Tratamento líquido
<ol><li>Configure uma atmosfera controlada para o experimento.</li>
	<li>Limpe as linhas de abastecimento de gás conforme descrito na etapa 1.5.</li>
	<li>Defina os parâmetros de operação desejados e espere aproximadamente 20 minutos para que o JATO COST atinja uma temperatura estável.</li>
	<li>Escolha a distância entre o COST-Jet e o líquido tratado.</li>
	<li>Despeje o líquido para ser tratado em um recipiente adequado. Use material inerte para evitar reações de espécies reativas potencialmente geradas no líquido com o recipiente. Escolha o tamanho do recipiente de acordo com o volume de líquido que é tratado.</li>
	<li>Considere a influência do fluxo de gás na superfície líquida: Dependendo da taxa de fluxo de gás, esteja ciente de um menisco côncavo que pode se formar, alterando assim a distância entre plasma e superfície líquida.</li>
	<li>Comece o tratamento. Evite surtos de pressão na superfície do líquido causados por uma mudança brusca no fluxo de gás, pois isso poderia causar respingos líquidos na geometria de descarga, possivelmente causando um curto-circuito e certamente contaminando o plasma. Em vez disso, use um obturador mecânico ou aumente lentamente o fluxo de gás.</li>
	<li>Leve-se em conta a mistura/agitação do líquido devido ao atrito entre o fluxo de gás neutro e a superfície líquida, pois isso influencia os processos de transporte e os perfis de concentração no líquido. Além disso, dependendo do tempo de tratamento, corrija para a evaporação do líquido durante o tratamento (por exemplo, ao calcular as constantes de reação). Dependendo da fonte de plasma, esteja ciente dessa evaporação possivelmente causando acoplamento de volta à descarga, alterando assim a química plasmática.</li>
	<li>Considere também que a reatividade com possíveis reagentes em líquidos também é afetada pela atividade superficial deste agente. Assim, em alguns casos, os surfactantes podem desempenhar um papel importante na interação entre espécies de curta duração e líquidos.</li>
</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Aqui, demonstramos o uso de um jato de plasma de pressão atmosférica para tratamentos superficiais de diferentes materiais. A configuração experimental para um jato de plasma de pressão atmosférica pode ter um tremendo efeito sobre os parâmetros de plasma, química e desempenho e, consequentemente, influencia o resultado dos tratamentos plasmológicos e é um passo crítico no protocolo.
Como exemplo, as linhas de fornecimento de gás desempenham um papel importante em relação à impureza mais comum no gás de alimentação do plasma que é a umidade. Em particular, a produção de espécies reativas de nitrogênio no plasma é reduzida enquanto a produção de espécies reativas de oxigênio é favorecida, devido à baixa energia de ionização de oxigênio em comparação com moléculas de água e nitrogênio35. O inverno24 descobriu que a umidade do gás de alimentação originária de moléculas de água na superfície do tubo interno é uma ordem de magnitude maior usando tubos poliméricos em comparação com tubos metálicos devido à maior porosidade e capacidade de armazenamento. Pode ser reduzido lavando as linhas com gás de alimentação. No entanto, secar a linha lavando leva algumas horas. Portanto, a tubulação polimérica deve ser evitada ou pelo menos mantida o mais curta possível. Esses achados são sublinhados por estudos de Große-Kreul25. Eles compararam o efeito da poliamida e da tubulação de aço inoxidável na química do plasma usando espectrometria de massa. Suas medidas confirmam a formação de íons de aglomerados de água no plasma devido ao desgaseamento de água de tubos polimédicos e tempos de secagem mais rápidos com tubos metálicos. Além disso, eles investigaram o efeito de métodos de purificação de gás, como uma armadilha molecular de peneira e uma armadilha fria de nitrogênio líquido na química plasmática que ajudou a reduzir a quantidade de impurezas em cerca de duas ordens de magnitude.
Em vez de tentar purificar o gás de alimentação, há também a abordagem de adicionar uma quantidade controlada de umidade. Como essa impureza intencional então domina sobre as impurezas naturais e, portanto, controla a química plasmática, condições reprodutíveis são garantidas desde que a quantidade de umidade adicional seja precisamente conhecida.
Para a ignição da descarga, a tensão aplicada aos eletrodos geralmente pode ser aumentada simplesmente até o ponto de ruptura. No entanto, dependendo das condições superficiais dos eletrodos, às vezes é necessária uma alta tensão. Para facilitar a ignição, uma pistola de centelha de alta tensão pode ser usada. Isso também pode ser útil ao tentar inflamar uma descarga de argônio no COST-Jet.
Antes de aplicar o COST-Jet a quaisquer superfícies, deve-se alocar tempo suficiente para que o dispositivo se equilibre. Quando definido para os parâmetros de controle desejados, o COST-Jet precisa de aproximadamente 20 minutos para atingir condições estáveis11. Durante este tempo, a temperatura do dispositivo, a temperatura do gás, bem como a química do plasma estão atingindo um estado estável.
Para comparação de resultados científicos, parâmetros de controle plasmá plasma comparáveis são necessários. Para medir a energia de entrada elétrica, o monitor de alimentação COST pode ser usado29. O software é de código aberto e compatível com uma gama de diferentes tipos de osciloscópios. O software opera de acordo com o princípio descrito pela Golda19.
Além do efeito da umidade do gás alimentar na química plasmática, o transporte de espécies reativas do plasma para o substrato desempenha um papel importante na composição do efluente e é outro passo crítico no protocolo. A atmosfera circundante pode influenciar as espécies criadas no plasma a caminho do substrato. Para minimizar essa influência, dois conceitos diferentes são utilizados: (i) Em primeiro lugar, uma atmosfera controlada pode ser configurada que consiste no gás de alimentação. Assim, a composição da atmosfera circundante pode ser mantida constante. Dependendo do nível de pureza necessário para o tratamento, a atmosfera controlada pode ser realizada através de carcaças protetoras equipadas com uma válvula unidirecional para evitar a sobrepressão. Para níveis mais elevados de pureza, uma câmara de vácuo com uma bomba pode ser usada. (ii) Em segundo lugar, uma atmosfera controlada pode ser criada usando uma cortina de gás de proteção ao redor do efluente de plasma36,37. Geralmente, consiste em um gás inerte, mas também pode ser variado de acordo com as necessidades da aplicação.
Felizmente, para o COST-Jet, a influência da atmosfera circundante é comparativamente baixa. Usando rotulagem isotópica, Gorbanev mostrou que para um jato de plasma de configuração de campo paralelo, as espécies reativas de oxigênio e nitrogênio que atingem uma superfície líquida foram formadas na fase de gás plasmápico, bem como na região entre o bocal de plasma e a amostra38,39. Em contraste, usando a mesma técnica para o COST-Jet, eles descobriram que o RONS quase exclusivamente se originou da fase plasmática em vez do ambiente circundante28. Isso provavelmente é devido ao campo elétrico estar confinado ao canal de plasma da descarga COST-Jet. Isso faz com que a descarga de plasma seja em grande parte independente de seu ambiente e lhe dá um certo caráter remoto.
Para um jato de plasma de campo elétrico longitudinal, Darny et al.40 mostraram que a polaridade do campo elétrico modifica o padrão de fluxo de gás e, portanto, também sobre as espécies reativas que atingem um alvo devido ao vento iônico. A dependência da densidade de espécies reativas no meio ambiente foi confirmada por medições de Stancampiano et al.7. Relataram a diferença do número de espécies reativas criadas na água tratada, dependendo das características elétricas. Para compensar essas diferenças, eles tiveram que criar um circuito elétrico compensando. Este comportamento é diferente para o COST-Jet: A Figura 5 compara as imagens de Schlieren do COST-Jet sem uma tensão aplicada e durante a operação para duas taxas de fluxo de gás diferentes. As imagens foram tiradas usando um único alinhamento de linha de espelho, conforme descrito por Kelly41. Eles mostram como o efluente COST-Jet alinhado horizontalmente atinge um substrato de vidro plano. Ambas as imagens mostram exatamente o mesmo padrão de fluxo de gás. Isso resulta da falta de vento iônico devido à ausência de espécies carregadas no efluente plasmá-lo.
Além disso, o COST-Jet exibe um padrão de fluxo muito laminar. Kelly41 mostrou imagens de Schlieren semelhantes às apresentadas na Figura 5, para várias taxas de fluxo de gás. Mesmo com altas taxas de fluxo de gás de 2 slpm, o efluente plasmá plasma não mostra sinais de turbulência. A taxas de fluxo de gás muito baixas de 0,25 slpm e abaixo, a flutuação do efluente de hélio começa a desempenhar um papel. No entanto, a até 4 – 5 mm de distância do bocal, a atmosfera ambiente não influencia a composição do gás que atinge a superfície como demonstrado por Ellerweg usando espectrometria de massa17.
Todas as características acima mencionadas adicionam-se ao caráter remoto do COST-Jet. Isso o torna um candidato ideal para o tratamento controlado e comparável das superfícies.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig05.jpg"> Figura 5: Imagens de Schlieren do COST-Jet com e sem tensão aplicada para duas taxas de fluxo de gás diferentes. Durante a operação do plasma, o padrão de fluxo de gás se assemelha exatamente ao padrão com apenas o fluxo de gás. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61801/61801fig05large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Dependendo do efeito desejado na amostra tratada, a mistura de fluxo de gás dos parâmetros de controle, a energia elétrica aplicada e a distância entre a fonte de plasma e a superfície podem ser ajustadas em conformidade. Para o COST-Jet, existe um amplo banco de dados de literatura de estudos que investigam espécies reativas no efluente. Como exemplo, Willems30 mediu a densidade atômica de oxigênio usando espectrometria de massa, enquanto Schneider42 mediu densidades atômicas de nitrogênio no efluente.
O tratamento de líquidos com plasma de pressão atmosférica pode causar uma variedade de possíveis mecanismos de reação impulsionados por espécies reativas, íons, fótons ou campos elétricos. Devido às características descritas anteriormente do COST-Jet, o efeito do campo elétrico, íons e fótons são insignificantes em comparação com as fontes de plasma onde o plasma está em contato direto com líquidos. Portanto, para estudar o efeito de espécies reativas de curta duração, como o oxigênio atômico em uma solução de fenol, o JATO COST foi usado por Hefny43 e Benedikt44. Além disso, o COST-Jet oferece uma possibilidade conveniente para comparar experimentos e simulações numéricas de tratamento líquido28. Como a interação entre plasma e líquido é dominada pelo fluxo gasoso de espécies reativas do plasma para a superfície líquida, a complexidade do modelo pode ser reduzida.
O fluxo de gás induzido a mexer do líquido aumenta a taxa de reação entre espécies reativas geradas pelo plasma e o líquido. Em contraste com os tratamentos superficiais de sólidos, a convecção do líquido muda constantemente a concentração local de reagentes. Além disso, as taxas de reação entre espécies geradas por plasma com reagentes em líquido também são afetadas pela atividade superficial desses reagentes. Com o aumento da atividade superficial, a concentração do reagente na superfície líquida aumenta. Esses surfactantes podem desempenhar um papel importante na reatividade de espécies de curta duração geradas pelo plasma.
Além de mexer o fluxo de gás que afeta a superfície líquida também induz a evaporação que deve ser considerada. Usando o COST-Jet com poucos tempos de tratamento, a evaporação pode desempenhar um papel menor, embora ainda tenha que ser considerada para calcular taxas de reação corretas. A descarga do COST-Jet não é afetada pela evaporação e, portanto, a química plasmática também não é afetada. Para diferentes fontes de plasma, onde, por exemplo, o plasma está em contato direto com o líquido, a química plasmática está mudando significativamente com a evaporação, como mostrado por Tian e Kushner45 para uma descarga de barreira dielétrica. Além disso, para o kINPen, foi determinado um efeito de evaporações46.
Além dessas diferenças mencionadas na química plasmática que precisam ser consideradas para diferentes fontes de plasma, também a topologia do menisco induzido pelo fluxo de gás em mudanças de superfície líquida. A profundidade deste menisco é geralmente dependendo da velocidade do gás. Para fontes de plasma onde a configuração do eletrodo induz um campo elétrico significativo atingindo o líquido ou mesmo com um plasma em contato com o líquido, este menisco pode ser elevado47,48. Como mostrado, vários efeitos precisam ser considerados de acordo com a fonte de plasma usada.
No futuro, este protocolo pode ser usado para realizar e descrever tratamentos superficiais e líquidos usando o COST-Jet. É uma fonte de plasma estável e reprodutível exibindo um caráter remoto único entre a infinidade de diferentes projetos de jatos de plasma. Os mesmos métodos não se limitam apenas à fonte COST-Jet e podem ser modificados e adaptados para uso com qualquer fonte de plasma de pressão atmosférica fria.

Os plasmas de pressão atmosférica fria (CAPs) têm atraído maior interesse nos últimos anos devido ao seu potencial para aplicações de tratamento superficial. Os CAPs são caracterizados por suas propriedades não-equilibradas, permitindo química plasmática complexa com alta densidade de espécies reativas, mantendo um baixo impacto térmico em amostras tratadas. Portanto, os CAPs são considerados em particular para o tratamento do tecido biológico1,2,3,4. Inúmeros conceitos e desenhos de CAPs são usados com sucesso para desinfecção e cicatrização de feridas, coagulação sanguínea e tratamento do câncer, entre outras aplicações biomédicas. Uma grande proporção de tecido biológico contém líquidos. Portanto, a pesquisa também está cada vez mais focada na investigação dos efeitos dos CAPs em superfícies líquidas como meio celular ou água5,6,7.
No entanto, os resultados científicos muitas vezes sofrem de problemas de confiabilidade e reprodutibilidade8,9,10. Por um lado, os substratos biológicos tratados estão sujeitos a variações naturais. Por outro lado, os mecanismos biológicos raramente eram diretamente atribuídos aos processos plasmá-los (como campos elétricos, radiação UV e espécies de longa e curta duração, etc.). Além disso, esses processos plasmádes, por sua vez, dependem fortemente da fonte de plasma individual e do tipo exato de sua aplicação.
Além disso, protocolos detalhados de procedimentos de tratamento raramente estão disponíveis. Isso dificulta isolar a influência de um parâmetro plasmológico específico no resultado do tratamento, o que torna os resultados obtidos intransferíveis.
Portanto, recentemente, várias tentativas foram feitas para padronizar o tratamento de superfícies, tecidos e líquidos usando plasmas de pressão atmosférica fria. Aqui apresentamos apenas alguns exemplos selecionados.
<ol><li>Para simplificar a comparação direta de diferentes fontes de plasma, foi desenvolvida uma fonte de referência. Inspirado na comunidade de plasma de baixa pressão, um projeto de descarga reprodutível e estável (COST-Jet) foi desenvolvido no âmbito da ação COST MP 1101 que pode servir de fonte de referência para futuras pesquisas biomédicas11.</li>
	<li>Para permitir a comparabilidade, foram desenvolvidos protocolos de referência para aplicações individuais. Para padronizar a comparação das propriedades antimicrobianas dos plasmas de pressão atmosférica fria, por exemplo, Mann et al. definiram um protocolo de referência para o tratamento de microrganismos, normalizando o tempo de tratamento por unidade de área12.</li>
	<li>Para uma abordagem mais flexível, Kogelheide et al. desenvolveram um método para investigar modificações químicas induzidas pelo plasma em macromoléculas13. Usando compostos rastreadores como cisteína e ou glutationa contendo cisteína (GSH) em combinação com FTIR e espectrometria de massa, eles tentaram extrapolar as modificações químicas em substratos biológicos. Usando este método, várias fontes de plasma, como o COST-Jet, o kinPen e o DbD cinogy já foram comparadas14,15,16.</li>
	<li>Para comparar diretamente as fontes de plasma individuais, devem ser estabelecidos parâmetros de controle comparáveis. Parâmetros básicos de plasma, como temperatura de elétrons, densidade de elétrons e densidades de fluxo de espécies reativas são difíceis de medir em plasmas de pressão atmosférica, uma vez que tais plasmas são muitas vezes transitórios e suas dimensões são pequenas. Em vez disso, parâmetros de controle externo, como energia do gerador, tensão aplicada ou ignição, e pontos de arco são frequentemente usados como referência, especialmente quando comparam resultados com simulações17,18. Mais recentemente, o consumo de energia elétrica medido tem sido usado como parâmetro de controle mais confiável19,20,21.</li>
</ol>Apesar desses esforços, comparar os resultados de diferentes estudos ainda pode ser impossível, simplesmente devido ao desafio de aplicar corretamente uma fonte de plasma em uma superfície. Há um grande número de armadilhas prevalentes que devem ser enfrentadas quando se trabalha com aplicações de plasma de pressão atmosférica, como a influência de campos elétricos externos (circuitos de compensação), loops de feedback entre plasma e ambiente circundante (atmosfera protegida), transporte de espécies (vento iônico) e parâmetros de controle (tensão, corrente, potência).
O principal objetivo deste trabalho é fornecer um protocolo minucioso e detalhado sobre a aplicação do COST-Jet para tratamentos superficiais. O COST-Jet é uma fonte de plasma confiável que foi desenvolvida para fins de referência científica, em vez de para uso industrial ou médico. Fornece condições de descarga reprodutíveis e um amplo banco de dados de estudos disponíveis22,23. O COST-Jet é baseado em um plasma RF homogêneo e capacitivamente acoplado. Como o campo elétrico está confinado perpendicular ao fluxo de gás, as espécies carregadas são mantidas principalmente na região de descarga e não interagem com o alvo ou a atmosfera circundante. Além disso, o fluxo de gás laminar garante condições químicas plasmáticas reprodutíveis no efluente plasmá-plasmá-lo.
Neste artigo, abordaremos os desafios mais comuns e apresentaremos possíveis soluções que têm sido utilizadas na literatura. Estes incluem fornecimento adequado de gás, controle de descarga, influência da atmosfera ambiente e preparação da superfície. O cumprimento do protocolo aqui apresentado deve garantir a reprodutibilidade e a comparabilidade das medições.
O protocolo também pode servir de exemplo para outras fontes de pressão atmosférica. Deve ser refinado para outras fontes de plasma de jato de acordo com o fluxo de gás individual e configuração de campo elétrico. Quando for o caso, tentaremos apontar possíveis ajustes no protocolo. As etapas descritas devem ser consideradas e relatadas ao publicar estudos que aplicam plasmas de pressão atmosférica em amostras tratadas.

<table><tbody><tr><td>COST power monitor software</td><td>home-built</td><td></td><td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>COST-Jet (including matching circuit)</td><td>home-built</td><td></td><td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>current probe</td><td>home-built</td><td></td><td>integrated into the COST-Jet</td></tr><tr><td>gas supply system</td><td>Swagelok</td><td></td><td>stainless steel</td></tr><tr><td>helium</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>99.999 % purity</td></tr><tr><td>mass flow controller (MFC)</td><td>Analyt-MTC</td><td>series 358</td><td>5000 sccm</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Analyt-MTC</td><td></td><td>50 sccm</td></tr><tr><td>oscilloscope</td><td>Agilent Technologies</td><td>DSO7104B</td><td>bandwidth 1 GHz, resolution 4 Gsa/s</td></tr><tr><td>oxygen</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>99.9999 % purity</td></tr><tr><td>power supply</td><td>home-built</td><td></td><td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td></tr><tr><td>voltage probe</td><td>Tektronix</td><td>P5100A</td><td></td></tr><tr><td>xyz-stage</td><td>Zaber</td><td>ZAB-X-XAZ-LSM0100A-K0059-SQ3</td><td></td></tr></tbody></table>

treating surfaces with a cold atmospheric pressure plasma using the cost-jet

Nos últimos anos, plasmas de pressão atmosférica não térmica têm sido usados extensivamente para tratamentos superficiais, em particular, devido ao seu potencial em aplicações biológicas. No entanto, os resultados científicos muitas vezes sofrem de problemas de reprodutibilidade devido a condições plasmáticas não confiáveis, bem como procedimentos complexos de tratamento. Para resolver esse problema e fornecer uma fonte de plasma estável e reprodutível, foi desenvolvida a fonte de referência COST-Jet.
Neste trabalho, propomos um protocolo detalhado para realizar tratamentos superficiais confiáveis e reprodutíveis utilizando o jato de microplasma de referência COST (COST-Jet). São discutidas questões e armadilhas comuns, bem como as peculiaridades do COST-Jet em comparação com outros dispositivos e seu caráter remoto vantajoso. Uma descrição detalhada do tratamento de superfície sólida e líquida é fornecida. Os métodos descritos são versáteis e podem ser adaptados para outros tipos de dispositivos de plasma de pressão atmosférica.

Utilizando os métodos e equipamentos descritos acima, aplicamos exemplarmente o COST-Jet a diferentes superfícies e líquidos. A Figura 1 mostra a configuração experimental utilizada para o tratamento, incluindo a fonte de alimentação, sistema de fornecimento de gás, tensão e sondas de corrente, bem como uma atmosfera controlada e um obturador mecânico.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig01.jpg"> Figura 1: Configuração experimental utilizada para o tratamento plasmá plasma de superfícies e líquidos usando o COST-Jet. Uma armadilha fria é usada para purificar o gás de alimentação. A atmosfera controlada é realizada por uma câmara de vácuo bombeada à pressão atmosférica. O obturador mecânico facilita o gerenciamento do tempo do tratamento de superfície sólida e líquida. O estágio flexível permite controlar a distância entre o jato de plasma e a superfície. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61801/61801fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Utilizando a sonda de tensão e corrente implementada no COST-Jet, a energia elétrica dissipada pode ser calculada. A Figura 2 mostra a energia elétrica medida em um plasma de hélio gerado em cinco diferentes dispositivos COST-Jet usando um fluxo de gás de 1 slpm. Todos os dispositivos mostram comportamento semelhante. O desvio entre os diferentes dispositivos origina-se da incerteza da medição de energia, bem como diferenças microscópicas nas configurações, como a distância do eletrodo. Medições mais detalhadas de espécies reativas (por exemplo, oxigênio atômico e ozônio), temperatura e potência, bem como medições de atividade bactericida foram realizadas por Riedel22.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig02.jpg"> Figura 2: Energia dissipada em função da tensão aplicada em um plasma de hélio. Os dados representam cinco dispositivos COST-Jet idênticos34. Os pequenos desvios nas altas tensões se devem às incertezas da medição, bem como pequenos desvios na geometria do canal de descarga de gás22. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61801/61801fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
A Figura 3 mostra o perfil de etch de um filme a:C-H para um tratamento de 3 min com o COST-Jet usando um fluxo de gás de hélio de 1,4 slpm com uma mistura de 0,5% de oxigênio medido usando um reflectômetro espectroscópico de imagem31. O padrão de etch mostra uma estrutura circular representando a simetria cilíndrica do efluente plasmérico. Com base em perfis de gravação em combinação com simulações numéricas, a probabilidade de perda de superfície do oxigênio atômico poderia ser estimada.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig03.jpg"> Figura 3: Perfil de etch de um filme a:C-H tratado com plasma. A queda no filme foi gravada usando uma mistura de gás de 1,4 slm hélio com uma mistura de 0,6% de oxigênio em uma tensão de 230 Vrms e um tempo de tratamento de 3 min.31<a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61801/61801fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
A Figura 4 mostra os vórtices que ocorrem em líquido causado pelo fluxo de gás que afeta a superfície líquida. Uma folha de laser iluminando partículas rastreadoras no líquido permite observar a trajetória e a velocidade dessas partículas através da velocimetria de imagem de partículas e, portanto, estudar o fluxo defluidos 32. É importante considerar densidades semelhantes das partículas de semeadura e do fluido para que as trajetórias das partículas representem o movimento do fluido. Com esta visualização das medições de fluxo de fluidos e simulações numéricas podem ser comparadas33. Os vórtices são devido ao atrito superficial entre o fluxo de gás efluente e a superfície líquida. A Figura 4 também mostra a depressão da superfície líquida sob o canal de gás do jato de plasma, o chamado menisco. É visualizado por uma linha azul.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig04.jpg"> Figura 4: Fotografia de partículas iluminadas de amido de milho em 3 ml de água agitada pelo fluxo de gás. Os vórtices são devido ao atrito superficial entre o fluxo de gás efluente e a superfície líquida. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61801/61801fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

Este protocolo é apresentado para caracterizar a configuração, manuseio e aplicação do COST-Jet para o tratamento de diversas superfícies, como sólidos e líquidos.

Tratando superfícies com um plasma de pressão atmosférica fria usando o CUSTO-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

treating-surfaces-with-cold-atmospheric-pressure-plasma-using-cost

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

3.9K visualizações.  Kiel University. Este protocolo é apresentado para caracterizar a configuração, manuseio e aplicação do COST-Jet para o tratamento de diversas superfícies, como sólidos e líquidos.

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Biofilm Removal Using Carbon Dioxide Aerosols without Nitrogen Purge

Biofilms can cause serious concerns in many applications. Not only can they cause economic losses, but they can also present a public health hazard. Therefore, it is highly desirable to remove biofilms from surfaces. Many studies on CO2 aerosol cleaning have employed nitrogen purges to increase biofilm removal efficiency by reducing the moisture condensation generated during the cleaning. However, in this study, periodic jets of CO2 aerosols without nitrogen purges were used to remove Pseudomonas putida biofilms from polished stainless steel surfaces. CO2 aerosols are mixtures of solid and gaseous CO2 and are generated when high-pressure CO2 gas is adiabatically expanded through a nozzle. These high-speed aerosols were applied to a biofilm that had been grown for 24 hr. The removal efficiency ranged from 90.36% to 98.29% and was evaluated by measuring the fluorescence intensity of the biofilm as the treatment time was varied from 16 sec to 88 sec. We also performed experiments to compare the removal efficiencies with and without nitrogen purges; the measured biofilm removal efficiencies were not significantly different from each other (t-test, p &gt; 0.55). Therefore, this technique can be used to clean various bio-contaminated surfaces within one minute.

Biofilms on surfaces can be effectively and rapidly removed by using a periodic jet of carbon dioxide aerosols without a nitrogen purge.

A remoção do biofilme uso de aerossóis de dióxido de carbono sem a purga de azoto

Biofilms can cause serious concerns in many applications. Not only can they cause economic losses, but they can also present a public health hazard. ...

Ambiente

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

Como inflamar uma pressão atmosférica Microondas Plasma Torch sem qualquer Ignitores adicionais

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Engenharia

Basic Research in Plasma Medicine - A Throughput Approach from Liquids to Cells

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive species known to redox regulate biological processes in health and disease. Pre-clinical and clinical evidence points to beneficial effects of plasma treatment in the healing of chronic ulcer of the skin. Other emerging topics, such as plasma cancer treatment, are receiving increasing attention. Plasma medical research requires interdisciplinary expertise in physics, chemistry, and biomedicine. One goal of plasma research is to characterize plasma-treated cells in a variety of specific applications. This includes, for example, cell count and viability, cellular oxidation, mitochondrial activity, cytotoxicity and mode of cell death, cell cycle analysis, cell surface marker expression, and cytokine release. This study describes the essential equipment and workflows required for such research in plasma biomedicine. It describes the proper operation of an atmospheric pressure argon plasma jet, specifically monitoring its basic emission spectra and feed gas settings to modulate reactive species output. Using a high-precision xyz-table and computer software, the jet is hovered in millisecond-precision over the cavities of 96-well plates in micrometer-precision for maximal reproducibility. Downstream assays for liquid analysis of redox-active molecules are shown, and target cells are plasma-treated. Specifically, melanoma cells are analyzed in an efficient sequence of different consecutive assays but using the same cells: measurement of metabolic activity, total cell area, and surface marker expression of calreticulin, a molecule important for the immunogenic cell death of cancer cells. These assays retrieve content-rich biological information about plasma effects from a single plate. Altogether, this study describes the essential steps and protocols for plasma medical research.

A high-throughput cold physical plasma treatment protocol of liquids and cells is shown. It involves setting up different feed gas compositions for plasma ignition, measuring the plasma&#39;s emission spectra, and the subsequent analysis of liquids and cellular activity after plasma treatment.

Pesquisa básica em Plasma medicina - uma abordagem de taxa de transferência de líquidos para células

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive ...

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

Métodos experimentais de poeira e mobilização sobre superfícies com exposição à radiação ultravioleta ou Plasmas de

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Emissão espectroscópica Boundary Investigation Camada durante ablativo Teste de material em Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

Plasma de microondas sem equilíbrio para química de alta temperatura eficiente

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Química

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

Uma configuração Plasma Pressão atmosférica para investigar a formação de espécies reativas

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Preparation of Light-responsive Membranes by a Combined Surface Grafting and Postmodification Process

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is presented. The polymerization from the membrane surface is induced by plasma treatment of the membrane, followed by reacting the membrane surface with a methanolic solution of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA). Special attention is given to the process parameters for the plasma treatment prior to the polymerization on the surface. For example, the influence of the plasma-treatment on different types of membranes (e.g.&#160;polyester, polycarbonate, polyvinylidene fluoride) is studied. Furthermore, the time-dependent stability of the surface-grafted membranes is shown by contact angle measurements. When grafting poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) in this way, the surface can be further modified by esterification of the alcohol moiety of the polymer with a carboxylic acid function of the desired substance. These reactions can therefore be used for the functionalization of the membrane surface. For example, the surface tension of the membrane can be changed or a desired functionality as the presented light-responsiveness can be inserted. This is demonstrated by reacting PHEMA with a carboxylic acid functionalized spirobenzopyran unit which leads to a light-responsive membrane. The choice of solvent plays a major role in the postmodification step and is discussed in more detail in this paper. The permeability measurements of such functionalized membranes are performed using a Franz cell with an external light source. By changing the wavelength of the light from the visible to the UV-range, a change of permeability of aqueous caffeine solutions is observed.

A plasma-induced polymerization procedure is described for the surface-initiated polymerization on polymer membranes. Further postmodification of the grafted polymer with photochromic substances is presented with a protocol of conducting permeability measurements of light-responsive membranes.

Preparação de Membranas de Luz respondem por um enxerto de superfície combinada e Processo Postmodification

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is ...

Bioengenharia

Cryogenic Liquid Jets for High Repetition Rate Discovery Science

This protocol presents a detailed procedure for the operation of continuous, micron-sized cryogenic cylindrical and planar liquid jets. When operated as described here, the jet exhibits high laminarity and stability for centimeters. Successful operation of a cryogenic liquid jet in the Rayleigh regime requires a basic understanding of fluid dynamics and thermodynamics at cryogenic temperatures. Theoretical calculations and typical empirical values are provided as a guide to design a comparable system. This report identifies the importance of both cleanliness during cryogenic source assembly and stability of the cryogenic source temperature once liquefied. The system can be used for high repetition rate laser-driven proton acceleration, with an envisioned application in proton therapy. Other applications include laboratory astrophysics, materials science, and next-generation particle accelerators.

This protocol presents the operation and principles of micron-scale cylindrical and planar cryogenic liquid jets. Until now, this system has been used as a high repetition rate target in laser-plasma experiments. Anticipated cross-disciplinary applications range from laboratory astrophysics to material science, and eventually next-generation particle accelerators.

Jatos líquidos criogênicos para ciência de descoberta de alta taxa de repetição

This protocol presents a detailed procedure for the operation of continuous, micron-sized cryogenic cylindrical and planar liquid jets. When operated as ...

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

Plasma sterilization is a promising alternative to conventional sterilization methods for industrial, clinical, and spaceflight purposes. Low pressure plasma (LPP) discharges contain a broad spectrum of active species, which lead to rapid microbial inactivation. To study the efficiency and mechanisms of sterilization by LPP, we use spores of the test organism Bacillus subtilis because of their extraordinary resistance against conventional sterilization procedures. We describe the production of B. subtilis spore monolayers, the sterilization process by low pressure plasma in a double inductively coupled plasma reactor, the characterization of spore morphology using scanning electron microscopy (SEM), and the analysis of germination and outgrowth of spores by live cell microscopy. A major target of plasma species is genomic material (DNA) and repair of plasma-induced DNA lesions upon spore revival is crucial for survival of the organism. Here, we study the germination capacity of spores and the role of DNA repair during spore germination and outgrowth after treatment with LPP by tracking fluorescently-labelled DNA repair proteins (RecA) with time-resolved confocal fluorescence microscopy. Treated and untreated spore monolayers are activated for germination and visualized with an inverted confocal live cell microscope over time to follow the reaction of individual spores. Our observations reveal that the fraction of germinating and outgrowing spores is dependent on the duration of LPP-treatment reaching a minimum after 120 s. RecA-YFP (yellow fluorescence protein) fluorescence was detected only in few spores and developed in all outgrowing cells with a slight elevation in LPP-treated spores. Moreover, some of the vegetative bacteria derived from LPP-treated spores showed an increase in cytoplasm and tended to lyse. The described methods for analysis of individual spores could be exemplary for the study of other aspects of spore germination and outgrowth.

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

This protocol illustrates the important consecutive steps required to assess the relevance of monitoring vitality parameter and DNA repair processes in reviving Bacillus subtilis spores after treatment with low pressure plasma by tracking fluorescence-labelled DNA repair proteins via time-resolved confocal microscopy and scanning electron microscopy.

Investigando os prejudiciais efeitos de baixa pressão Plasma esterilização na sobrevivência de esporos de Bacillus subtilis usando Live celular microscopia

Plasma sterilization is a promising alternative to conventional sterilization methods for industrial, clinical, and spaceflight purposes. Low pressure ...