Где применяется плазма. Применение плазмы в промышленности и медицине: от очистки поверхностей до спасения жизней

Что такое плазма и как она применяется в различных отраслях. Каковы основные сферы использования плазмы в промышленности. Как плазма помогает спасать жизни в медицине. Почему донорство плазмы так важно.

Что такое плазма и как она образуется

Плазма — это четвертое состояние вещества наряду с твердым, жидким и газообразным. Она представляет собой ионизированный газ, состоящий из свободных электронов, положительно заряженных ионов, нейтральных атомов и молекул.

Плазма образуется при сильном нагреве газа или под воздействием электрического поля. При этом происходит ионизация — отрыв электронов от атомов. В результате газ превращается в высокоэнергетическую проводящую среду — плазму.

В природе плазма встречается в виде молний, полярных сияний, в ионосфере Земли. Искусственно плазму получают в специальных устройствах — плазмотронах. Температура в плазме может достигать десятков тысяч градусов.

Основные области применения плазмы в промышленности

Благодаря своим уникальным свойствам плазма широко используется в различных отраслях промышленности:

• Очистка и активация поверхностей перед нанесением покрытий
• Плазменное напыление защитных и функциональных покрытий
• Плазменная резка и сварка металлов
• Плазмохимический синтез новых материалов
• Плазменное травление в микроэлектронике
• Плазменные двигатели для космических аппаратов

Рассмотрим некоторые из этих применений подробнее.

Плазменная очистка и активация поверхностей

Обработка поверхностей в низкотемпературной плазме позволяет удалять органические загрязнения и активировать поверхность перед нанесением покрытий, склеиванием, окраской. При этом:

• Удаляются все следы масел, жиров, отпечатков пальцев
• Повышается поверхностная энергия и смачиваемость
• Улучшается адгезия покрытий и клеевых соединений
• Обработка занимает всего несколько минут

Плазменная очистка применяется при производстве электроники, в автомобильной, аэрокосмической и других отраслях.

Плазменное напыление покрытий

При плазменном напылении материал покрытия (порошок или проволока) подается в струю плазмы, где он расплавляется и с высокой скоростью наносится на поверхность детали. Это позволяет получать:

• Износостойкие покрытия для защиты от абразивного износа
• Жаростойкие покрытия для лопаток турбин
• Теплозащитные покрытия для космических аппаратов
• Биосовместимые покрытия для медицинских имплантатов

Плазменное напыление обеспечивает высокую адгезию и плотность покрытий.

Применение плазмы в медицине и биотехнологиях

В медицине плазма используется для стерилизации инструментов и материалов, обработки ран, в стоматологии. Но особенно важную роль играет плазма крови.

Что такое плазма крови

Плазма составляет около 55% объема крови человека. Это жидкая часть крови, в которой взвешены клетки. Плазма содержит воду, белки, факторы свертывания и другие важные вещества.

Как используется донорская плазма

Донорская плазма применяется для:

• Восполнения объема крови при кровопотерях и ожогах
• Лечения нарушений свертываемости крови
• Получения препаратов факторов свертывания
• Лечения иммунодефицитов и аутоиммунных заболеваний
• Производства иммуноглобулинов и альбумина

Для многих пациентов препараты из плазмы — единственный способ лечения их заболеваний.

Почему донорство плазмы так важно

Донорство плазмы критически важно для спасения жизней пациентов. Вот несколько причин:

• Плазму нельзя синтезировать искусственно, она может быть получена только от доноров
• Для лечения одного пациента требуются сотни донаций плазмы
• Потребность в препаратах плазмы постоянно растет
• Донорская плазма используется для лечения редких генетических заболеваний

Регулярное донорство плазмы позволяет обеспечить пациентов жизненно необходимыми лекарствами. Это реальная возможность спасти чью-то жизнь.

Перспективные направления применения плазмы

Исследования в области плазменных технологий продолжаются. Среди перспективных направлений:

• Использование плазмы для очистки воды и воздуха
• Применение плазмы в сельском хозяйстве для обработки семян
• Плазменные технологии переработки отходов
• Использование плазмы в пищевой промышленности для стерилизации продуктов
• Разработка новых плазменных двигателей для космических полетов

Плазменные технологии имеют большой потенциал для решения многих технологических и экологических проблем.

Cовтест АТЕ — Применение плазмы низкого давления в электронной промышленности

Плазма низкого давления была открыта в середине 20-ых годов прошлого века. С тех пор было выявлено множество исключительных особенностей плазмы и разработаны технологии ее промышленного применения. Сегодня, технология плазменной очистки и активации поверхности широко используется в таких областях как медицина, биотехнологии, аэрокосмическая  и автомобильная промышленность,   промышленное производство электроники и микроэлектроники и т.д.

Плазма представляет собой ионизированный газ. Основной отличительной особенностью плазмы от инертного газа является значительно более высокая электропроводность и реакционная способность. В качестве примера плазмы, которую можно встретить в природе можно привести молнии, северное сияние или солнце. В повседневной жизни мы также сталкиваемся с плазмой, например в люминесцентных лампах и лампах с низким энергопотреблением.

 

Рис. 1 Плазма – четвертое агрегатное состояние 

Рис. 2  Плазма в природе

Различают несколько типов плазмы (идеальная и неидеальная, низко- и высокотемпературная, равновесная и неравновесная). При атмосферном давлении плазма имеет очень высокую температуру. Если давление снизить, например до 100 Па, можно получить плазму с более низкой температурой (плазма низкого давления). Этот вид плазмы будет называться холодной или неравновесной плазмой. 

При использовании  плазмы низкого давления, обрабатываемый материал нагревается лишь в незначительной степени так, как газ имеет очень низкую температуру. При этом энергия электронов соответствует температуре в несколько тысяч градусов по шкале Кельвина. Данное преимущество плазмы низкого давления позволяет использовать ее при обработке термочувствительных материалов. 

Рисунок 3. Генерирование плазмы

Плазма низкого давления создается электромагнитными полями и взаимодействует с поверхностью на физическом и на химическом уровне. Физическое взаимодействие происходит посредством ионной бомбардировки поверхности.

Ионы высокой энергии воздействуют на поверхность, вытесняя из нее материалы. При химическом взаимодействии в реакцию с поверхностью вступают  созданные в плазме активные соединения такие, как радикалы кислорода, обладающие высокой реакционной способностью к органическим материалам. Возникающие химические и физические реакции и соответственно возможности применения плазмы зависят от газа, используемого для создания плазмы и частоты возбуждения. Используемый газ, к примеру, определяет, какой будет  среда плазмы: окислительной, восстановительной или нейтральной.

Таблица 1. Свойства плазмы в зависимости от частоты возбуждения

Удаление органических остатков, активация поверхности путем окисления полимерных цепей, нанесение покрытия путем полимеризации подходящих мономеров, удаление оксидных слоев путем восстановления, травление с использованием агрессивных газов – это далеко не полный список возможностей плазмы низкого давления. Плазма нашла широкое применение в промышленности, ее используют для активации поверхности, очистки поверхности, осаждения тонких слоев металлов, снятия фоторезиста, травления и т.

д. Преимущества плазмы заключаются в ее эффективности и минимальном воздействии на поверхность изделия в процессе обработки. 

Плазменная обработка является важной частью процесса производства интегральных микросхем. Широкое применение данной технологии можно объяснить возросшими требованиями к производителям, от которых при выпуске нового поколения изделий ожидают, более быстрых и мощных микросхем меньшего размера. В процессе производства, плазма используется для подготовки поверхности изделия перед монтажом кристалла, разваркой проволокой и молдингом/корпусированием. Удаление загрязнений и активация поверхности плазмой повышают надежность и производительность конечного изделия, а также улучшают производство передовых технологических продуктов. 

Обычные способы очистки поверхности имеют ряд недостатков, например после очистки жидкими реактивами, следы детергента или растворителя остаются на поверхности изделия, их невозможно удалить полностью даже после тщательной промывки и сушки.

При очистке плазмой низкого давления на поверхности не остается никаких органических загрязнений, а цикл обработки занимает всего несколько минут, что также является неоспоримым преимуществом. Кроме того, плазма может проникать в самые маленькие отверстия, складки, пазы и т.д. с очисткой которых не справляются химические реагенты. Еще одним преимуществом плазмы является то, что она подходит для большинства используемых в производстве материалов, а после обработки изделие не требует сушки. 

В процессе плазменной очистки образуются газообразные и, следовательно, летучие вещества, которые без проблем можно будет удалить из камеры. Компоненты плазмы вступают в реакцию с органическими загрязнениями и деградируют их до воды и двуокиси углерода при комнатной температуре: (-Ch3-Ch3-) n + 3nO2 «2n CO2 + 2n h3O

 

Рисунок 4. Сравнение очистки плазмой и жидким реактивом

Рисунок 5. Контактный угол капли воды на поверхности изделия до (слева) и после (справа) обработки плазмой 

Одним из мировых лидеров среди производителей оборудования для плазменной обработки является компания Pink Gmbh, имеющая целый ряд установок для проведения процесса плазменной очистки изделий различных форм и размеров. Производимые компанией установки установки могут быть камерного и конвейерного типа, с поштучной загрузкой и загрузкой партиями. Ознакомиться с модельным рядом установок плазменной обработки и с их техническими характеристиками Вы можете, перейдя по ссылке.

Плазма и ее применение в обработке металлов

Плазма и ее применение в обработке металлов

1. Главная
2. Статьи
3. Плазма и ее применение в обработке металлов

УДК: 621.7.016.6

Ключевые слова: ионосфера, плазменная оболочка, электрический разряд, электрическая дуга, ионизированный газ, плазменное состояние, электронно-лучевое напыление.

Научившись получать плазму и управлять ею, специалисты успешно используют ее в различных производственных направлениях и процессах. В частности, технологии с использованием плазмы применяются для получения защитных, термобарьерных и упрочняющих покрытий деталей летательных аппаратов, при изготовлении матричных фоточувствительных элементов, для нанесения износостойких покрытий на внутренние поверхности высоконагруженных конструкций, создания многопрофильного микрорельефа на поверхности заготовок и изделий и во многих других случаях.

Привычно понимание о том, что окружающее нас пространство состоит из вещества, находящегося в трех состояниях — твердом, жидком и газообразном. Плазма — четвертое состояние, представляющее собой ионизированный газ, который образуется из электронов, положительно заряженных ионов, нейтральных и возбужденных атомов и молекул.

Как известно, внешняя поверхность земной атмосферы имеет плазменную оболочку — ионосферу, а, по мнению ученых, Солнце и звезды состоят из раскаленных ярких светящихся газов и находятся в плазменном состоянии.

В природных условиях ярким представителем плазмы является молния  — дуговой разряд в газах. На практике плазму можно наблюдать в неоновых рекламах, лампах дневного света, электродуговых устройствах, при электросварке и различных плазменных способах обработки материалов.

Плазма может быть получена изотермическим и газообразным способами. Изотермический способ заключается в нагреве газа до высоких температур, при которых происходит его ионизация за счет увеличения упругих столкновений атомов и молекул с образованием электронов и положительных ионов. При температуре 5000 К заканчивается диссоциация молекул на атомы и начинается процесс перехода газа в плазменное состояние, так как происходит разрушение внешних электронных оболочек атомов, которые превращаются в положительные ионы, а освободившиеся электроны, сталкиваясь с другими атомами, ионизируют их, производя дальнейшее увеличение ионов.

Взаимодействие отдельных элементарных частиц можно рассматривать как упругие столкновения, при которых выделяется кинетическая энергия, обусловливающая нагрев газа. Растет количество упругих столкновений, вызывающих повышение температуры газа, а температура газа, в свою очередь, определяет степень его ионизации. Этот процесс происходит лавинообразно. При температурах в несколько десятков тысяч градусов весь газ в определенном объеме воздействия таких температур превращается в плазму, где в основном существуют только положительные ионы и электроны.

Для Цитирования:

Плазма и ее применение в обработке металлов. Управление качеством. 2018;3.

Полная версия статьи доступна подписчикам журнала

Для Цитирования:

Плазма и ее применение в обработке металлов. Управление качеством. 2018;3.

ФИО

Ваш e-mail

Ваш телефон

Нажимая кнопку «Получить доступ» вы даёте своё согласие обработку своих персональных данных

Ваше имя

Ваша фамилия

Ваш e-mail

Ваш телефон

Придумайте пароль

Пароль еще раз

Запомнить меня

Информируйте меня обо всех новостях и спецпредложениях по почте

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

Логин

Пароль

Ваше имя:

Ваш e-mail:

Ваш телефон:

Сообщение:

На сайте используется защита от спама reCAPTCHA и применяются Условия использования и Конфиденциальность Google

Использовать это устройство?

Одновременно использовать один аккаунт разрешено только с одного устройства.

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

×

Мы перевели вас на Русскую версию сайта

You have been redirected to the Russian version

Мы используем куки

Множество применений плазмы — Стэнфордский центр крови

19 сентября 2022 г., 10:17
Криста Томас | Специалист по коммуникациям

В то время как плазма переливалась как часть цельной крови в течение сотен лет, особая ценность плазмы стала ясной в результате разрушительного насилия Второй мировой войны. Хотя плазма не могла заменить утраченные эритроциты и тромбоциты, плазму и родственные ей продукты было гораздо легче транспортировать, чем цельную кровь (что было особенно важно в зонах боевых действий), и она была не только необходима для лечения шока, но и помогала приливу. над тяжелоранеными солдатами и гражданскими лицами до тех пор, пока не станут доступны дополнительные препараты крови.[1]

Огромные инвестиции в плазму — как с точки зрения исследований, так и инфраструктуры сбора — были сделаны во время Второй мировой войны, и отчасти благодаря этим инвестициям мы пришли к лучшему пониманию многочисленных спасительных свойств плазмы и всех способов ее использования для спасти жизнь сегодня.

 

Что такое плазма?

Плазма составляет наибольшую часть цельной крови — около 55% по объему. Плазма представляет собой желтоватую жидкость, которая переносит воду, соли, белки и компоненты крови, включая эритроциты и лейкоциты, по всему телу. Плазма содержит важные белки, такие как факторы свертывания крови и фибриноген, которые играют важную роль в способности организма останавливать кровотечение при наличии раны.

 

Кому помогает плазма?

Во время Второй мировой войны плазма смогла поддержать столь многих людей, страдающих от шока, благодаря своей способности восполнять объем крови (поскольку она составляет такую ​​большую часть объема крови у здоровых людей) и потому, что она помогала контролировать кровотечение. Сегодня плазма по-прежнему используется в сочетании с другими препаратами крови для поддержки пациентов с повышенным кровотечением и шоком. В условиях, когда требуется значительное количество крови из-за сильного кровотечения пациента, исследования показывают, что раннее переливание плазмы с эритроцитами в аналогичных соотношениях может улучшить исход пациента. Плазма также широко используется при серьезных ожогах и заболеваниях печени или других проблемах, которые могут повлиять на способность организма вырабатывать определенные факторы, содержащиеся в плазме.

Донорская плазма подбирается пациенту на основе его группы АВО (без учета — или +), и необходимы все типы, поскольку пациентам со всеми группами крови требуется плазма, хотя типы А и АВ чаще всего переливают в экстренных случаях, поскольку они, в большинстве случаев считается общепризнанным пациентами.

Подробнее о том, как разные продукты плазмы помогают разным типам пациентов, см. в разделе ниже.

 

Как осуществляется сдача и совместное использование плазмы?

Плазма — это тип донорства афереза, означающий, что донор сдает кровь с помощью специального аппарата, который извлекает цельную кровь, центрифугирует (т. е. вращает для отделения) ее, сохраняет желаемый продукт (в данном случае плазму) и затем возвращает другие продукты крови обратно донору через ту же иглу. Это позволяет нам собрать большее количество плазмы, не рискуя здоровьем донора. Один донор может безопасно сдавать до четырех единиц (пинты) плазмы каждые четыре недели из-за ее обилия в организме и способности быстро пополняться. Пожертвование трех единиц плазмы (что в среднем для донора плазмы) обычно занимает около часа, в течение которого у вас будет доступ к iPad SBC для бесплатных развлечений!

Лабораторные группы

SBC могут создать ряд продуктов плазмы из донорской плазмы в зависимости от текущих потребностей пациента.

 

Замороженная плазма

Плазма, полученная при аферезе (а не цельная кровь), как правило, замораживается в течение 24 часов после сбора для получения замороженной плазмы. Замороженная плазма поддерживает высокий уровень факторов свертывания в плазме в течение длительного периода времени. Замороженную плазму размораживают медицинские бригады перед переливанием пациенту.

Плазма также может быть получена из донорской цельной крови путем центрифугирования (вращения) цельной крови для отделения плазмы от эритроцитов. Плазму, полученную из цельной крови, можно хранить в замороженном виде в течение одного года или в холодильнике в течение примерно одного месяца.

 

Криопреципитат

Криопреципитат — препарат, содержащий специфические компоненты плазмы, а именно фибриноген. Обычно пациенты, которым требуется криопреципитат, имеют низкий уровень фибриногена из-за потери крови, приема лекарств, генетических заболеваний, например, которые могут вызвать кровотечение. Для создания криопреципитата плазму замораживают, так как процесс замораживания способствует активации фибриногена; затем его оттаивают в холодильнике и центрифугируют, чтобы отделить осадок. Затем этот осадок ресуспендируют в небольшом количестве остаточной плазмы, а затем снова замораживают, на этот раз для хранения. Как правило, для создания одной взрослой дозы криопреципитата необходимо объединить («пул») от четырех до пяти отдельных единиц, поэтому этот «криопул» является наиболее распространенным создаваемым криопродуктом. Криопреципитат можно хранить в замороженном виде в течение одного года, а затем его необходимо разморозить перед переливанием пациенту.

В то время как обычная плазма полезна как для восполнения объема крови, так и для остановки кровотечения, крио, поскольку она концентрированная, используется, когда основное внимание уделяется контролю кровотечения, связанному со снижением уровня фибриногена.

 

Исследования

Медицинские и научные исследователи всегда нуждаются в плазме здоровых людей, чтобы сделать возможными свои открытия. Плазма имеет бесчисленное множество применений для исследователей, проводящих исследования по дальнейшему уходу за пациентами, многие из которых связаны с поиском способов, с помощью которых замороженная плазма может способствовать выздоровлению пациентов с травмами при переливании на ранних этапах лечения.

Плазма часто используется в исследованиях для характеристики клеток, обработанных плазмой, в конкретных приложениях, например, при высвобождении цитокинов и подсчете жизнеспособности клеток. В настоящее время исследователи, занимающиеся поиском методов лечения и лечения серьезных заболеваний, таких как аутоиммунные расстройства и гемофилия, используют антитела и белки, обнаруженные в плазме человека, для поддержки своей работы. Кроме того, в плазме крови человека обнаружены различные типы белков (включая антитела) и небольшие молекулы, которые потенциально могут быть превращены в новые и существующие терапевтические средства.

Совсем недавно плазма реконвалесцентов, собранная у доноров, выздоровевших от Covid-19, изучается и используется в качестве терапии у пациентов с активными инфекциями.

 

Если вы хотите узнать больше о донорстве плазмы или записаться на прием к врачу (вы получаете бесплатную футболку при первой сдаче плазмы!), напишите по адресу giveblood@stanford. edu или по телефону 818-723-7831. Мы всегда ищем новых доноров, которые присоединятся к нашей программе плазмы!

 

---

ССЫЛКИ

[1] Кровь: эпическая история медицины и торговли, Дуглас Старр, март 2000 г.

Почему введение плазмы так важно

«Теперь я снова наслаждаюсь тем, что люблю. До введения плазмы я несколько дней даже не мог встать с постели». Цитата от Микеле, реципиента донорской плазмы.

Почему люди сдают плазму?

Люди сдают плазму по разным причинам. Одна из причин заключается в том, что это помогает спасать жизни. Для многих людей с редкими заболеваниями и хроническими состояниями плазменная терапия является единственным способом лечения их состояния или болезни. Плазму также вводят пациентам с травмами и пострадавшим от ожогов, чтобы улучшить свертываемость крови и увеличить объем крови, что может предотвратить и вылечить шок.

Как используется моя плазма?

Когда вы сдаете свою плазму, она объединяется с плазмой, пожертвованной тысячами других людей. Белки в плазме извлекаются и становятся терапией и лекарствами для лечения этих состояний. Чтобы продлить жизнь одного человека с редким заболеванием, требуется много людей, дающих плазму.

Знаете ли вы?

• 130 донаций плазмы будут лечить 1 человека с первичным иммунодефицитом в течение 1 года. ¹
• 465 донаций плазмы хватит для лечения пациента с хронической воспалительной демиелинизирующей полинейропатией в течение 1 года. ²
• 900 пожертвований обеспечат лечение 1 человека с дефицитом альфа-1-антитрипсина в течение 1 года. ¹
• 1200 доноров плазмы излечат человека от гемофилии в течение 1 года. ¹

Некоторые из методов лечения, созданных с использованием плазмы, восстанавливают здоровые белки и лечат людей с кровотечениями, тромбами, легочными, аутоиммунными, генетическими и другими состояниями, такими как:

• Дефицит альфа-1-антитрипсина
• Болезнь фон Виллебранда
• Дефицит антитромбина III
• Болезнь Кавасаки
• Наследственный ангионевротический отек
• Идиопатическая тромбоцитопеническая пурпура
• Иммунная недостаточность
• Заболевания нервной системы, такие как полиневропатии и тяжелая миастения

Исходная плазма также используется для:

• Лечение столбняка. Люди, получившие вакцину против столбняка, несут в своей плазме антитела, которые могут помочь другим. Эти антитела, обнаруженные в плазме, можно вводить инфицированным пациентам в качестве спасающего жизнь лечения. В некоторых случаях это единственный вариант лечения этой изнурительной инфекции.
• Лечение бешенства. Инфузии антител являются одним из методов лечения, доступных для людей с инфекцией бешенства. Когда люди, иммунизированные против бешенства, сдают плазму, их антитела можно использовать для разработки иммунотерапии против бешенства и многих других инфекций.
• Беременные. Беременные женщины с особым состоянием, называемым резус-сенсибилизацией, нуждаются в терапии белками плазмы, чтобы защитить своего ребенка. Антитела в этих методах лечения могут предотвратить тяжелые последствия беременности, связанные с этим заболеванием, включая повреждение головного мозга и смерть плода

Цитаты:

1. Либе, Р. (2020, 23 января). Плазма.