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Generation of highly reactive species by plasma-liquid interaction

  • Because of the vital role of the liquid as interface in plasma medicine, this work is focused on the elucidation of the interaction of plasmas with biologically relevant liquids. The results of this thesis are an important step in the direction of the applications to real biological liquids such as blood and wound secretion ex vivo as well as in vivo. In this thesis the following questions are investigated and answered with the special focus on the free radicals as highly reactive and, therefore, hard to detect relevant group of chemical species: What is the impact of the atmospheric-pressure argon plasma jet on biologically relevant solutions? Which species are generated due to the plasma treatment of liquids? What is an appropriate detection procedure for the qualification and quantification of the short-lived species? Does the surrounding conditions influence the formation of liquid-phase reactive species and can this influence be used to tailor a desired liquid composition? What is the influence of the plasma surroundings? What is the influence of feed gas manipulation regarding the reactive species generation? Can these impacts be used for a selected reactive species composition generation? Does the treated liquid medium affect the plasma-generated reactive species output and in what way? Which are the underlying mechanisms and origins of the plasma-caused chemical changes in the solutions? Do reactive species exist, which origin is located in the gaseous phase? What is the impact of the plasma jet radiation?
  • Auf Grund der wichtigen Rolle der Flüssigkeit als Grenzfläche in der Plasmamedizin ist diese Doktorarbeit auf die Aufklärung der Wechselwirkung des Plasmas mit biologisch relevanten Flüssigkeiten fokussiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind ein wichtiger Schritt in Richtung der Anwendung von Plasmen zur Behandlung realer biologischer Flüssigkeiten wie beispielsweise Blut und Wundsekret ex vivo wie auch in vivo. In dieser Doktorarbeit wurden die folgenden Fragestellungen mit dem speziellen Fokus auf den hochreaktiven freien Radikalen untersucht und beantwortet: Welchen Einfluss hat der Atmosphärendruckplasmajet auf biologisch relevante Flüssigkeiten? Welche Spezies werden durch die Plasmabehandlung in der Flüssigkeit erzeugt? Welche Methode ist für den qualitativen und quantitativen Nachweis der kurzlebigen Spezies geeignet? Haben die den Plasmajet umgebenden Bedingungen einen Einfluss auf die Bildung der reaktiven Spezies in der Flüssigkeit und kann dieser Einfluss für eine gezielte Spezieszusammensetzung in der Flüssigkeit genutzt werden? Welchen Einfluss hat die Umgebungsluft auf das Plasma? Welchen Einfluss hat die Variation des Arbeitsgases hinsichtlich der Erzeugung reaktiver Spezies in der Flüssigkeit? Kann dieser Einfluss für eine gezielte Spezieskomposition genutzt werden? Beeinflusst das Plasma-behandelte flüssige Medium die Ausbeute der durchs Plasma erzeugten reaktiven Spezies? Welche Mechanismen liegen der Spezieserzeugung zu Grunde und wo liegt der Ursprung der durch das Plasma verursachten chemischen Änderungen in der Flüssigkeit? Existieren reaktive Spezies in der Flüssigkeit, deren Ursprung in der Gasphase liegt? Welchen Einfluss hat die Strahlung des Plasmajets auf die Speziesbildung in der Flüssigkeit?

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Metadaten
Author: Helena Martha Jablonowski
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002576-1
Title Additional (German):Erzeugung von hochreaktiven Spezies durch Plasma-Flüssigkeits-Wechselwirkung
Advisor:Dr. Stephan Reuter
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2016/07/21
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/07/11
Release Date:2016/07/21
Tag:Plasma-Flüssigkeits-Wechselwirkung, Plasmamedizin
plasma medicine, plasma-liquid-interaction
GND Keyword:Atmosphärendruckplasma, EPR, Elektronenparamagnetische Resonanz, Flüssigkeiten, RNS, ROS, Spin Trap, Spin Trapping
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik
PACS-Classification:30.00.00 ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS / 33.00.00 Molecular properties and interactions with photons / 33.35.+r Electron resonance and relaxation (see also 76.30.-v Electron paramagnetic resonance and relaxation in condensed matter)
50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.80.-s Electric discharges (see also 51.50.+v Electrical properties of gases; for plasma reactions including flowing afterglow and electric discharges, see 82.33.Xj in physical chemistry and chemical physics) / 52.80.Pi High-frequency and RF discharges
70.00.00 CONDENSED MATTER: ELECTRONIC STRUCTURE, ELECTRICAL, MAGNETIC, AND OPTICAL PROPERTIES / 76.00.00 Magnetic resonances and relaxations in condensed matter, Mossbauer effect / 76.30.-v Electron paramagnetic resonance and relaxation (see also 33.35.+r Electron resonance and relaxation in atomic and molecular physics; 87.80.Lg Magnetic and paramagnetic resonance in biological physics) / 76.30.Rn Free radicals
80.00.00 INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY / 82.00.00 Physical chemistry and chemical physics; Electronic structure theory of atoms and molecules, see 31.15.-p; Electronic structure theory of condensed matter, see section 71; Electronic structure theory for biomolecules, see 87.10.-e; Electronic structure of / 82.30.-b Specific chemical reactions; reaction mechanisms / 82.30.Cf Atom and radical reactions; chain reactions; molecule-molecule reactions