Das Projekt zielt darauf ab, ein tieferes Verständnis des chemischen und physikalischen Einflusses von zwei unterschiedlichen, nicht-thermischen Atmosphärendruckplasma- (AD-Plasma-) Quellen auf Flüssigkeiten und biologische Gewebe mit Blick auf Effizienz und heilungsfördernde Effekte zu gewinnen. Die Wirkung von AD-Plasmen auf biologische Systeme beruht hauptsächlich auf der Produktion diverser reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS). Hervorzuheben ist hier NO, das als wichtigstes Triggerelement in der Wundheilung bekannt ist und bei Verfügbarkeit von N₂ und O₂ in hohen Konzentrationen in den AD-Plasmen produziert werden kann.

Neben NO selbst spielen vermutlich NO Derivate (NODs) wie Nitrate, Nitrite und s-nitroso Proteine im Metabolismus eine Schlüsselrolle. Weiterhin werden die aus Wasserdampf generierten RONS wie OH und H₂O₂ zu den wichtigen Wirkfaktoren von Plasmen gezählt.

In diesem Kontext fokussiert das Projekt PlasNOW einerseits auf den Weg der reaktiven Spezies, insbesondere NO, von der Gasphase in die Flüssigphase und andererseits auf den Einfluss dieser Spezies auf Biomoleküle, wobei die Betriebsparameter der Plasmen systematisch und präzise variiert werden. Um diese beiden Prozesse zu untersuchen, werden zwei komplementäre Plasmaquellen eingesetzt: eine „volume dielectric barrier discharge (VDBD)“ und ein „micro atmospheric pressure plasma jet (µAPPJ)“. Beide Geräte gemeinsam erfassen einen weiten Bereich der Plasmaanwendungen, unter anderem: direkte vs. indirekte Behandlung und der Betrieb in Umgebungsluft vs. in kontrollierten (Edel-)Gasmischungen. Wir beschränken den Parameterbereich, um folgende Forschungsfragen zu beantworten:

• Wie entwickeln und verschieben sich die NO/NOD Konzentrationen, Verteilungen und Flüsse von der Quelle über die Flüssigkeit zum Endziel – dem Biomolekül?
• Wie beeinflusst die NO Erzeugung im Plasma den Fluss zur Zielstruktur? Welchen Einfluss hat Feuchtigkeit auf die Produktion oder den Verlust von NO und seinen Derivaten?
• Wie beeinflussen Umgebungsparameter wie Feuchtigkeit oder Flüssigkeitszusammensetzung diese Eigenschaften?
• Inwieweit kann die NO(D) und OH Produktion für beide Plasmaquellen optimiert werden, indem man Gasmischung und externe elektrische Parameter variiert?

Dazu werden wir den Ertrag der Quellen in Zusammenarbeit mit Partnern anpassen und untersuchen. Dies geschieht in einem angepassten, für alle verfügbaren Gefäß, das den Betrieb beider Quellen in unterschiedlichen, kontrollierbaren Atmosphären erlaubt. Um die gut bekannten Probleme der Messung am Flüssigkeits-Gas-Interface und in der Flüssigkeit zu überwinden, benutzen wir einen kombinierten Ansatz. Dieser vereint optische und laser-basierte Diagnostiken in der Gas- und Flüssigphase, chemische Analysen von plasmabehandelten Biomolekülen sowie numerische Simulationen. Diese Untersuchungen werden in Kooperation mit weiteren Projektpartnern innerhalb der RUB durchgeführt. Dazu gehören die Arbeitsgruppe für Plasma-Grenzflächenphysik (Jun.-Prof. Dr. Judith Golda), der Lehrstuhl für Anorganische Chemie I (Prof. Dr. Nils Metzler Nolte) und als externer Partner das Universitätsklinikum Düsseldorf (Prof. Dr. Christoph Suschek).