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Influence of gas composition on reactive species generation in plasma-activated saline using two-stage plasma reactors system

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Autor(es):
Neto, Nilton Azevedo ; Miranda, Felipe S. ; Moreira Jr, Pedro W. ; Pessoa, Rodrigo S.
Número total de Autores: 4
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: PHYSICA SCRIPTA; v. 100, n. 7, p. 13-pg., 2025-07-01.
Resumo

This study investigates the influence of gas composition on the generation of reactive oxygen, nitrogen, and chlorine species (RONS and RCS) in plasma-activated saline (PAS), using a sequential plasma configuration in which a dielectric barrier discharge (DBD) is coupled to a gliding arc plasma jet (GAPJ). In this setup, the gas is first treated in the DBD reactor and subsequently directed into the GAPJ, enabling successive excitation processes that enhance the production of chemically active species. Three discharge gases-pure argon, compressed air, and a 1:1 argon-air mixture-were tested to assess their impact on plasma behavior and PAS composition. Electrical and optical emission analyses demonstrated that compressed air favored NO gamma and N2 emissions, while suppressing OH formation, whereas argon-rich conditions enhanced OH emission and H2O2 generation. Quantitative results showed that PAS produced with compressed air contained the highest concentrations of nitrite (20-40 mg l-1), nitrate (100-250 mg l-1), and free chlorine (1.51 mg l-1), while PAS treated with argon exhibited the highest H2O2 levels (2.0-5.0 mg l-1). Time-resolved UV-vis spectroscopy revealed progressive RONS accumulation over a 10-minute activation period, with broader absorption bands observed for air and mixed-gas treatments. Raman spectroscopy showed that vibrational modes of water were affected by the gas type, particularly in PAS treated with compressed air. These findings confirm that sequential DBD-GAPJ activation enables tunable PAS composition based on gas feed, allowing for targeted formulations with optimized oxidative profiles for antimicrobial applications, wound healing, and cancer therapy in plasma medicine. (AU)

Processo FAPESP: 23/02268-2 - Geração e caracterização de diferentes líquidos ativados com plasma para aplicação no tratamento endodôntico
Beneficiário:Nilton Francelosi Azevedo Neto
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 22/11544-0 - EMU tecnológico: aquisição de um sistema de microscopia óptica de varredura de campo próximo acoplado com microscopia de força atômica e espectroscopia Raman aprimorada por ponta para imageamento químico e físico em micro e nanoescala
Beneficiário:Rodrigo Savio Pessoa
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Infraestrutura - Tecnologia e Inovação
Processo FAPESP: 21/14181-3 - Desenvolvimento e estudo de um sistema de plasma gerado por descarga de barreira dielétrica (DBD) para ativação contínua de líquidos aplicados em tratamentos odontológicos.
Beneficiário:Felipe de Souza Miranda
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 19/05856-7 - Aplicações de plasmas atmosféricos não-térmicos na odontologia: da bancada para a clínica
Beneficiário:Cristiane Yumi Koga Ito
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático