DIN SPEC 91315-2014 General requirements for plasma sources in medicine《药物中等离子体源的一般要求》.pdf

1、Juni 2014 Bereich InnovationPreisgruppe 10DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 07.030; 11.020Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschiedene Verfahrensweisen he

2、rangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln einer PAS erstellt.!%10|“2141389www.din.deDDIN SPEC 91315Allgemeine Anforderungen an medizinische PlasmaquellenGeneral requirements for plasma sources in medicineExigences gnrales pour sources de plasma en mdecineAlleinverka

3、uf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 16 SeitenDIN SPEC 91315:2014-06 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung .4 1 Anwendungsbereich .5 2 Normative Verweisungen 5 3 Begriffe .6 4 Anforderungen an medizinische Plasmaquellen 6 4.1 Allgemeine Anforderungen .6

4、 4.2 Physikalische Bewertungskriterien .7 4.2.1 Temperatur .7 4.2.2 Thermische Leistung .7 4.2.3 Knstliche optische Strahlung .8 4.2.4 Gasemission .9 4.2.5 Elektrischer Stromfluss . 11 4.3 Biologische Bewertungskriterien 11 4.3.1 Behandlung von Mikroorganismen. 11 4.3.2 Vitalittstestung von Zellkult

5、uren nach Plasmabehandlung . 13 4.3.3 Detektion chemischer Spezies in Flssigkeiten 14 4.3.4 Bestimmung des pH-Wertes 15 Literaturhinweise . 16 DIN SPEC 91315:2014-06 3 Vorwort Diese DIN SPEC wurde nach dem PAS-Verfahren erarbeitet. Die Erarbeitung von DIN SPEC nach dem PAS-Verfahren erfolgt in Works

6、hops und nicht zwingend unter Einbeziehung aller interessierter Kreise. Die Erarbeitung und Verabschiedung dieses Dokuments erfolgte durch den nachfolgend genannten Initiator und die Verfasser. Leibniz-Institut fr Plasmaforschung und Technologie e. V. Prof. Dr. Thomas von Woedtke Dr. Miriam Stella M

7、ann IFS GmbH Gttingen Dr. Raees Ahmed Dr. Ulrike Drr Dr. Karsten Gavenis Technische Universitt Berlin, Fachgebiet Innovationskonomie Dr. Simone Wurster Universittsmedizin Greifswald, Klinik und Poliklinik fr Hautkrankheiten PD Dr. med. habil. Georg Daeschlein Universittsmedizin Gttingen, Abteilung D

8、ermatologie, Venerologie und Allergologie Prof. Dr. med. Steffen Emmert M.Sc. Regina Tiede Fr diese DIN SPEC wurde kein Entwurf verffentlicht. Fr dieses Thema bestehen derzeit keine Normen. DIN SPEC sind nicht Teil des Deutschen Normenwerks. Trotz groer Anstrengungen zur Sicherstellung der Korrekthe

9、it, Verlsslichkeit und Przision technischer und nicht-technischer Beschreibungen kann der Workshop weder eine explizite noch eine implizite Gewhrleistung fr die Korrektheit des Dokuments bernehmen. Die Benutzung dieses Dokuments geschieht in dem Bewusstsein, dass der Workshop fr Schden oder Verluste

10、 jeglicher Art nicht haftbar gemacht werden kann. Die Anwendung der vorliegenden DIN SPEC entbindet den Nutzer nicht von der Verantwortung fr eigenes Handeln und geschieht damit auf eigene Gefahr. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knne

11、n. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN SPEC 91315:2014-06 4 Einleitung Das interdisziplinre Gebiet der Plasmamedizin beschftigt sich mit den therapeutischen Anwendungen physikalischer kalter Plasmen am Menschen.

12、 Hierbei mssen innerhalb der komplexen Vorgnge im technischen Plasma Wirkungsprinzipien sowie Risikopotenziale identifiziert und durch gezielte Untersuchungen adressiert werden. Deshalb besteht ein hoher Bedarf an gesicherten Daten, um den Einzug der Plasmatechnologie in medizinische Therapien zu ge

13、whrleisten. Auf der Basis des bisherigen Standes der Forschung wird deutlich, dass neben generellen Basiseigenschaften, die alle fr medizinische Anwendungen vorgesehene Plasmaquellen erfllen mssen in Abhngigkeit von dem jeweiligen Anwendungsgebiet sehr unterschiedliche Anforderungen sowohl im Hinbli

14、ck auf die Wirksamkeit als auch hinsichtlich potenzieller Risiken (safety) bestehen. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden DIN SPEC ergnzende Basiskriterien zur Charakterisierung von Plasmaquellen, die fr biomedizinische bzw. biologische Experimente sowie fr eine Weiterentwicklung zu medizinis

15、ch anwendbaren Plasmaquellen vorgesehen sind, festgelegt. DIN SPEC 91315:2014-06 5 1 Anwendungsbereich Die vorliegende DIN SPEC dient der Charakterisierung grundlegender Leistungsparameter von kalten Atmosphrendruck-Plasmaquellen, die fr biomedizinische bzw. biologische Experimente sowie fr eine Wei

16、terentwicklung zu medizinisch anwendbaren Plasmaquellen vorgesehen sind. Die Testungen umfassen sowohl physikalisch-technische Kriterien (Temperatur, thermische Leistung, Strahlungsemission, UV-Bestrahlungsstrke, Gasemission, elektrischer Stromfluss) fr Plasmaquellen fr biomedizinische Anwendungen,

17、als auch Basiskriterien zur Charakterisierung biologischer Plasmawirkungen (Effekte auf Mikroorganismen in vitro, Vitalitt von Zellkulturen nach Plasmabehandlung, Detektion chemischer Spezies in Flssigkeiten und der Verlauf des pH-Wertes). 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in die

18、sem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN

19、38405-9, Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung Anionen (Gruppe D) Teil 9: Photometrische Bestimmung von Nitrat (D 9) DIN 38409-15, Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung Summarische Wirkungs- und Stoffkenngren (Gruppe H) Bestimmu

20、ng von Wasserstoffperoxid (Hydrogenperoxid) und seinen Addukten (H 15) DIN 51008-2, Optische Emissionsspektrometrie (OES) Teil 2: Begriffe fr Systeme mit Flammen und Plasmen DIN EN 26777, Wasserbeschaffenheit Bestimmung von Nitrit Spektrometrisches Verfahren DIN EN 60601-1-6 (VDE 0750-1-6), Medizini

21、sche elektrische Gerte Teil 1-6: Allgemeine Festlegungen fr die Sicherheit einschlielich der wesentlichen Leistungsmerkmale Ergnzungsnorm: Gebrauchstauglichkeit DIN EN 60601-2-57 (VDE 0750-2-57), Medizinische elektrische Gerte Teil 2-57: Besondere Festlegungen fr die Sicherheit einschlielich der wes

22、entlichen Leistungsmerkmale von Gerten mit Nicht-Laser-Lichtquellen fr die Anwendung in der Therapie, Diagnose, berwachung und fr kosmetische/sthetische Zwecke DIN EN ISO 10523, Wasserbeschaffenheit Bestimmung des pH-Werts BGI 5006, BG-Information Expositionsgrenzwerte fr knstliche optische Strahlun

23、g1)Empfehlung der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft (DDG), Empfehlungen zur UV-Phototherapie und Photochemotherapie2)Richtlinie 2000/54/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 18. September 2000 ber den Schutz der Arbeitnehmer gegen Gefhrdung durch biologische Arbeitsstoffe bei der Arb

24、eit (Siebte Einzelrichtlinie im Sinne von Artikel 16 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EWG)3)1) zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin, Deutschland. 2) zu beziehen bei: Deutsche Dermatologische Gesellschaft e. V. (DDG), Robert-Koch-Platz 7, 10115 Berlin, Deutschland. 3) zu beziehen bei: Amt f

25、r Verffentlichungen der Europischen Union, Direktion Ressourcen und Logistik, Referat Ausschreibungen, Vertrge und Copyright, Bereich Copyright und Rechtsangelegenheiten, rue Mercier 2, L2985 Luxemburg. DIN SPEC 91315:2014-06 6 Richtlinie 2006/25/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 5. Ap

26、ril 2006 ber Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefhrdung durch physikalische Einwirkungen (knstliche optische Strahlung) (19. Einzelrichtlinie im Sinne des Artikels 16 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EWG)4)The International Commission on Non-Ionizin

27、g Radiation Protection (ICNIRP): Guidelines on limits of exposure to ultraviolet radiation of wavelengths between 180 and 400 nm (incoherent optical radiation), Health Physics, (87) 2, 171-186, 20045)Verordnung ber Sicherheit und Gesundheitsschutz bei Ttigkeiten mit Biologischen Arbeitsstoffen (Bios

28、toffverordnung - BioStoffV), 3 Einstufung von Biostoffen in Risikogruppen 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Plasma ein Gas, das zumindest teilweise ionisiert ist und somit verschiedenartige Teilchen wie Elektronen, Atome, Ionen* und Molekle enthlt. Das P

29、lasma ist nach auen in einem ausreichend groen Zeitintervall im Mittel elektrisch neutral (quasineutral). Spezielle Formen von Plasmen, die durch elektrische oder magnetische Felder erzeugt werden, heien Gasentladungsplasmen Anmerkung 1 zum Begriff: In der ICP-MS werden auch von der ICP OES abweiche

30、nde Plasmabedingungen eingesetzt, z. B. Kaltplasma*. QUELLE: DIN 51002-1:2004-11, 3.4 3.2 Atmosphrendruckplasma unter Atmosphrendruck (101 325 Pa) entstehendes Plasma 3.3 Plasmageometrie Bauausfhrung einer Plasmaquelle 3.4 Hemmhof mikrobiell unbewachsener Bereich auf einem mit Mikroorganismen beimpf

31、ten festen Agarmedium, der durch die Wachstumshemmung von Mikroorganismen infolge der Plasmabehandlung entsteht 4 Anforderungen an medizinische Plasmaquellen 4.1 Allgemeine Anforderungen Bei den folgenden beschriebenen Charakterisierungskriterien zur Anwendung einer medizinischen Plasmaquelle stehen

32、 neben den physikalischen Charakterisierungen auch Untersuchungen zur biologischen Wirksamkeit auf Mikroorganismen bzw. Humanzellen im Vordergrund. Bei der Durchfhrung der Charakterisierungsexperimente ist darauf zu achten, dass praxisnahe Bedingungen (z. B. Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Ab

33、stand des sichtbaren Plasmas zum Target) eingehalten werden. Die Testvorschriften sind grundstzlich fr ein breites Spektrum an kalten Atmosphrendruck-Plasmaquellen anwendbar, wobei im Einzelnen die fr die Handhabung der jeweiligen Quelle relevanten Behandlungsbedingungen anzuwenden und zu protokolli

34、eren sind. Ein wichtiger Aspekt bei der Charakterisierung der Plasmaquellen ist der Nachweis der Reproduzierbarkeit der erhobenen Daten. Aus diesem Grund sind alle genannten Untersuchungsmethoden wiederholt (jedoch mindestens n=3) durchzufhren. 4) zu beziehen bei: Amt fr Verffentlichungen der Europi

35、schen Union, Direktion Ressourcen und Logistik, Referat Ausschreibungen, Vertrge und Copyright, Bereich Copyright und Rechtsangelegenheiten, rue Mercier 2, L2985 Luxemburg. 5) zu beziehen bei: ICNIRP e. V., Ingolstdter Landstr. 1, 85764 Oberschleiheim, Deutschland. DIN SPEC 91315:2014-06 7 4.2 Physi

36、kalische Bewertungskriterien 4.2.1 Temperatur Ein Schlsselparameter zur Charakterisierung von Atmosphrendruck-Plasmaquellen ist der Parameter Temperatur“. Dabei ist das Messverfahren der jeweiligen Geometrie des Plasmas anzupassen. Im Falle eines Jetplasmas (siehe Bild 1) muss die Temperatur des Pla

37、smas ber die Lnge des sichtbaren Wirkungsbereichs von der Austrittsffnung der Plasmaquelle bis zum Ende des sichtbaren Wirkungsbereichs bestimmt werden. Hierbei muss der zu untersuchende Bereich axial in 1 mm Schritten mit einer Temperaturmesssonde abgerastert werden. Bei anderen Plasmageometrien is

38、t den technischen Mglichkeiten entsprechend vorzugehen. Legende 1 Plasmaquelle 2 Faseroptische Temperaturmesssonde Bild 1 Versuchsanordnung zur Messung der Temperatur am Beispiel eines Jetplasmas 4.2.2 Thermische Leistung Die thermische Leistung ist definiert als die freigesetzte Energie pro Zeitein

39、heit. Anzugeben ist die Leistung in Watt (W). Die thermische Leistung des Plasmas muss kalorimetrisch mit Hilfe eines Substrates (z. B. Kupfer) ermittelt werden. In Bild 2 ist die Vorgehensweise am Beispiel eines Jetplasmas dargestellt. Bei anderen Plasmageometrien ist den technischen Mglichkeiten e

40、ntsprechend vorzugehen. Legende 1 Plasmaquelle 2 Faseroptische Temperaturmesssonde 3 Kupferplttchen Bild 2 Versuchsanordnung zur Messung der thermischen Leistung am Beispiel eines Jetplasmas DIN SPEC 91315:2014-06 8 Die thermische Leistung wird basierend auf der zeitabhngigen Erwrmung des Substrates

41、 nach Formel (1) berechnet. tTcmPw= (1) Dabei ist P die thermische Leistung, in W; m die Masse des Substrates, in kg; cwdie spezifische Wrme des Substrates J/(kg K); T/t die Vernderung der Substrattemperatur in Bezug auf einen definierten Zeitraum. 4.2.3 Knstliche optische Strahlung Bei der Analyse

42、der knstlichen optischen Strahlung muss ein breiter Bereich mglicher Strahlungen bercksichtigt werden. Bei Gasentladungen werden neben Ionisationsvorgngen die im Plasma enthaltenen Spezies energetisch angeregt. Beim Zurckfallen auf ihren energetischen Grundzustand kommt es durch die angeregten Atome

43、/Molekle zur Photonenemission (elektromagnetische Strahlung), die mittels optischer Emissionsspektrometrie (OES) nach DIN 51008-2 ermittelt werden muss. Mit Hilfe der OES kann daher die Zusammensetzung der bei der Plasmaanwendung zu erwartenden (Photonen)-Strahlung bestimmt werden. Um ein mglichst b

44、reites Wellenlngenspektrum abzudecken, muss mit einem Spektrometer der Wellenlngenbereich von 200 nm bis 900 nm analysiert werden. Wichtig ist, dass das zu verwendende Gert vor jeder Messung sowohl in Bezug auf die relative spektrale Position als auch auf die absolute spektrale Empfindlichkeit kalib

45、riert wird. Alternativ kann zum Schutz des Lichtleitkabels ein Quarzglas eingesetzt werden. In Bild 3 ist der Versuchsaufbau am Beispiel eines Jetplasmas dargestellt. Bei anderen Plasmageometrien ist den technischen Mglichkeiten entsprechend vorzugehen. Legende 1 Plasmaquelle 2 Quarzglas 3 Lichtleit

46、kabel 4 Spektrometer Bild 3 Schematischer Aufbau zur Bestimmung emittierender Spezies am Beispiel eines Jetplasmas DIN SPEC 91315:2014-06 9 Ein weiterer wichtiger zu bestimmender Parameter ist die Intensitt der UV-Strahlung. Es gibt verschiedene nationale und internationale Vorschriften zur maximale

47、n menschlichen Exposition gegenber ultravioletten Strahlen. Aus folgenden Dokumenten sind die Expositionswerte fr die UV-Bestrahlung auf dem menschlichen Krper zu entnehmen: Richtlinien zur Anwendung von ultravioletter Strahlung am Menschen der International Commission on Non-Ionizing Radiation Prot

48、ection (ICNIRP), 2004“; Empfehlung der Deutschen Dermatologischen Gesellschaft (DDG) zur Phototherapie und Photochemotherapie, 2002 (letzte berarbeitung Dezember 2009); Richtlinie 2006/25/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 5. April 2006 ber Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit

49、und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefhrdung durch physikalische Einwirkungen (knstliche optische Strahlung); BGI 5006 zu Expositionsgrenzwerten fr knstliche optische Strahlung. Mit einem geeigneten Spektrometer muss die UV-Strahlungsstrke fr folgende Bereiche analysiert werden: UV-A (320 nm bis 400 nm), UV-B (280 nm bis 320 nm) und UV-C (200 nm bis 280 nm). Beispielhaft