Influence of a plasma jet on the hydrodynamics of a helium jet

In this paper, we present a study of the influence of non-equilibrium microplasma jets (“plasma bullets”) on the hydrodynamics of a helium jet operating in open air. The helium jet is produced by a flow of helium through a hollow, cylindrical microdischarge configuration. A plasma jet, triggered by the microdischarge, can propogate in the laminar zone of the helium jet which extends some distance from the exit plane of the microdischarge. We used Schlieren photography to visualize the point of transition from laminar to turbulent regime of the helium jet and the change in the transition point due to the plasma jet for different operating conditions

Les micro-jets de plasma à pression atmosphérique et température ambiante

Les micro-jets de plasma, se propageant dans un flux d'hélium entouré d'air libre, à pression atmosphérique et à température ambiante, ont attiré l'attention des chercheurs depuis une dizaine d'années. Ces micro-jets sont créés dans une décharge à barrière diélectrique alimentée par des impulsions de tension. Ils se propagent dans le flux d'hélium à l'extérieur de la DBD sous la forme d'une onde d'ionisation. Le plasma est confiné spatialement là où l'hélium est dominant, car l'ionisation de l'air nécessite un champ électrique plus important que celui présent dans le front d'ionisation. Leurs applications biomédicales sont prometteuses car ils permettent de produire des espèces réactives à quelques centimètres de distance de la DBD sans augmenter la température du gaz. Dans cette thèse, l'objectif a été de développer une meilleure compréhension de l'influence des conditions expérimentales et de la géométrie de la DBD sur les propriétés des jets de plasma. À ces fins, l'écoulement d'hélium a été étudié expérimentalement et numériquement, et des simulations sur la génération et la propagation du micro-jet de plasma ont été réalisées.Microplasma jets propagating in a helium flow surrounded by air at ambient pressure and temperature have attracted the attention of many researchers over the past decade. These microplasma jets are ignited in a cylindrical dielectric barrier discharge (DBD) powered by impulse or sinusoidal voltage pulses with an amplitude of several kilovolts and then propagate as an ionization wave in the helium flow outside the DBD. The plasma so-generated is confined to the region where helium is the dominant species because ionization of the surrounding air requires a significantly higher electric field strength than is present at the ionization front in the plasma jet. The putative biomedical applications of microplasma jets are particularly promising because they provide a way of producing reactive oxygen and nitrogen species some centimeters downstream from the DBD without significant gas heating. The objective of the work reported in this thesis has been to develop a better understanding of the influence of the operating conditions and geometry on the properties of the plasma jets. To this end, experimental and numerical studies of the hydrodynamics of the helium flow and simulations of the generation and propagation of the microplasma jet have been carried out

Influence d’un Plasma Initié par Micro-décharge sur un Jet d’Hélium dans l'Air

Les micro-jets de plasma ont attiré l'attention de nombreux chercheurs car ils permettraient d’acheminer des espèces réactives à un endroit désiré. Les micro-jets de plasma («plasma jet», «plasma bullets»…) sont des plasmas hors-équilibre à pression atmosphérique et à température ambiante, générés dans un flux de gaz porteur (généralement de l'hélium) par l’application d’une tension rf ou impulsionnelle. A l’œil nu le micro-jet est continu, mais à chaque pulse un plasma est créé engendrant un front d’ionisation se propageant à ≈105ms-1. Parmi les dispositifs utilisés pour créer les micro-jets, nous nous focaliserons sur une configuration avec une électrode interne creuse d’un diamètre de quelques millimètres, entourée d’un tube diélectrique et traversée par un flux d’hélium (≈10ms-1) qui débouche dans l’air ambiant. On applique sur l’électrode interne une tension impulsionnelle de quelques kV avec un temps de montée de 200 ns et une fréquence de répétition de quelques dizaines de kHz. On crée alors un plasma à l’intérieur du diélectrique, qui se propage dans l’air environnant, guidé par le canal d’hélium (car l’hélium est plus facilement ionisable que l’air surtout à faible champ réduit). Un des facteurs limitant la distance de propagation du plasma est la diminution progressive de la concentration en hélium du canal du fait de la diffusion de l’air ambiant dans celui-ci. Nous avons utilisé la strioscopie, qui est une méthode non intrusive, pour visualiser l’écoulement de l’hélium dans l’air. Cette méthode ne donne essentiellement que des informations qualitatives et ne permet pas d’accéder au champ de concentration. Nous avons donc mesuré la longueur de la partie laminaire du canal d'hélium. Nous avons d'abord fait des mesures sans plasma, en faisant varier le débit et la géométrie de la micro-décharge. Puis nous avons allumé le plasma pour regarder son influence sur le canal d’hélium en fonction de la tension et de la fréquence de répétition des pulses. Nos résultats montrent que, dans le cas sans plasma, la géométrie exacte de la micro-décharge a une influence sur l’hydrodynamique. Lorsqu’on allume le plasma la partie laminaire est raccourcie dans les conditions que nous avons étudiées. L'influence du plasma sur la longueur de la partie laminaire est d’autant plus importante que le débit est faible et que la tension appliquée pour générer le plasma est grande. Dans les études sur le contrôle des écoulements par plasma (utilisant une décharge à barrière diélectrique pour générer une décharge sur une surface dans l'air), on sait que le vent ionique généré par la décharge donne au gaz une vitesse parallèle à la surface qui peut favoriser la transition vers la turbulence. Le vent ionique généré par le plasma dans la micro-décharge et dans le jet de plasma lui-même pourrait avoir des conséquences similaires sur la transition du jet de l'hélium. Des études sont en cours pour quantifier cet effet dans nos conditions

Evidence of the influence of plasma jets on a helium flow into open air

Microplasma jets propagating in a helium flow surrounded by open air at ambient temperature have attracted the attention of many researchers for their putative ability to deliver high fluxes of reactive oxygen and nitrogen species to a target situated some centimeters away. This is of particular interest in biomedical applications. In this paper, we use Schlieren images to show that ignition of the plasma jet causes a reduction in the length of the laminar zone of the helium flow

Screen-based identification and validation of four new ion channels as regulators of renal ciliogenesis

©2015. To investigate the contribution of ion channels to ciliogenesis, we carried out a small interfering RNA (siRNA)-based reverse genetics screen of all ion channels in the mouse genome in murine inner medullary collecting duct kidney cells. This screen revealed four candidate ion channel genes: Kcnq1, Kcnj10, Kcnf1 and Clcn4. We show that these four ion channels localize to renal tubules, specifically to the base of primary cilia. We report that human KCNQ1 Long QT syndrome disease alleles regulate renal ciliogenesis; KCNQ1-p. R518X, -p.A178T and -p.K362R could not rescue ciliogenesis after Kcnq1-siRNA-mediated depletion in contrast to wild-type KCNQ1 and benign KCNQ1-p.R518Q, suggesting that the ion channel function of KCNQ1 regulates ciliogenesis. In contrast, we demonstrate that the ion channel function ofKCNJ10 is independent of its effect on ciliogenesis. Our data suggest that these four ion channels regulate renal ciliogenesis through the periciliary diffusion barrier or the ciliary pocket, with potential implication as genetic contributors to ciliopathy pathophysiology. The new functional roles of a subset of ion channels provide new insights into the disease pathogenesis of channelopathies, which might suggest future therapeutic approaches

Microplasma jets operating at atmospheric pressure and ambient temperature

Les micro-jets de plasma, se propageant dans un flux d'hélium entouré d'air libre, à pression atmosphérique et à température ambiante, ont attiré l'attention des chercheurs depuis une dizaine d'années. Ces micro-jets sont créés dans une décharge à barrière diélectrique alimentée par des impulsions de tension. Ils se propagent dans le flux d'hélium à l'extérieur de la DBD sous la forme d'une onde d'ionisation. Le plasma est confiné spatialement là où l'hélium est dominant, car l'ionisation de l'air nécessite un champ électrique plus important que celui présent dans le front d'ionisation. Leurs applications biomédicales sont prometteuses car ils permettent de produire des espèces réactives à quelques centimètres de distance de la DBD sans augmenter la température du gaz. Dans cette thèse, l'objectif a été de développer une meilleure compréhension de l'influence des conditions expérimentales et de la géométrie de la DBD sur les propriétés des jets de plasma. À ces fins, l'écoulement d'hélium a été étudié expérimentalement et numériquement, et des simulations sur la génération et la propagation du micro-jet de plasma ont été réalisées.Microplasma jets propagating in a helium flow surrounded by air at ambient pressure and temperature have attracted the attention of many researchers over the past decade. These microplasma jets are ignited in a cylindrical dielectric barrier discharge (DBD) powered by impulse or sinusoidal voltage pulses with an amplitude of several kilovolts and then propagate as an ionization wave in the helium flow outside the DBD. The plasma so-generated is confined to the region where helium is the dominant species because ionization of the surrounding air requires a significantly higher electric field strength than is present at the ionization front in the plasma jet. The putative biomedical applications of microplasma jets are particularly promising because they provide a way of producing reactive oxygen and nitrogen species some centimeters downstream from the DBD without significant gas heating. The objective of the work reported in this thesis has been to develop a better understanding of the influence of the operating conditions and geometry on the properties of the plasma jets. To this end, experimental and numerical studies of the hydrodynamics of the helium flow and simulations of the generation and propagation of the microplasma jet have been carried out

Influence d’un Plasma Initié par Micro-décharge sur un Jet d’Hélium dans l'Air

National audienceLes micro-jets de plasma ont attiré l'attention de nombreux chercheurs car ils permettraient d’acheminer des espèces réactives à un endroit désiré. Les micro-jets de plasma («plasma jet», «plasma bullets»…) sont des plasmas hors-équilibre à pression atmosphérique et à température ambiante, générés dans un flux de gaz porteur (généralement de l'hélium) par l’application d’une tension rf ou impulsionnelle. A l’œil nu le micro-jet est continu, mais à chaque pulse un plasma est créé engendrant un front d’ionisation se propageant à ≈105ms-1. Parmi les dispositifs utilisés pour créer les micro-jets, nous nous focaliserons sur une configuration avec une électrode interne creuse d’un diamètre de quelques millimètres, entourée d’un tube diélectrique et traversée par un flux d’hélium (≈10ms-1) qui débouche dans l’air ambiant. On applique sur l’électrode interne une tension impulsionnelle de quelques kV avec un temps de montée de 200 ns et une fréquence de répétition de quelques dizaines de kHz. On crée alors un plasma à l’intérieur du diélectrique, qui se propage dans l’air environnant, guidé par le canal d’hélium (car l’hélium est plus facilement ionisable que l’air surtout à faible champ réduit). Un des facteurs limitant la distance de propagation du plasma est la diminution progressive de la concentration en hélium du canal du fait de la diffusion de l’air ambiant dans celui-ci.Nous avons utilisé la strioscopie, qui est une méthode non intrusive, pour visualiser l’écoulement de l’hélium dans l’air. Cette méthode ne donne essentiellement que des informations qualitatives et ne permet pas d’accéder au champ de concentration. Nous avons donc mesuré la longueur de la partie laminaire du canal d'hélium. Nous avons d'abord fait des mesures sans plasma, en faisant varier le débit et la géométrie de la micro-décharge. Puis nous avons allumé le plasma pour regarder son influence sur le canal d’hélium en fonction de la tension et de la fréquence de répétition des pulses.Nos résultats montrent que, dans le cas sans plasma, la géométrie exacte de la micro-décharge a une influence sur l’hydrodynamique. Lorsqu’on allume le plasma la partie laminaire est raccourcie dans les conditions que nous avons étudiées. L'influence du plasma sur la longueur de la partie laminaire est d’autant plus importante que le débit est faible et que la tension appliquée pour générer le plasma est grande.Dans les études sur le contrôle des écoulements par plasma (utilisant une décharge à barrière diélectrique pour générer une décharge sur une surface dans l'air), on sait que le vent ionique généré par la décharge donne au gaz une vitesse parallèle à la surface qui peut favoriser la transition vers la turbulence. Le vent ionique généré par le plasma dans la micro-décharge et dans le jet de plasma lui-même pourrait avoir des conséquences similaires sur la transition du jet de l'hélium. Des études sont en cours pour quantifier cet effet dans nos conditions

Modeling microdischarges/DBDs

International audienc

Screen-based identification and validation of four novel ion channels as regulators of renal ciliogenesis

To investigate the contribution of ion channels to ciliogenesis we carried out an siRNA-based reverse genetics screen of all ion channels in the mouse genome in murine inner medullary collecting duct kidney cells. This screen revealed four candidate ion channel genes: Kcnq1, Kcnj10, Kcnf1 and Clcn4. We show that these four ion channels localize to renal tubules, specifically to the base of primary cilia. We report that human KCNQ1 Long QT syndrome disease alleles, regulate renal ciliogenesis; KCNQ1-p.R518X, -p.A178T and -p.K362R could not rescue ciliogenesis after Kcnq1 siRNA-mediated depletion in contrast to wild-type KCNQ1 and benign KCNQ1-p.R518Q, suggesting that the ion channel function of KCNQ1 regulates ciliogenesis. In contrast, we demonstrate that the ion channel function of KCNJ10 is independent of its effect on ciliogenesis. Our data suggest that these four ion channels possibly regulate renal ciliogenesis through the periciliary diffusion barrier or the ciliary pocket, with potential implication as genetic contributors to ciliopathy pathophysiology. The new functional roles of a subset of ion channels provide new insights into the disease pathogenesis of channelopathies and may suggest future therapeutic approaches