Τα τελευταία χρόνια, στη βιοϊατρική και στη βιομηχανία η επεξεργασία δειγμάτων με πλάσμα έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον, και ειδικότερα στους αντιδραστήρες πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης. Οι αντιδραστήρες αυτοί αντίθετα από του αντιδραστήρες καινού είναι πιο οικονομικοί στην κατασκευή αλλά και στη λειτουργιά. Το ενδιαφέρον αυξάνεται , λαμβάνοντας υπόψη τη δυνατότητα παράγωγης ψυχρού πλάσματος με μεγάλη δραστικότητα, αποφεύγοντας τα μειονεκτήματα των θερμών ατμοσφαιρικών πλασμάτων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η υλοποίηση και η βελτιστοποίηση ενός αντιδραστήρα ατμοσφαιρικού πλάσματος ευγενών αεριών τροφοδοτούμενου από ημιτονοειδή υψηλή τάση ακουστικών συχνοτήτων. Το σύστημα οδηγείται από ημιτονοειδή υψηλή τάση μεταβαλλόμενου πλάτους (0-11 kV από κορυφή σε κορυφή) και συχνότητα (5-20 kHz). Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι γενικές έννοιες για τη δομή και τη λειτουργία των αντιδραστήρων αυτού του είδους. Έμφαση δίνεται στο μηχανισμό διάδοσης του πίδακα και στις εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εκτενής περιγραφή των επιμέρους τμημάτων που κατασκευαστήκαν προκειμένου να είναι εφικτή η λειτουργία του αντιδραστήρα. Αρχικά γίνεται η περιγραφή των αντιδραστήρων που κατασκευαστήκαν και στη συνεχεία παρουσιάζεται το σύστημα τροφοδοσίας της υψηλής τάσης. Τέλος, γίνεται περιγραφή των διατάξεων χαρακτηρισμού της εκκένωσης οι όποιες αφορούν ηλεκτρικές, οπτικές, φωτογραφικές μετρήσεις καθώς και μετρήσεις θερμοκρασίας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις παραπάνω μετρήσεις καθώς μεταβάλλεται μια από τις παραμέτρους του συστήματος (είδος και ροή αερίου, πλάτος και συχνότητα τάσης) Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και προτείνονται μελλοντικές βελτιώσεις και επεκτάσεις προκειμένου να γίνει το σύστημα πιο λειτουργικό. Η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με το Παράρτημα στο όποιο δίνονται τα μηχανολογικά σχεδία των αντιδραστήρων. / In recent years plasma processing has spurred interest in biomedical and industrial applications, particularly in atmospheric pressure plasma reactors. These reactors unlike vacuum ones are more economical to build and operate. The interest is growing considering the possibility of generating reactive cold plasmas, avoiding the drawbacks of thermal atmospheric plasmas. The goal of this thesis is the implementation and optimization of an atmospheric pressure plasma reactor fed with noble gases and sinusoidal high voltage audio frequencies. The system is driven by a sinusoidal high voltage with variable amplitude (0-11 kV peak- to-peak) and frequency (5-20 kHz) The first chapter presents the general concepts about the structure and operation of reactors of this kind. Emphasis is given to the propagation mechanism of the jet and dielectric barrier discharges. The second chapter is an extensive description of the components manufactured in order to allow the operation of the reactor. Initially, a detailed description of reactors built is given and then the high voltage supply system is presented. Finally, the instrumentation setup is explained regarding the electrical, optical, photographic and temperature measurements. The third chapter presents the results obtained from these measurements as a changing of system parameters (gas type and flow , voltage amplitude and frequency ) In the fourth chapter we reviewed the results and proposed future improvements and extensions in order to make the system more functional. The thesis concludes with the Annex in which the engineering drawings of the reactors are given

Τα λιποσώματα αναπτύχθηκαν αρχικά από τον Alec Bangham το 1964. Έκτοτε μελετώνται τόσο ως φορείς βιοδραστικών ενώσεων όσο και ως μοντέλα βιολογικών μεμβρανών με σκοπό την αποσαφήνιση της δομής και των λειτουργιών τους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αποτελούνται από τα ίδια δομικά συστατικά με εκείνα των βιολογικών μεμβρανών και η ευελιξία της δομής τους προσφέρει τη δυνατότητα προσομοίωσης της δομής και σύστασης διαφορετικών βιολογικών μεμβρανών. Στις εφαρμογές του ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης, cold atmospheric pressure plasma (CAPP), που μελετώνται τα τελευταία χρόνια συγκαταλέγονται και βιοιατρικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα μελετάται η χρήση του ως μέσω απολύμανσης και αποστείρωσης, στην ανάπλαση δέρματος, ως αντικαρκινική θεραπεία κ.τ.λ. Εντούτοις ο ακριβής μηχανισμός της αλληλεπίδρασης του ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης με κύτταρα και ιστούς δεν είναι ακόμα πλήρως κατανοητός. Παρότι οι μέχρι τώρα μελέτες για την αποσαφήνιση της αλληλεπίδρασης αυτής πραγματοποιούνται με την χρήση κυτταρικών καλλιεργειών, η χρήση λιποσωμάτων είναι μια πιθανή εναλλακτική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η χρήση λιποσωμικών διασπορών, ως μοντέλα κυττάρων, έχει αποδειχθεί μια πιο εύκολη, ταχύτερη και χαμηλότερου κόστους εναλλακτική των κυτταρικών καλλιεργειών για την αποσαφήνιση βιολογικών διεργασιών. Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό τη διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης των λιποσωμάτων ως μοντέλα βιολογικών μεμβρανών για την μελέτη της αλληλεπίδρασης του CAPP με κύτταρα. Μελετήθηκε η αλληλεπίδραση λιποσωμάτων – CAPP και επιχειρήθηκε η παραμετροποίηση της αλληλεπίδρασης αυτής. Τα λιποσώματα, που εγκλωβίζουν υδατικό διάλυμα καλσεΐνης, παρασκευάσθηκαν με την τεχνική της ενυδάτωσης λεπτού υμενίου και έγινε χρήση υπερήχησης με σκοπό την μείωση του μεγέθους τους. Τα λιπίδια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: φωσφατιδυλοχολίνη, φωσφατιδυλογλυκερόλη και χοληστερόλη. Υπέστησαν επεξεργασία τόσο με CAPP όσο και με αφόρτιστο φέρον αέριο. Ο χαρακτηρισμός των λιποσωμάτων έγινε μέσω μέτρησης των φυσικοχημικών τους χαρακτηριστικών. Ως μέτρο της αλληλεπίδρασης CAPP-λιποσωμάτων χρησιμοποιήθηκε η μεταβολή του εγκλωβισμού της καλσεΐνης. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε μορφολογική ανάλυση των λιποσωμάτων, μέσω ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας σάρωσης, πριν και μετά την επεξεργασία. Με σκοπό την παραμετροποίηση της αλληλεπίδρασης αυτής έγινε μελέτη της μεταβολής των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των λιποσωμάτων ως συνάρτηση του χρονικού διαστήματος επεξεργασίας και του χρόνου επώασης (σε PBS στους 4C) μετά την επεξεργασία. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν πειράματα αλληλεπίδρασης του CAPP με κύτταρα B-16, καρκινικά κύτταρα μελανώματος ποντικού. Ως οι κυριότεροι παράγοντες της αλληλεπίδρασης CAPP – λιποσωμάτων διαφαίνονται η συγκέντρωση της λιποσωμικής διασποράς και ο χρόνος επεξεργασίας. Η μείωση του ποσοστού εγκλωβισμού της καλσεΐνης αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση τόσο της συγκέντρωσης όσο και του χρόνου επεξεργασίας. Επιπλέον η λιπιδική σύσταση επηρεάζει το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης. Η ύπαρξη αρνητικού επιφανειακού φορτίου επηρεάζει θετικά το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ενώ η ύπαρξη χοληστερόλης οδηγεί σε πιο ανθεκτικά λιποσώματα μόνο στη μέγιστη συγκέντρωση (50%). Μείωση του μεγέθους και του αριθμού των διπλοστιβάδων των λιποσωμάτων οδηγεί σε πιο ευαίσθητα κυστίδια. Διαφυγή της καλσεΐνης παρατηρήθηκε μέχρι και 96 ώρες μετά την επεξεργασία ενώ με το πέρας του χρόνου παρατηρήθηκε επιπλέον συσσωμάτωση των κυστιδίων, το οποίο επιβεβαιώνεται με μορφολογικές μελέτες, και μεταβολή τους επιφανειακού τους φορτίου. Η επίδραση του CAPP στα κύτταρα Β-16 επηρεάζεται τόσο από την αρχική πληρότητα (confluence) της καλλιέργειας όσο και από τις διαστάσεις των κελιών της χρησιμοποιούμενης πλάκας. Παρότι η ανωτέρω ανάλυση υποστηρίζει την αρχική υπόθεση, απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση της αλληλεπίδρασης του CAPP με βιολογικά δείγματα. / Liposomes were originally developed by Alec Bangham in 1964. Since then, they have been studied as carriers of bioactive compounds and as biological membrane models in structural and functional studies. This is due to the fact that they are composed of the same building blocks as biological membranes and because their structural versatility offers the opportunity to create vesicles that resemble the structure and composition of different biological membranes. In recent years cold atmospheric pressure plasma, CAPP, has been studied for a variety of applications some of which are found in the biomedical milieu. More precisely these applications include: decontamination, sterilization, skin regeneration, tumor treatment, etc. Nevertheless the exact mechanism of the interaction between CAPP and cells/tissue is not yet completely understood. Although currently researchers use cell cultures to investigate this interaction, liposomes could be an alternative. The applicability of liposomal dispersions, as cell models, has proved to be an easier, faster and less expensive tool for the investigation of cell – cellular environment interactions. The purpose of this thesis was to investigate the possibility of using liposomes as cell membrane models to study the CAPP-cells interactions. The CAPP-liposomes interaction was studied and parameterization of this interaction was attempted. Calcein-encapsulating liposomes were prepared using the thin-film hydration technique and the sonication technique was used to decrease the size of the vesicles. The lipids used were: phosphatidylcholine, phosphatidylglycerol and cholesterol. The samples were treated both with CAPP and with the uncharged carrier-gas. Characterization of liposomes was made by measuring their physicochemical characteristics. The variation of the percent of calcein encapsulation was used to measure the effect of CAPP-liposomes interaction. Moreover morphological evaluation of the samples before and after treatment was realized thought scanning electron microscopy, SEM. The variation of liposomes’ physicochemical characteristics versus time, duration of treatment and incubation (in PBS at 4C), was realized in order to parameterize this interaction. The effect of CAPP on B-16 cells, mouse melanoma cancer cells, was also investigated. The major parameters of the CAPP-liposomes interaction were proved to be the concentration of the liposomal dispersion and the duration of treatment. The increase of both the lipid concentration and the duration of treatment lead to increase of the reduction of calcein’s encapsulation provoked by CAPP treatment. The composition of the liposomal membrane also affects the interaction’s result. Negative surface charge increases the impact of CAPP and the presence of cholesterol leads to more stable structures only when its concentration is maximum (50%). Reduction of the size and lamellarity of the vesicles leads to more fragile liposomes. Release of calcein was observed even 96 hours after treatment in combination with aggregation of the vesicles, which was also proved via morphological evaluation, and change of liposomes’ surface charge. The impact of CAPP treatment on B-16 cells seems to depend on the initial confluence of the culture as well as the dimensions of the plate’s wells. Although the aforementioned analysis supports the initial hypothesis, further investigation of the interaction between CAPP and biological samples is necessary.

Η ατμοσφαιρική ρύπανση επηρεάζει την δημόσια υγεία, το φυσικό οικοσύστημα και επιφέρει μεταβολές στις κλιματικές συνθήκες. Το πρόβλημα της αέριας ρύπανσης παρουσιάζεται εντονότερο σε αστικές περιοχές, όπου η συσσώρευση ανθρωπίνων δραστηριοτήτων οδηγεί κατά κανόνα σε αυξημένες εκπομπές αερίων. Κάτω από την επήρεια δυσμενών μετεωρολογικών συνθηκών, τα επίπεδα συγκεντρώσεων των ρύπων μπορούν να ξεπεράσουν τα όρια της Παγκόσμιας Οργάνωσης Υγείας. Για την αποτελεσματική αντιμετώπιση του προβλήματος είναι απαραίτητη η ανάλυση και η σωστή περιγραφή όλων των φαινομένων και παραγόντων που καθορίζουν τις σχέσεις πηγής – αποδέκτη και ατμοσφαιρικών ρύπων. Για το σκοπό αυτό ενδείκνυνται κυρίως μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης μετεωρολογικών φαινομένων και φαινομένων διασποράς και μετασχηματισμού ρύπων. Η έντονη ευαισθητοποίηση της κοινής γνώμης σε θέματα σχετικά με την προστασία του περιβάλλοντος αναγκάζει τις κυβερνήσεις των χωρών να επιβάλλουν την διερεύνηση των συνεπειών έργων και δραστηριοτήτων στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον. Τα μοντέλα διασποράς ατμοσφαιρικών ρύπων είναι εύχρηστα εργαλεία που μπορούν να εκτιμήσουν συγκεντρώσεις ρύπων, έτσι ώστε αυτές να είναι αντιπροσωπευτικές στο χώρο και στον χρόνο. Οι μετρήσεις ρύπων με όργανα λαμβάνονται σε συγκεκριμένες θέσεις και ως εκ τούτου δεν είναι αντιπροσωπευτικές για μεγαλύτερες περιοχές. Μέσες τιμές ρύπων για μεγαλύτερες περιοχές υπολογίζονται εύκολα με μοντέλα ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Σκοπός αυτής της εργασίας, είναι η πρόβλεψη των συγκεντρώσεων των ρύπων διοξειδίου του θείου SO2, ολικών οξειδίων του αζώτου NOx και της ποσοστιαίας κατανομής της συνεισφοράς των πηγών ρύπανσης στις συγκεντρώσεις των ρύπων που καταγράφονται στις θέσεις των αποδεκτών με την χρήση του λογισμικού AERMOD της Εταιρίας Περιβαλλοντικής Προστασίας (EPA) των ΗΠΑ. Το AERMOD χρησιμοποιεί γκαουσιανά μοντέλα διασποράς. Για τον σκοπό αυτό συγκεντρώνονται και χρησιμοποιούνται πολλά και διαφορετικού τύπου δεδομένα, όπως μετεωρολογικά, γεωγραφικά, κυκλοφορίας αυτοκινήτων και πλοίων, εκπομπές ρύπων κ.α. Επίσης γίνεται η υπόθεση, ότι οι μεγαλύτερες συνεισφορές στην ατμοσφαιρική ρύπανση της Πάτρας γίνονται από την κυκλοφορία των αυτοκινήτων, από τα πλοία του λιμανιού και τις κεντρικές θερμάνσεις των κατοικιών. Η πρόβλεψη που προκύπτει μετά από την επεξεργασία των παραπάνω δεδομένων από το πρόγραμμα AERMOD συγκρίνεται με τα διαθέσιμα αποτελέσματα των μετρήσεων για ατμοσφαιρικούς ρύπους από το Εργαστήριο Τεχνολογίας του Περιβάλλοντος, που έγιναν στην Πάτρα στο διάστημα από τις 13 Νοεμβρίου του 1997 έως τις 23 Ιανουαρίου του 1998, κατά τις πρωινές (8:30 – 9:30) και βραδινές ώρες (20:30 – 21:30) στα πλαίσια διπλωματικής εργασίας υπό την επίβλεψη του κ. Π. Γιαννόπουλου. Στο Κεφάλαιο 1 αναφέρονται γενικές πληροφορίες για την ατμοσφαιρική ρύπανση, την πόλη της Πάτρας, για τους σημαντικότερους ρύπους της ατμόσφαιρας, αλλά και το πώς τα μετεωρολογικά φαινόμενα επηρεάζουν την διασπορά των ρύπων. Στο 2ο Κεφάλαιο αναφέρονται γενικές πληροφορίες για τα σημαντικότερα μαθηματικά μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς, ενώ στο 3ο κεφάλαιο γίνεται μία γενική περιγραφή του θεωρητικού υπόβαθρου του προγράμματος AERMOD και του Προγράμματος AERMET. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα γεωγραφικά και μετεωρολογικά δεδομένα, τα δεδομένα για τους φόρτους κυκλοφορίας των οχημάτων στην πόλη της Πάτρας αλλά και πληροφορίες για την κίνηση των πλοίων στο παλιό λιμάνι της Πάτρας. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι υπολογισμοί των εκπομπών των ρύπων από τα αυτοκίνητα, τα πλοία και τις κεντρικές θερμάνσεις των κατοικιών. Επίσης παρουσιάζεται η ποσοστιαία κατανομή των εκπομπών από τις πηγές ατμοσφαρικής ρύπανσης και η συνεισφορά της κάθε μιας στην ρύπανση της ατμόσφαιρας. Τέλος παρουσιάζονται οι προβλέψεις που προκύπτουν για τις συγκεντρώσεις των ρύπων στις θέσεις των αποδεκτών και η σύγκριση αυτών με τις μετρήσεις για ατμοσφαιρικούς ρύπους που είχαν γίνει από το Νοέμβριο του 97 έως τον Ιανουάριο του 98. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της εργασίας. Σαν συμπέρασμα της εργασίας προκύπτει ότι τα γκαουσιανά μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς είναι χρήσιμα εργαλεία για την βραχυπρόθεσμη πρόγνωση των επιπέδων ρύπανσης, την εκτίμηση της συνεισφοράς των επί μέρους πηγών στην ποιότητα του αέρα και τη βελτιστοποίηση των στρατηγικών αντιρρύπανσης. Επισημαίνεται ότι τα μοντέλα προσομοίωσης αποτελούν την μοναδική μεθοδολογία αναφορικά με την δυνατότητα εκτίμησης της συνεισφοράς των επιμέρους πηγών. Επίσης, από τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα για την προέλευση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην πόλη της Πάτρας, όπως το ότι το μεγαλύτερο ποσοστό της (65 – 76% για το SO2 και 85 – 92% για NOx) προέρχεται από την κυκλοφορία των οχημάτων, ενώ αξιοσημείωτα είναι και τα ποσοστά των ρύπων που προέρχονται από τις κεντρικές θερμάνσεις (17 – 29% για το SO2 και 7,5 – 14,2% για NOx). Επίσης από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι τα ποσοστά των ΝΟx που προέρχονται από τα πλοία είναι πολύ μικρά (0,3% - 0,4%), ενώ αντίθετα τα αντίστοιχα ποσοστά του SO2 (6% – 7%) είναι αξιοσημείωτα. Τέλος, άξιο αναφοράς είναι ότι όπως προκύπτει από τις συγκεντρώσεις των ρύπων που προβλέπει το AERMOD, φαίνεται ότι σε μία ζώνη πλάτους 400 m γύρω από το λιμάνι το ποσοστό της συγκέντρωσης του SO2 είναι αυξημένο (8% – 9%). / Air pollution affects public health, natural ecosystem and bring changes in climatic conditions. The problem of air pollution are most marked in urban areas, where the accumulation of human activities should lead to increased greenhouse gases. Under the influence of adverse weather conditions, the concentration levels of pollutants can overcome the limits of the World Health Organization. For the effective address of this problem is necessary to analyze all phenomena and factors that define the relationship source - receptor and atmospheric pollutants. For this purpose are suitable mathematical models simulating weather patterns and phenomena of dispersion and transformation of pollutants. The intense public awareness on issues related to the protection of the environment forces governments to impose the investigation of the effects of projects to the atmosphere. The air pollutant dispersion models are handy tools that can estimate pollutant concentrations, so that they are representative in space and time. The measurements of pollutants with instruments done at specific locations and therefore they are not representative for larger areas. Mean values for pollutants at larger areas easily calculated with models of atmospheric pollution. The aim of this work is the prediction of pollutant concentrations of sulfur dioxide SO2, total nitrogen oxides NOx and the percentage distribution of the contribution of pollution sources in pollutant concentrations recorded at the locations of receptors with the use of the software AERMOD. AERMOD belongs to the Environmental Protection Company (EPA) in the USA. AERMOD uses Gaussian dispersion models. For this purpose collected and used many different types of data, such as meteorological, geographical, automobile traffic and ship emissions, etc. Also it is assumed that the greatest contributions to air pollution of Patras come from the circulation of cars, from the port's ships and from the heating installations. The prediction obtained after processing the above data from the AERMOD program comes in comparison with the available results of measurements of air pollutants from the Laboratory of Environmental Engineering, held in Patras in the period from 13 November 1997 until 23 January 1998 in the morning (8:30 - 9:30) and evening (20:30 - 21:30) in the thesis under the supervision of Mr. P. Giannopoulos. In Chapter 1 reported general information on air pollution, about the significant atmospheric pollutants, and how weather conditions affect the dispersion of pollutants. In the second chapter reported general information about the most important mathematical atmospheric dispersion models, while in the third chapter gives a general description for the theoretical background of the programs AERMOD and AERMET. In Chapter 4 presents the geographical and meteorological data, data on motor vehicle traffic volumes in the city of Patras and information on the movement of ships in the old harbor of Patras. In the fourth chapter presented calculations of emissions of pollutants from cars, ships and central heating of homes. Also in the fourth chapter reported the percentage distribution of emissions from sources of atmospheric pollution and contribution of each in the pollution. Finally in the fourth chapter presented the forecasts for the concentrations of pollutants in the positions of the receptors and compare them with measurements for atmospheric pollutants that were made from November 97 until January 98. In Chapter 5 presented the conclusions of the work. As a conclusion of this study shows that the Gaussian atmospheric dispersion models are useful tools for short-term forecasting of pollution levels, and for the assessment of the contribution of individual sources on air quality. Noted that the simulation models are the unique methodology regarding the possibility of assessing the contribution of individual sources. Also, from the results of this work resulting conclusions about the origin of air pollution in the city of Patras, such that the highest percentage (65 - 76% for SO2 and 85 to 92% for NOx) comes from traffic vehicles, while noteworthy are the percentages of pollutants from central heating (17 - 29% for SO2 and 7.5 to 14.2% for NOx). Also, from the results it appears that rates of NOx from ships are very small (0.3% - 0.4%), while the corresponding percentages of SO2 (6% - 7%) is remarkable. Finally, it is worth mentioning that as indicated by the concentrations of pollutants that AERMOD calculates , it seems that in a zone extending 400 m around the harbor, the percentage of the concentration of SO2 is increased (8% - 9%).

Οι πίδακες πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης διαδραματίζουν ολοένα και σημαντικότερο ρόλο σε διάφορες διαδικασίες επεξεργασίας και εφαρμογής του ψυχρού πλάσματος. Αυτό συμβαίνει λόγω της ιδιαίτερης ιδιότητας τους να παράγουν ενεργά φορτισμένα σωματίδια διατηρώντας τη θερμοκρασία του αερίου σε χαμηλές τιμές. Πρόσφατα, αυτό το ελκυστικό χαρακτηριστικό οδήγησε στην εκτεταμένη χρήση τους σε εφαρμογές που απαιτούν χαμηλές θερμοκρασίες, όπως στην επεξεργασία υλικών και σε βιολογικές εφαρμογές. Η μελέτη δύο τέτοιων εφαρμογών καθώς και η ανάλυση των χαρακτηριστικών εκκένωσης που λαμβάνει χώρα στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα παραγωγής πίδακα πλάσματος αποτελούν τους δύο κεντρικούς άξονες αυτής της διπλωματικής εργασίας. Ένας από τους κύριους στόχους του παρόντος εκπονήματος είναι ο προσδιορισμός των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας ενός συστήματος παραγωγής πίδακα πλάσματος. Ως επόμενο αντικείμενο μελέτης είναι η εφαρμογή ενός δεύτερου παρόμοιου συστήματος παραγωγής πίδακα πλάσματος για τροποποίηση της επιφάνειας πολυμερούς (πολυανθρακικού) με σκοπό την αύξηση της υδροφιλίας του και βελτίωση της βιοσυμβατικότητάς του. Επιχειρείται ανάλυση των μηχανισμών που καθορίζουν την αλληλεπίδραση του πίδακα πλάσματος με το πολυμερές. Τέλος, πραγματοποιείται εφαρμογή του ίδιου συστήματος για επεξεργασία λιποσωμικών μεμβρανών ως μοντέλο βιοσυστήματος. Ειδικότερα: • Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται κάποιες βασικές έννοιες και χαρακτηριστικά που αφορούν στο ψυχρό πλάσμα με έμφαση στους πίδακες ψυχρού πλάσματος και παρατίθενται διάφορα παραδείγματα αυτών που έχουν καταγραφεί στη βιβλιογραφία μέχρι σήμερα επιλέγοντας ως κριτήριο κατάταξής τους την τάση τροφοδοσίας. • Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά οι δύο πειραματικές διατάξεις πίδακα πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης όπου πραγματοποιήθηκε το σύνολο των μετρήσεων. Παρουσιάζονται τα επιμέρους όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για τη μέτρηση συγκεκριμένων μεγεθών και ταυτόχρονα παρατίθενται φωτογραφικό υλικό. Tέλος περιγράφονται δύο εφαρμογές του δεύτερου συστήματος που αφορούν στην επεξεργασία του πολυμερούς και των λιποσωμάτων και αναλύονται οι διαγνωστικές τεχνικές που εφαρμόστηκαν. • Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το σύνολο των πειραματικών αποτελεσμάτων. Για τους σκοπούς αυτής της εργασίας πραγματοποιήθηκαν ηλεκτρικές και οπτικές μετρήσεις, μετρήσεις γωνιών επαφής, XPS αναλύσεις και μετρήσεις έντασης φθορισμού. • Στο τέταρτο κεφάλαιο καταγράφονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις επιμέρους μελέτες. Σημειώνονται ενδεικτικές τιμές των παραμέτρων του πρώτου συστήματος πίδακα πλάσματος για βέλτιστη λειτουργία. Επιτυγχάνεται μείωση της γωνίας επαφής έως και 49ο και τονίζεται ο πρωταρχικός ρόλος των διεγερμένων ουδέτερων και μετασταθών σωματιδίων του πίδακα πλάσματος στην επεξεργασία. Τέλος, παρατηρείται ποσοστό διάσπασης-επεξεργασίας των λιποσωμάτων έως 15%. / Non-thermal atmospheric pressure plasma jets are playing an increasingly important role in various plasma processing applications. This is because of their practical capability to achieve enhanced gas phase chemistry without the need of elevated gas temperatures. This attractive characteristic recently led to their extensive use in applications that require low temperatures, such as material processing and biomedical applications. The studies of two applications as well as the analysis of discharge characteristics inside the atmospheric pressure plasma jet are the two principal issues of this thesis. More specifically, one of the main objects of the present thesis is the determination of the optimal operation conditions for an atmospheric plasma jet system. A second, similar atmospheric plasma jet system was applied for surface modification of a polymer (polycarbonate) by increasing its wettability Τhe analysis of mechanisms governing the interaction of plasma jet with the polymer is presented. Finally, the same system was also applied for liposomes treatment considered as biosystem model. Particularly: • In the first chapter a brief report on the general characteristics of plasma is mentioned and a review of the different atmospheric pressure plasma jets developed until today is presented. The plasma jets are classified according to their power sources. • In the second chapter the two different experimental set-ups used are described in details. The specific characteristics of each atmospheric pressure plasma jet are outlined and all the others apparatus used are presented and demonstrated by means of photography. At the end, two applications of the second plasma jet are referred concerning polymer and liposome treatment with their respective diagnostics techniques. • In the third chapter the total experimental measurements are presented. For the goals of this thesis were conducted a plenty of electrical and optical measurements, contact angles measurements, XPS analyses and fluorescence intensity measurements. • In the forth chapter all the conclusions exported of each part are recorded. Firstly, the optimal operational conditions, as excluded from the experimental procedure, are recorded. It is obtained a significant decrease of contact angle until 49ο, emphasizing on the dominant role of the reactive excited neutrals and metastables species. Also modification of the liposome membranes is observed at the percentage of 15%.

Η σύγχρονη επιστήμη της εξωτερικής βλητικής έχει εξελιχθεί ως εξειδικευμένος κλάδος της δυναμικής των στερεών σωμάτων, που κινούνται υπό την επίδραση της βαρύτητας και των αεροδυναμικών δυνάμεων και ροπών. Στην παρούσα διατριβή μελετάται η προσομοίωση του δυναμικού μοντέλου ατμοσφαιρικής τροχιάς των 6 βαθμών ελευθερίας (6-DOF), εφαρμόζεται για ακριβή πρόβλεψη τροχιών από διάφορες γωνίες βολής σε μικρά και σε μεγάλα βεληνεκή και γίνεται σύγκριση με το γραμμικό μοντέλο τροχιάς, για περιστρεφόμενα ή μη περιστρεφόμενα βλήματα και σφαίρες λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό Mach και τις μεταβολές της συνολικής γωνίας εκτροπής σε σχέση με τους μεταβλητούς και σταθερούς αεροδυναμικούς συντελεστές. Επίσης, μελετώνται τα δύο είδη ευστάθειας του βλήματος: η στατική ή γυροσκοπική ευστάθεια που αφορά τη στατική θέση ισορροπίας του βλήματος και η δυναμική ευστάθεια που αφορά την κινητική του κατάσταση. Η λύση της διαφορικής εξίσωσης για ολοκληρωμένη ή απλοποιημένη κίνηση περιστρεφόμενων αξονοσυμμετρικών βλημάτων, μπορεί να μας περιγράψει την ακρογωνιαία φύση της επικυκλικής κίνησης των βλημάτων. Τέλος, αναπτύσσεται νέα σχέση υπολογισμού της επίδρασης του φαινόμενου της αεροδυναμικής αναπήδησης της ταχύτητας για περιστρεφόμενα βλήματα τα οποία πυροδοτούνται οριζόντια από μεταβλητές γωνίες, μέσα από ιπτάμενο όχημα (ελικόπτερο, πολεμικό αεροπλάνο). / On the battlefield, it is well known that the target effects using artillery systems diminish exponentially with the number of rounds fired at a particular target. To maximize target effects, rounds must be designed to hit a target with a minimum number of rounds that impact the target in rapid succession. The modern science of the exterior ballistics has evolved as a specialized branch of the dynamics of rigid bodies, moving under the influence of gravitational and aerodynamic forces and moments. The six degrees of freedom (6-DOF) simulation flight dynamics model is applied for the accurate prediction of short and long-range trajectories of high and low fin spin-stabilized projectiles and small bullets. Variable coefficients of aerodynamic forces, moments and Magnus effects are taken into account depending on Mach number and total angle of attack variations. The above analysis is compared to the modified linear modified simulation model for rapid trajectory predictions and high accuracy impact point computations for constant and variable aerodynamic coefficients is also applied for the accurate prediction of short and long range trajectories. The computational results of the proposed synthesized analysis give satisfactory agreement with other technical data and recognized exterior atmospheric projectile flight investigations. The variable modified atmospheric flight model can be further coupled to a suitable trajectory tracking control system for current and future control actions applied to projectiles for minimizing the estimated error to target impact area. Epicyclic motion and gyroscopic stability analysis are also examined for spinning and non-spinning projectiles. A new engineering correlation is proposed for the flat-fire disturbance due to aerodynamic jump performance firing at different angles which relative to the helicopter’s flight path motion. The computational results of the generalized aerodynamic jump formula are verified compared to McCoy’s recognized simulation modelling.