一種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置的制造方法

專利名稱:一種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置，包括高壓脈沖電源、金屬軟管和等離子體刷；內部包含高壓導線和氣管的金屬軟管由高壓脈沖電源的面板引出并與等離子體刷相連；高壓脈沖電源外殼、金屬軟管以及等離子體刷外表面都與地線連接；等離子體刷內部包含一個長條形的網狀高壓電極和一個長條形的多孔絕緣介質；氣體經過等離子體刷時，在高電壓脈沖作用下，在多孔絕緣介質的孔道內電離成等離子體并形成射流。本實用新型等離子體刷可直接手持，可通過金屬軟管較大的活動范圍，用于不同的場合，比如醫療器械的消毒滅菌、皮膚的消毒滅菌、血液的凝固、癌癥治療、大面積傷口特別是燒傷的愈合等醫療領域，也可用于材料的表面處理。
【專利說明】
一種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于消毒滅菌及醫療器械技術領域，具體涉及一種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置。
【背景技術】
[0002]低溫等離子體是部分電離的氣體，伴隨多種物理化學效應，如光輻射、電磁場、帶電粒子、高能電子以及電中性的活性粒子等等。等離子體與細胞作用時體現出多樣的生物學效應，從而應用在多個領域，包括醫療器械的消毒滅菌、臨床醫療、水/空氣的凈化、食品/包裝材料的處理等等。
[0003]自1960s以來，低溫等離子體對微生物的致死作用就被研究用于消毒滅菌。1990s，美國強生公司研發出商用的低氣壓過氧化氫等離子體滅菌器，并在醫院得到迅速推廣，用于一些精密醫療器械和特殊材料的低溫快速滅菌。低氣壓等離子體的發生由于需要昂貴復雜的真空系統，限制了其應用。近年來，常壓等離子體射流的滅菌效應及其在醫療上的其他應用，成為國內外研究的熱點。這類等離子體反應器結構小巧、操作方便，且滅菌作用廣譜高效快速，得到廣泛應用。通過精確控制等離子體的特性，低溫等離子體射流可直接作用于人體皮膚和組織，產生一門新的等離子體醫療技術，應用方向包括皮膚的消毒滅菌、傷口的快速愈合、血液的快速凝固、皮膚病的治療、細胞凋亡和癌癥的治療等等。
[0004]傳統的低溫等離子體射流裝置，由于受內部結構限制，其所形成低溫等離子體的發生效率一般較低且噴射長度也較短，所形成低溫等離子體射流的直徑往往為3-5mm，在臨床應用上存在一些缺陷，比如用于皮膚消毒時，需要以來回掃描的方式來實現較大面積的處理。如何實現大面積低溫等離子體射流的高效發生，是研究中的難點。

【發明內容】

[0005]針對現有技術所存在的上述技術問題，本實用新型提供了一種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置，能夠使等離子體射流實現安全高效的發生，其射流面積較大且可控。
[0006]—種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置，包括高壓脈沖電源和等離子體刷，所述的高壓脈沖電源通過高壓導線與等離子體刷連接，所述的等離子體刷通過氣體軟管外接氣體儲瓶；
[0007 ]所述的等離子體刷包括金屬外殼、絕緣子、設于金屬外殼內部的絕緣套、多孔絕緣介質以及網狀的高壓電極;其中:所述絕緣子的一端從金屬外殼頂部引入與絕緣套的頂端接合形成一體，所述絕緣套的末端開口并延伸至金屬外殼底部；
[0008]所述的高壓電極和多孔絕緣介質均設于絕緣套內且高壓電極與多孔絕緣介質頂端貼合，所述的多孔絕緣介質為蜂窩狀，其末端經絕緣套的開口端從金屬外殼底部引出；多孔絕緣介質頂端與絕緣套頂端之間錯開一定距離，使得在絕緣套內行成一定大小的空腔；
[0009]所述高壓導線的一端貫穿絕緣子并深入絕緣套中與高壓電極連接，另一端與高壓脈沖電源的輸出端相連;所述的氣體軟管一端與氣體儲瓶相連，另一端貫穿絕緣子至絕緣套中，使得氣體通過所述的空腔經高壓電極電離形成等離子體，并從多孔絕緣介質末端的孔道中噴出形成射流。
[0010]進一步地，所述高壓脈沖電源的殼體表面設有電氣參數模塊和氣體流量模塊;所述的電氣參數模塊由一些關于電壓、電流、頻率、脈寬及功率的表計構成，所述的氣體流量模塊由一些關于氣體流量及流速的表計構成。
[0011]進一步地，所述的等離子體刷通過氣體軟管經氣體流量模塊外接氣體儲瓶。
[0012]進一步地，所述高壓脈沖電源與等離子體刷之間外露的高壓導線和氣體軟管共同采用金屬軟管包裹。
[0013]進一步地，所述的高壓導線表面帶有絕緣層。
[0014]進一步地，所述的金屬外殼、金屬軟管以及高壓脈沖電源的殼體均接地。
[0015]進一步地，所述的多孔絕緣介質末端截面為長條形，所述的金屬外殼底部開有與多孔絕緣介質末端尺寸配合的長條形通孔;從而能夠形成刷狀的等離子體。
[0016]進一步地，所述的絕緣套與金屬外殼之間存有空隙，金屬外殼底部的通孔孔壁與多孔絕緣介質末端貼合密封。
[0017]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益技術效果:
[0018](I)雖然本實用新型等離子體刷內部為數千伏高電壓，但等離子體刷的金屬外殼接地，可以直接手持，且產生的等離子體可直接觸摸。
[0019](2)本實用新型采用金屬軟管使裝置有較大的活動范圍，還可根據需要改變金屬軟管的長度，操作靈活。
[0020](3)本實用新型采用網狀高壓電極和多孔絕緣介質的結構，使氣體可從多孔介質的孔道內通過，沿著孔道內表面形成等離子體，更容易均勻的形成等離子體射流。
[0021](4)本實用新型多孔絕緣介質延伸出金屬外殼以外一段距離，可避免對接地金屬外殼的直接沿面放電，等離子體射流更穩定。
[0022](5)本實用新型金屬外殼底端的收縮方孔結構，使得收縮方孔與多孔絕緣介質直接接觸的內表面起到接地電極的作用，從而等離子體只在多孔絕緣介質的孔道內高效的發生。
[0023](6)本實用新型網狀高壓電極、多孔絕緣介質和接地金屬外殼收縮方孔的相對位置布置，使得等離子體在多孔絕緣介質的孔道內不斷積累且加速運動，產生等離子體射流的長度更長。
[0024](7)本實用新型多孔絕緣介質的尺寸可靈活調節，從而得到不同特性的刷狀等離子體射流。
【附圖說明】

[0025]圖1為本實用新型等離子體射流裝置的結構示意圖。
[0026]圖2為本實用新型等離子體刷的外部結構示意圖。
[0027]圖3為本實用新型等離子體刷的橫向剖面結構示意圖。
[0028]圖4為本實用新型等離子體刷的縱向剖面結構示意圖。
[0029]圖5為本實用新型等離子體刷的端面結構示意圖。
[0030]其中:1.高壓脈沖電源，2.氣體流量模塊，3.電氣參數模塊，4.金屬軟管，5.等離子體刷，6.塑料氣體軟管，7.帶絕緣層的高壓導線，8.絕緣子，9.等離子體刷與金屬軟管的接頭，10.金屬外殼，11.多孔絕緣介質，12.網狀高壓電極，13.絕緣套，14.產生等離子體的氣體孔道。
【具體實施方式】
[0031]為了更為具體地描述本實用新型，下面結合附圖及【具體實施方式】對本實用新型的技術方案進行詳細說明。
[0032]如圖1至圖5所示，本實用新型等離子體射流裝置主要包括高壓脈沖電源1、金屬軟管4和等離子體刷5。高壓脈沖電源I的面板上有氣體流量控制模塊2和電氣參數控制模塊3，此外還與金屬軟管4相連。金屬軟管4中包裹著帶絕緣層的高壓導線7和塑料氣體軟管6，帶絕緣層的高壓導線7與高壓脈沖電源I中的高壓輸出以及等離子體刷5中的網狀高壓電極12相連，氣體軟管6與高壓脈沖電源I中的氣體流量控制模塊2相連，并插入等離子體刷5中。金屬軟管4通過接頭9與等離子體刷5中的金屬外殼10相連。等離子體刷5內部有一體的絕緣套13和絕緣子8，絕緣套13內有網狀高壓電極12和多孔絕緣介質11，帶絕緣層的高壓導線7和塑料氣體軟管6從絕緣子8中穿過并延伸到絕緣套13內，帶絕緣層的高壓導線7與網狀高壓電極12相連，網狀高壓電極12下面緊貼著多孔絕緣介質11，氣體通過氣體軟管6后先進入絕緣套13內的一個氣腔，再穿過網狀高壓電極12和多孔絕緣介質11的孔道14，從每個孔道噴出。金屬外殼10的端部有收縮的與多孔絕緣介質尺寸一樣的方孔，方孔的內表面為接地電極，多孔絕緣介質11延伸出金屬外殼10的端面一段距離。高壓脈沖電源I的機箱內可安裝小型氣體儲瓶，或者由外置的儲瓶輸入氣體，儲瓶中的氣體先通過氣體控制模塊2以達到一定的流量和流速，再經氣體軟管6輸送到等離子體刷5中，通過多孔絕緣介質11的孔道時發生電離形成等離子體射流。
[0033]本實用新型可基于不同的電氣參數獲得不同的效果，如脈沖電壓、脈沖電流、脈沖頻率、脈沖寬度、等離子體功率等等;也可通過不同的氣體參數獲得不同的效果，比如氣體流量、氣體流速、氣體組分等等。不同的氣體組分和不同的等離子體功率條件下，獲得等離子體射流的溫度存在差異。在臨床醫療應用中，常采用惰性氣體作為氣源，比如氬氣、氦氣、氖氣等等，或者在惰性氣體中輔以一定比例的其他氣體，這樣產生的等離子體射流在常溫或室溫下，可以直接作用于人體，不會產生任何不適感。本實用新型刷狀等離子體射流裝置的主要應用包括醫療器械的消毒滅菌、皮膚的消毒滅菌、血液的快速凝固、皮膚病的治療、細胞凋亡和癌癥的治療、大面積傷口特別是燒傷的愈合等等，也可用于材料的表面處理。
[0034]以下以具體實施例進一步說明本實用新型的技術方案及其技術效果。
[0035]實施例1:
[0036]高壓脈沖電源的輸出電壓為15kV，脈寬為1ys，脈沖頻率為15kHz，氦氣的流量為20L/min，獲得的刷狀等離子體射流寬度為10cm，長為3-5cm。將等離子體射流以0.lcm/s速率掃過直徑9cm的瓊脂平板，平板上的金黃色葡萄球菌密度為103cfu/cm2，平板上細菌的滅菌率為99%。
[0037]實施例2:
[0038]高壓脈沖電源的輸出電壓為20kV，脈寬為1ys，脈沖頻率為20kHz，氦氣的流量為30L/min，獲得的刷狀等離子體射流寬度為10cm，長為3-5cm。將等離子體射流以0.lcm/s速率掃過玻璃片，玻璃片上的金黃色葡萄球菌密度為103cfu/cm2，滅菌率為99.9%。
[0039]實施例3:
[0040]高壓脈沖電源的輸出電壓為10kV，脈寬為5ys，脈沖頻率為1kHz，氬氣的流量為10L/min，獲得的刷狀等離子體射流寬度為5cm，長為3-5cm。將等離子體射流以lcm/s速率掃過表面金黃色葡萄球密度為103cfu/cm2的豬皮，滅菌率為95%。
[0041 ] 實施例4:
[0042]高壓脈沖電源的輸出電壓為15kV，脈寬為5ys，脈沖頻率為30kHz，氦氣的流量為30L/min，獲得的刷狀等離子體射流寬度為20cm，長為3-5cm。利用等離子體射流處理豬耳朵上的流血傷口 5s后，血液快速凝固。
[0043]實施例5:
[0044]高壓脈沖電源的輸出電壓為15kV，脈寬為1ys，脈沖頻率為1kHz，氦氣的流量為30L/min，獲得的刷狀等離子體射流寬度為10cm，長為3-5cm。利用等離子體射流處理體外的黑色素瘤細胞30s后，黑色素瘤細胞發生凋亡。
[0045]實施例6:
[0046]高壓脈沖電源的輸出電壓為15kV，脈寬為1ys，脈沖頻率為1kHz，氦氣的流量為30L/min，獲得的刷狀等離子體射流寬度為10cm，長為3-5cm。利用等離子體射流處理體外的皮膚成纖維細胞1s后，細胞發生快速分化。
[0047]上述的對實施例的描述是為便于本技術領域的普通技術人員能理解和應用本實用新型。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對上述實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本實用新型不限于上述實施例，本領域技術人員根據本實用新型的揭示，對于本實用新型做出的改進和修改都應該在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種帶多孔介質的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:包括高壓脈沖電源和等離子體刷，所述的高壓脈沖電源通過高壓導線與等離子體刷連接，所述的等離子體刷通過氣體軟管外接氣體儲瓶； 所述的等離子體刷包括金屬外殼、絕緣子、設于金屬外殼內部的絕緣套、多孔絕緣介質以及網狀的高壓電極;其中:所述絕緣子的一端從金屬外殼頂部引入與絕緣套的頂端接合形成一體，所述絕緣套的末端開口并延伸至金屬外殼底部； 所述的高壓電極和多孔絕緣介質均設于絕緣套內且高壓電極與多孔絕緣介質頂端貼合，所述的多孔絕緣介質為蜂窩狀，其末端經絕緣套的開口端從金屬外殼底部引出；多孔絕緣介質頂端與絕緣套頂端之間錯開一定距離，使得在絕緣套內行成一定大小的空腔； 所述高壓導線的一端貫穿絕緣子并深入絕緣套中與高壓電極連接，另一端與高壓脈沖電源的輸出端相連;所述的氣體軟管一端與氣體儲瓶相連，另一端貫穿絕緣子至絕緣套中，使得氣體通過所述的空腔經高壓電極電離形成等離子體，并從多孔絕緣介質末端的孔道中噴出形成射流。2.根據權利要求1所述的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:所述高壓脈沖電源的殼體表面設有電氣參數模塊和氣體流量模塊;所述的電氣參數模塊由一些關于電壓、電流、頻率、脈寬及功率的表計構成，所述的氣體流量模塊由一些關于氣體流量及流速的表計構成。3.根據權利要求2所述的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:所述的等離子體刷通過氣體軟管經氣體流量模塊外接氣體儲瓶。4.根據權利要求1所述的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:所述高壓脈沖電源與等離子體刷之間外露的高壓導線和氣體軟管共同采用金屬軟管包裹。5.根據權利要求1所述的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:所述的高壓導線表面帶有絕緣層。6.根據權利要求4所述的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:所述的金屬外殼、金屬軟管以及高壓脈沖電源的殼體均接地。7.根據權利要求1所述的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:所述的多孔絕緣介質末端截面為長條形，所述的金屬外殼底部開有與多孔絕緣介質末端尺寸配合的長條形通孔。8.根據權利要求7所述的刷狀低溫等離子體射流裝置，其特征在于:所述的絕緣套與金屬外殼之間存有空隙，金屬外殼底部的通孔孔壁與多孔絕緣介質末端貼合密封。
【文檔編號】H05H1/26GK205726632SQ201620323226
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】劉振, 鄭超, 寇艷芹, 黃逸凡, 閆克平
【申請人】浙江大學