專利名稱:一種帶多孔介質(zhì)的刷狀低溫等離子體射流裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種帶多孔介質(zhì)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(nèi)部包含高壓導(dǎo)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(nèi)部包含一個(gè)長條形的網(wǎng)狀高壓電極和一個(gè)長條形的多孔絕緣介質(zhì)；氣體經(jīng)過等離子體刷時(shí)，在高電壓脈沖作用下，在多孔絕緣介質(zhì)的孔道內(nèi)電離成等離子體并形成射流。本實(shí)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(dòng)范圍，用于不同的場合，比如醫(yī)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(yī)療領(lǐng)域，也可用于材料的表面處理。
【專利說明】
一種帶多孔介質(zhì)的刷狀低溫等離子體射流裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于消毒滅菌及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶多孔介質(zhì)的刷狀低溫等離子體射流裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫等離子體是部分電離的氣體，伴隨多種物理化學(xué)效應(yīng)，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(xì)胞作用時(shí)體現(xiàn)出多樣的生物學(xué)效應(yīng)，從而應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，包括醫(yī)療器械的消毒滅菌、臨床醫(yī)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(duì)微生物的致死作用就被研究用于消毒滅菌。1990s，美國強(qiáng)生公司研發(fā)出商用的低氣壓過氧化氫等離子體滅菌器，并在醫(yī)院得到迅速推廣，用于一些精密醫(yī)療器械和特殊材料的低溫快速滅菌。低氣壓等離子體的發(fā)生由于需要昂貴復(fù)雜的真空系統(tǒng)，限制了其應(yīng)用。近年來，常壓等離子體射流的滅菌效應(yīng)及其在醫(yī)療上的其他應(yīng)用，成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。這類等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)小巧、操作方便，且滅菌作用廣譜高效快速，得到廣泛應(yīng)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(chǎn)生一門新的等離子體醫(yī)療技術(shù)，應(yīng)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(xì)胞凋亡和癌癥的治療等等。
[0004]傳統(tǒng)的低溫等離子體射流裝置，由于受內(nèi)部結(jié)構(gòu)限制，其所形成低溫等離子體的發(fā)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(yīng)用上存在一些缺陷，比如用于皮膚消毒時(shí)，需要以來回掃描的方式來實(shí)現(xiàn)較大面積的處理。如何實(shí)現(xiàn)大面積低溫等離子體射流的高效發(fā)生，是研究中的難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種帶多孔介質(zhì)的刷狀低溫等離子體射流裝置，能夠使等離子體射流實(shí)現(xiàn)安全高效的發(fā)生，其射流面積較大且可控。
[0006]—種帶多孔介質(zhì)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(dǎo)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(chǔ)瓶；
[0007 ]所述的等離子體刷包括金屬外殼、絕緣子、設(shè)于金屬外殼內(nèi)部的絕緣套、多孔絕緣介質(zhì)以及網(wǎng)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(zhì)均設(shè)于絕緣套內(nèi)且高壓電極與多孔絕緣介質(zhì)頂端貼合，所述的多孔絕緣介質(zhì)為蜂窩狀，其末端經(jīng)絕緣套的開口端從金屬外殼底部引出；多孔絕緣介質(zhì)頂端與絕緣套頂端之間錯(cuò)開一定距離，使得在絕緣套內(nèi)行成一定大小的空腔；
[0009]所述高壓導(dǎo)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(chǔ)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(jīng)高壓電極電離形成等離子體，并從多孔絕緣介質(zhì)末端的孔道中噴出形成射流。
[0010]進(jìn)一步地，所述高壓脈沖電源的殼體表面設(shè)有電氣參數(shù)模塊和氣體流量模塊;所述的電氣參數(shù)模塊由一些關(guān)于電壓、電流、頻率、脈寬及功率的表計(jì)構(gòu)成，所述的氣體流量模塊由一些關(guān)于氣體流量及流速的表計(jì)構(gòu)成。
[0011]進(jìn)一步地，所述的等離子體刷通過氣體軟管經(jīng)氣體流量模塊外接氣體儲(chǔ)瓶。
[0012]進(jìn)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(dǎo)線和氣體軟管共同采用金屬軟管包裹。
[0013]進(jìn)一步地，所述的高壓導(dǎo)線表面帶有絕緣層。
[0014]進(jìn)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(jìn)一步地，所述的多孔絕緣介質(zhì)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(zhì)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(jìn)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(zhì)末端貼合密封。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益技術(shù)效果:
[0018](I)雖然本實(shí)用新型等離子體刷內(nèi)部為數(shù)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(chǎn)生的等離子體可直接觸摸。
[0019](2)本實(shí)用新型采用金屬軟管使裝置有較大的活動(dòng)范圍，還可根據(jù)需要改變金屬軟管的長度，操作靈活。
[0020](3)本實(shí)用新型采用網(wǎng)狀高壓電極和多孔絕緣介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使氣體可從多孔介質(zhì)的孔道內(nèi)通過，沿著孔道內(nèi)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(shí)用新型多孔絕緣介質(zhì)延伸出金屬外殼以外一段距離，可避免對(duì)接地金屬外殼的直接沿面放電，等離子體射流更穩(wěn)定。
[0022](5)本實(shí)用新型金屬外殼底端的收縮方孔結(jié)構(gòu)，使得收縮方孔與多孔絕緣介質(zhì)直接接觸的內(nèi)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(zhì)的孔道內(nèi)高效的發(fā)生。
[0023](6)本實(shí)用新型網(wǎng)狀高壓電極、多孔絕緣介質(zhì)和接地金屬外殼收縮方孔的相對(duì)位置布置，使得等離子體在多孔絕緣介質(zhì)的孔道內(nèi)不斷積累且加速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生等離子體射流的長度更長。
[0024](7)本實(shí)用新型多孔絕緣介質(zhì)的尺寸可靈活調(diào)節(jié)，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(shí)用新型等離子體射流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本實(shí)用新型等離子體刷的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本實(shí)用新型等離子體刷的橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為本實(shí)用新型等離子體刷的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5為本實(shí)用新型等離子體刷的端面結(jié)構(gòu)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(shù)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(dǎo)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(zhì)，12.網(wǎng)狀高壓電極，13.絕緣套，14.產(chǎn)生等離子體的氣體孔道。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了更為具體地描述本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032]如圖1至圖5所示，本實(shí)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(shù)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(dǎo)線7和塑料氣體軟管6，帶絕緣層的高壓導(dǎo)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(wǎng)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(nèi)部有一體的絕緣套13和絕緣子8，絕緣套13內(nèi)有網(wǎng)狀高壓電極12和多孔絕緣介質(zhì)11，帶絕緣層的高壓導(dǎo)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(nèi)，帶絕緣層的高壓導(dǎo)線7與網(wǎng)狀高壓電極12相連，網(wǎng)狀高壓電極12下面緊貼著多孔絕緣介質(zhì)11，氣體通過氣體軟管6后先進(jìn)入絕緣套13內(nèi)的一個(gè)氣腔，再穿過網(wǎng)狀高壓電極12和多孔絕緣介質(zhì)11的孔道14，從每個(gè)孔道噴出。金屬外殼10的端部有收縮的與多孔絕緣介質(zhì)尺寸一樣的方孔，方孔的內(nèi)表面為接地電極，多孔絕緣介質(zhì)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(jī)箱內(nèi)可安裝小型氣體儲(chǔ)瓶，或者由外置的儲(chǔ)瓶輸入氣體，儲(chǔ)瓶中的氣體先通過氣體控制模塊2以達(dá)到一定的流量和流速，再經(jīng)氣體軟管6輸送到等離子體刷5中，通過多孔絕緣介質(zhì)11的孔道時(shí)發(fā)生電離形成等離子體射流。
[0033]本實(shí)用新型可基于不同的電氣參數(shù)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(shù)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(yī)療應(yīng)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(chǎn)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(huì)產(chǎn)生任何不適感。本實(shí)用新型刷狀等離子體射流裝置的主要應(yīng)用包括醫(yī)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(xì)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(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其技術(shù)效果。
[0035]實(shí)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(xì)菌的滅菌率為99%。
[0037]實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(xì)胞30s后，黑色素瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡。
[0045]實(shí)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(xì)胞1s后，細(xì)胞發(fā)生快速分化。
[0047]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本實(shí)用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)上述實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的揭示，對(duì)于本實(shí)用新型做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶多孔介質(zhì)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(dǎo)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(chǔ)瓶； 所述的等離子體刷包括金屬外殼、絕緣子、設(shè)于金屬外殼內(nèi)部的絕緣套、多孔絕緣介質(zhì)以及網(wǎng)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(zhì)均設(shè)于絕緣套內(nèi)且高壓電極與多孔絕緣介質(zhì)頂端貼合，所述的多孔絕緣介質(zhì)為蜂窩狀，其末端經(jīng)絕緣套的開口端從金屬外殼底部引出；多孔絕緣介質(zhì)頂端與絕緣套頂端之間錯(cuò)開一定距離，使得在絕緣套內(nèi)行成一定大小的空腔； 所述高壓導(dǎo)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(chǔ)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(jīng)高壓電極電離形成等離子體，并從多孔絕緣介質(zhì)末端的孔道中噴出形成射流。2.根據(jù)權(quán)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(shè)有電氣參數(shù)模塊和氣體流量模塊;所述的電氣參數(shù)模塊由一些關(guān)于電壓、電流、頻率、脈寬及功率的表計(jì)構(gòu)成，所述的氣體流量模塊由一些關(guān)于氣體流量及流速的表計(jì)構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)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(jīng)氣體流量模塊外接氣體儲(chǔ)瓶。4.根據(jù)權(quán)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(dǎo)線和氣體軟管共同采用金屬軟管包裹。5.根據(jù)權(quán)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(dǎo)線表面帶有絕緣層。6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhì)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(zhì)末端尺寸配合的長條形通孔。8.根據(jù)權(quán)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(zhì)末端貼合密封。
【文檔編號(hào)】H05H1/26GK205726632SQ201620323226
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】劉振, 鄭超, 寇艷芹, 黃逸凡, 閆克平
【申請人】浙江大學(xué)