CN102421388A - 用于生成气态物种的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于生成非热气体物种(24)的装置(10)，该非热气体物种可以是以气体等离子体卷流形式从所述装置发出的气体等离子体流。所述装置包括气体囊或压力容器(12)，用于将一种或多种气体(14)保持在压力下并在气体从囊释放时形成气体流穿过反应生成器(16)到敷料器(18)。从气体囊释放的气体在反应生成器中被激励形成气体等离子体。所述装置适用于手持及操作以允许其用于例如清洁和增白牙齿。

Description

用于生成气态物种的装置

技术领域

本发明涉及用于生成诸如非热气体等离子体的气态物种的装置，以及包括该装置和重充单元的设备。

背景技术

用于生成非热气体等离子体(亦称为“非平衡”气体等离子体)的系统至此是已知的，且实用在诸如工业、牙科、医疗、化妆品和兽医领域的多个领域，用于对人体或动物体的处理。可采用生成非热气体等离子体以促进血液凝固、清洁、灭菌，并从表面移除污染物、消毒、重接组织，以及处理组织混乱而不引起重大热组织伤害。等离子体本身可应用到待处理表面或作为对应用到该表面的活性的或改进的气态物种的先行者。

已知的气体等离子体生成器一般或是具有很大尺寸以处理或操作相对大基底的工业系统，或是包括具有由气体管线连接到手持件的重载集气筒的基本单元的较小的系统。此外，该系统可包括由电源线缆连接到手持件的电源单元。这些系统因此并不很好地适合于家庭或手术使用。

发明内容

本发明提供了用于生成非热气态物种流的装置，包括：气体囊，其用于将气体保持在压力下并在气体从囊释放时形成气体流到达反应生成器；反应生成器，在其中从囊释放的气体可被激励以生成所述气态物种；电能来源；激励工具，其电气连接到电能来源以激励在反应生成器中的气体形成所述气态物种；以及壳体，其用于容纳气体囊、反应生成器、电能来源和激励工具，其中该装置具有使得装置由使用者用手保持和操作的尺寸和重量，且气态物种流被引导处理目标或人体或动物体的处理区域。

生成的物种可以是非热等离子体，在低于40℃的温度。在这种情况下，激励工具适用于在等离子体生成器中生成等离子体。

可提供控制器用于选择性地从气体囊释放气体以形成所述气体流。所述控制器又可以可操作地连接到所述激励工具，以便控制电极的激励。可提供传感器，其用于感测从气体囊释放的气体流，且其中所述控制仅在所述气体流高于预定的质量或体积流速时允许启动激励工具。控制器可包括使用者输入工具，诸如可手动操作的按钮或开关，由使用者操作以引起到所述反应生成器的气体流和激励工具的启动。

壳体可包括用于将所述气体囊定位在所述壳体中的工具，使得气体囊可被操作以释放气体形成所述气体流，其中所述定位工具适合为使得所述气体囊可从所述壳体移除使得替代的所述气体囊可由所述定位工具定位在所述壳体中。气体释放机构可以是可操作的，以便当所述定位工具在所述壳体中定位所述气体囊时从气体囊释放气体。气体囊可包括压力释放阀，诸如施克拉德阀（Schrader valve），其被偏置以阻止从气体囊释放气体，且所述气体释放机构包括用于操作所述压力释放阀对抗所述偏置以从气体囊释放气体的工具。

壳体可包括在气体囊和反应生成器之间延伸的导管，用于引导释放自所述气体囊的气体流。流阀在打开时允许所述气体流穿过导管从气体囊到反应生成器，在关闭时抵抗住所述流。可选地或额外地，可提供流调整器用于调整在气体囊和反应生成器之间的气体流和/或来自反应生成器的物种流。这样，进入反应室的气体流可被控制以允许反应发生，且从装置喷出的物种流可被控制以允许处理发生。

可提供膨胀室，在其中气体可被从气体囊释放，以通过孔板实现有控制的释放。膨胀室降低了来自气体囊的流速。

气体囊在使用前容纳足够量的气体以生成物种来在足够对处理区域达到有利效果的时间内处理目标或人体或动物体的处理区域。在这点上，气体囊可容纳足够量的气体以生成等离子体至少两分钟。生成足够对处理区域（诸如口腔中的牙齿）提供有利效果的物种大体上需要大气压力下每分钟半升气体。相应地，气体囊可在大气压力下容纳相当于上至四升储存在至少60巴的压力的气体。气体囊的内部容积可在10ml到100ml的范围内。气体囊可以是大致圆筒状的，且长度小于约100mm，直径小于35mm。

激励工具可包括至少一个用于在所述反应生成器中产生电场的电极，以及用于产生驱动所述的至少一个电极的电信号的信号发生器。若产生的物种是气体等离子体，激励工具可配置为产生在优选为低于40℃温度的非热等离子体，该温度可被使用者忍受。所述电极的至少一个可通过绝缘体与等离子体生成器中的气体隔绝以减少电弧从而限制对物种的加热。所述至少两个电极可彼此分开以便基本上在整个所述等离子体生成器产生电场。所述电极之一可形成在围绕等离子体生成器的外围。电极之一可由延伸进入等离子体生成器的探针形成。探针可在其端部部分逐渐变细从而形成一点，以增加在所述等离子体生成器中的等离子体生成。

所述信号发生器可配置为产生用于驱动所述电极的RF、AC或脉冲DC信号，其可能是以低于10%的周期对该或每个电极提供能量的低占空比信号。若物种是气体等离子体，其生成可始于反应生成器并无需通过激励工具来连续激励而继续。信号发生器可产生高于20kHz的RF信号，使得信号发生器对使用者不可听见。

所述激励工具可包括用于放大用于驱动电极的信号的放大器，以及匹配负载和电源的阻抗的匹配电路。

电能来源可以是一个或多个电池。电池优选为可充电的，且所述壳体包括用于接收连接到主电源的插头的插座，和用于给电池重充的重充电路。可选地，装置可包括用于电感耦合电池到重充单元以重充的工具。壳体可包括用于将电池定位在壳体中的罩，以及在定位到所述罩时连接到电池以便为所述激励工具供给能量的电端子。

可选地，电能来源可包括变压器，且所述壳体包括用于连接到电能供给的工具，其中所述变压器适合于供给能量至所述激励工具。典型地，取决于其配置，等离子体生成器需要高压以启动非热气态等离子体。一个或多个升压变压器可将来自电池的DC电压转换为等离子体启动电压。

可提供敷料器以运送来自反应室的物种并将物种应用到处理区域。气态等离子体需要电流通过其中以保持其存在。一旦气体从等离子体生成器移除，离子物种趋向与与自由电子重新组合，而受激物种回到其基态。这样从等离子体生成器移除的气体有时被称为“余辉”。这些变化典型地发生在敷料器中。敷料器可包括用于应用物种的敷料器头部，以及用于输送物种从所述反应室到所述头部的导管。敷料器头部可与所述反应生成器分开，从而减少污染等离子体生成器和/或将处理区域与可能是高压的激励工具分开。

装置具有很多应用，但可适用于以增白或清洁牙齿方式处理人体或动物体的口腔区域。在这点上，敷料器头部可具有一定尺寸和形状以装上一颗或多颗牙齿。敷料器头部可包括一个或多个通道，其配置为定位在人体或动物体的口中以引导物种来处理多颗牙齿。

可提供泄出工具，其用于在处理后从处理区域泄出物种，且其可包括由马达驱动、用于从处理区域泵送物种的泵送工具。排放导管可从处理区域延伸，并与所述泵送工具流体连通。排放导管可由所述敷料器形成。控制器可附加地一起控制所述泄出工具的操作以及对反应室的气体供给和激励工具的启动。泄出工具引起离开处理区域的气体流或物种流，其优选地大于从所述气体囊释放引起的进入处理区域的所述气体流。

可提供显示器以显示代表所述装置的状况的值，该值可能是以下的一个或多个：囊的气体含量，电能来源的剩余电量，或者从装置发出的等离子体的温度。可提供工具用于在所述装置的状况降至低于预定量时给使用者报警，诸如使用者可听见的声音或告警灯光。

气体囊可容纳具有对在所述反应室内形成非热等离子体需要的能量低的气体。这样，可减少注入反应室的能量的量，从而避免过分加热气体或物种。当要生成非热等离子时，气体可以是惰性气体，诸如氦。当激励的气体是臭氧时，气体囊可容纳氧和生成的气态物种。

为了允许装置能被手使用，优选其长度小于300mm，宽度小于50mm，且具有小于1kg的质量。

本发明也提供了包括装置和重充单元的设备，其包括：容纳气体的重充气体压力容器，其用于供给气体至装置的气体囊；和/或重充电工具，其用于给所述装置中的所述电能来源重充。可选地，装置可使用一次性气体电池和一次性气体囊。进一步可选为气体囊可重充，但此操作远离装置实施。

重充单元和装置的气体囊可相应包括重充阀，其可在装置和单元连接时被打开以允许气体供给至气体囊，并在未连接时被关闭。

重充单元可包括用于安置装置的座，且其中当装置安置在重充单元时，气体囊和重充压力容器连接以允许气体供给至气体囊。可提供导管，其具有适合于与气体囊的重充阀接合并打开重充阀的第一端部部分，以及与装置压力容器的重充阀接合并打开重充阀的第二端部部分。可选地，重充设备可包括用于在气体囊从所述装置移除时安置气体囊的座，且其中当气体囊安置在重充单元时，连接压力容器以允许供给气体至气体囊。在这个布置中，可提供至少两个气体囊，使得在任何一次一个气体囊可安置在重充单元以便重充，且一个气体囊可容纳在所述装置壳体内以在非热物种的生成中使用。

重充电工具可包括重充电路，其用于接收来自供给的电能并对所述电能供给以便在所述能量来源连接到所述重充电工具时给在所述装置中的所述电能来源重充。重充单元可包括用于安置装置的座，且其中当装置安置在重充单元时，所述能量来源连接到所述重充电工具，以便给所述电能来源重充。

可选地，重充单元可包括在所述来源从所述装置移除时用于安置所述电能来源的座，且其中当所述来源安置在重充单元时，所述能量来源连接到所述重充电工具以给所述电能来源重充。

附图说明

为使本发明可被很好地理解，现将参照附图描述仅作为示例给出的其实施例，其中：

图1示意性地示出了包括用于生成非热等离子体的装置和重充单元的设备;

图1a示出了改进的装置；

图2示出了该装置的透视剖视图；

图3示出了该装置的压力容器的剖视图；

图4示意性地示出了等离子体生成器和在生成器中用于激励气体的工具；

图5和图6示出了用于操作该装置的简化的机械连接；

图7示出了该装置的第一敷料器以及该装置壳体的连接部分；

图8示出了该装置的第二敷料器以及该装置壳体的连接部分；

图9示出了该装置的第三敷料器以及该装置壳体的连接部分；

图10示意性地示出了图8中所示的敷料器到壳体的连接；

图11示意性地示出了图7中所示的敷料器到壳体的连接；

图12示出了该装置的第四敷料器；

图13从一侧示出了安置在重充单元上的该装置；

图14从另一侧示出了安置在重充单元上的该装置。

图15是阐明了用于给根据本发明的装置的等离子体生成器提供电力等离子体生成能量的工具的示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，示出了用于生成非热等离子体24的装置10，该非热等离子体可以是以气体等离子体卷流形式从装置发出的气体等离子体流。气体等离子体流大致在大气压力下从装置生成并发出。装置包括气体囊或压力容器12，其用于将一种或多种气体14保持在压力下并在气体从囊释放时形成气体流穿过等离子体生成器16到敷料器18。从气体囊释放的气体在等离子体生成器中被激励形成气体等离子体。

在图1a所示的改进装置中，高压气体可从气体囊流出穿过孔板13进入膨胀室15，该高压气体流动缓慢，并且随后能以受控方式释放到反应生成器16中。

该装置进一步包括电能来源20和气体等离子体激励工具22，激励工具电力连接到电能来源以激励在等离子体生成器16中的气体14形成气体等离子体24。敷料器18引导来自等离子体生成器16的等离子体流以从敷料器上的开口26生成气体等离子体卷流。气体等离子体可在合适配置的敷料器中与周围空气混合。

壳体28容纳气体囊12、等离子体生成器16、电能来源20和等离子体激励工具22。该装置有一定尺寸和重量使得其可由使用者用手保持及操作，且等离子体24易于由使用者引导以处理目标或人体或动物体的处理区域。在这点上，该装置可操作而无需通过气体管线连接到气体供给。这种现有技术布置是笨重的，且的确允许该装置便携。该装置10的自容纳布置允许在家庭环境中方便使用，例如在浴室中。该装置10可从电源接收电力而无需电缆连接装置到干线供给。然而，由于线缆通常是柔性的且重量轻，对在家庭环境中的使用，通常电缆与气体管线比阻碍较小，尽管在装置10中电缆在该装置被使用时是不需要的。

为使该装置适于由手保持和操作，其应不超过上限尺寸或上限重量。也可认识到使用该装置处理处理区域可能需要复杂且精细的移动，若该装置是手持的，仅当装置相对轻时这种移动才有可能。在一个示例中，该装置大约具有典型电动牙刷的尺寸和质量。在此提供以帮助理解该装置10的尺寸和质量的在其它领域的其它已知的手持操作的装置例如为电动牙刷，或无线的电钻或电动螺丝刀。相应地，壳体28或装置整体的上限尺寸大约30cm长5cm宽。宽度的上限由手保持该装置的能力确定。壳体的任意显著大于50mm直径的尺寸会致使该装置握持和使用起来不舒服。长度的上限由使用者在装置不变得笨拙下使用装置的能力确定，且也可认识到如果该装置用于处理牙齿，则该装置必须小于臂的长度并优选地处在约20cm附近。优选地，壳体28具有一定轮廓，使得其可在手掌中被舒适的保持。壳体或装置整体的质量优选地小于一千克。

该装置可配置为用于单一处理且随后被丢弃。在这点上，该装置的部件仅为单一处理而选择。由于单一处理可能需要较少气体和较少能量储存在装置中，压力容器和能量来源可被选择以最小化制造成本并减小该装置的尺寸和重量。例如，该装置可配置为仅处理口腔一次随后被丢弃。这种一次性装置可更容易携带在例如上衣口袋或手袋中。由于该装置适合于干洗牙齿或其它处理，一次性装置可容易地使用，例如在旅行中，因为实施处理所用的水不总是可得的。

该装置10可用在例如在牙科、医疗、化妆品或兽医领域，用于对人体或动物体的处理。该装置特别实用在牙科或其它口腔处理，例如牙齿增白或牙齿干洗，根管治疗后的灭菌，伤口灭菌或复原(例如在拔牙后干燥牙穴（dry pocket）)。增白牙齿的应用更详细地描述在申请者提交于2008年12月23日的共同未决的申请号GB 0823435.3中，其内容在此通过参考结合到本文中。在这点上，处理区域可以是单个牙齿、两颗牙齿或者上和/或下齿弓。可选地，处理区域可以是牙穴或牙龈的一部分。更进一步，处理区域可以是口腔。

该装置10还可以使用在非医疗应用上，诸如通过等离子体处理来处理表面，例如在应用油漆前准备塑料表面。

现将更详细地描述装置10的部件，在有关处给出变型和替代。

大致指示在30处的控制器被提供以用来选择性地从气体囊释放气体以形成气体流。如此例所示，控制器包括阀32，其在打开时允许气体流穿过导管从气体囊到等离子体室，在关闭时抵抗流动。控制器30包括机械按压开关34，其可由使用者操作以控制阀32。可选地，可提供其它的使用者启动工具以操作阀，诸如机械滑动开关或电子开关，其可被闭合以便例如打开电磁阀。更进一步地，使用者启动工具可适合于使得在响应第一使用者输入时流动从气体囊启动并在响应第二使用者输入时停下。可选地，单一使用者输入可启动定时电路（未示出）以在足够处理处理区域的预定的时间段内允许气体流。例如，如果装置10用于牙齿增白，预定的时段可以是每颗牙齿5秒钟。

阀32可以是用于打开和关闭在气体囊和等离子体生成器中间的流动的任意合适的工具。进一步地，阀可以是可变的，以在全打开和全关闭之间调节气体流，例如蝶形阀。

壳体28包括工具36，其用于在壳体中定位气体囊12使得气体囊可被操作以释放气体来形成气体流。定位工具36可适用于使得气体囊12可从壳体移除，例如当其中容纳的气体耗尽或少时，使得装满的替换气体囊可被定位在壳体中。在这点上，定位工具可包括形状设计为用于接收气体囊的室和用于当气体囊定位在室中时关闭室的关闭构件。在另一个示例中，气体囊可以是推入配合或螺旋配合进室。

壳体可包括可被操作以在定位工具将气体囊定位在室中时从气体囊释放气体的构造或其它气体释放机构。气体囊可包括偏置的压力释放阀以阻止气体从压力容器释放。气体释放机构操作压力释放阀对抗偏置以从囊释放气体。

气体释放机构和压力释放阀的一个示例示出在图3中。壳体包括在气体囊12和等离子体生成器16之间延伸的导管38，用于引导从气体囊释放的气体流。气体囊12包括位于囊的头部42的阀40。在此示例中，定位工具包括头部42的外表面，其上有螺纹以便与壳体附带的(complimentary)带螺纹表面接合来将压力容器定位到位。阀40包括滑动构件44，其被接收以在压力容器颈部滑动移动，并被偏置工具偏置进入关闭位置，本示例中偏置工具是弹簧46。当压力容器定位在壳体中时，构造或突出物48接合滑动构件44，将其推入容器中（如图3中箭头所示）并打开阀以允许来自容器的气体流。阀40具有足够的密封强度以在压力容器中以容器的最大压力保持气体，例如80巴。阀可以是施克拉德阀（Schrader valve）。

用于囊的可选的密封或阀装置是可能的。例如，囊的口部可由密封件关闭为液密。气体的传递可通过用两端都打开的空心针刺穿密封件实现。针的近端可与其中设置有压力调节器的导管连通，以便调整进入等离子体室的气体流。

尽管图1中示出了分开的阀32以选择性地允许气体流入除压力释放阀40之外的等离子体生成器16，在可选的装置中，阀32可被省略使得对气体流的控制仅由压力释放阀控制可选地进入膨胀室11并以受控的方式经由孔板释放。

进入等离子体室16的气体的质量或体积流速优选地控制为促进非热或非平衡气态等离子体的生成。例如，流速控制气体在等离子体室的停留时间。如果速度过高，气体可能流过等离子体室而未被激励形成气体等离子体。此外，即使形成了等离子体，穿过敷料器的流动可能多于对处理区域实现有利结果所需要的，因此浪费气体。如果流速过慢，生成不足的等离子体流穿过敷料器，导致对处理区域的处理不充分或者产生不期望的或非治疗性的气态物种。相应地，装置10包括流调整器50用于调整在气体囊和等离子体生成器之间的气体流。此外或可选地，可定位流调整器以调整来自等离子体生成器的气体和等离子体流。流调整器可以是可变的流控制阀，其布置在带有流传感器72的反馈环中(见图4)。作为流调整器的替代，可提供压力调整器以调整等离子体生成器中的气体压力。优选地，流调整器可被操作以在气体囊中的气体的压力范围内，即当囊充满时相对高的压力和当囊变空时相对低的压力，实现到等离子体生成器的不变气体流。

处理区域对等离子体(或等离子体生成的其它气体物种)所需的暴露量取决于装置10适于实施的处理类型变化。相应地，气体囊在使用前容纳足够的气体量以生成等离子体来在足够对处理区域实现有利或治疗性的效果的时间内处理目标或人体或动物体的处理区域。例如，若在每分钟一升的流速下增白单一牙齿需5秒钟，且典型口中容纳32颗牙齿，气体囊应容纳至少2.66升大气压力下的气体。优选地，气体囊容纳充足的气体并操作在较低流速以为多个处理所用。

气体囊可容纳足够量的气体以生成(等离子体)卷流至少两分钟，或者生成足够对处理区域提供有利效果的(等离子体)卷流。一旦等离子体离开等离子体生成器16的边界并进入敷料器18，严格地说它就不再是等离子体而变成容纳衰变离子和受激气态物种的余辉。当余辉离开敷料器18，它变成卷流。空气被引入卷流，这些空气可能与卷流中存在的自由基、受激物种或带电物种起反应形成活性氧和/或活性氮物种，该物种可参与基底上有用的化学反应器（reactor），例如在作用为消灭口腔细菌或体内增白牙齿或移除其处污迹的化学反应中。

压力容器或气体囊中可容纳的气体量由压力容器的设计和装置的整体重量和尺寸所限制。在后面这点上，相对重的压力容器可能可以储存大量气体，然而，这样的重的容器不适合装置10，因其会致使装置不能被手保持和操作。已发现，合适的气体囊适合于在大气压力下容纳相当于大约四升储存在至少80巴、典型为上至200到300巴范围内的值的气体。气体囊可具有足够容纳10ml到100ml的水的内部容积。气体囊可以是大致圆筒状的，且长度小于100mm，直径小于35mm。在图2所示的示例中，气体囊长度约100mm，直径约35mm。容器可由铝或不锈钢，或低碳钢或任何其它合适的坚固材料制造。

如图1所示且详细描述在下，该装置10包括注入阀52，其用于允许来自气体供给的气体来再充填或重充气体囊12。在通常使用中，注入阀52是关闭的以阻止气体从气体囊泄出，并可在期望重充容器时被打开。阀52可类似于图3中所示的布置，在于重充单元与阀52接合以打开阀并允许重充气体。此外，气体囊可整体成型并形成壳体28的一部分，以及在其变空时被再充填。可选地，气体囊12可从装置10撤消并由使用者插入重充单元134。

等离子体激励工具22包括两个电极54、56，用于在等离子体生成器16中产生电场。在特定的配置中，可提供单一电极且可提供多于两个电极，例如两个电极接收驱动信号，一个电极接地。信号发生器58产生用于驱动或激励电极的电信号。至少一个电极，优选地两个或所有的电极都是通过绝缘体与等离子体室中的气体隔绝的绝缘屏蔽放电电极，以防止连续或长时间电弧引起的等离子体过热。合适的绝缘体材料是陶瓷、塑料或玻璃。当电流从一个电极穿过等离子体或气体到达另一个电极或其它电极中的每个时，隔绝该或每个电极减少了电弧在等离子体室中的持续时间。

参照图4，电极54、56彼此间隔开以便基本上在整个等离子体室16产生场线60所示的电场。由于等离子体室中各部分的气体与电场相互作用，这样就可能增加等离子体的形成。

电极之一56形成在围绕等离子体生成器的外围。如果等离子体生成器由绝缘体形成，电极可嵌入等离子体生成器的壁的结构或者壁的外表面。如果等离子体生成器由电导体形成，等离子体生成器的壁本身可作为电极。

已发现，如果电极之一54通过延伸进等离子体生成器的探针形成，将促进等离子体的生成。探针在其端部部分逐渐变细从而形成一点，以增加在所述等离子体生成器中的等离子体生成。在这点上，电场密度特别在等离子体生成器接近探针的点附近增强。探针可籍由绝缘体来沿其长度电绝缘。

等离子体激励工具22可操作在任意的一种或多种等离子体激励模式下，例如AC或脉冲DC，且可被电容耦合或电感耦合到等离子体室。在一个示例中，信号发生器58配置为产生41eV、8khz的脉冲DC输出，以驱动电极54、45。脉冲可为电极提供为10到20%或少于10%的占空比。由于当输出低时，等离子体被室中的带电粒子瀑（cascade）持续生成，低占空比帮助保持装置中的能量而不显著影响等离子体的形成。可选地，定时电路62可依据所需占空比切换信号输出关和开。

在另一布置中，信号发生器58配置为产生1kV、30到80kHz的AC信号输出，用于驱动电极54、56。此范围大于20kHz使得信号发生器在使用中不是典型地对人可听见的。使用低于20kHz可能产生可听见的嘶嘶声。

在所示AC示例中，等离子体激励工具22包括放大器64用于放大来自信号发生器的输出以驱动电极。可提供合适的匹配电路66以匹配负载和电源的阻抗。

控制器68可操作地连接到等离子体激励工具22以控制电极的激励。在此示例中，控制器68包括电动开关70，其在闭合时允许电极54、56的激励。开关70可由使用者使用先前提及的按钮开关34(其也启动阀32)来手动操作。可选地，可使单独的使用者输入装置来操作开关70。由于气体流和电极的激励优选地同时发生，否则可能在气体流和激励之间出现预定的时间延迟，故期望使用同一使用者输入装置来控制进入等离子体室的气体流和电极54、56的激励。进一步地，优选为电极的激励不发生，除非气体流超过预定的最小所需流。相应地，控制器68和控制器30可结合并包括用于允许气体流14的流阀32和用于允许电极的激励的开关70。

如图4所示，提供了传感器72用于感测从压力容器12释放的气体流14。控制器68仅当气体流在预定的质量或体积流速之上时才允许电极的激励。

在图5和6所示的布置中，一体的控制器30、68可包括机械连接，使得使用者输入装置34的操作引起阀32中的阀板的移动以及开关70中的电触头连接。更详细地，输入装置或滑动开关34，由枢转臂与阀板74及电触头76连接。在图5所示的机械连接的情况下，阀板74密封抵靠阀座78，关闭气体流。电触头76与第二电触头80分开。在图6所示的情况下，阀板74与阀座78分开，打开气体流，且触头76和触头80之间的电触头闭合，允许电能来源20激励等离子体生成工具22。

电能来源20可以是一个或多个电池，且优选电池是可重充的。在此情况下，壳体28可包括电插座用于接收连接到总电源的插头和用于给电池重充的重充电路82。可选地，所述装置包括工具，例如在重充单元中的初级绕组和在所述装置中连接到电池的次级绕组，以电感耦合电池到用于重充的重充单元。

壳体28包括用于将电池定位在壳体中的罩84，以及在电池定位到罩时连接到电池以便为等离子体激励工具22供给能量的电端子（未示出）。

为了允许装置由使用者有自由的移动范围，优选地，在使用中电能来源不连接到干线供给或其它供给。也应认识到，由于装置可能使用在潮湿环境中，例如浴室，避免线缆是有利的。进一步地，一些浴室没有电插座。然而，装置10可以在使用期间通过电缆连接到插座。在这种情况下，电能来源20可包括变压器，壳体包括用于接收连接到电源供给的插头的插座。变压器适用于以适合等离子体激励工具22的形式供给能源。插头和变压器可适用于连接到交通工具的能量供给，例如通过将插头插入交通工具的点烟器的插座，将合适的功率传送到等离子体激励工具。

敷料器18可采用任何适合于引导来自等离子体生成器16气态等离子体到处理区域的形式。在其最简形式，敷料器可包括在等离子体室的开口。然而，如图1所示，敷料器18包括用于形成等离子体卷流24的开口26和用于输送来自等离子体生成器18的产生的余辉到头部的导管88。导管优选为直径约1mm至5mm，这足够小以引起快速等离子体流到处理区域。导管可如示出的那样直，并被配置成允许接近处理区域。敷料器具有典型为小于约10cm的长度。

头部可采用开口的形式，或可选地可包括喷嘴以便集中流。头部与等离子体生成器充分分开以保护使用者避免用于生成等离子体的高压并减少污染等离子体室的风险。

在图7至图9所示的三个例子中，装置10适用于处理人体或动物体的口腔区域，且敷料器头部配置为产生适合于这样的口腔处理的活性物种流。

首先参照图8，敷料器90包括敷料器头部92，具有一个或多个用于输送其中有余辉的气体到头部并输送气体从处理区域离开的导管的中心部分94，以及用于将敷料器连接到壳体28的连接部分96。头部92形成腔，其尺寸和形状设计成、并且由柔性材料形成以接收处理区域，例如两颗牙齿。可选地，腔的形状可设计成为仅接收一颗牙齿或多于两颗牙齿。头部92适合于使得当腔接收牙齿时，基本上牙齿珐琅质的全部表面面积，以及可选地相邻部分的牙龈，都暴露给等离子体或其它用于处理的活性气体物种。

连接部分94配置为与在壳体29的端部的互补连接部分96接合以将敷料器固定到壳体。敷料器连接部分94包括多个构造或键95，其被接收在壳体连接部分96中的相应多个凹槽或键孔97中。当被接收在凹槽中，敷料器和壳体相对旋转来将敷料器锁定到位。

连接部分94、96配置为当连接时允许启动装置10的一个或多个功能并且当不连接时防止功能的启动。类似地，连接一个敷料器到壳体可允许启动一套功能，而连接另一个敷料器到壳体可启动另一套功能。敷料器90与壳体的连接配置为允许启动等离子体激励工具22，以及在使用者输入装置34被操作时启动到等离子体室16的气体流。没有这些连接，使用者输入装置的操作不能启动这些功能。

如图10所示，连接部分94、96可包括互补的电触头，其在闭合时允许启动特定的、选择的功能。布置概略地示出在图10中。在图10中，连接部分94可在连接部分96中旋转以将敷料器锁定到壳体。当锁定时，连接部分94上的电触头98接触连接部分96上的电触头100，从而闭合相应电开关，允许通过阀32启动气体流，通过开关70启动等离子体激励工具，以及启动泄出工具102（描述在下）。在这个布置中，不允许启动用于将运动带给牙刷头部的工具104。

当不同的敷料器连接到壳体，将允许不同的装置功能。在这点上，图11概略地示出了图7中详细示意的敷料器110。敷料器110包括类似于包含用于清洁牙齿的刷毛的典型牙刷的敷料器头部112。敷料器110进一步包括连接部分114，用于与壳体28的连接部分96接合。由于敷料器110设计为不需等离子体处理来使用，在连接部分114和头部112之间,在敷料器110中不需要输送。如图11所示，当连接部分114被接收在连接部分96中并旋转以将敷料器110锁定到壳体28时，连接部分114上的电触头106接触连接部分96上的电触头108，从而闭合电子开关，允许启动用于将运动带给牙刷头部的工具104，或其它用于辅助刷牙的工具。在这个布置中，装置10的其它功能32、70、102停下，使得在实施常规刷牙时，等离子体不被传递。

尽管敷料器110示为包括用于启动用于辅助刷牙的振动的电触头，替代的连接部分114可以没有电触头，从而敷料器110作为常规牙刷使用。若提供，振动工具104可包括用于驱动驱动轴的电动马达，该驱动轴的偏心轴部分连接到敷料器，用于振动或以其他方式移动敷料器头部112。可选地，马达适合于旋转头部以辅助牙齿清洁。

再次参照图8，也示出在图2中的敷料器90在中心部分94包括导管88和导管116，其中导管88用于输送其中有余辉的气体从等离子体室到敷料器头部92，导管116用于输送等离子体或气体离开处理区域。导管116在敷料器90中形成从处理区域延伸出的排放导管，并与泵送工具118流体连通。泵送工具118由马达120驱动，用于从处理区域抽吸气体或等离子体。包括部件116、118、120的泄出工具102在处理后从处理区域泄出气体或等离子体，使得特别是在口腔处理中，使用者不吸入大量的气体或等离子体。

由泄出工具102排放的排气可用于冷却装置易受过热影响的零件。排气可由活性过滤器119，例如橡胶、二氧化硅、木炭或沸石来过滤。

可选地，可供给单独的泵送工具来泵送冷空气到装置的内部部件上。更进一步地，可以提供可被释放以冷却部件的流体来源，诸如二氧化碳或水。装置10易受加热影响的内部部件可设置有热散逸工具，诸如翅片，或者在单独的布置中装置可设计为测量电输入以及气体输入的质量。这样可测量传热并设计安全反馈系统。

提供了用于控制泄出工具的操作的控制器。优选地，该控制器与控制器30、68一体，并包括用于启动马达120、可操作地连接到使用者输入装置34的电子开关。相应地，该控制器可被操作以控制泄出工具在气体被供给等离子体室且等离子体激励工具生成等离子体时从处理区域泄出气体或等离子体。为了提高从处理区域泄出等离子体或气体的效率，泄出工具102配置为引起等离子体或气体流离开处理区域，其大于从气体囊12释放引起的进入处理区域的气体流。

图9示出了第三敷料器122，其大致类似于图8示出的敷料器90，尽管其带有不同的头部且没有泄出导管116。敷料器122包括敷料器头部124，头部124包括多个纤细的中空导管125，用于引导等离子体或活性气体物种到处理区域上，诸如使用者的牙齿。纤细的中空管可由合适的技术形成，例如挤压。管连接到用于将等离子体或活性气体大致相等地分散到管中的位于头部的歧管腔127。

图12示出了第四敷料器126。敷料器头部128在形状上类似于体育运动中使用的口香糖盾，且包括一个或多个通道129，其中通道129配置为放置在人体或动物体的口中以便引导等离子体或活性物种流来处理多颗牙齿。更详细地，每个通道大致为拱形以对应上颌或下颌的牙齿。可选地，敷料器头部可包括两个这样的通道，一个用于向上引导，一个用于向下引导，以便同时处理上下两组牙齿。

装置10可包括单一的敷料器，例如图8所示的敷料器90，或可选地，装置10可包括多个如图7至9和图12所示的可互换的敷料器，每个用于实施特定功能。例如，期望让使用者能够使用装置10和敷料器110以常规方式刷牙，可选地带有振动，也能够以敷料器90、122、126中的一个或多个来用等离子体或其它活性物种处理牙齿。

参照图1，装置10可包括显示器130，其用于显示代表装置状况的值，例如以下的一个或多个：气体囊12的气体含量，电能来源20的剩余电量，或者从敷料器发出的等离子体卷流的温度。显示器可以是图形LCD。此外或可选地，可提供工具132用于在装置状况，诸如压力容器中的气体含量、电能来源的电荷、或者等离子体卷流的温度，下降或上升超过预定的量时给使用者报警。报警工具132可包括用于产生对使用者可听见的声音或告警灯光的工具，例如LED，驱使使用者重充或替换气体囊或电源或者从处理区域移除装置以避免伤害。

优选地，气体囊12容纳一种气体或多种气体的混合物，诸如氦，或其它惰性气体，以在所述等离子体生成器中形成非热气态等离子体。即，当相对少量的能量由等离子体激励工具输入等离子体生成器16时，气体可形成等离子体。在气体等离子体的形成中，产生的电场引起高能电子撞击气体原子或分子，移除电子从而形成大量电子和离子。一般来说，在低于40℃的温度下生成非热等离子体流或卷流可在基于氦的气体中实现。可选地，气态等离子体可基于一种或多种其它惰性气体。由于高温可能杀死生物细胞引起坏死或疼痛，故当处理人体或动物体时需要相对低的温度。

参照图1、图13和图14，设备示为包括装置10和重充单元134。重充单元包括容纳气体、用于给装置10的气体囊12供给气体的重充压力容器136；以及重充工具138用于重充装置中的电能来源20。在可选的布置中，重充单元可仅包括重充压力容器136和重充工具138之一。当装置中先前的容器因使用而耗尽气体时，可使用替换压力容器12，或者可在放电后使用新电池替换电源20。

重充单元和装置气体囊12包括相应的重充阀140、142，其可在气体囊如图示连接时打开以便允许供给气体至装置气体囊12，并可在压力容器未连接时关闭。阀布置可类似于图3所示的布置。

重充单元134包括具有用于储存重充压力容器136的直立部分144的机架。重充压力容器相对较大，且可能具有较大量的压力，并可容纳足够气体来多次再充填装置，可能有20次之多。重充单元也包括用于安置装置的座146。当装置10安置在重充单元中时，压力容器12、136被连接以允许供给气体至装置气体囊12。在这点上，提供了导管148，可选地包括阀150，其中导管148具有适合于与重充阀140接合并打开重充阀140的第一端部部分，以及连接到重充压力容器136的第二端部部分。相应地，当装置10安置在重充单元134中时，装置10的压力容器12自动再充填。

在可选的布置中，座146在装置气体囊12从装置移除时安置装置气体囊12，而不是安置装置10整体到重充单元上来重充。相应地，当装置气体囊12安置在重充单元上时，压力容器12、136被连接以允许供给气体至装置气体囊。

在这种情况下，设备可包括至少两个装置气体囊12。在任何一次，一个或多个装置气体囊12可安置在重充单元134上以重充，且一个装置气体囊12可被容纳在装置壳体28中以在生成气体流中使用。

如图14所示，重充电工具138包括控制电路152，其用于例如通过插头154从干线供给来接收电能，以及供给电能以便在能量来源20连接到重充电工具138时重充装置10中的电能来源20。当装置在座146中安置在重充单元时，若重充单元连接到干线供给，能量源20自动连接到重充电工具。

座146和装置10之一可包括构造或突出物154，另一个可包括用于匹配的凹槽156，以例如允许用于充电电源20的电感耦合的充电工具的初级和次级线圈紧密靠近。

在可选的布置中，给电源20重充可将其从装置10移除并放置到座146上使得其连接到重充单元，并用重充工具138对其重充。

在装置10的使用中，例如增白、清洁、灭菌或治疗躯体的口腔区域，使用者选择合适的敷料器18来固定到壳体28。取决于敷料器，当使用者操作使用者输入装置34时，可启动选定的装置10的功能。对等离子体处理，使用者输入装置的操作打开阀32，关闭开关70并启动泄出工具102。如果存在足够的气体流（例如氦）进入等离子体生成器16，等离子体激励工具22激励等离子体生成器中的气体形成等离子体。尽管基本上全部等离子体生成器暴露给电场，生成的等离子体的离子化的程度可能是有限的。等离子体从生成器中流出并形成流过敷料器18的余辉。使用者放置敷料器头部使得生成的气态卷流流过处理区域上，例如一颗或多颗牙齿。在处理期间，泄出工具从处理区域泄出气体。当处理完成时，使用者操作使用者输入装置34来停下气体流、等离子体激励工具22和泄出工具102.

必然地，一些卷流与环境空气（例如氧、氮和氩）相互反应，引起一些化学损坏形成活性气态物种，特别是活性氧物种（ROS）和活性氮物种（RNS）。例如，卷流与氧的相互作用可能形成羟基和/或臭氧。二者均是强氧化剂并可促进在处理区域上的有利的或有疗效的作用，类似于其它活性气态物种的情况。

在另一个实施例中，装置配置为生成臭氧或其它活性气态物种而无需成非热等离子体或使用其它激励技术。

这样的装置生成非热气态物种流并在除了另外指定处之外具有与装置10相同的特征。装置包括气体囊，用于将气体保持在压力下并在气体从容器释放时形成穿过反应室到达敷料器的气体流。从气体囊释放的气体在等离子体生成器中被离子化以形成活性气态物种。

装置进一步包括电能来源和激励工具，该激励工具电连接到电能来源以激励等离子体生成器中的气体形成气态物种。

敷料器引导来自等离子体生成器的气态物种流以生成来自装置的气态物种流。壳体容纳气体囊、等离子体生成器、电能来源和激励工具。壳体有一定尺寸和重量使得装置可由使用者用手握持及操作，且气态物种流被引导以处理目标或人体或动物体的处理区域。气体囊可容纳氧气，在这种情况下，形成的受激气态物种是纯态氧。臭氧由氧气分子和纯态氧反应形成。现参照图1，概略地示出了一种根据本发明的装置形式，其中12VDC信号转换为6kVAC信号以操作占空比15%的等离子体生成器。低占空比帮助维持装置中的电能而不显著影响等离子体的形成。

图5中示出的装置具有含水量上至100ml的圆筒状气体囊502，但优选地约为20ml。气体囊502装配有双位阀504。阀504可以是与本文中在图3中示出并参照图3描述的同样的类型。阀504可由类似于在图3中示出并参照图3描述的布置致动。为了准备装置以便操作，气体囊502停靠在壳体506中，其中壳体506容纳用于控制从囊到非热气态等离子体生成器的气体供给的阀，该生成器也设置在壳体506中。此外，壳体保持一个或多个用于供给DC电流的电池，以及用于将DC电压转换为AC电压并将AC电压应用到等离子体生成器的电极的电气工具。

壳体56具有气体通道508，其用于气体从气体囊502流向等离子体生成器510。通道508依次容纳压力调整器512、流传感器514和电磁阀516，全部在等离子体生成器510的上游。

壳体506保持12V电池520。电池设有显示器LED522。显示器LED可指示电池状态，即，其在电池520中的可用电力变低时提醒使用者。电池520将电力提供给与高压发生器526结合的低压信号发生器524。形式为逻辑电路的控制器528配置为接收多个取决于设备情况的输入，以选择性地将输出提供给信号发生器524和526。第一输入来自总双位开关530。若此开关在其“关”位置，对等离子体生成器的气体供给或电力供给都不能开始。第二输入可来自LED522。若电池电量低，对等离子体生成器的气体供给或电力供给都不能开始。对控制器的第三输入来自流传感器514。若流传感器未检测到到等离子体生成器510的气体流，对等离子体生成器的电力供给将不能开始。期望地，逻辑电路528包括延时工具，其在流传感器514感测到到等离子体生成器的气体通过后，以预定的时间延迟生成到等离子体生成器510的电力输出。这使得气体能在等离子体的生成开始前净化等离子体生成器510。

图5所示的装置设置有二级双位开关532。当开关532在其“关”位置，电磁阀516在其关闭位置。于是气体被阻止流入等离子体生成器510.另一方面，当该开关在其“开”位置，若总开关530也在其“开”位置，逻辑电路向电磁阀516发送信号以将其打开。于是到等离子体生成器的气体流被检测到，而等离子体生成信号可被发送至等离子体生成器510。

若期望，单一的双位开关可实施开关530和532二者的功能。

等离子体生成器510具有与敷料器540连通的出口，其中敷料器540配置为在目标表面引导非热活性气态物种卷流。

信号发生器524和526可通过多个部件和电路（未分别示出）将来自12V电池的电流转变为在4-6kV、频率2-10kHz的脉冲输出电压，该脉冲输出电压适合于非热等离子体的生成。这样的电路和部件在电子和电气工程领域是熟知的，且无需在本文中充分详细地描述。本质上，可使用带有氙闪光灯的同类电路来使电池将电容充电至，比方说，320V。可使用变压器设置电压并使得产生在4-6kV的期望范围内的电压脉冲。为了产生清晰、界定限定的脉冲，期望将变压器的匝数和绕组的电感保持在低级，以及具有适中的升压比。这个方法帮助将漏电感和杂散绕组电容的不必要的无源元件保持在最小，而此二者都有助于脉冲失真。

由于脉冲变压器具有低的初级绕组电感，在芯产生有效磁通量的磁化电流是可观的，导致在脉冲产生期间在变压器中储存大量磁能。对于有效的设计，该磁能在脉冲结尾被回收，并暂时以其它形式（通常作为电容上的电荷）保持以备产生下一个脉冲。

在任何情况下，磁芯中的磁通量在生成下一个脉冲前要归零，否则磁通量随相继的脉冲增强直到芯饱和，在芯饱和时变压器停止工作并成为对驱动电子短路。

在开关模式电力供给变压器中，可用于此情况的磁能回收的常见方法是通过使用所谓的“回扫”绕组。其通常与初级绕组相同，且二者同时缠绕在芯上（双级绕组），以便确保二者之间高度的磁耦合。回扫绕组在地和DC供给的充电电容器之间经由阻流二极管连接。

在脉冲生成期间，固定电压被应用到初级绕组，且电流随时间线性增长从而增强芯中的磁通量，这在回扫绕组上引起相等的反向电压（但由于阻流二极管而没有电流流过）。在脉冲结尾，初级电流的中断迫使磁场开始坍缩，这逆转在回扫绕组上的感应电压并使得电流流回至供给电容。通量和电流随时间平稳线性下降至零，以为下一个脉冲做好准备。

另一合适的变压器配置是推拉设计，其中两个相同的双线缠绕初级绕组二者择一地连接到DC电力供给。绕组的相位使得芯中的磁通量以反向产生，其中每个绕组被交替驱动。

推拉设计也允许储存的磁能以非常类似于回扫方法的方式被回收并返回至供给电容，其中阻流二极管现在变成主动的晶体管开关。相同的变压器设计现可使用在二者任一方法中。

尽管推拉设计需要额外的开关晶体管和控制器，它允许通过使用正、负磁通量振幅在芯的限制内加倍磁通量变化成为可能。上文概述的回扫设计仅允许单极通量振幅。

Claims (20)

1. 一种用于生成非热气态物种流的装置，包括：

气体囊，其用于将气体保持在压力下并在气体从所述囊释放时形成通过反应室的气体流；

反应生成器，在其中从所述囊释放的气体可被激励生成所述气态物种；

电能来源；

激励工具，其电连接到所述电能来源以激励在所述反应生成器中的气体形成所述气态物种；以及

壳体，其用于容纳所述气体囊、反应生成器、电能来源和激励工具，

其中所述装置具有使得所述装置由使用者用手保持和操作的尺寸和重量，且所述气态物种流被引导处理目标或人体或动物体的处理区域。

2. 如权利要求1所述的装置，包括用于选择性地从所述气体囊释放气体以形成所述气体流的控制器。

3. 如权利要求2所述的装置，其中所述控制器可操作地连接到所述激励工具以控制其启动。

4. 如权利要求3所述的装置，包括用于感测从所述气体囊释放的所述气体流的传感器，且其中所述控制器仅当所述气体流在预定的质量或体积流速之上时才允许启动所述激励工具。

5. 如前述任一权利要求所述的装置，包括膨胀室，在其中气体可被从所述气体囊释放，通过孔板，以对所述反应生成器有控制的释放。

6. 如权利要求1至4任一项所述的装置，包括流调整器，其用于调整所述气体囊和所述等离子体生成器之间的所述气体流。

7. 如前述任一权利要求所述的装置，所述激励工具包括至少一个用于在所述反应生成器中产生电场的电极，以及用于产生用于驱动所述至少一个电极的电信号的信号发生器。

8. 如权利要求7所述的装置，其中所述信号发生器产生脉冲DC信号或AC信号。

9. 如权利要求7或8所述的装置，其中所述信号发生器配置为产生低占空比信号，在该信号下能量以低于10%的占空比提供给该或每个电极。

10. 如权利要求7至9中任一项所述的装置，其中至少一个所述电极通过绝缘体与所述反应生成器中的气体隔绝以减少电弧。

11. 如权利要求7至10中任一项所述的装置，其中所述激励工具包括至少两个电极，且所述反应生成器布置为生成非热等离子体，所述电极之一形成为围绕所述等离子体生成器的外围，且所述电极之一由延伸进所述反应生成器的探针提供。

12. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置适合于通过增白或清洁牙齿来处理人体或动物体的口腔区域。

13. 如前述权利要求任一项所述的装置，其中所述物种是非热气态等离子体。

14. 如权利要求13所述的装置，其中所述装置配置为生成温度低于40℃的非热等离子体。

15. 如前述权利要求任一项所述的装置，包括可连接到所述壳体的敷料器，其用于运送来自所述反应室的物种并对处理区域应用物种。

16. 如前述权利要求任一项所述的装置，其中所述敷料器具有用于插入使用所述装置的人的口腔的指状端部。

17. 一种包括如前述权利要求任一项所述的用于生成非热等离子体的装置以及重充单元的设备，所述重充单元包括：

重充压力容器，其中容纳气体，以供给气体至所述装置的所述气体囊；和/或

重充电工具，其用于给所述装置中的所述电能来源重充。

18. 如权利要求1至16中任一项所述的装置，其中所述气体囊具有在10ml至100ml的内部容积。

19. 如权利要求1至16中任一项所述的装置，其中所述气体囊容纳储存在至少60巴压力下的气体。

20. 如权利要求1至16中任一项所述的装置，其中所述电能来源是一个或多个可重充电池。

Images