CN104378899B - 等离子体产生装置及应用其的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种等离子体产生装置、应用其的表面处理方法与生物组织表面处理方法。该等离子体产生装置包括：等离子体导管、反应源导管、第一电极及第二电极。等离子体导管具有等离子体出口。反应源导管设于等离子体导管内，且具有反应物出口。第一电极及第二电极设于等离子体导管上，其中第二电极比第一电极邻近于等离子体出口。反应源导管的反应物出口不突出超过第一电极的下缘。
Description
技术领域
本发明是有关于一种等离子体产生装置、应用其的表面处理方法与生物组织表面处理方法，且特别是有关于一种具有导管的等离子体产生装置、应用其的表面处理方法与生物组织表面处理方法。
背景技术
一般龋齿填补前，并未经过杀菌的前处理，因此在龋齿填补过程中容易产生细菌残留，也使得填补材容易脱落。或者，虽然生物组织经过杀菌，但一般的杀菌方法仍无法有效地消灭细菌。
发明内容
本发明是有关于一种等离子体产生装置，等离子体具有杀菌作用，可减少生物组织的感染程度。
根据本发明的一实施例，提出一种等离子体产生装置。等离子体产生装置包括一等离子体导管、一反应源导管、一第一电极及一第二电极。等离子体导管具有一等离子体出口。反应源导管设于等离子体导管内，且具有一反应物出口。第一电极设于等离子体导管上。第二电极设于等离子体导管上且比第一电极邻近于等离子体导管的等离子体出口。其中，反应源导管的反应物出口不突出超过第一电极的一下缘。
根据本发明的另一实施例，提出一种表面处理方法。表面处理方法包括以下步骤。提供一等离子体产生装置，等离子体产生装置包括一等离子体导管、一反应源导管、一第一电极及一第二电极，等离子体导管具有一等离子体出口，反应源导管设于等离子体导管内且具有一反应物出口，第一电极设于等离子体导管上，第二电极设于等离子体导管上且比第一电极邻近于等离子体导管的等离子体出口，其中反应源导管的反应物出口不突出超过第一电极的一下缘；通过第一电极与第二电极，激化等离子体导管内的等离子体源气体，以产生一等离子体；以及，通过反应源导管提供一反应物给该等离子体，使等离子体分解反应物而产生一表面处理元素，以对一待处理物进行表面处理。
根据本发明的另一实施例，提出一种生物组织表面处理方法。生物组织表面处理方法包括以下步骤。提供一等离子体产生装置，等离子体产生装置包括一等离子体导管、一反应源导管、一第一电极及一第二电极，等离子体导管具有一等离子体出口，反应源导管设于等离子体导管内且具有一反应物出口，第一电极设于等离子体导管上，第二电极设于等离子体导管上且比第一电极邻近于等离子体导管的等离子体出口，其中反应源导管的反应物出口不突出超过第一电极的一下缘；通过第一电极与第二电极，激化等离子体导管内的等离子体源气体，以产生一等离子体，以对一生物组织进行表面处理。
为了对本发明的上述及其他方面有更好的了解，下文特举诸项实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1A绘示依照本发明一实施例的等离子体产生装置的剖视图。
图1B绘示图1A中沿方向1B-1B’的剖视图。
图2A绘示依照本发明另一实施例的等离子体产生装置的剖视图。
图2B绘示图2A中沿方向2B-2B’的剖视图。
图3A绘示依照本发明另一实施例的等离子体产生装置的剖视图。
图3B绘示图3A中沿方向3B-3B’的剖视图。
图4绘示依照本发明一实施例的使用等离子体产生装置进行生物组织表面处理的流程图。
【符号说明】
100、200、300：等离子体产生装置；
110：等离子体导管；
110a：等离子体出口；
120：等离子体气体源；
130：反应源导管；
130a：反应物出口；
140：反应物源；
150：第一导电片；
160：第二导电片；
170：电源供应单元；
180：第一电极；
180a：通孔；
180b：下表面；
180u：上表面；
180r：开口；
181：第一突出部；
190：第二电极；
191：第二突出部；
210a：第一贯孔；
210b：第二贯孔；
210：冷却导管；
210c：冷却腔体；
220：冷却源；
310：保护套管；
310a：卡合凹槽部；
G1：等离子体源气体；
G2：反应物；
G3：冷却剂；
H：间隔；
P：等离子体；
S：表面处理元素；
S100、S110、S120、S130、S135、S140、S150、S160：步骤。
具体实施方式
请参照图1A，其绘示依照本发明一实施例的等离子体产生装置的剖视图。由于等离子体产生装置100体积小，因此等离子体产生装置100可适于手持。等离子体产生装置100可对口腔内、外的牙齿、皮肤或其它组织进行改质，如美白、修复或杀菌。在一实施例中，等离子体产生装置100可对已插置于口腔内的牙齿(如龋齿)进行杀菌及修复；或者，口腔外的牙齿可先由等离子体产生装置100对其进行表面处理后，再植入口腔内。此外，等离子体产生装置100的表面处理对象不限于牙齿，也可以针对皮肤或其它生物组织进行表面处理。
等离子体产生装置100包括等离子体导管110、等离子体气体源120、反应源导管130、反应物源140、第一导电片150、第二导电片160、电源供应单元170、第一电极180及第二电极190。
等离子体导管110连通等离子体气体源120，等离子体气体源120提供等离子体源气体G1于等离子体导管110内。当等离子体源气体G1通过第一电极180与第二电极190之间的区域时，等离子体源气体G1会被激化成等离子体P，然后从等离子体导管110的等离子体出口110a喷出，以对生物组织进行表面处理，如杀菌处理，以减少生物组织的感染程度。等离子体导管110的外径可小于20毫米以下，这样小型化的喷头，使等离子体产生装置100适于针对生物组织进行局部区域性的表面处理，又可适于口腔等小空间内进行表面处理。本例中，等离子体导管110是一绝缘等离子体导管。在一实施例中，等离子体出口110a与生物组织表面的距离可大于1毫米(mm)。
反应源导管130连通反应物源140，反应物源140可提供反应物G2进入反应源导管130内。当等离子体P生成后，反应物G2与等离子体P混合并受到等离子体P的分解，而产生表面处理元素S，表面处理元素S例如是美白牙齿的元素或修复组织的生物兼容性元素。以反应物G2是水气(液态水雾)举例来说，水气与等离子体P混合后，等离子体P分解水气，使水气产生表面处理元素S，如氧自由基及氢氧自由基，以加强去除牙齿的表面色素，进而达到美白牙齿功效。此外，等离子体P分解水气的过程会降低表面处理的温度，这样一来可减缓牙齿氧化程度，有助于牙齿的美白程度。在适当的控制下，表面处理的温度可接近生物组织的温度；就人体而言，表面处理的温度可控制在摄氏约40以下。
以反应物G2是液态羟基磷灰石举例来说，羟基磷灰石与等离子体P混合后，等离子体P分解羟基磷灰石而产生生物兼容性材料，此生物兼容性材料可用以修复生物组织(例如是牙齿、皮肤或其它生物组织)，帮助生物组织快速复原。就羟基磷灰石的性质而言，羟基磷灰石具有无毒性及可分解的化学性质，存在于人体骨骼及牙齿中，为人体钙质组成成分之一。当然，本发明实施例不限定反应物G2的种类，只要是被等离子体P分解后可产生有助于生物组织复原、杀菌、抑菌及／或美容的表面处理元素，都可作为本发明实施例的反应物G2。
本例中，反应源导管130是绝缘等离子体导管，因此不会产生电性而影响等离子体P的生成。在另一例中，反应源导管130与等离子体导管110是采同心配置，使反应源导管130与等离子体导管110之间的径向间隔H大致上相同，则可使得通过其间的等离子体源气体G1的流速更为均匀，进而提高所生成的等离子体P的流速均匀性。
反应源导管130具有反应物出口130a，反应源导管130内的反应物G2经由反应物出口130a提供给等离子体P。反应物出口130a不突出超过第一电极180的下缘，例如是位于第一电极180的上表面180u与下表面180b之间。
第一导电片150从第一电极180延伸至电源供应单元170的第一极性端，而第二导电片160从接第二电极190延伸至电源供应单元170的第二极性端。电源供应单元170通过第一导电片150及第二导电片160提供射频电源给第一电极180与第二电极190，以激化等离子体源气体G1生成等离子体P。第一导电片150及第二导电片160可由金属或石墨制成板状，其可强化等离子体产生装置100的结构强度，让等离子体产生装置100更易于手持操作。在另一实施例中，也可以改以导线取代第一导电片150及第二导电片160。
第一电极180包括第一突出部181，其抵压在等离子体导管110的外壁面；相似地，第二电极190包括第二突出部191，其抵压在等离子体导管110的外壁面。通过第一突出部181与第二突出部191抵压于等离子体导管110的相对二外壁面，可固定等离子体导管110与两电极(180、190)的相对位置。
请参照图1B，其绘示图1A中沿方向1B-1B’的剖视图。第一电极180为一环状电极，环状电极具有通孔180a，等离子体导管110穿过通孔180a配置。在另一实施例中，通孔180a与等离子体导管110可通过紧配方式固定其相对位置，在此设计下，第一突出部181与第二突出部191可不抵压在等离子体导管110的外壁面。此外，第二电极190的结构相似于第一电极180，容此不再赘述。
请参照图2A，其绘示依照本发明另一实施例的等离子体产生装置的剖视图。等离子体产生装置200包括等离子体导管110、等离子体气体源120、反应源导管130、反应物源140、第一导电片150、第二导电片160、电源供应单元170、第一电极180、第二电极190、冷却导管210及冷却源220。
冷却导管210包覆等离子体导管110、第一电极180与第二电极190。冷却导管210与等离子体导管110之间定义冷却腔体210c，第一电极180及第二电极190位于冷却腔体210c内。冷却源220提供冷却剂G3于冷却导管210内，可降低位于冷却腔体210c内的第一电极180及第二电极190的温度，避免第一电极180及第二电极190因过热而加速氧化。此外，冷却剂G3也可以降低等离子体P及表面处理元素S的温度，此有助于牙齿美白程度。此外，由于冷却导管210具有绝缘性，因此即使冷却导管210与第一电极180及第二电极190接触，也不会影响等离子体P的生成。
请参照图2B，其绘示图2A中沿方向2B-2B’的剖视图。第一电极180具有开口180r，开口180r与冷却腔体210c(未绘示于图2B)相通，以让冷却剂G3(未绘示于图2B)通过。本实施例中，开口180r是缺口，就缺口的制作来说，其可由一具有圆形剖面的导电块切角而形成，被切掉的部分则形成开口180r，开口180r是通孔，其贯穿整个第一电极180的厚度。
冷却导管210具有第一贯孔210a(同时绘示于图2A)，第一突出部181设于第一贯孔210a内且从第一贯孔210a露出，可使第一导电片150通过第一突出部181电性连接于第一电极180。相似地，冷却导管210具有第二贯孔210b(第二贯孔210b绘示于图2A)，第二突出部191设于第二贯孔210b内且从第二贯孔210b露出，可使第二导电片160通过第二突出部191电性连接于第二电极190(第二电极190绘示于图2A)。
请参照图3A，其绘示依照本发明另一实施例的等离子体产生装置的剖视图。等离子体产生装置300包括等离子体导管110、等离子体气体源120、反应源导管130、反应物源140、第一导电片150、第二导电片160、电源供应单元170、第一电极180、第二电极190、冷却导管210、冷却源220及保护套管310。保护套管310用以包覆冷却导管210。此外，保护套管310也包覆第一突出部181及第二突出部191，以保护第一突出部181及第二突出部191避免其受到外界环境的侵害。
请参照图3B，其绘示图3A中沿方向3B-3B’的剖视图。保护套管310具有卡合凹槽部310a，第一导电片150及第二导电片160卡合于卡合凹槽部310a中，除了可以容置第一导电片150及第二导电片160外，也可以固定保护冷却导管210与导电片(第一导电片150及第二导电片160)之间的接触密合散热。
请参照图4，其绘示依照本发明一实施例的使用等离子体产生装置进行生物组织表面处理的流程图。上述等离子体产生装置可对生物组织表面进行处理，此生物组织可以是口腔内的牙齿，或是口腔外的牙齿(例如：假牙)、皮肤或其它组织，而所进行的表面处理例如为杀菌、美白、去敏感、修复、抑菌或其它处理。在一实施例中，等离子体产生装置100可对于口腔内的牙齿(如龋齿)进行杀菌及修复；或者，口腔外的牙齿可先由等离子体产生装置100对其进行表面处理后，再植入口腔内。此外，等离子体产生装置100的表面处理对象不限于牙齿，也可以针对皮肤或其它生物组织进行表面处理。
在步骤S100中，提供一等离子体产生装置，例如是等离子体产生装置100或200。本实施例是以图1A的等离子体产生装置100为例说明。
在步骤S110中，请同时参照图1A，提供等离子体源气体G1于等离子体导管110内。等离子体源气体G1可为空气、氩气、氦气、氧气或氮气。
在步骤S120中，请同时参照图1A，激发等离子体导管110内的等离子体源气体G1，以产生等离子体P。在一实施例中，可通过电源供应单元170提供射频电源，以激发等离子体源气体G1生成等离子体P。
在步骤S130中，等离子体产生装置100判断等离子体温度是否等于或小于一预定温度。若等离子体温度大于预定温度，进入步骤S135；若等离子体温度等于或小于预定温度，进入步骤S140。预定温度例如是适合待表面处理的生物组织的温度，例如为40℃。在一实施例中，等离子体产生装置100可选择性地包括一温度感测元件，用以感测生成等离子体的温度，此处的温度感测元件例如是温度计、热电偶或感热纸。
在步骤S135中，当等离子体温度大于预定温度时，表示等离子体温度可能破坏生物组织或造成生物组织的不适感，因此等离子体产生装置100可自动调整等离子体产生参数，以降低等离子体温度。等离子体产生参数可以是等离子体源气体的流量、电源供应单元的电流值、电源供应单元的电源功率、电源供应单元的脉冲作用时间比率或其它合适参数。在一实施例中，可通过调控等离子体源气体的流量、电流值、电源功率以及脉冲作用时间比率等其中之一或其组合，以降低生成等离子体的温度至预定温度以下。
在步骤S140中，当生成等离子体P的温度小于或等于预定温度时，表示在此等离子体温度下所形成的表面处理效果较好或最好，或者生物组织的感觉较舒适或最舒适，此时，等离子体导管110的等离子体出口110a可喷出等离子体P持续第一预定时间区间对生物组织进行第一表面处理。第一表面处理例如为杀菌处理。第一预定时间区间例如为20秒、其它更少或更多的时间区间。在一实施例中，等离子体出口与生物组织表面的距离大于1毫米(mm)，使低温等离子体产生模块可对不易处理弯角处、有伤口的区域进行非接触处理，如口腔灭菌、手术器械及创伤修复等。此测量调整后的低温等离子体无表面组织或齿面损害的安全疑虑，对环境无毒性残存，处理周期短，也可以适于处理耐热性或耐湿性较差的医疗器材。
在本实施例中，可继续进行步骤S150以对生物组织进行其它表面处理。另一实施例中，也可以省略步骤S150以后的步骤。
在步骤S150中，通过反应源导管130提供一反应物G2，使等离子体P分解反应物G2而产生表面处理元素S。反应物G2可以为水气、羟基磷灰石、氟化物、氟化硅单体、四乙氧基硅烷Si(OC2H5)4或钛酸异丙酯或甲烷。
在步骤S160中，持续第二预定时间区间，提供表面处理元素S对生物组织进行第二表面处理。反应物G2被等离子体反应分解而产生表面活化元素，与生物组织结合反应后，以完成深入生物组织的复原、修补及／或美容等表面处理。当反应物G2为水气(液态水雾)或含有水气的空气时，第二表面处理可为对生物组织表面的美白处理；当反应物G2为羟基磷灰石或甲烷，第二表面处理可产生具有生物兼容性的表层材质；当反应物G2为氟化物，第二表面处理可为防蛀牙处理；当反应物G2为氟化硅单体、四乙氧基硅烷或钛酸异丙酯时，第二表面处理可为修补裸露的牙本质小管的抗敏处理。第二预定时间区间例如为30秒、其它更少或更多的时间区间。
本发明所提出一种生物组织表面处理方法，是通过调整等离子体产生参数，使等离子体源气体被激化成等离子体喷出，并且确认生成等离子体的温度不大于适于生物组织的温度后，对生物组织进行杀菌、美白、去敏感、修复、抑菌或其它处理。由于等离子体产生的臭氧具有氧化作用，能用以进行杀菌及各种消毒处理。当一定的杀菌消毒时间后，可通入反应物，使其被等离子体反应分解而产生表面活化处理元素，此处理元素可具有生物兼容性，用以进行美白或修复生物组织等表面处理。例如反应物是水气(液态水雾)时，等离子体分解水气产生表面处理元素如氧自由基及氢氧自由基，可用以去除牙齿表面色素，达到美白功效。又例如反应物为液态羟基磷灰石时，等离子体分解羟基磷灰石而产生生物兼容性材料以修复生物组织(例如是牙齿、皮肤或其它生物组织)，可用以加速生物组织的复原。当反应物为氟化物时，基于氟与钙的亲和力好，可用以将牙釉质中的羟磷灰石(CalciumHydroxyapatite)转化成溶解度较低的氟磷灰石(Calcium Fluoroapatite)，进而降低牙釉质在酸中的溶解性，并且氟再矿化与钙结合回到牙齿里面，使早期龋齿过程逆转，可降低蛀牙的速度，达到预防蛀牙的功效。但凡可被等离子体分解而产生有助于生物组织复原、再生、修补或美白的表面处理元素，都可作为本发明的反应物，并不限于以上所举的诸项实施例。
以上本发明的装置中采用的表面处理方法也不限于对生物的患病组织进行表面处理，本发明的表面处理方法还适用于健康的生物组织，例如对健康的皮肤、牙齿或其它组织等进行表面处理，也可以对非生物组织的材料表面进行表面处理。特别是，本发明的牙齿表面处理方法不局限于患病的牙齿，对于健康的牙齿同样可以进行表面处理，例如为了美白或保健的目的。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更改与修饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (26)
1.一种等离子体产生装置，其特征在于，包括：
一等离子体导管，具有一等离子体出口；
一反应源导管，设于该等离子体导管内，且具有一反应物出口；
一第一电极，设于该等离子体导管上；以及
一第二电极，设于该等离子体导管上，其中该第二电极位于该第一电极与该等离子体出口之间；
其中，该反应源导管的该反应物出口位于该第一电极的一上表面与一下表面之间。
2.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，还包括：
一反应物源，提供一反应物给该反应源导管。
3.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中该反应物是水气、含有水气的空气、羟基磷灰石、氟化物、氟化硅单体、四乙氧基硅烷、钛酸异丙酯或甲烷。
4.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，还包括：
一第一导电片，电性连接该第一电极与一电源供应单元的一第一极性端；以及
一第二导电片，电性连接该第二电极与一电源供应单元的一第二极性端。
5.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中该第一电极及该第二电极各为一环状电极，各该环状电极具有一贯孔，该等离子体导管穿过各该环状电极的该贯孔配置。
6.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，还包括：
一冷却导管，该等离子体导管设于该冷却导管内，且该冷却导管与该等离子体导管之间定义一冷却腔体，该第一电极及该第二电极位于该冷却腔体内。
7.根据权利要求6所述的等离子体产生装置，其中该第一电极具有一开口，该开口与该冷却导管的内部相通，以让冷却剂通过。
8.根据权利要求6所述的等离子体产生装置，其中该第一电极包括一第一突出部，该冷却导管具有一第一贯孔，该第一突出部设于该第一贯孔内且从该第一贯孔露出；该等离子体产生装置还包括：
一第一导电片，通过该第一突出部电性连接该第一电极。
9.根据权利要求6所述的等离子体产生装置，其中该第二电极包括一第二突出部，该冷却导管具有一第二贯孔，该第二突出部设于该第二贯孔内且从该第二贯孔露出；该等离子体产生装置还包括：
一第二导电片，通过该第二突出部电性连接于该第二电极。
10.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中该等离子体导管与该反应源导管是同心配置。
11.一种表面处理法，其特征在于，包括：
提供一根据权利要求1所述的等离子体产生装置；
通过该第一电极与该第二电极，激化该等离子体导管内的等离子体源气体，以产生一等离子体；以及
通过该反应源导管提供一反应物给该等离子体，使该等离子体分解该反应物而产生表面处理元素，以对一待处理物进行表面处理。
12.根据权利要求11所述的表面处理法，其中该待处理物是生物组织。
13.一种生物组织表面处理方法，其特征在于，包括：
提供一等离子体产生装置，该等离子体产生装置包括一等离子体导管、一反应源导管、一第一电极及一第二电极，该等离子体导管具有一等离子体出口，该反应源导管设于该等离子体导管内且具有一反应物出口，该第一电极设于该等离子体导管上，该第二电极设于该等离子体导管上，其中该第二电极位于该第一电极与该等离子体出口之间，其中该反应源导管的该反应物出口位于该第一电极的一上表面与一下表面之间；
通过该第一电极与该第二电极，激化该等离子体导管内的等离子体源气体，以产生一等离子体，以对该生物组织进行一第一表面处理。
14.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其特征在于，还包括：
判断该等离子体的温度是否等于或小于一预定温度；
若该等离子体的温度等于或小于该预定温度，对该生物组织进行该第一表面处理；以及
若该等离子体的温度大于该预定温度，调整一等离子体产生参数，以使该等离子体的温度等于或小于该预定温度。
15.根据权利要求14所述的生物组织表面处理方法，该等离子体产生参数为等离子体源气体的流量、电源供应单元的电流值、电源功率与脉冲作用时间比率其中之一或其组合。
16.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其特征在于，还包括：
持续一第一预定时间区间提供该等离子体对该生物组织进行该第一表面处理。
17.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其特征在于，该第一表面处理为杀菌处理。
18.根据权利要求14所述的生物组织表面处理方法，其中，该预定温度是40℃。
19.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其中，该等离子体出口与生物组织表面的距离大于1毫米。
20.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其特征在于，还包括：
通过该反应源导管提供一反应物给该等离子体，使该等离子体分解该反应物而产生表面处理元素，以对该生物组织进行一第二表面处理。
21.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其中该生物组织为牙齿。
22.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其中通过该第一电极与该第二电极，激化该等离子体导管内的等离子体源气体以产生该等离子体的步骤包括：
一电源供应单元提供射频电源给该第一电极及该第二电极，以激化该等离子体导管内的等离子体源气体。
23.根据权利要求22所述的生物组织表面处理方法，其中该等离子体产生装置还包括：
一第一导电片，电性连接该第一电极与该电源供应单元的一第一极性端；以及
一第二导电片，电性连接该第二电极与该电源供应单元的一第二极性端。
24.根据权利要求13所述的生物组织表面处理方法，其中该等离子体源气体为空气、氩气、氦气、氧气或氮气。
25.根据权利要求20所述的生物组织表面处理方法，其中该反应物为水气、含有水气的空气、羟基磷灰石、氟化物、氟化硅单体、四乙氧基硅烷、钛酸异丙酯或甲烷。
26.根据权利要求20所述的生物组织表面处理方法，其中该第二表面处理是美白、修复或抑菌处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |