CN104735893B - 一种低温等离子体用于细长管道灭菌的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低温等离子体用于细长管道灭菌的装置与方法。所述装置包括电源激励模块、智能控制模块、等离子体发生模块和灭菌腔，其特征在于：所述电源激励模块为等离子体发生模块提供高压激励，在灭菌腔中产生大气压低温等离子体。智能控制模块通过智能器件为管道内的灭菌提供工作气体，并实现沿面放电与射流放电两种模式的切换。所述装置在细长管道内产生射流式放电，实现对管道内壁的灭菌处理；在细长管道外产生沿面放电，实现对管道外壁的灭菌处理；通过智能控制模块实现内外壁灭菌一体化操作，方便快捷，避免交叉感染。
Description
技术领域
本发明涉及器械灭菌技术领域，特别涉及一种低温等离子体用于细长管道灭菌的装置和方法。
背景技术
医疗器械的灭菌医疗过程中一个重要的环节。一些重复使用的医疗器械如内窥镜、止血夹等都需要按照标准进行彻底灭菌。倘若这类医用材料没有按照要求灭菌，则很容易引起交叉感染，甚至导致生命危险。
现有的灭菌方法有很多，比如湿热灭菌，就是将器械放入压力锅内，利用热力和湿气灭菌，这种方法虽然简单可靠，但是一些不耐高温的材料承受不了高温；还有环氧乙烷灭菌，它是通过环氧乙烷与蛋白质分子上的巯基(-SH)、氨基(-NH2)、羟基(-OH)和羧基(-COOH)以及核酸分子上的亚氨基(-NH-)发生烷基化反应，造成蛋白质失去反应基团，阻碍了蛋白质的正常生化反应和新陈代谢，导致微生物死亡，从而达到灭菌效果，但环氧乙烷具有致癌性，致突变性等毒性，不利于工作人员的安全；最后还有辐射灭菌，就是将灭菌产品放于适宜放射源辐射的γ射线或适宜的电子加速器发生的电子束中进行电离辐射产生自由基通过控制辐射条件从而杀灭微生物，但这也要考虑辐射剂量的有效性和安全性。
目前医疗领域中细长管道材料的应用非常广泛，如内窥镜的管道，超声雾化器中的管道等等。这些管道由于自身的结构特点和材料的物化特性，现有的消毒灭菌方法无法满足要求。据某项调查结果显示，目前各大内窥镜消毒的合格率普遍低于80％。并且随着内窥镜应用的普及以及使用率的提高。这一数值还在下降。目前医疗器械上应用的大多数管道材料价格高昂，一次性使用成本极高，单多次使用又有交叉感染的风险。所以寻求一种方便，高效，经济的灭菌方式，对于医疗器械尤其是细长管道材料的安全使用是十分重要的。
发明内容
根据以上存在的问题，本发明公开了一种低温等离子体用于细长管道灭菌的装置；
所述装置包括智能控制模块、电源激励模块、等离子体发生模块以及灭菌腔，其特征在于：所述智能控制模块与电源激励模块同灭菌腔相连，所述等离子体发生模块置于灭菌腔内；
所述智能控制模块包括气体流量控制器和继电器，所述气体流量控制器为所述细长管道通入工作气体并控制工作气体的流速，所述继电器用于控制射流式放电和沿面放电的切换，以完成对灭菌方式的切换；
所述电源激励模块内包含有高压电源并通过高压电源为等离子体发生模块提供激励以产生等离子体；
所述等离子体发生模块用于在工作气体中产生低温等离子体；
所述灭菌腔为一可开合的腔体结构，用于容纳细长管道，并通过腔体外壁隔绝外界空气为管道外壁的灭菌提供密闭环境。
本发明所述的灭菌装置具有以下优点：(1)本发明无需其他化学药剂，安全无污染，无化学残留，对环境以及操作人员友好；(2)等离子体发生装置在大气压下进行操作，无需真空腔，设备简单，价格低廉；(3)本发明可以实现管道内外壁的一体化灭菌：利用射流放电产生的等离子体对管道内壁进行消毒灭菌，利用沿面放电产生的等离子体对管道外壁进行消毒灭菌；(4)通过智能电器的智能化控制实现射流放电和沿面放电两种等离子体产生方式的转换，操作简单，节约时间，并且杜绝了交叉感染；(5)本发明利用低温等离子体对管道进行灭菌，效率高，效果好；(6)低温等离子体温度低，对器械无腐蚀性，不会损伤器械。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为具体实施例的结构示意图，其中
(a)为本发明所述装置的空间结构图；
(b)为条形电极的结构图；
(c)为板状电极的结构图。
具体实施方式
就本发明而言，在一个实施例中提出了一种低温等离子体用于细长管道内外灭菌的装置；所述装置包括智能控制模块、电源激励模块、等离子体发生模块以及灭菌腔，其特征在于：所述智能控制模块与电源激励模块同灭菌腔相连，所述等离子体发生模块置于灭菌腔内；
所述智能控制模块包括气体流量控制器和继电器，所述气体流量控制器为所述细长管道通入工作气体并控制工作气体的流速，所述继电器用于控制射流式放电和沿面放电的切换，以完成对灭菌方式的切换；
所述电源激励模块内包含有高压电源并通过高压电源为等离子体发生模块提供激励以产生等离子体；
所述等离子体发生模块用于在工作气体中产生低温等离子体；
所述灭菌腔为一可开合的腔体结构，用于容纳细长管道，并通过腔体外壁隔绝外界空气为管道外壁的灭菌提供密闭环境。
可选的，所述电源激励模块内包含有高压电源并通过高压电源为等离子体发生模块提供激励以产生等离子体。
更优的，所述高压电源为正弦高压电源或者脉冲高压电源，所述正选高压电源的频率不高于100kHz，电压幅值在1kV到20kV之间，所述脉冲高压电源的频率不高于100kHz。
可选的，所述工作气体为稀有气体或者以稀有气体为主的掺杂气体；所述稀有气体可为如氦气或其他稀有气体；所述掺杂气体可为氦氧混合气体或其他混合气体。
可选的，所述等离子体发生模块由上下平行的两块板状单元组成，所述板状单元包括射多段条形电极、聚四氟乙烯层和板状电极；所述板状结构的里层为多段条形电极；中层为聚四氟乙烯层；外层为板状电极。
可选的所述条形电极可由印刷电路板或其他方法制成，所述条形电极包括环氧树脂基板、多跟裸铜的金属导线、开关和电源线接线柱组成；所述多跟裸铜的金属导线呈齿状并镶嵌于环氧树脂基板中；所述开关用于裸铜的金属导线之间的通断；所述聚四氟乙烯层的厚度可以选择，用于降低沿面放电所需的电压和放电时电极的温度；所述板状电极由印刷电路板制成，包括环氧树脂基板、裸铜的金属板和电源线接线柱，所述裸铜的金属板一端连接电源线接线柱并且镶嵌于环氧树脂基板内。
可选的，所述细长管道位于等离子体发生模块的上下平行的两块板状单元中间。
可选的，当对细长管道进行灭菌时，将所述细长管道置于等离子体发生模块上下平行的两块板状单元中间，并采用不同的电极结构放电产生等离子体对细长管道的内壁和外壁进行灭菌。
更优的，所述不同的电极结构包括射流式电极结构和沿面放电式电极结构；所述射流式电极结构经电源激励模块供电后在细长管道内产生等离子体射流，对管道内壁进行消毒；所述沿面放电式电极结构，经电源激励模块供电后可产生沿面放电产生等离子体，对管道外壁进行消毒。
可选的，所述射流式电极结构为多个条形电极对级联而成的多段式射流放电电极；所述条形电极对由四个条行电极组成，其中相对分布的两个条形电极为同极性，相邻分布的条形电极为相反极性，高压条形电极和地极条形电极分别通过各自母线连接；所述的沿面放电式电极结构可由所述射流式电极结构改变连接方式后与平板电极构成，具体操作为：所述继电器将射流式电极高压母线与地母线连接，作为沿面放电电极的地极，所述的平板电极作为高压极，构成沿面放电式电极。
可选的，所述射流式电极结构经高压电源供电后在细长管道内产生等离子体射流，对管道内壁进行消毒；所述射流电极结构改变连接方式，与所述平板电极构成沿面放电式电极结构，经电源模块供电后可产生沿面放电产生等离子体，对管道外壁进行消毒。
在另外一个实施例中，提出了一种低温等离子体用于细长管道灭菌的方法，所述方法包括以下步骤:
1)、通入工作气体：智能控制模块通过流量控制器为所灭菌的管道内通入稀有气体或者以稀有气体为主的掺杂气体；所述稀有气体包括如氦气或其他稀有气体；所述掺杂气体包括氦氧混合气体或其他混合气体；
2)、对细长管道内部消毒：电源激励模块通过高压电源为所述射流式电极供电，所述射流式电极结构包括多个条形电极对级联而成的多段式射流放电电极、高压母线和地母线；其中所述射流式电极结构上层的条形电极为高压条形电极，下层的条形电极为地极条形电极；其中相对分布的两个条形电极为同极性，相邻分布的条形电极为相反极性；所述高压条形电极之间和地极条形电极之间分别通过各自母线连接；当电压升高到一定程度后，在管道内发生放电，产生低温等离子体射流，对对细长管道内壁进行消毒；
3)、对细长管道外壁进行消毒：智能控制器通过继电器将放电电路切换为沿面放电式结构；具体操作包括：所述继电器将射流式电极高压母线与地母线连接，作为沿面放电式电极的地极，所述的平板电极作为沿面放电式电极的高压极，构成沿面放电式电极；其中，高压母线为连接所有高压条形电极的公共线，地母线为连接所有地级条形电极的公共线；电源激励模块通过高压电源为所述沿面放电电极供电；沿面放电电极发生沿面放电，在所述灭菌腔内产生大量等离子体以及活性粒子，对细长管道的外壁进行消毒。
下面结合附图1至2，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
在一个实施例中，如图1所示，所述灭菌装置包括电源激励模块100，智能控制模块200，等离子体发生模块300和腔体400。
电源激励模块100通过高压电源为等离子体发生模块的电极提供高压激励。
智能控制模块200通过气体流量控制器为所灭菌的细长管道内通入工作气体如稀有气体氦气。
智能控制模块200通过继电器等实现射流式放电和沿面放电之间的切换。
等离子体发生模块300可以包括射流式电极结构和沿面放电式电极结构。电极结构同高压电极连接，在高压激励的作用下分别产生射流式放电和沿面放电。
灭菌腔400用于容纳放电电极，并为沿面放电产生的等离子体提供作用环境。下面进行具体说明。
在另外一个实施例中，如图2(a)，本实施例中的灭菌装置包括电源激励模块100，智能控制模块200，等离子体发生装置300和灭菌腔400。
高压电源100用于为等离子体发生模块300提供高压电，以激励电极电离工作气体而产生低温等离子体。所述高压电源100可以为正弦高压电源，频率范围为50Hz到100kHz。就该实施例而言，实际应用中，正弦高压电源电压峰-峰值选择范围在1kV到10kV，频率范围不高于100kHz，频率过低则放电不稳定，频率过高则会导致等离子体发热现象明显。
高压电源也可以是脉冲高压电源，其脉冲频率不高于100kHz。脉冲高压电源的频率越高，等离子体的处理速度越快，而且放电电压越低，但等离子体温度会随频率升高。就该实施例而言，在脉冲高压电源激励下，活性粒子的生成效率更高，同时由于降低了总的放电功率，使得等离子体温度进一步降低。
智能控制模块200通过流量控制器控制管内灭菌时稀有气体的流速，通过继电器等控制灭菌方式的切换。
等离子体发生模块300包括多段条形电极301，聚四氟乙烯层302，板状电极303。下面进行详细说明。
多段条形电极301可由印刷电路板或其他方法制成，其电路结构如图2(b)所示。311为环氧树脂基板，312、313为裸铜的金属导线，314为实现312与313之间通断的开关。315为电源线接线柱。
聚四氟乙烯层302是厚度可选的聚四氟乙烯板状材料，用以降低沿面放电所需的电压和放电时电极的温度。
板状电极303是由印刷电路板制成，其电路结构如图2(c)所示。321为环氧树脂基板，322为裸铜的金属板，323为电源线接线柱。
腔体400用以容纳等离子体发生模块300，并起约束沿面放电产生的等离子体，使之能充分对管道外壁进行灭菌的作用。
以上是对本发明上述实施例的灭菌装置的结构做了介绍，下面对本装置的灭菌过程以具体实施例形式做进一步介绍。
本具体实施例在进行管道内壁消毒灭菌时，高压电源为条形电极301提供激励。具体方式为，电极312连接高压极，电极313连接地电极。电极301上下两部分夹紧所述管道并使管道外壁紧贴电极。管道内通入流量不小于3slpm的氦气。此时在管道内发生射流式放电，产生大量、均匀分布的等离子体，使管道内壁的微生物迅速灭活。
本具体实施例在进行管道外壁消毒时，高压电源为电极提供高压激励。具体方式为，电极322连接高压极；开关314闭合，使312与313等电位并与电源地极连接。此时在电极表面发生沿面放电，产生的等离子体可以实现对管道外壁的灭菌。其中，开关314的闭合与开断可通过智能控制模块实现。
以上对本发明所提供的灭菌装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种低温等离子体用于细长管道灭菌的装置，所述装置包括智能控制模块、电源激励模块、等离子体发生模块以及灭菌腔，其特征在于：所述智能控制模块与电源激励模块同灭菌腔相连，所述等离子体发生模块置于灭菌腔内；
所述智能控制模块包括气体流量控制器和继电器，所述气体流量控制器为所述细长管道通入工作气体并控制工作气体的流速，所述继电器用于控制射流式放电和沿面放电的切换，以完成对灭菌方式的切换；
所述电源激励模块内包含有高压电源并通过高压电源为等离子体发生模块提供激励以产生等离子体；
所述等离子体发生模块用于在工作气体中产生低温等离子体；
所述灭菌腔为一可开合的腔体结构，用于容纳细长管道，并通过腔体外壁隔绝外界空气为管道外壁的灭菌提供密闭环境。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述等离子体发生模块由上下平行的两块板状单元组成，所述板状单元包括多段条形电极、绝缘介质材料层和板状电极；所述板状单元的里层为多段条形电极；中层为绝缘介质材料层；外层为板状电极。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：当对细长管道进行灭菌时，将所述细长管道置于等离子体发生模块上下平行的两块板状单元中间，并采用不同的电极结构放电产生等离子体对细长管道的内壁和外壁进行灭菌。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述不同的电极结构包括射流式电极结构和沿面放电式电极结构；所述射流式电极结构经电源激励模块供电后在细长管道内产生等离子体射流，对管道内壁进行消毒；所述沿面放电式电极结构，经电源激励模块供电后可产生沿面放电产生等离子体，对管道外壁进行消毒。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述射流式电极结构包括多个条形电极对级联而成的多段式射流放电电极、高压母线和地母线；其中所述射流式电极结构上层的条形电极为高压条形电极，下层的条形电极为地极条形电极；其中相对分布的两个条形电极为同极性，相邻分布的条形电极为相反极性；所述高压条形电极之间和地极条形电极之间分别通过各自母线连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的沿面放电式电极结构由所述射流式电极结构改变连接方式后与平板电极构成，具体操作为：所述继电器将射流式电极高压母线与地母线连接，作为沿面放电式电极的地极，所述的平板电极作为沿面放电式电极的高压极，构成沿面放电式电极；其中，高压母线为连接所有高压条形电极的公共线，地母线为连接所有地级条形电极的公共线。
7.根据权利要求5或6所述的任一装置，其特征在于：所述条形电极包括环氧树脂基板、多根裸铜的金属导线、开关和电源线接线柱；所述多根裸铜的金属导线呈齿状并镶嵌于环氧树脂基板中；所述开关用于裸铜的金属导线之间的通断；所述绝缘介质材料层的厚度可以选择，用于降低沿面放电所需的电压和放电时电极的温度；所述板状电极包括环氧树脂基板、裸铜的金属板和电源线接线柱，所述裸铜的金属板一端连接电源线接线柱并且镶嵌于环氧树脂基板内。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述工作气体包括稀有气体或者以稀有气体为主的掺杂气体；所述稀有气体包括如氦气或其他稀有气体；所述掺杂气体包括氦氧混合气体或其他混合气体。
9.一种基于权利要求1-6、8中任一所述的装置的低温等离子体用于细长管道灭菌的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)、通入工作气体：智能控制模块通过流量控制器为所灭菌的管道内通入稀有气体或者以稀有气体为主的掺杂气体；稀有气体包括如氦气或其他稀有气体；掺杂气体包括氦氧混合气体或其他混合气体；
2)、对细长管道内部消毒：电源激励模块通过高压电源为射流式电极供电，射流式电极结构包括多个条形电极对级联而成的多段式射流放电电极、高压母线和地母线；其中射流式电极结构上层的条形电极为高压条形电极，下层的条形电极为地极条形电极；其中相对分布的两个条形电极为同极性，相邻分布的条形电极为相反极性；高压条形电极之间和地极条形电极之间分别通过各自母线连接；当电压升高到一定程度后，在管道内发生放电，产生低温等离子体射流，对对细长管道内壁进行消毒；
3)、对细长管道外壁进行消毒：智能控制器通过继电器将放电电路切换为沿面放电式结构；具体操作包括：继电器将射流式电极高压母线与地母线连接，作为沿面放电式电极的地极，平板电极作为沿面放电式电极的高压极，构成沿面放电式电极；其中，高压母线为连接所有高压条形电极的公共线，地母线为连接所有地级条形电极的公共线；电源激励模块通过高压电源为所述沿面放电电极供电；沿面放电电极发生沿面放电，在灭菌腔内产生大量等离子体以及活性粒子，对细长管道的外壁进行消毒。
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