CN107206248A - 用于改善皮肤的便携式等离子体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种介质阻挡放电设备，更具体地，涉及一种用于改善皮肤的便携式等离子体设备，该设备通过介质阻挡放电在大气压下产生等离子体以改善皮肤状态。为此，本发明包括：可充电电池(10)，其被构造成从外部接收可用电压；高压电源模块(20)，其被构造成将从电池(10)提供的直流电力输出为在10kHz到100kHz之间以及1kV到7kV之间的交流电力；以及等离子体产生模块(30)，其包括面板状电极(31)和包围电极(31)的电介质(32)，以便通过接收所述高压电源模块(20)的输出来产生介质阻挡放电。

Description

用于改善皮肤的便携式等离子体设备
技术领域
本公开涉及介质阻挡放电设备，更具体地，涉及一种用于改善皮肤的便携式等离子体设备，该设备通过介质阻挡放电在大气压下产生等离子体以改善皮肤状态。
背景技术
在所有材料中，能态最低的材料是固体。如果固体接收能量，则固体被转化为液体，然后转变为气体。此时，如果将超过电离能的足够能量施加到中性气体，则可以通过电子和离子的电离和重组来产生包含电子、离子、中性原子和分子的等离子体。
由于在等离子体中混合有几乎等量的正电荷和负电荷，所以等离子体保持电中性，同时进行接近于自由粒子的布朗运动。因此，等离子体被称为电离导电气体物质。
虽然等离子体根据等离子体密度、电子温度、物质之间的热平衡程度、产生技术、应用领域等进行分类，但是通常根据密度和电子温度来划分等离子体。根据热平衡程度，等离子体可以划分为局部热平衡(LTE，local thermal equilibrium)和非LTE。术语“局部热平衡(LTE)”是指在等离子体的局部区域中所有等离子体粒子的温度彼此相等的热力学状态。
一般来说，用于研究或制造过程的等离子体是LTE和非LTE中一种。前者称为热等离子体，后者称为低温等离子体。
本公开的目标是低温等离子体，并且该目标属于低温等离子体中的常压等离子体。
常压等离子体主要用于材料的表面改性和涂覆。近年来，常压等离子体的使用正在向活体应用和生物医学领域扩展。因此，已经积极开展了对常压等离子体射流的研究。
等离子体射流的电极结构是几乎针状电极结构，并且根据电源已经研究了各种构造方法。大多数情况下，从外部引入惰性气体，并且向针状电极结构施加高电压以产生等离子体。另一方面，还引入了一种介质阻挡放电(DBD，dielectric barrier discharge)型等离子体射流设备，其中，小尺寸部件安装在小尺寸圆形平行板的中央。
根据驱动频率引入了各种类型的等离子体射流电源。数十千赫(kHz)至数百kHz的低频放电电源包括DC脉冲电源和AC电源。MHz至GHz范围的高频放电包括射频(RF，radiofrequency)和微波(MW，microwave)。取决于各电源的功耗根据应用领域而不同。用于生物医学领域的等离子体射流的功耗几乎在100W以下。
等离子体射流主要用于灭菌和巴氏消毒的目的。已经对含氧自由基的等离子体在牙齿美白、病原体破坏和血液凝固上的应用进行了研究。在生物医学领域的应用中的关键问题在于：使设备小型化且易于对其进行控制，并且确保人体的稳定性。
等离子体领域中的重要课题是确保用以直接将等离子体施加到活体或人体的细胞的电击的稳定性。因此，为了确保该稳定性，高电压电极不应与样本和人体直接接触。应该通过减小施加在电极上的驱动电压并将等离子体电流的量控制为1mA至2mA之间的较小值来消除对人体的电击。对于成年男性来说，在60Hz的工业频率AC下，人体可以感测到的最小电流约为1mA，感测电流随着频率的增大而增大。此外，使人体感到疼痛的电流为7～8mA，更高的电流在电和热方面是危险的。
下面，将说明使用等离子体的现有技术。使用等离子体的便携式美容设备(韩国实用新型注册No.20-0454538)披露了一种通过使用等离子体来消除附着在脸部或皮肤上的细菌的技术。等离子体护肤装置(韩国专利注册No.10-1262632)披露了一种产生护肤用的辉光等离子体的技术。
由于上述使用等离子体的便携式美容设备和上述护肤装置需要用诸如氮气、氩气和氦气等气体来产生等离子体，因此工作时间和工作环境受到限制，并且在工作期间必须对气体进行填装或更换。
引用文献列表
专利文献
(专利文献1)韩国实用新型注册No.20-0454538
(专利文献2)韩国专利注册No.10-1262632
发明内容
技术问题
本公开的目的在于提供一种用于改善皮肤的便携式等离子体设备，该设备因为与使用气体的常规设备不同不使用气体而便于携带，并且会产生适于改善皮肤的等离子体。
本公开的另一个目的在于通过被电介质材料包围的电极产生大面积的低功率和低温等离子体，以防止皮肤损伤，实现美白效果并提升皮肤弹性，以及克服如痤疮等的皮肤病和如皱纹等的皮肤问题。
本公开的另一个目的在于可以更换直接产生等离子体的电极，因此即使当由于设备的长期使用而导致电极损坏时，设备的使用也不会出现麻烦。
技术方案
根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备包括：可充电电池，其被构造成从外部接收可用电压；高压电源模块，其被构造成将从所述可充电电池供给的DC电力输出为在10kHz到100kHz之间以及1kV到7kV之间的AC电力；以及等离子体产生模块，其包括面板状电极和包围所述电极的电介质材料，并且被构造成接收所述高压电源模块的输出以引起介质阻挡放电。
在示例性实施方案中，所述设备还可以包括：前盖和后盖，其被构造成容纳所述可充电电池、所述高压电源模块和所述等离子体产生模块；以及头部，其可拆卸地连接至所述前盖。所述等离子体产生模块可以包括：导电销，其设置在所述头部上使得所述等离子体产生模块的表面暴露于外部，并且通过所述头部从所述前盖向内延伸，同时与所述电极连接。连接到所述高压电源模块并且以其自身的弹性与所述导电销接触的张紧端子可以设置在所述前盖的内部。
在示例性实施方案中，所述头部可以包括在所述等离子体产生模块的表面和皮肤之间形成恒定空间的突起，以便于容易在空气中引起介质阻挡放电。所述突起可以支撑所述等离子体产生模块，使得所述等离子体产生模块不会跑到外部。
在示例性实施方案中，所述可充电电池可以为内部电池或可拆卸电池。所述设备还可以包括：电源管理模块，其被构造成提供充电端子用以接收所述可充电电池的可用电压并检查所述可充电电池的剩余电量。
在示例性实施方案中，所述设备还可以包括：接地部，其与所述电源管理模块连接从而被电接地，并且具有暴露于所述前盖和所述后盖的外部的部分。所述接地部可以全部涂覆有金属，并且所述接地部的暴露于外部的部分可以为另外涂覆有非导电材料的注射材料。
更具体地，所述接地部的金属涂层的电阻值可以为10Ω/cm2以下，并且所述接地部的非导电材料涂层可以具有20微米到50微米之间的厚度。
在示例性实施方案中，所述高压电源模块可以包括：DC输入部，其被构造成从所述可充电电池接收电力；DC电压控制器，其被构造成控制经由所述DC输入部传输的电压的通/断；以及AC高压变换器，其被构造成将所述DC电压控制器的输出电压输出为低频高压AC电力。所述高压电源模块输出具有0.1Hz至1kHz之间的通/断周期的脉冲。
在示例性实施方案中，所述电介质材料可以包括暴露于外部的顶板和与所述顶板相对的底板。所述顶板可以具有1mm以下的厚度，并且所述底板可以具有比所述顶板更厚的厚度。
在示例性实施方案中，所述设备还可以包括：电源控制模块，其被构造成控制所述高压电源模块的输出和通/断。
技术效果
与选择气体并用其提高等离子体效率的常规方式不同，根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备可以借助高压电源模块和面板状等离子体产生模块在大面积范围空气中产生对人体安全的等离子体。因此，任何人都可以使用具有小尺寸便携式结构的便携式等离子体设备来方便地改善皮肤状态。
此外，根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备可以在相对较大范围内产生低功率低温等离子体，以实现在各种论文或学术期刊中披露的等离子体的皮肤改善效果。例如，清除了毛孔中的细菌、有机物质和异物，并且刺激真皮层的成纤维细胞，从而促进生成胶原蛋白和弹性蛋白，进而有助于皮肤再生并改善其弹性。
此外，被构造成直接在皮肤上产生等离子体的等离子体产生模块可以进行更换。因此，即使当等离子体产生模块因重复使用或管理不善而被损坏时，也可以通过简单的更换步骤来半永久地使用等离子体产生模块。
附图说明
图1是示出了根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备的操作原理的框图。
图2至图4示出了根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备的外观。
图5和图6示出了根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备的内部结构。
图7是根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备的等离子体产生模块的剖面图。
图8示出了从根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备中的高压电源模块输出的脉冲的示例。
具体实施方式
下面，将参照附图对根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备进行更全面地说明。
图1是示出了根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备的操作原理的框图。
根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备包括：可充电电池10；高压电源模块20，其被构造成将从电池10供给的电力输出为低频高压AC电力；以及等离子体产生模块30，其被构造成接收高压电源模块20的输出以引起介质阻挡放电。等离子体产生模块30可产生等离子体，用以改善皮肤状态。
可充电电池10安装为如图5所示的内部电池，或者如适用于传统的移动电话或便携式多媒体播放器(PMP，portable multimedia player)的情况一样被可拆卸地安装，以便于从外部接收可用电压。例如，可充电电池10通过连接到在输出可用电压之前对110至220伏的可用电压进行降压的计算机、笔记本电脑或适配器的USB电缆来接收可用电压。预先存在的电池可以与可充电电池10一起使用。
高压电源模块20将从电池10供给的DC电力输出为低频高压AC电力。优选地，高压电源模块20被构造成输出10kHz到100kHz之间的低频以及1kV到7kV之间的高压。特别地，高压电源模块20用于输出具有0.1Hz至1kHz之间的通/断周期的脉冲(参照图8)。
对高压电源模块20的低频高压范围和输出电压OFF周期进行限制，以防止等离子体产生模块30的过度温度升高并抑制臭氧的产生。更具体地，当等离子体产生模块30继续接收上述低频高压时，等离子体产生模块30可能到达高到足以在短时间内损伤皮肤的温度，并且使用者可能会反感在等离子体放电过程中附属地产生的臭氧的特有鱼腥味。因此，如上所述，等离子体产生模块30的温度不超过40摄氏度，并且当以0.1Hz至1kHz的时间间隔供给低频高压时，仅会产生少量臭氧。
高压电源模块20包括：DC输入部21，其被构造成从电池10接收电力，如图1所示；DC电压控制器22，其被构造成控制经由DC输入部21供给的电压的通/断；以及AC高压变换器23，其被构造成将DC电压控制器22的输出电压输出为低频高压AC电力。DC电压控制器22用于使高压电源模块20的脉冲具有0.1Hz至1kHz之间的通/断周期。
等离子体产生模块30包括能够具有诸如圆形、正方形和椭圆形等各种面板形状的电极31和包围电极31的电介质材料32，并且接收高压电源模块20的输出以引起介质阻挡放电。如图7所示，电介质材料32包括暴露于设备的外部以向皮肤排放等离子体的顶板32-1和与顶板32-1相对地设置的底板32-2。
作为参考，电极31优选由诸如金、银、铜或钼-锰等导体形成。
顶板32-1防止作为一种类型的等离子体放电并且可能损伤皮肤的电弧放电的发生，并且为了产生有效改善皮肤的等离子体放电而具有1mm以下的厚度。由于底板32-2具有比顶板32-1更厚的厚度，所以在底板32-2的一侧不发生等离子体放电。
优选地，顶板32-1和底板32-2的材料为陶瓷、硅、石英等。
此外，如图2和图3所示，根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备包括电池10、高压电源模块20、构造成容纳等离子体产生模块30的前盖40和后盖50以及可拆卸地连接至前盖40的头部60。
前盖40和后盖50彼此可拆卸地连接。前盖40和后盖50中的各者均具有允许使用者用其手方便地握住并移动前盖40和后盖50的尺寸。只要前盖40和后盖50具有使得可以安装本公开的各种部件的结构，那么它们就可以适用于任何设计。
将等离子体产生模块30插入到头部60中，以提供其中等离子体产生模块30的表面(即，顶板32-1)暴露于外部的空间。头部60具有与前盖40可拆卸地螺旋连接的结构。等离子体产生模块30还包括：导电销33，其通过头部60从前盖40向内延伸，同时与电极31连接，并且与导电销33连接的张紧端子34设置在前盖40的内部。因此，当头部60和前盖40彼此连接时，进入前盖40内部的导电销33保持与张紧端子34连接，同时向外推动具有自身弹性的张紧端子34。这使得高压电源模块20的输出电压能够经由张力端子34到达电极31。由于上述结构，即使当等离子体产生模块30因重复使用或外部冲击而被损坏时，也可更换等离子体产生模块30。
头部60包括在等离子体产生模块30的表面(即，顶板32-1)和皮肤之间形成恒定空间的突起61，以便于容易在空气中引起介质阻挡放电。优选地，突起61的高度在1mm至1.3mm之间，使得在皮肤和顶板32-1之间的空间中产生等离子体。
头部60的突起61的一部分具有支撑顶板32-1的圆周的形状，使得安装在头部60上的等离子体产生模块30不会跑到外部。
另一方面，根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备还包括：电源管理模块70，其提供充电端子71用以接收可充电电池10的可用电压并允许通过LED、LCD等可视地检查电池10的剩余电量。
此外，根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备包括：接地部80，其与电源管理模块70电连接，并且具有延伸至前盖40和后盖50的外部的部分。接地部80可以由金属形成。更优选地，接地部80全部涂覆有诸如铬等金属，同时接地部80的暴露于外部的部分为另外涂覆有诸如UV涂层等非导电材料的注射材料，从而有效地减少总重量或防止电弧放电的发生。
根据上述接地部80，如果在使用者用其手握住前盖40和后盖50并同时与接地部80接触时，头部60的突起61与皮肤接触，则会在顶板32-1的表面和皮肤之间的空间中产生等离子体。然而，当使用者不接触接地部80时，就不会产生等离子体。
优选地，金属涂层的电阻值可以为10Ω/cm2以下，并且非导电材料涂层具有20微米到50微米之间的厚度。如果金属涂层的电阻值超过10Ω/cm2，则接地部80与电源管理模块70的连接变差。如果非导电材料的厚度与上述不同，则在皮肤和接地部80之间会发生电弧放电，或涂层表面会不均匀。
还设置有电源控制模块90，以控制高压电源模块20的输出和通/断。电源控制模块90可以管理是否从电池10供电，并且可以在上述范围内改变高压电源模块20的脉冲模式。电源控制模块90构造有诸如LED等器件以可视地选择控制操作。
在下文中，将说明根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备的人体应用测试结果。
1.测试地点
在韩国皮肤科学研究所(Korean Institute of Dermatological Sciences)中，在使用相同的清洁剂清洗并在恒温恒湿室(温度：22±1℃，湿度：45±5％)中休息30分钟后，进行人体应用测试。
表(1)
受试者的基本信息
登记的受试者人数 23
最终完成测试的受试者人数 23
性别 女
平均年龄 46.39
年龄的标准偏差 5.30
2.测量
(1)用分光光度计和全脸摄影系统Dermavision进行肤色(发亮)改善评估
在该测试中，将分光光度计CR-2600D(日本的Konica Minolta)和DermavisionPro(韩国江源道的OptoBioMed Co.)用于测试产品的肤色(发亮)改善评估。测试负责人使用分光光度计先后三次测量所有受试者的右侧颊区。计算测量值的平均值，并将其用于分析。分光光度计的测量值包括三个因子L*、a*和b*。L*表示亮度，a*表示发红度，b*表示发黄度。在分析中使用L*值作为用于测量测试产品的肤色(发亮)改善的值。这意味着测量值越大，皮肤亮度改善的越多。为了进行前后一致的拍摄，同一测试负责人通过使用全脸摄影系统Dermavision在均匀照明下在相同位置处测量所有受试者的脸部。在为了固定受试者前额的发际线而将受试者的头发用发带固定后，受试者穿上同一测试服(top gown)并坐在椅子上。然后，在固定受试者的脸部的同时拍摄受试者的正脸。设备测量在四个时间点进行：在使用测试产品之前进行、在使用测试产品后即刻进行、在使用测试产品三周后进行、在使用测试产品六周后进行。
表(2)
L*值的变化
使用前 使用后即刻 使用三周后 使用六周后
平均值 61.57 62.34 63.23 64.10
标准偏差 1.91 1.83 1.41 1.75
如从表(2)可以看出，受试者的皮肤亮度通过L*值的增大而得到改善。
(2)使用PRIMOS Lite(18×13)进行抗皱改善评估
在该测试中，将PRIMOS Lite(视野18×13，德国GFMesstechnik GmbH)用于测试产品的抗皱改善评估。同一测试负责人先后三次拍摄所有受试者的右侧眶周皱纹。受试者的脸部被固定在专门制造的PRIMOS脸部固定仪器组上，以防止重复测量和测量期间的移动。在调整测量部以匹配PRIMOS Lite的聚焦模式之后，进行测量。在使用作为专用软件的PRIMOS Lite软件(PRIMOS Lite版本5.6E)对被拍摄图像应用3D匹配后，将被拍摄图像用于分析匹配测量部。为了分析皱纹，使用星形粗糙度(Star roughness)来计算变量值(总粗糙度(Rt，total roughness)值)。作为测得的变量值的Rt值表示皮肤的总粗糙度，并且该值为在总测量范围内包括最高皮肤表面和最低皮肤表面的幅度的最高点和最低点之间的差值。这意味着Rt值越低，抗皱效果越好。设备测量在四个时间点进行：在使用测试产品之前进行、在使用测试产品后即刻进行、在使用测试产品三周后进行、在使用测试产品六周后进行。
表(3)
Rt值的变化
使用前 使用后即刻 使用三周后 使用六周后
平均值 125.00 112.66 100.70 92.20
标准偏差 23.87 20.44 14.40 14.91
如从表(3)可以看出，受试者的抗皱效果通过Rt值的降低而得到改善。
(3)使用DUB-Skin Scanner进行真皮密度改善评估
在该测试中，将作为用于拍摄高分辨率超声波图像的设备的DUB-Skin Scanner(德国，tpm taberna pro medicum)用于真皮密度改善评估。设备测量在三个时间点进行：在使用测试产品之前进行、在使用测试产品三周后进行、在使用测试产品六周后进行。将超声波测试用的凝胶涂抹于测试部分，并使DUB-Skin Scanner的探针垂直于皮肤。在相同压力下按压与所有受试者的左眼外边缘横向隔开3cm的部分之后，测量真皮密度。分析范围限于从表皮的正下层部分起的皮下脂肪层的上覆部。测量并分析作为表示真皮密度的参数的强度。测量单位为密度，这意味着测量值越大，真皮密度改善得越好。
表(4)
真皮密度的变化
使用前 使用三周后 使用六周后
平均值 46.26 44.93 53.41
标准偏差 9.03 6.69 10.17
如从表(4)可以看出，真皮密度增大了。
(4)过敏评估
测试负责人观察在测试部位是否发生过敏，诸如红斑、水肿、鳞屑、痒、刺痛、烧灼、紧绷感和麻刺感等。当发生过敏时，标记该过敏等级，并建立其结果。此外，进行关于受试者的过敏反应的研究。
表(5)
由受试者报告的皮肤过敏
(0：无 1：轻度 2：中度 3：重度)
如从表(5)可以看出，在针对受试者的研究结果中没有发现特殊的皮肤过敏反应。
上述人体应用测试结果表明根据本公开示例性实施方案的用于改善皮肤的便携式等离子体设备可以改善肤色、提高抗皱性、提高皮肤弹性等，并且没有副作用。

Claims (14)

1.一种用于改善皮肤的便携式等离子体设备，所述设备包括：
可充电电池(10)，其被构造成从外部接收可用电压；
高压电源模块(20)，其被构造成将从所述可充电电池(10)供给的DC电力输出为在10kHz到100kHz之间以及1kV到7kV之间的AC电力；以及
等离子体产生模块(30)，其包括面板状电极(31)和包围所述电极(31)的电介质材料(32)，并且被构造成接收所述高压电源模块(20)的输出以引起介质阻挡放电。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：
前盖和后盖(40,50)，其被构造成容纳所述可充电电池(10)、所述高压电源模块(20)和所述等离子体产生模块(20)；以及
头部(60)，其可拆卸地连接至所述前盖(40)，
其中，所述等离子体产生模块(30)包括：导电销(33)，其设置在所述头部(60)上使得所述等离子体产生模块(30)的表面暴露于外部，并且通过所述头部(60)从所述前盖(40)向内延伸，同时与所述电极(31)连接；以及
连接到所述高压电源模块(20)并且以其自身的弹性与所述导电销(33)接触的张紧端子(34)设置在所述前盖(40)的内部。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，
所述头部(60)包括在所述等离子体产生模块(30)的表面和皮肤之间形成恒定空间的突起(61)，以便于容易在空气中引起介质阻挡放电。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，
所述突起(61)支撑所述等离子体产生模块(30)，使得所述等离子体产生模块(30)不会跑到外部。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述可充电电池(10)为内部电池或可拆卸电池。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括：
电源管理模块(70)，其被构造成提供充电端子(71)用以接收所述可充电电池(10)的可用电压并检查所述可充电电池(10)的剩余电量。
7.根据权利要求6所述的设备，还包括：
接地部(80)，其与所述电源管理模块(70)连接从而被电接地，并且具有暴露于所述前盖和所述后盖(40,50)的外部的部分。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述接地部(80)全部涂覆有金属，并且所述接地部(80)的暴露于外部的部分为另外涂覆有非导电材料的注射材料。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述接地部(80)的金属涂层的电阻值为10Ω/cm2以下。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述接地部(80)的非导电材料涂层具有20微米到50微米之间的厚度。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述高压电源模块(20)包括：
DC输入部(21)，其被构造成从所述可充电电池(10)接收电力；
DC电压控制器(22)，其被构造成控制经由所述DC输入部(21)传输的电压的通/断；以及
AC高压变换器(23)，其被构造成将所述DC电压控制器(22)的输出电压输出为低频高压AC电力。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述高压电源模块(20)输出具有0.1Hz至1kHz之间的通/断周期的脉冲。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述电介质材料(32)包括暴露于外部的顶板(32-1)和与所述顶板(32-1)相对的底板(32-2)，所述顶板(32-1)具有1mm以下的厚度，并且所述底板(32-2)具有比所述顶板(32-1)更厚的厚度。
14.根据权利要求1所述的设备，还包括：
电源控制模块(90)，其被构造成控制所述高压电源模块(20)的输出和通/断。
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