CN109498997B - 一种等离子体诱导组织再生的装置 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体诱导组织再生的装置，包括输入模块、脉冲发生模块、人机交互系统和活性室温等离子体发生模块，输入模块输入电能，通过脉冲发生模块产生高频高压脉冲，所输出的高频高压脉冲由人机交互系统根据处理剂量需求调节，活性室温等离子体发生模块在高频高压脉冲的作用下产生人体可安全接触的低温等离子体，低温等离子体呈射流状喷出，产生的等离子体在垂直于喷射方向的不同横截面上的决定性活性基团实时时空分布呈现圆环形，长度为2～8cm，呈紫色，温度介于10℃～40℃之间。该装置能够在不伤害表皮组织的前提下，激活组织细胞如皮肤毛囊干细胞，促进其再生。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体的应用技术，尤其是一种等离子体诱导组织再生的装置。
背景技术
等离子体(Plasma)作为不属于固、液、气三种自然物质形态的第四态，其产生是气体温度上升到一定温度时，气体分子就会分解为电子、离子、激发态原子、分子和各种活性基团但整体呈电中性，可以依据电子温度和重粒子温度相等或不等来判断是热平衡等离子体还是非热平衡等离子体。等离子体中的活性成分的种类和含量与等离子体源种类、频率、电压、载气成分等参数息息相关。
非平衡等离子体由于其低温特性不会对被处理物体产生伤害，所以其在生物医学方面具有广阔的应用前景。目前等离子体在如下领域中的应用正在被广泛研究：1、生物活体及热敏材料表面消毒：相对于传统的高温消毒，等离子体消毒应用范围更广泛，操作更简便；2、牙科护理：等离子体处理可以预防牙周感染，漂白牙齿；3、皮肤病防治：许多皮肤病(如座疮发疹及皮炎等)都与细菌或真菌感染有关，等离子体能有助于降低这些疾病的并发症；4、慢性伤口的愈合：等离子体在伤口愈合中不仅能消毒，还能在一定程度上促进凝血；5、癌症治疗：等离子体可以在不伤害生物体正常细胞的前提下引发癌细胞的凋亡从而达到对癌症的有效治疗；6、美白除皱：国外某些机构已经将低温等离子体应用于临床上人体面部的美白除皱，效果良好。然而，目前国内国际上未见等离子体用于促进毛囊再生及毛发再生的相关报道。
发明内容
本发明的主要目的在于弥补现有技术的不足，提供一种等离子体诱导组织再生的装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种等离子体诱导组织再生的装置，包括输入模块、脉冲发生模块、人机交互系统和活性室温等离子体发生模块，所述输入模块输入电能，通过所述脉冲发生模块产生高频高压脉冲，所输出的高频高压脉冲由人机交互系统根据处理剂量需求调节，所述活性室温等离子体发生模块在所述高频高压脉冲的作用下产生人体可安全接触的低温等离子体，所述低温等离子体呈射流状喷出，产生的等离子体在垂直于喷射方向的不同横截面上的决定性活性基团实时时空分布呈现圆环形，长度为2～8cm，呈紫色，温度介于10℃～40℃之间。
所述高频高压脉冲驱动所述等离子体发生模块产生的所述低温等离子体适于激活萎缩的组织细胞如毛囊细胞，促进组织生长或再生。
还包括载气输入装置，所述载气输入装置连通所述等离子体发生模块，向所述等离子体发生模块输入载气，通过控制载气的种类以及向载气中掺杂其他种类的气体来改变等离子体中活性粒子的含量和种类。
所述载气为空气、氦气或氩气，所述其他种类的气体为氮气、水蒸气、空气、氧气中的一种或多种。
所述载气输入装置包括气体流量计，利用所述气体流量计控制气体流量的大小和不同种类气体的混合，进而改变所述等离子体中活性粒子的含量和种类。
所述输入模块为交流电源输入。
所述输入模块为直流电源输入。
所述输入模块为储能模块。
所述输入模块输入额定功率0.5～100W的电能，所述脉冲发生模块的输出脉冲电压0-±15kV可调，频率1-60kHz，上升沿μs量级，脉宽1～50μs。
所述人机交互系统与所述脉冲发生模块相连，所述人机交互系统用于进行包括电压和频率在内的参数的外部控制，对所述脉冲发生模块输出的高频高压脉冲进行调节，进而控制等离子体的特性和剂量。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种等离子体诱导组织再生的装置，其能够激活萎缩的组织细胞如毛囊干细胞，诱导组织如毛囊毛发再生。使用该装置产生的低温等离子体照射皮肤，所产生的等离子体能够在不伤害表皮组织的前提下，激活萎缩的组织细胞如毛囊细胞生长或再生，促进毛发再生，提高毛发生长速度。
附图说明
图1为本发明一种实施例使用储能模块的等离子体射流装置结构示意图。
图2为本发明一种实施例使用交流电源的等离子体射流装置结构示意图。
图3为本发明一种实施例使用直流电源的等离子体射流装置结构示意图。
图4为本发明实施例使用的系统脉冲电压波形图。
图5a为本发明实施例中等离子体处理区域组织的灰度等高图；图5b为本发明实施例中等离子体处理区域组织的三维灰度直方图。
图6是本发明实施例的装置在相应参数范围内产生的等离子体的活性物种空间分布示意图，分布呈现环形。
图7为本发明实施例的等离子体射流装置结构产生等离子体的实拍照片。
图8为实验鼠处理后1到13天的毛发生长情况，在第10天，见到治疗局部皮肤发黑(毛囊进入生长期表现)，第13天，见到黑色毛发长出；
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图3，在一种实施例中，一种等离子体诱导组织再生的装置，包括输入模块1、脉冲发生模块2、人机交互系统4和活性室温等离子体发生模块3，所述输入模块1输入电能，通过所述脉冲发生模块2产生高频高压脉冲，所输出的高频高压脉冲由人机交互系统4根据处理剂量需求调节，所述活性室温等离子体发生模块3在所述高频高压脉冲的作用下产生人体可安全接触的低温等离子体，所述低温等离子体呈射流状喷出，产生的等离子体在垂直于喷射方向的不同横截面上的决定性活性基团实时时空分布呈现圆环形，长度为2～8cm，呈紫色，温度介于10℃～40℃之间。
在优选的实施例中，所述高频高压脉冲驱动所述等离子体发生模块3产生的所述低温等离子体适于激活萎缩的组织细胞如毛囊细胞，促进组织生长或再生。
在优选的实施例中，使活性室温等离子体发生模块3产生所述低温等离子体的脉冲电压波形具有如下特征：
该脉冲电压波形为双极性多峰脉冲波形，每个周期的电压波形具有一个正极性主峰和一个负极性主峰，所述正极性主峰的幅值为+12V～+15V范围，所述负极性主峰的幅值在-12V～-15V范围，所述正极性主峰和所述负极性主峰的脉宽为1-10μs范围，优选3-8μs，所述正极性主峰和所述负极性主峰的间隔为60-70μs范围，在此基础上，所述双极性多峰脉冲波形的频率1-60kHz范围可调。用这种脉冲电压波形生成的决定性活性基团实时时空分布呈现圆环形(参见图6)，高浓度的区域直接与被处理组织接触，用于诱导组织再生时有很好的效果。
一个具体实施例的系统脉冲电压波形如图4所示。
在如图4所示的输入电压下，等离子体处理区域组织的灰度等高图和三维灰度直方图如图5a和图5b所示，处理点中心区域内的灰度值较周围小很多，在中心点附近灰度远低于100，处理对组织的再生效果明显。
图6示出了本发明实施例的装置在相应参数范围内产生的等离子体的活性物种空间分布示意图，分布呈现环形。通过实验验证此种活性物种的空间分布及相应密度有促进毛发再生的功效。
所述输入模块1输入额定功率可以是0.5～100W的电能，所述脉冲发生模块的输出脉冲电压0-±15kV可调，频率1-60kHz，上升沿μs量级，脉宽1～50μs。
在优选的实施例中，所述装置还包括载气输入装置，所述载气输入装置连通所述等离子体发生模块3，向所述等离子体发生模块3输入载气5，通过控制载气5的种类以及向载气5中掺杂其他种类的气体来改变等离子体中活性粒子的含量和种类。
在优选的实施例中，所述载气为氦气或氩气，所述其他种类的气体为氮气、水蒸气、空气、氧气中的一种或多种。
在优选的实施例中，所述载气输入装置包括气体流量计，利用所述气体流量计控制气体流量的大小和不同种类气体的混合，进而改变所述等离子体中活性粒子的含量和种类。
如图1所示，在又一种实施例中，所述输入模块1可以为储能模块。所述储能模块可以为电池。
如图2所示，在一种实施例中，所述输入模块可以为交流电源输入。
如图3所示，在另一种实施例中，所述输入模块可以为直流电源输入。
在一些实施例中，本发明提供一种基于非热等离子体激活毛囊干细胞，促进毛发再生的装置；装置手持便携；其供电形式为电池或交流、直流供电；装置包含剂量调节模块，通过外接人机交互系统进行控制，可以实现剂量调节。装置能产生低温等离子体，温度在0-100℃之间；装置通过改变载气成分实现等离子体中活性粒子种类和含量的调节。
所产生的等离子体特性描述：
本发明可采用重频尖峰脉冲电源驱动等离子体发生装置产生等离子体射流，可单/双极性运行，电源的参数为输入交流220V或直流0-50V，额定功率0.5～100W，输出高压脉冲0-±15kV可调，频率1-60kHz，上升沿μs量级，脉宽1～50μs，等离子体呈射流状喷出，长度2～5cm，紫色，温度介于10℃～40℃之间，人体可以直接碰触且无明显电击感。所产生的等离子体能够在不伤害表皮组织的前提下，激活毛囊干细胞，促进毛发再生，提高毛发生长速度。
如图1至图3所示分别为由储能模块(电池)、家用220V交流电源、直流源三种形式电源驱动的等离子体发生装置的结构示意图，装置包括输入模块1、脉冲发生模块2、等离子体发生模块3，其中脉冲发生模块2由人机交互系统4实现包括电压、频率、等离子体剂量等参数的外部控制，通过脉冲发生模块2产生的高频高压脉冲驱动等离子体发生模块3产生可以激活萎缩的毛囊，使毛发再生的等离子体7，从管口6喷射出。与此同时，可以通过载气输入装置输入载气5，控制载气种类(氦气或氩气)和向载气中掺杂一定量的其他种类气体(氮气、水蒸气、空气、氧气)来改变等离子体中活性粒子的含量和种类，以达到更好的处理效果。装置产生的等离子体的实拍图如图7所示，等离子体呈射流状喷出，且温度较低，可以人体直接触摸，不会对人体产生刺激感和伤害。本装置可实现小体积，便于携带和手持操作。
为了适应不同的应用环境，在不同的实施例中，可使用三种不同形式的输入模块1，分别是储能模块(电池)、家用220V交流电源、直流电源，基本能涵盖所有应用环境下的电源种类。输入模块1所提供的电压经脉冲发生模块2转换成高频高压脉冲电压，以驱动等离子体发生模块3经管口6喷出所示等离子体7，而脉冲发生模块2连接的人机交互系统4能使使用者方便地对脉冲发生模块2的输出进行调节，进而改变等离子体特性；产生等离子体所用5载气由气体流量计控制流量大小并完成气体种类的转换和不同种类气体的混合，进而改变等离子体中活性粒子的含量和种类。
经过活体实验，用装置产生的等离子体处理脱毛实验鼠的标记部位，在等离子体处理第10天后发现等离子处理部位皮肤呈现毛发再生的现象，皮肤变黑，13天后有明显毛发长出；同一小鼠治疗以外的部位，及对照小鼠的对应部位皮肤则无毛发生长，参见图8。
小鼠在7周龄时毛囊萎缩，同步进入休止期，毛发不再生长，此时使用本装置产生的等离子体射流处理皮肤后，立即激活萎缩的毛囊，使毛囊再生形成新的毛囊，并长出毛发。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种等离子体诱导组织再生的装置，其特征在于，包括输入模块、脉冲发生模块、人机交互系统和活性室温等离子体发生模块，所述输入模块输入电能，通过所述脉冲发生模块产生高频高压脉冲，所输出的高频高压脉冲由人机交互系统根据处理剂量需求调节，所述活性室温等离子体发生模块在所述高频高压脉冲的作用下产生人体可安全接触的低温等离子体，所述低温等离子体呈射流状喷出，产生的等离子体在垂直于喷射方向的不同横截面上的决定性活性基团实时时空分布呈现圆环形，长度为2~8cm，呈紫色，温度介于10℃~40℃之间，决定性活性基团高浓度的圆环形区域能够直接与被处理组织接触，用于诱导组织再生。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高频高压脉冲驱动所述等离子体发生模块产生的所述低温等离子体适于激活萎缩的组织细胞，促进组织生长或再生。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括载气输入装置，所述载气输入装置连通所述等离子体发生模块，向所述等离子体发生模块输入载气，通过控制载气的种类以及向载气中掺杂其他种类的气体来改变等离子体中活性粒子的含量和种类。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述载气为空气、氦气或氩气，所述其他种类的气体为氮气、水蒸气、空气、氧气中的一种或多种。
5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述载气输入装置包括气体流量计，利用所述气体流量计的测量来控制气体流量的大小以及不同种类气体的混合，进而改变所述等离子体中活性粒子的含量和种类。
6.如权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述输入模块为交流电源输入。
7.如权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述输入模块为直流电源输入。
8.如权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述输入模块为储能模块。
9.如权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述输入模块输入额定功率0.5~100W的电能，所述脉冲发生模块的输出脉冲电压0-±15kV可调，频率1-60kHz，上升沿μs量级，脉宽1~50μs。
10.如权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述人机交互系统与所述脉冲发生模块相连，所述人机交互系统用于进行包括电压和频率在内的参数的外部控制，对所述脉冲发生模块输出的高频高压脉冲进行调节，进而控制等离子体的特性和剂量。
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