CN110833657B - 等离子体源及等离子体治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体源及等离子体治疗装置，尤其提供一种适用于治疗创伤或者烧伤的大面积等离子体源，并提供能够在这种大面积等离子体源产生均匀的等离子体放电的手段。据此，本发明提供一种大面积等离子体源，其特征在于，包括：大面积电极板，在基板上形成有具有多个放电点的电极，并且形成有覆盖所述电极的电介质；输出板，在所述电极板的一面与电极板隔开地布置，并具有在输出板的对向的两个端部分别形成的预定高度的气障，并且形成有多个孔；以及狭缝喷头模块，在所述电极板和输出板之间形成有供应气体的喷头，并组装于没有所述气障的一侧的电极板以及输出板的端部，使得气体限制在由所述电极板和输出板之间的间隙形成的空间中。

Description

等离子体源及等离子体治疗装置

技术领域

本发明涉及一种利用等离子体的治疗装置，尤其涉及一种能够有效治疗创伤或者烧伤的治疗装置。

背景技术

近来，等离子体不仅应用于半导体制造、核融合、各种表面处理，还结合应用于生物领域。这种融合技术不仅需要具备等离子体目前所具备的高能量特性，还需要具备生物领域中所需的多种特性。等离子体根据放电气体和施加的电压的特性，能够产生不同种类和浓度的活性种，并且活性种的寿命也可以不同。这种活性种特性的差异应该根据期望应用的具体情况而区别地控制，并且为了实现在生物领域中的商用化，需要具备安全性和可靠性。并且，根据应用领域有时还需要使所产生的等离子体大面积化，在进行大面积化时还需要具备等离子体密度的均匀性。

韩国公开专利10-2018-0015059号中公开了一种利用等离子体进行脸部皮肤治疗的方案，其中，等离子体产生部单独配备于覆盖脸部的面罩上方，并且构成为所产生的活性种和等离子体粒子沿面罩内部扩散。这种结构具有难以对治疗部位整体均匀地供应等离子体和活性种的问题。

韩国授权专利10-1568380号公开了一种曲面放电等离子体源，所述曲面放电等离子体源构成有多个用于喷出等离子体的孔。等离子体的最大放电面积公开为10cm²，可见用于治疗实际患部则面积过小。并且，实际上对所述面积也难以形成均匀的面放电，并且在平面电极的配置中，用于等离子体放电的施加电压，这也具有安全性问题和臭氧产生量过多的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于治疗创伤或者烧伤的大面积等离子体源，并提供能够在这种大面积等离子体源发生均匀的等离子体放电的手段。

并且，本发明旨在提供一种具有大面积等离子体源的等离子体治疗装置，所述治疗装置适用于患部的曲面。

根据所述目的，本发明提供了一种大面积等离子体源，其特征在于，包括：大面积电极板，在基板上形成有具有多个放电点的电极，并且形成有覆盖所述电极的电介质；输出板，在所述电极板的一面与电极板隔开地布置，并具有在输出板的对向的两个端部分别形成的预定高度的气障，并且形成有多个孔；以及狭缝喷头模块，在所述电极板和输出板之间形成有供应气体的喷头，并组装于没有所述气障的一侧的电极板以及输出板的端部，使得气体限制在由所述电极板和输出板之间的间隙形成的空间中。

并且，本发明的等离子体治疗装置提供能够组装多个所述大面积等离子体源的大面积支架，并在大面积等离子体源的安装部提供铰链，以能够分别调节每个等离子体源的排向。

即，本发明提供一种大面积等离子体源，其特征在于，包括：大面积电极板，在基板上形成有配备多个放电点的电极，并且形成有覆盖该电极的电介质；输出板，在所述电极板的一面与所述电极板隔开地设置，并具有在输出板的对向的两个端部分别形成的预定高度的气障，并且形成有多个孔(hole)；以及狭缝喷头模块，在所述电极板和输出板之间形成有供应气体的喷头，并组装于没有所述气障的一侧的电极板以及输出板的端部，使得气体限制在由所述板间的间隙形成的空间中。

并且，本发明提供一种大面积等离子体源，其特征在于，在如上所述的大面积等离子体源中，所述气障具有预定高度，并且其端部弯曲形成能够插入输出板的端部的槽。

并且，本发明提供一种大面积等离子体源，其特征在于，在上述的大面积等离子体源中，所述狭缝喷头模块具有能够插入电极板和输出板的端部的狭缝结构部，并且所述狭缝结构部与所述喷头连通，所述气障和所述狭缝结构部的壁面起到限制气体的作用。

并且，本发明提供一种大面积等离子体源，其特征在于，在上述的大面积等离子体源中，在所述电极板的另一面设置有等离子体放电控制板，并且所述控制板包括：转换电路，将一般电压转换成能够进行等离子体放电的高电压；电压控制电路，控制放电电压的电压波形状、占空比以及频率，以控制活性种的种类和浓度；以及气体供应量控制电路，用于控制气体供应量。

并且，本发明提供一种大面积等离子体源，其特征在于，在上述的大面积等离子体源中，所述狭缝喷头模块还包括：固定部，设置有固定所述电极板和输出板所需的固定部件；以及电线通道与收纳部，用于与施加在所述电极板的电极的控制板之间的电连接。

并且，本发明提供一种等离子体治疗装置，其特征在于，所述的大面积等离子体源安装于等离子体头部，从而使用等离子体治疗创伤或者烧伤。

其中，提供一种等离子体治疗装置，其特征在于，所述等离子体的头部具有一个以上收纳大面积等离子体源的支架，所述支架具有铰链，从而能够分别调节每个等离子体源的排向并能够使大面积等离子体源作为一个整体呈现曲面。

根据本发明，提供了能够充分覆盖创伤或者烧伤部位的大面积等离子体源，并对大面积整体产生均匀水平的等离子体放电。

尤其是，根据本发明制造的输出板与电极板之间维持微小间隙而起到限制气体的屏障作用，并且狭缝喷头模块具有向所述间隙所形成的空间供应气体而限制的密封作用，从而使放电气体均匀地供应到板面积整体。借助根据所述结构而均匀分布的放电气体，能够在大面积板实现均匀的等离子体放电。

并且，本发明的等离子体治疗装置在等离子体头部安装有多个等离子体源，并提供具有铰链的安装部，使得能够调节每个等离子体源的排向，从而能够使等离子体源布置成曲面，进而有利于治疗形成曲面的患部。

并且，本发明中通过狭缝喷头模块供应的气体为氮气，从而在能够充分供应有利于治疗创伤或者烧伤的氮活性种的同时还将臭氧维持在了管制量以下。

附图说明

图1示出本发明的等离子体治疗装置的前面和后面。

图2详细示出图1的等离子体头部。

图3示出安装于图2的等离子体头部的等离子体源的结构的示意性分解透视图。

图4是示出图3的等离子体源中电极板和输出板以及安装有缝隙式喷头的等离子板模块的构成的透视图。

图5是用于示出图4的输出板的结构的仰视图。

图6示出图4的等离子体板模块的剖面截取线以及向喷头供应氮气的形象。

图7是沿图6的线A截取的剖面图。

图8是沿图6的线B截取的剖面图。

图9是施加到本发明的等离子体板模块的电压波的图表。

图10是示出各个使用气体的放电形状。

图11是示出用于测定根据本发明的等离子体板模块的等离子体放电的放电能量的系统的结构图。

图12示出根据图11测定的功率的测定结果。

图13示出根据使用氩气的等离子体放电的活性种的测定结果。

图14示出根据使用氮气的等离子体放电的活性种的测定结果。

符号说明

100：等离子体头部

200：支架

300：铰链

10：电极板

20：输出板

30：控制板

40：气障

50：狭缝喷头模块

55：喷头

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。

本发明提供一种利用等离子体源引起等离子体放电，并将在此过程中产生的活性种(radical)作用于受到创伤或者烧伤的皮肤，从而预防感染并促进皮肤再生的医疗器械。

图1是示出本发明的等离子体治疗装置的前面和后面的图。

在主体上端排列有控制用界面和按键，并且在由主体上端延伸的机械臂的端部形成有可以安装等离子体源的头部(head unit)。所述机械臂是可旋转结构，从而可以沿期望的方向排向，并且在头部上端形成有可以调节长度的折叠式连接部。在主体后面配备有门，门内则是收纳各种控制设备的空间，在收纳控制设备的位置设置有冷却电扇，并在门的相应位置形成有针对冷却电扇的开口部。

图2详细示出图1的等离子体头部100。

本发明的等离子体头部100具有可以安装三个等离子体源的支架200，各个支架200由铰链300互相连接。通过所述铰链300，等离子体源的排列可以形成曲面。本发明的等离子体源包括面积十分大的大面积板。长为5至10cm，宽为10至20cm的等离子体板模块可能足够用于治疗创伤。但由于烧伤有可能形成范围更宽的患部，因此，将三个等离子体源构成为能够同时治疗患部的结构。人体患部在大多数情况下形成为曲面，因此利用所述铰链300使等离子体源能够整体形成一个曲面。例如，为了治疗形成于胳膊或者腿的伤口，可以将两端部的等离子体支架弯曲至大约90度左右，从而能在等离子体源围绕胳膊或者腿的状态下进行等离子体治疗。

图3是示出安装于图2的等离子体头部的等离子体源的结构的示意性分解透视图。

等离子体源包括：电极板10，在绝缘体(在本实施例中为玻璃)基板上形成电极后将其用电介质覆盖形成；输出板20，在所述电极板10的下端，被供应等离子体放电气体，从而使该等离子体放电气体均匀分布至电极板的表面，并且配备有多个孔而排出等离子体和活性种；以及放电控制板30，用于向电极板施加高电压。放电控制版30位于通过电极板10和绝缘体分隔壁分隔而形成的空间，包括将一般家用电压转换成等离子体放电所需要的高电压的转换电路以及为了控制活性种的种类和浓度而控制放电电压的电压波形状、占空比以及频率的电压控制电路。并且，为了调节气体供应量，还包括有能够控制气体阀门的气体供应量控制电路。电压控制电路与气体供应量控制电路可以通过相互接收和发送信号而联动控制。

气体供应量可以根据等离子体的放电状态调整，当通过臭氧感测传感器感测到臭氧产生量的增加时，也可以通过调整供应量的加减来控制臭氧产生量。臭氧感测传感器也可以装载于控制板，臭氧产生量增加则调节成降低施加电压或者增加非工作状态(duty-off)时间或者增加氮气的供应量而阻隔等离子体源周围的氧气的供应。

控制板的大小越小型化越有利，为此，本发明中没有把用于初期将12V的电压升压至20到24V的可变电路设于控制板，而是使用SNPS电源，以能够在电源自身进行电压的改变，并且在控制板仅构成有DC/DC转换器。由于从控制板去除了具有相对较大体积的转换电路，控制板被紧凑构成，从而能够被安装于等离子体板上。

由于等离子体板具有相对较宽的面积，因此用介质阻挡放电(DBD，DielectricBarrier Discharge)电极构成。基于诸如玻璃等绝缘体基板来通过光刻技术图案化而形成具有多个放电点的电极，再将电极用电介质覆盖，从而相对于施加电压实现积极的放电，通过电介质延长了电极的寿命，并使得在等离子体放电时能够获得大量活性种。

并且，由于仅通过存在于所述电极模块周围的气体则难以产生均匀的面放电，并且难以提高对治愈伤口有效的氮活性种的浓度，因此本发明在电极板10的下方配备有输出板20，以使氮气供应于等离子体板并使被供应的氮气均匀扩散并存在于等离子体板。输出板20通过形成氮气可以存在的空间而限制气体，从而使被供应的氮气能够在电极板面积整体均匀地填充，进而提高了大面积面放电的顺利性和均匀度。图4至图8详细示出了这种板的结构。

图4是示出图3的等离子体源中电极板和输出板以及安装有缝隙式喷头的等离子板模块的构成的透视图。

如上所述，大面积电极板难以进行均匀放电，因此供应氮气有利于获得氮活性种。在供应氮气时如果使氮气流入电极周围，则同样难以获得均匀的面放电。因此，本发明中，在电极板10之下隔开布置输出板20，使得在电极板10与输出板20之间提供能够使气体均匀扩散并可以一定程度限制气体的存储空间。输出板20的横向端部形成有构成为一种阶梯结构的气障40，从而使电极板10与气障40相互配合而密封气体，在输出板20的横向端部安装有狭缝喷头模块50，从而密封所述气体储存空间并提供了气体供应口。狭缝喷头模块50具有能够将电极板10和输出板20的端部插入的狭缝结构，从而使狭缝结构部与喷头相连接，因此自喷头供应的气体沿狭缝结构部扩散至气体存储空间。即，由于气障40和狭缝喷头模块50，形成气体存储空间的四壁。因此供应的氮气遍布电极板的全面积而均匀分布，并可以据此大面积稳定地实现均匀的面放电。如上所述，气障形成于长度较长的两侧端部，在板的长度较短的两侧端部分别安装有两个狭缝喷头模块50，从而形成气体存储空间的四壁，但也可以通过对其进行变形，从而使气障形成于板的三个边，并只安装一个狭缝喷头模块50。但为了快速并均匀地供应气体，优选地，使用两个狭缝喷头模块50。并且，也可以将两个狭缝喷头模块50安装在板的长度较长的端部。

并且，由于放电的等离子体和活性种需要排出到患部，所述输出板20具有多个孔。图5的输出板20的仰视图中示出了孔25。控制孔的大小以及氮气的供应速度，就可以在气体存储空间均匀分布氮气并喷出放电的等离子体和产生的活性种。放电的等离子体和产生的活性种借助形成于气体存储空间内部形成的正压自然地通过孔喷出。

所述输出板20设计为利用如塑料等绝缘体构成，从而使电场不与皮肤接触。气障40和狭缝喷头模块50也利用绝缘体构成。尤其是，气障40从输出板20具有预定的高度并且其端部弯曲，从而使平板型的电极板10插入弯曲形成的槽来组装，从而为组装提供了便利性。

图6是示出本发明的等离子体板模块的剖面截取线以及向喷头供应氮气的情形的图。

狭缝喷头模块50配备有一种槽状狭缝以使电极板10和输出板20的横向端部封闭组装，因此将电极板10和输出板20的横向端部插入所述狭缝而组装。并且，狭缝喷头模块50在上端形成有喷头55，从而使从与气桶连接的供应口流入气体，并具有可布置用于固定板的各种固定部件的多个固定部、用于和控制板电连接的电线通道以及收纳部。这种构成能够提高组装等离子体源的方便性以及可靠性，并巩固电连接和绝缘，从而能够提高电安全性。

图7是将等离子体板模块沿A方向截取的剖面图，示出了等离子体和活性种从由气障和电极板以及输出板形成的空间通过输出板的孔排出的情形。

图8是沿B方向截取等离子体板模块的剖面图，其示出了气体通过喷头55流入到气体存储空间的流路以及等离子体通过输出板孔排出的情形，其中，所述气体存储空间通过向配备于狭缝喷头模块50的狭缝中插入电极板10和输出板20并组装而形成。

并且，所述等离子体治疗装置应用有流量调节装置(MFC，Mass FlowController)，从而调节氮气的供应量。即，根据控制板的控制部设定的条件，将预定量的氮气通过流量调节装置(MFC，Mass Flow Controller)向等离子体板模块内部供应。可以在控制部设置等离子体的工作时间和放电气体的供应量。

作为等离子体治疗装置的安全装置应用了电源断路器，并将机器主体接地。如上所述，利用绝缘体构成的输出板20屏蔽电场，从而即使将等离子体源紧贴患者的患部，电场也不会对皮肤产生直接影响。因此处理时与患部的距离越近越好，并且最长则不超过3cm。

以下示出了本发明的等离子体板模块的放电特性的实验结果。

使用气体为氮气(N₂)和氩气(Ar)，气体流量为0.5至1.5LPU(liter per unit)。应用了包括脉冲模式(burst mode)的DC-AC转换器，使用氮气时，将输入电源设定为17V，使用氩气时，将输入电源设定为12V并进行等离子体放电。电压占空比约为6.3％，即导通时间25ms，断开时间370ms。所述占空比可以控制为1至10％左右。

应用于所述等离子体板的电极为微间隙电极介质阻挡放电(u-DBD，micro gapelectrode-dielectric barrier discharge))型电极。在测定活性种时使用了气体检测管和臭氧传感器。图9中示出了电压波。

图10示出了按各个使用气体的放电形状。可知氩气会随电极产生放电，但氮气仅在放电单元格产生放电。

通过构成如图11所示的测量系统对等离子体放电的功率进行了测定。据此测定出的功率为0.04至1.22J/sec，其平均值为0.59J/sec(参照图12)。即，该数值可视为通过本发明的等离子体治疗装置发挥的功率的平均值。

气体检测管的测定结果显示，在使用氩气作为放电气体时，没有检出氮基，仅检出了臭氧，并且臭氧浓度为0.05ppm以下(参照图13)。

在使用氮等离子体时，检出NO浓度为7ppm，检出臭氧浓度为0.1ppm以下，即0.031ppm(参照图14)。

据此，可以将放电气体优化后应用于治疗。例如，可以在初期以针对装置本身和患部周围的杀菌为目的，将惰性气体供应至等离子体板，从而在电极的整个表面上引起等离子体放电，然后，供应氮气而治疗伤口，并且可以混合两种气体并积极产生放电且并行实施杀菌与治疗。

本发明的权利并不限于前文所说明的实施例，而应当基于权利要求书来定义本发明的权利。显然，在本发明所属的技术领域中具有基本知识的人能够在权利要求书中记载的权利范围内实现多样的应用及变形。

Claims (6)

1.一种等离子体源，其特征在于，包括：

电极板，在基板上形成有具有多个放电点的电极，并形成有覆盖所述电极的电介质；

输出板，在所述电极板的一面与电极板隔开地布置，并具有在输出板的对向的两个端部分别形成的预定高度的气障，并且形成有多个孔；以及

狭缝喷头模块，在所述电极板和输出板之间形成有供应气体的喷头，并组装于没有所述气障的一侧的电极板以及输出板的端部，使得气体限制在由所述电极板和输出板之间的间隙形成的空间中，

所述狭缝喷头模块具有能够插入电极板和输出板的端部的狭缝结构部，并且所述狭缝结构部与所述喷头连通，所述气障和所述狭缝结构部的壁面起到限制气体的作用，

所述电极板为微间隙电极介质阻挡放电型电极，包括：

绝缘体基板；

电极，在所述绝缘体基板上通过光刻技术图案化而形成，以具有多个放电点；以及

电介质，覆盖所述电极，

供应惰性气体以针对用于供应气体的喷嘴进行杀菌，并供应氮气以治疗伤口，通过等离子体的放电功率为0.04至1.22J/秒，通过等离子体放电而生成的臭氧浓度小于0.1ppm。

2.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，

所述气障具有预定高度，并且其端部弯曲而形成能够插入输出板的端部的槽。

3.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，

在所述电极板的另一面设置有等离子体放电控制板，并且所述控制板包括：

转换电路，将一般电压转换成能够进行等离子体放电的高电压；

电压控制电路，控制放电电压的电压波形状、占空比以及频率，以控制活性种的种类和浓度；以及

气体供应量控制电路，用于控制气体供应量。

4.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，

所述狭缝喷头模块还包括：固定部，设置有固定所述电极板和输出板所需的固定部件；以及电线通道与收纳部，用于与施加在所述电极板的电极的控制板之间的电连接。

5.一种等离子体治疗装置，其特征在于，如权利要求1至4中的任意一项中所述的等离子体源安装于等离子体头部，从而使用等离子体治疗创伤或者烧伤。

6.如权利要求5所述的等离子体治疗装置，其特征在于，

所述等离子体的头部具有一个以上收纳等离子体源的支架，所述支架具有铰链，从而能够分别调节每个等离子体源的排向并能够使等离子体源作为一个整体呈现曲面。