CN111568530A - 一种基于低温等离子体的止血消杀微系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低温等离子体的止血消杀微系统及其方法。本发明采用半导体桥阵列，每一个半导体桥采用高掺杂的低阻多晶硅的硅桥，能够根据创伤的面积大小和形状的不同，设定需要使用的半导体桥的数量和位置，并通过控制电路对半导体桥的硅桥施加电压，由电离作用形成等离子体作用于创面，不仅快速止血凝血，并且等离子体中的带电粒子和氧粒子还对创面进行杀菌消毒；本发明应用在应急环境下的基于半导体桥的低温等离子体止血消杀微系统，具有快速精准止血消杀，无附带损伤等优势；同时，使用半导体桥脉冲放电产生等离子体可以实现低电压驱动，减小了功耗，此外半导体桥柔性阵列可以实现异形伤口的治疗，提高了系统工作安全性与可靠性。

Description

一种基于低温等离子体的止血消杀微系统及其方法

技术领域

本发明涉及创面止血微系统技术，具体涉及一种基于低温等离子体的止血消杀微系统及其控制方法。

背景技术

在战场、地震、火灾、手术等应急环境下，对伤员所受创伤进行及时的止血、消杀处置可以大幅减小死亡率，因此止血消杀微系统的研究具有重要意义。目前传统的止血消杀方法主要有止血带、止血剂、电刺激式止血等，存在设备体积重量大、不易携带，止血材料会导致血管栓塞且不易降解、止血过程中的挤压导致机体组织损伤、止血过程无杀菌消毒功能等问题，造成患者因止血不及时或大面积感染错过最佳治疗时间；而低温等离子体以其止血、凝血机理是通过加速组织蛋白变性而促进血液凝结，从而达到快速止血，且止血过程中不会对人体和生物组织造成明显的伤害，能有效地灭活各种细菌、真菌以及病毒等致病微生物，相比其他止血消杀方法优势明显。现有的低温等离子体所需驱动能量大、控制系统复杂、设备体积大。

发明内容

为了不影响止血消杀微系统功能性与可靠性，本发明提出了一种基于低温等离子体止血消杀微系统及其控制方法，能够满足在应急环境下创伤面的快速、高效止血消杀，同时具有可治疗异形伤口、可重复使用、低电压驱动、生物兼容性好、易携带等特点，提高了系统作用可靠性。

本发明的一个目的在于提出一种基于低温等离子体的止血消杀微系统。

本发明的基于等离子体的止血消杀微系统包括：系统壳体、壳体盖板、壳体凹槽、放置凹槽阵列、半导体桥阵列、输入单元、控制电路、稳流单元、电源和粘贴结构；其中，系统壳体为板状，在系统壳体的上表面中心开设有壳体凹槽；在壳体凹槽开内设有多个放置凹槽，周期性排列成二维的放置凹槽阵列，在每一个放置凹槽中设置一个半导体桥，从而形成周期性二维排列的半导体桥阵列；在系统壳体的上表面的两侧区域分别设置对称的粘贴结构；在系统壳体的表面且不对应壳体凹槽的区域设置电源凹槽，电源放置在电源凹槽中，并且在系统壳体上分别设置输入单元和控制电路；半导体桥阵列和输入单元分别连接至控制电路；控制电路连接至电源；在电源与控制电路之间串联稳流单元；在系统壳体的背面设置壳体盖板；每一个半导体桥包括基底、绝缘层、硅桥、焊接层、焊接层引线孔、半导体桥盖板和等离子体释放窗口，基底采用硅衬底，在基底上形成绝缘层，在绝缘层的中间区域设置硅桥，硅桥为高掺杂的低阻多晶硅，在绝缘层上并且位于硅桥的两端分别设置与硅桥连接的焊接层，在绝缘层上设置有覆盖硅桥和焊接层的半导体桥盖板，在半导体桥盖板上正对硅桥的区域开设有等离子体释放窗口，在焊接层下设置有打通绝缘层和基底的焊接层引线孔，与每一个半导体桥上的一对焊接层引线孔对正，在每一个放置凹槽上设置有打通系统壳体的壳体引线孔，引线通过焊接层引线孔和壳体引线孔将焊接层从壳体的背面电学连接至控制电路；基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的上表面置于伤口的表面，半导体桥阵列正对伤口创面；通过粘贴结构粘贴在皮肤上，使得基于等离子体的止血消杀微系统固定不动；根据创伤的面积大小和形状的不同，通过输入单元设定需要使用的半导体桥的数量和位置，并通过控制电路对半导体桥的硅桥施加电压；硅桥升温气化，并由电离作用形成等离子体，等离子体作用于创面，不仅快速止血凝血，并且等离子体中的带电粒子和氧粒子还对创面进行杀菌消毒；由于硅桥为高掺杂的低阻多晶硅，在电源与控制电路之间串联稳流单元，防止在通电的一瞬间会产生大电流烧毁电路，起到保护控制电路的作用，从而使基于等离子体的止血消杀微系统具有重复使用性。

系统壳体的材料采用硅橡胶、聚对二甲苯或聚氯乙烯PVC；厚度为1.9～2.1mm。

壳体盖板和半导体桥盖板的材料采用硅材料；厚度为270μm～330μm。

壳体凹槽的深度为90μm～110μm；放置凹槽的深度为180μm～220μm，放置凹槽阵列的外边缘与壳体凹槽相距1.2～1.8mm，相邻的放置凹槽之间的距离为0.8～1.2mm。半导体桥盖板封装后的半导体桥的厚度等于壳体凹槽的深度与放置凹槽的深度之和，因此在使用时，半导体桥阵列与伤口创面完全接触。

稳流单元采用二极管或晶闸管构成的稳流电路。

粘贴结构采用魔力胶。

电源采用锂离子电池，供电电压为12V。

硅桥为掺杂非金属材料的硅；掺杂为砷、磷和硼中的一种或多种，掺杂浓度为5×10¹⁸～3 ×10²⁰离子/cm³；硅桥的长度为1.5mm～2mm，宽度为0.3mm～0.5mm，厚度为2μm～5μm。

基底采用硅衬底，熔点高且绝缘；厚度为90μm～110μm。绝缘层采用氧化硅，厚度为27μm～33μm；焊接层采用金属。

本发明的另一个目的在于提出一种基于等离子体的微系统的控制方法。

本发明的基于等离子体的止血消杀微系统的控制方法，包括以下步骤：

1)基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的上面置于伤口的表面，半导体桥阵列正对伤口创面；

2)通过粘贴结构粘贴在皮肤上，使得基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统固定不动；

3)根据创伤的面积大小和形状的不同，通过输入单元设定需要使用的半导体桥的数量和位置，并通过控制电路对半导体桥的硅桥施加电压；

4)由于硅桥为高掺杂的低阻多晶硅，在电源与控制电路之间串联稳流单元，防止在通电的一瞬间会产生大电流烧毁电路，起到保护控制电路的作用，从而使基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统具有重复使用性；

5)硅桥升温气化，并由电离作用形成等离子体，等离子体作用于创面，不仅快速止血凝血，并且等离子体中的带电粒子和氧粒子还对创面进行杀菌消毒。

本发明的优点：

本发明应用在应急环境下的基于半导体桥的低温等离子体止血消杀微系统，具有快速(微秒级)精准(微米级)止血消杀，无附带损伤等优势；同时，使用半导体桥脉冲放电产生等离子体可以实现低电压驱动，减小了功耗，此外半导体桥柔性阵列可以实现异形伤口的治疗，提高了系统工作安全性与可靠性。

附图说明

图1为本发明的于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的一个实施例的示意图，其中，(a)为正面图，(b)为背面图；

图2为本发明的于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的一个实施例的半导体桥的示意图，其中，(a)为电路连接示意图，(b)为正面图，(c)为背面图；

图3为本发明的于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的一个实施例的电路连接框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统包括：系统壳体1、壳体盖板、壳体凹槽2、放置凹槽阵列、半导体桥阵列3、输入单元4、控制电路5、稳流单元、电源6和粘贴结构7；其中，系统壳体1为板状，在系统壳体1的上表面中心开设有壳体凹槽2；在壳体凹槽2开设有多个放置凹槽，周期性排列成二维的放置凹槽阵列，在每一个放置凹槽中设置一个半导体桥，从而形成周期性二维排列的半导体桥阵列3；在系统壳体1的上表面的两侧区域并分别设置粘贴结构7；在系统壳体1的下表面并且不对应壳体凹槽2的区域分别设置输入单元4和控制电路5，在系统壳体1的上表面设置电源凹槽，电源6放置在电源凹槽中；如图3所示，半导体桥阵列3和输入单元4分别连接至控制电路5；控制电路5连接至电源6；在电源6与控制电路5之间串联稳流单元；在系统壳体1的背面设置壳体盖板，壳体盖板不覆盖输入单元4；如图2所示，每一个半导体桥包括基底31、绝缘层32、硅桥33、焊接层34、焊接层引线孔37、半导体桥盖板35和等离子体释放窗口36，基底31 采用单晶硅，在基底31上形成绝缘层32，在绝缘层32的中间区域设置硅桥33，硅桥33为高掺杂的低阻多晶硅，在绝缘层32上并且位于硅桥33的两端分别设置焊接层34，在绝缘层 32上设置有硅桥33和焊接层34的覆盖半导体桥盖板35，在半导体桥盖板35上正对硅桥33 的区域开设有等离子体释放窗口36，在焊接层34下设置有打通绝缘层32和基底31的焊接层引线孔37，与每一个半导体桥上的一对焊接层引线孔37对正，在每一个壳体凹槽2上设置有打通系统壳体1的壳体引线孔21，引线通过焊接层引线孔37和壳体引线孔将焊接层34 从壳体的背面电学连接至控制电路5。

在本实施例中，系统壳体的材料采用硅橡胶，厚度为2μm；壳体盖板和半导体桥盖板的材料采用硅材料；厚度为300μm；壳体凹槽的深度为100μm；放置凹槽的深度为200μm，放置凹槽阵列的外边缘与壳体凹槽相距1.5mm，相邻的放置凹槽之间的距离为1mm；稳流单元采用二极管；电源采用锂离子电池，电压为12V；粘贴结构采用魔力胶；硅桥为掺杂非金属材料的硅材料，掺杂浓度为3×10²⁰离子(ions)/cm³；掺杂为砷、磷和硼中的一种或多种；硅桥的长度为2mm，宽度为0.4mm，厚度为2μm；基底采用硅衬底；厚度为100μm；绝缘层采用氧化硅，厚度为30μm；焊接层采用金属。

本实施例的基于等离子体的止血消杀微系统的控制方法，包括以下步骤：

1)基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的上面置于伤口的表面，半导体桥阵列正对伤口创面；

2)通过粘贴结构粘贴在皮肤上，使得基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统固定不动；

3)根据创伤的面积大小和形状的不同，通过输入单元设定需要使用的半导体桥的数量和位置，并通过控制电路对半导体桥的硅桥施加电压；

4)由于硅桥为高掺杂的低阻多晶硅，在电源与控制电路之间串联稳流单元，防止在通电的一瞬间会产生大电流烧毁电路，起到保护控制电路的作用，从而使基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统具有重复使用性；

5)硅桥升温气化，并由电离作用形成等离子体，等离子体作用于创面，不仅快速止血凝血，并且等离子体中的带电粒子和氧粒子还对创面进行杀菌消毒。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于等离子体的止血消杀微系统，其特征在于，所述止血消杀微系统包括：系统壳体、壳体盖板、壳体凹槽、放置凹槽阵列、半导体桥阵列、输入单元、控制电路、稳流单元、电源和粘贴结构；其中，系统壳体为板状，在系统壳体的上表面中心开设有壳体凹槽；在壳体凹槽开内设有多个放置凹槽，周期性排列成二维的放置凹槽阵列，在每一个放置凹槽中设置一个半导体桥，从而形成周期性二维排列的半导体桥阵列；在系统壳体的上表面的两侧区域分别设置对称的粘贴结构；在系统壳体的表面且不对应壳体凹槽的区域设置电源凹槽，电源放置在电源凹槽中，并且在系统壳体上分别设置输入单元和控制电路；半导体桥阵列和输入单元分别连接至控制电路；控制电路连接至电源；在电源与控制电路之间串联稳流单元；在系统壳体的背面设置壳体盖板；每一个半导体桥包括基底、绝缘层、硅桥、焊接层、焊接层引线孔、半导体桥盖板和等离子体释放窗口，基底采用硅衬底，在基底上形成绝缘层，在绝缘层的中间区域设置硅桥，硅桥为高掺杂的低阻多晶硅，在绝缘层上并且位于硅桥的两端分别设置与硅桥连接的焊接层，在绝缘层上设置有覆盖硅桥和焊接层的半导体桥盖板，在半导体桥盖板上正对硅桥的区域开设有等离子体释放窗口，在焊接层下设置有打通绝缘层和基底的焊接层引线孔，与每一个半导体桥上的一对焊接层引线孔对正，在每一个放置凹槽上设置有打通系统壳体的壳体引线孔，引线通过焊接层引线孔和壳体引线孔将焊接层从壳体的背面电学连接至控制电路；基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的上表面置于伤口的表面，半导体桥阵列正对伤口创面；通过粘贴结构粘贴在皮肤上，使得基于等离子体的止血消杀微系统固定不动；根据创伤的面积大小和形状的不同，通过输入单元设定需要使用的半导体桥的数量和位置，并通过控制电路对半导体桥的硅桥施加电压；硅桥升温气化，并由电离作用形成等离子体，等离子体作用于创面，不仅快速止血凝血，并且等离子体中的带电粒子和氧粒子还对创面进行杀菌消毒；由于硅桥为高掺杂的低阻多晶硅，在电源与控制电路之间串联稳流单元，防止在通电的一瞬间会产生大电流烧毁电路，起到保护控制电路的作用，从而使基于等离子体的止血消杀微系统具有重复使用性。

2.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述系统壳体的材料采用硅橡胶、聚对二甲苯或聚氯乙烯；厚度为1.9～2.1mm。

3.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述壳体盖板和半导体桥盖板的材料采用硅材料；厚度为270μm～330μm。

4.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述壳体凹槽的深度为90μm～110μm；放置凹槽的深度为180μm～220μm，放置凹槽阵列的外边缘与壳体凹槽相距1.2～1.8mm，相邻的放置凹槽之间的距离为0.8～1.2mm；半导体桥盖板封装后的半导体桥的厚度等于壳体凹槽的深度与放置凹槽的深度之和。

5.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述稳流单元采用二极管或晶闸管构成的稳流电路。

6.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述电源采用锂离子电池。

7.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述粘贴结构采用魔力胶。

8.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述硅桥为掺杂非金属材料的硅；掺杂为砷、磷和硼中的一种或多种；掺杂浓度为5×10¹⁸～3×10²⁰离子/cm³；厚度为2μm～5μm。

9.如权利要求1所述的止血消杀微系统，其特征在于，所述基底采用硅衬底，厚度为90μm～110μm。

10.一种如权利要求1所述的基于等离子体的止血消杀微系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统的上面置于伤口的表面，半导体桥阵列正对伤口创面；

2)通过粘贴结构粘贴在皮肤上，使得基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统固定不动；

3)根据创伤的面积大小和形状的不同，通过输入单元设定需要使用的半导体桥的数量和位置，并通过控制电路对半导体桥的硅桥施加电压；

4)由于硅桥为高掺杂的低阻多晶硅，在电源与控制电路之间串联稳流单元，防止在通电的一瞬间会产生大电流烧毁电路，起到保护控制电路的作用，从而使基于等离子体柔性阵列止血消杀微系统具有重复使用性；

5)硅桥升温气化，并由电离作用形成等离子体。

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