CN113692100B - 应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法 - Google Patents
应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113692100B CN113692100B CN202110908122.0A CN202110908122A CN113692100B CN 113692100 B CN113692100 B CN 113692100B CN 202110908122 A CN202110908122 A CN 202110908122A CN 113692100 B CN113692100 B CN 113692100B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- endoscope
- glass tube
- quartz glass
- discharge
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 81
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 206010011409 Cross infection Diseases 0.000 description 2
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010029803 Nosocomial infection Diseases 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000001640 apoptogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/14—Plasma, i.e. ionised gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2202/00—Aspects relating to methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects
- A61L2202/20—Targets to be treated
- A61L2202/24—Medical instruments, e.g. endoscopes, catheters, sharps
Abstract
本发明公开一种应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法,包括步骤一到步骤六，在进行内窥镜管道消毒过程中，先部分插入内窥镜管道，位置处于电极装置端部的锐化边沿电场内，并预先让惰性气体通入整个装置套管，实现规律可重复性的有效触发启动，解决了等离子体放电的启动问题，采用多分段电极结构做出的改进，添加“点火”触发功能，降低等离子体放电起始电压和放电维持电压，即使处理不同长度和管径的内窥镜管道，放电电压和频率也可以稳定在一个较低的恒定范围内，而且没有发生沿面放电损坏内窥镜管道外壁的风险。
Description
技术领域
本发明属于灭菌消毒技术领域，具体涉及到一种应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法。
背景技术
随着科技的进步和人们对健康要求的日益提高，内窥镜的应用越来越广泛，不但在微创手术中大量使用，而且已开始向常规体检领域发展，为了适应内窥镜的用量将大幅度增长的客观要求，避免一次使用的高成本与多次重复使用的交叉感染风险，研究高效、安全、价廉、操作方便的内窥镜消毒技术迫在眉睫，由于内窥镜价格比较昂贵而且属于不耐湿热设备，导致其消毒灭菌方法受限，极大限制了临床应用的开展，现今较广泛应用于内窥镜消毒的方法有过氧化氢等离子体消毒法、环氧乙烷灭菌法、戊二醛消毒液浸泡法等，环氧乙烷属于有毒气体易造成有毒物质残留危害人体健康；过氧化氢等离子体方法采用真空腔体，设备昂贵、用法复杂、处理时间长；医疗上常用的是戊二醛消毒液浸泡法，但消毒时间比较长，效率较低；在目前的应用效果上来看，上述方法对部分病原体的杀伤能力依然有限，存在交叉感染的风险，且存在有害残留并会损伤到内窥镜材料，内窥镜内部狭长管道的杀菌消毒是一项比较困难的任务。
在众多灭菌技术中，低温等离子体技术脱颖而出，等离子态是继固、液、气之后的物质第四态，其体系中富含高能电子、离子、激发态原子、自由基等活性成分，受到了来自新能源制备、环境保护、材料处理和航空航天等领域专家和工程人员的重视，而大气压低温等离子体是一种利用气体放电在敞开大气压条件下产生的非平衡态等离子体，具有较高的化学活性和接近室温的气体温度，已经作为一种新型的分子活化手段，被应用于处理有机薄膜、医疗器具、生物体组织等热敏性材料，低温等离子体技术具有杀菌效果可靠、作用快速、清洁而无残留等优点，目前已开始应用于多个领域的灭菌消毒，等离子体可以产生电场、电流、UV辐照、以及各种带电粒子、自由基等活性粒子，可以使病原体快速坏死或凋亡，但是，目前所应用的低气压等离子体的方法，以及低气压等离子体与H2O2相结合的方法存在2个主要缺陷：(1)低气压条件需要真空腔，成本高，操作不便；(2)内窥镜的内径在mm数量级，甚至小于1mm，而低气压等离子体的电子自由程大于1cm，这使得产生高密度等离子体的难度很大，等离子体杀菌效果达不到要求。
低温等离子体在生成过程中发生多种物理、化学反应后产生：电磁场、热、紫外线、带电粒子、激发态粒子、亚稳态粒子等。这些活性组分蕴含很高的足以破坏化学键的能量势，可以开启一系列的物理化学反应，能够与微生物、人体细胞等结构产生相互作用，导致失活、结构损伤等细胞层面效果。其中，紫外线可通过直接辐射以及损伤细胞大分子(蛋白质、DNA等)等机制致死细胞；活性含氧基团可以直接从外部破坏细胞结构并且穿透进入细胞产生氧化效果，活性含氮基团可诱导生物体内部活性含氧基团的产生。当微生物和人体细胞内的压力过高，细胞结构会完全崩塌；带电粒子和电场的协同作用也有助于细菌的灭活。
因此，本发明可以针对精密医疗光学器械的灭菌需求，结合大气压低温等离子体生物医学应用的优势，基于多分段电极结构，并对其进行了改进，设计了一种应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于设计一种应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法,基于多分段电极结构，产生等离子体射流对内窥镜内壁杀菌消毒。
为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：
应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法,包括如下步骤：
步骤一：石英玻璃管穿过高压电极和地电极之间，将待消毒的内窥镜管道穿入石英玻璃管内三分之一处；
步骤二：在内窥镜管道内通入流速为2L/min的He气，气流的作用下，石英玻璃管内也会有He气流动；
步骤三：设定电源放电频率，调节电源输出电压幅值，使He在石英玻璃管内产生等离子体放电，先放电处产生的等离子体为整个电场区域提供种子电子；
步骤四：等离子体向全部电场区域弥散，内窥镜管道内也产生等离子体放电，对于内窥镜管道内消毒。
作为本发明进一步的描述，步骤四中，放电电压幅值为3-5kV。
作为本发明进一步的描述，还包括步骤五：提高电源输出电压幅值到5-7kV，石英玻璃管内的等离子体放电更均匀更强烈，移动内窥镜管道到石英玻璃管的中段。
作为本发明进一步的描述，种子电子和放电维持电压的提高，使内窥镜管道内也产生了等离子体射流放电，在未进入电场区域的内窥镜管道处，沿内窥镜管道逆着气流方向产生等离子体溢流，为内窥镜管道全部穿过石英玻璃管在全部电场区域内的内窥镜管道内产生等离子体射流提供种子电子。
作为本发明进一步的描述，还包括步骤六：沿着气流方向将内窥镜管道穿过石英玻璃管。
作为本发明进一步的描述，穿过石英玻璃管的内窥镜管道内壁在全部电场区域内产生等离子体射流放电，在内窥镜管道内有射流体羽和溢流体羽产生。
作为本发明进一步的描述，调节放电电压和气体流速，达到均匀放电后，按照速度v0 m/s匀速移动内窥镜管道，使内窥镜管道匀速穿过石英玻璃管内，到达对内窥镜管道内壁全长的杀菌消毒的目的。
作为本发明进一步的描述，所述的石英玻璃管设置为内径11mm、外径13mm、壁厚1mm、长度15-20cm，所述的高压电极和地电极的宽度为10mm，且高压电极和地电极交替排布。
作为本发明进一步的描述，所述的石英玻璃管长度小于内窥镜管道长度105cm，石英玻璃管长度设置为15-20cm，内窥镜管道长度设置为105cm；
所述的石英玻璃管的内径大于内窥镜管道的外径，所述的石英玻璃管的内径为11mm，内窥镜管道的外径为10mm。
相对于现有技术，本发明的技术效果为：
本发明提供了一种应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法,多分段电极结构做出改进，添加“点火”触发功能，降低等离子体放电起始电压和放电维持电压，即使处理不同长度和管径的内窥镜管道，放电电压和频率也可以稳定在一个较低的恒定范围内，而且没有发生沿面放电损坏内窥镜管道外壁的风险。
附图说明
图1为本发明的步骤一结构视图；
图2为本发明的步骤五结构视图；
图3为本发明的步骤六结构视图；
图4为本发明的电极结构视图；
图5为本发明的射流装置结构视图；
图6为本发明的放电前内窥镜管道未穿过石英玻璃管时的等效电路模型视图；
图7为本发明的放电前内窥镜管道穿过石英玻璃管后的等效电路模型视图。
图中，1.石英玻璃管，2.高压电极，3.地电极，4.内窥镜管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述：
应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，如图1-3所示，包括如下步骤：
步骤一：石英玻璃管1穿过高压电极2和地电极3之间，将待消毒的内窥镜管道4穿入石英玻璃管1内三分之一处；
步骤二：在内窥镜管道4内通入流速为2L/min的He气，气流的作用下，石英玻璃管1内也会有He气流动；
步骤三：设定电源放电频率，调节电源输出电压幅值，使He在石英玻璃管1内产生等离子体放电，先放电处产生的等离子体为整个电场区域提供种子电子；
步骤四：等离子体向全部电场区域弥散，内窥镜管道4内也产生等离子体放电，对于内窥镜管道4内消毒，放电电压幅值为3-5kV。
步骤五：提高电源输出电压幅值到5-7kV，石英玻璃管1内的等离子体放电更均匀更强烈，移动内窥镜管道4到石英玻璃管1的中段；种子电子和放电维持电压的提高，使内窥镜管道4内也产生了等离子体射流放电，在未进入电场区域的内窥镜管道4处，沿内窥镜管道4逆着气流方向产生等离子体溢流，为内窥镜管道4全部穿过石英玻璃管1在全部电场区域内的内窥镜管道4内产生等离子体射流提供种子电子。
步骤六：沿着气流方向将内窥镜管道4穿过石英玻璃管1，穿过石英玻璃管1的内窥镜管道4内壁在全部电场区域内产生等离子体射流放电，在内窥镜管道4内有射流体羽和溢流体羽产生；调节放电电压和气体流速，达到均匀放电后，按照速度v0m/s匀速移动内窥镜管道4，使内窥镜管道4匀速穿过石英玻璃管1内，到达对内窥镜管道4内壁全长的杀菌消毒的目的。
上述公开了本发明的触发方法，主要是基于公开号CN 103585650B公开的内容进行改进，公开号CN 103585650B公开的为一种低温等离子体内窥镜消毒装置及方法，该装置包括气体控制模块、电源激励模块、等离子体发生模块，气体控制模块通过流量控制器控制稀有气体和强活性掺杂气体，实现气体配比和流速可调；电源激励模块利用正弦或脉冲高压电源，为所述等离子体发生模块提供稳定的激励；等离子体发生模块通过分段间隙的电极结构，利用以稀有气体为主的混合气体产生大气压冷等离子体射流，该装置可以在大气压下产生长度在1cm到2m，直径在0.2mm到10mm范围内，均匀、稳定、常温、强活性的等离子体射流，适用于不同尺寸内窥镜的消毒处理。
同时，公开号CN 103585650B为多分段电极结构等离子体射流内窥镜消毒方法，但是这种方法在实际应用中，处理不同长度和管径的内窥镜管道需要不同的电压，正弦高压电源电压峰-峰值选择范围在3kV-50kV，频率范围的选择在1kHz-100MHz，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，放电电压幅值和频率不能稳定在一个恒定的范围内，对高压电源的输出电压幅值和频率要求较高，给工程实际应用带来诸多困难，且电极直接与内窥镜外壁接触，存在沿面闪络从而损坏内窥镜外表面材料的风险。
基于多分段电极结构的内窥镜内壁消毒的等离子体射流装置，如图5所示，包括三部分：气体控制模块、电源驱动模块、等离子体电极模块。
气体控制模块：选用He作为放电气体，控制用于放电的气体的流速，改变气体流速，得到不同的等离子体放电强度，从而影响等离子体杀菌消毒效果，同时预留不同气体的外接接口，因惰性气体放电电压幅值低，所以产生等离子体射流多使用惰性气体如Ar、He等，为得到更多活性物质和氧化性杀菌消毒粒子可以使用惰性气体和O2、H2O、H2O2、N2的混合气体等，预留的气体接口为使用不同气体提供方便。
电源驱动模块：高压驱动电源可以使用高频交流电源，更佳的也可以使用脉冲电源，高压驱动电源参数选用电压幅值0～15kV范围可调、频率0～5kHz范围可调，调节电源电压幅值和频率，使等离子体射流放电达到均匀放电。
等离子体电极模块：采用改进后带有点火功能的多分段环-环电极结构，在高压驱动电源作用下在内窥镜管道4内产生等离子体射流，实现杀菌消毒的目的。
由于内窥镜管道4的管壁比较厚，绝缘效果好，在内窥镜管道4内通入惰性气体在外加电场作用下产生等离子体射流，由于“趋肤效应”的存在，电荷集中在内窥镜的“皮肤”部分，也就是说电流集中在内窥镜管道4外表的薄层，越靠近内窥镜管道4表面，电荷密度越大，内窥镜管道4内部实际上电场较小，结果使内窥镜管道4的电阻增加，使它的损耗功率也增加，因此放电电压比较高，在15～25kV不等。
此外，电极管与内窥镜管道4采用套管结构，内窥镜管道4外壁与石英玻璃管1内壁不能完全贴合，从而导致气隙电容的存在，高、低压电极之间的产生的电场需要经过石英玻璃管1、空气气隙、内窥镜管道4管壁才能作用于惰性气体He，将石英玻璃管1、空气气隙、内窥镜管道4管壁视为三种介质，其等效电容为Cd其两端电压为Ud，He的等效电容为CHe其两端电压为UHe，此时相当于Cd与CHe串联分压，由于CHe远大于Cd，根据电容串联分压原理，UHe远小于Ud，所以外加在电极上的高压电场经介质分压后用于电离He的电场强度很小，又因为内窥镜管道4穿过石英玻璃管1时不能完全保证轴线同心，因而气隙的等效电容是变量，因而介质分压Ud也是变量，假定He的击穿电压恒定，所以电源输出电压Upulse＝UHe+Ud，即表现为电源输出的触发内窥镜管道4内的等离子体射流放电的总电压无法稳定在一个恒定的范围。
另外，也可以采用静态等效电路模型分析启动电压不稳定问题，具体分析公开如下：
静态等效电路模型：环-环等离子体射流，属于介质阻挡放电范畴，其等效电路模型与DBD(介质阻挡放电)相似，环-环电极等离子体射流等效电路模型如图6、7所示，图6为放电前内窥镜管道4未穿过石英玻璃管1时的等效电路模型，图7为放电前内窥镜管道4穿过石英玻璃管1后的等效电路模型。
图6、7中Upulse为电源输出的驱动电压，Cs、Rs和Ls回路分别表示反应器杂散电容、引线电阻和寄生串联电感，Cq表示石英玻璃管的等效电容，Ca表示空气气隙的等效电容,Cp表示内窥镜管壁的等效电容,CHe表示He气的等效电容，Ud表示介质层电压，UHe表示施加在He气的电压。
图6中，放电前内窥镜管道4未穿过石英玻璃管1时，电极与He之间只有一层石英玻璃管1作为阻挡介质，根据环-环电极和环板电极的射流反应器结构，两电极间加上电压产生电场后，石英玻璃管1相当于同轴电容器，而管内气体相当于一个圆柱型电容器，等效电气模型中的仿真参数Cq1、Cq2和CHe和可以由以下公式计算得到:
式中，ε0为真空介电常数；εq为介质相对介电常数；εHe为气体相对介电常数；lq为电极宽度；lg为介质层厚度；R和r分别为玻璃管的内、外半径。由公式可知，介质电容与电极宽度、玻璃管内外半径有关，He的电容与介质层厚度有关。CHe与Cq1、Cq2串联分压(Cq1＝Cq2)，所以介质总等效电容为：
Ceq远大于CHe，所以UHe的值远大于Ud，此时电源输出电压被He分压更多，更有利于He的电离。
图7中，当内窥镜管道4穿过石英玻璃管1时，电极与He之间又多了一层空气气隙、和内窥镜管道4壁作为阻挡介质，其等效电容为Ca、Cp，此时相当于CHe与Cq1、Cq2、Ca1、Ca2、Cp1、Cp2(Cq1＝Cq2、Ca1＝Ca2、Cp1＝Cp2)串联分压，所以此时介质总等效电容为：
此时Ceq远小于CHe，所以UHe的值远小于Ud，此时电源输出电压被He分压更少，不利于He的电离。
此外，由于操作时内窥镜管道4与石英玻璃管1之间的气隙电容不恒定，导致介质总等效电容不恒定，介质分压不恒定，因而表现为每次放电触发电压不能稳定在一个恒定范围内。
根据静态等效电路模型分析与静电场仿真结果可知，影响环环电极射流放电的因素有电极间距、电极宽度介质层厚度和电极管径，电极间距越小电场强度越大，更容易放电；在电极间距相同时，石英玻璃管1两侧电场分布比石英玻璃管1其他区域强，所以石英玻璃管1两侧区域电场更强更容易放电；选用宽度较宽的电极，更容易产生等离子体放电；选用的石英玻璃管1内外径更接近内窥镜管道4内径，更容易产生等离子体放电。
另外本发明还对电极的设置作出了相应的改进，改进方法如下：
如图4所示，所述的石英玻璃管1设置为内径11mm、外径13mm、壁厚1mm、长度15-20cm，所述的高压电极2和地电极3的宽度为10mm，且高压电极2和地电极3交替排布在石英玻璃管1的外壁，所述的石英玻璃管1的长度小于内窥镜管道4的长度105cm，石英玻璃管1的长度设置为15-20cm，内窥镜管道4的长度设置为105cm，石英玻璃管1的内径大于内窥镜管道4的外径，所述的石英玻璃管1的内径为11mm，内窥镜管道4外径为10mm，便于内窥镜管道4穿过石英玻璃管1，用石英玻璃管1将高、地电极与内窥镜管道4隔离，避免了电极与内窥镜管道4直接接触时沿面放电造成对内窥镜管道4的损伤。
原理说明：由于石英玻璃管1两侧的电场强度相对最强，在石英玻璃管1两侧达到He气的起辉电压后，石英玻璃管1两侧内壁先产生等离子体放电，并为全部电场区域放电提供种子电子，在电场区域全部放电产生等离子体后，适当提高放电电压幅值后再沿气体流速方向匀速移动内窥镜管道4，因为内窥镜管道4穿过石英玻璃管1后，相当于在电极与放电区域之间增加了一层介质，为了维持内窥镜管道4内等离子体放电，所以在He气击穿电压的基础上适度提高放电维持电压，使内窥镜管道4穿过石英玻璃管1后，内窥镜管道4内仍然可以产生等离子体射流放电，通过测定杀菌时间和效果测得最佳移动速度v0 m/s，沿气体流速方向匀速移动内窥镜管道4，可以对内窥镜管道4内壁全长进行全范围杀菌消毒。
当内窥镜管道4穿过石英玻璃管1后，石英玻璃管1内不在有He气存在，因空气击穿电压明显高于He气，外施电场可以维持He放电而不能击穿空气放电，在这种条件下，等离子体放电全部集中于内窥镜管道4内壁，石英玻璃管1内不在产生放电，同时，在气体流速的作用下，管道内壁的残留物和污物可以被气流冲刷，起到一定的清理内壁的作用，石英玻璃管1使电极与放电区域隔离，有效避免了电极间沿面放电对内窥镜管道4外表面材料的损伤，低温等离子体可以产生电场、电流、UV辐照、以及各种带电粒子、自由基等活性粒子，可以使病原体快速坏死或凋亡，从而达到杀菌消毒的目的。
本发明提供了一种应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法,在多分段电极基础上做出改进，减小石英玻璃管1端口处电极间距，锐化端口边沿段电极的电场强度，实现内窥镜管道4在石英玻璃管1内处理端口处的触发“点火”放电；在进行内窥镜管道4消毒过程中，先部分插入内窥镜管道4，位置处于电极装置端部的锐化边沿电场内，并预先让惰性气体通入整个装置套管，实现规律可重复性的有效触发启动，解决了等离子体放电的启动问题，通过这种点火触发的方法，产生等离子体放电，可以有效降低放电起始电压和维持电压，对系统外接的高压激励电源的输出电压幅值和频率要求明显降低，并且每次放电使用时，都可以稳定在一个恒定范围内，增强了放电的可复现性，可有效推动多段电极的等离子体装置对内窥镜管道4内壁的消毒处理应用。
本发明结合已有的多分段电极结构，创新性地在电极与放电区域之间引进石英玻璃管1作为阻挡介质，不仅提高了整个处理装置的机械支撑效果，而且有效避免了电极与内窥镜管道4直接接触时，因电极间沿面放电对内窥镜管道4外表面的损伤；通过建立等效电路模型的方法，对放电时电极各介质之间电压分配进行分析，并基于模型提出了分段电极的段与段之间的间距设计准则和方法，提高了大气压等离子体环-环射流放电的效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：石英玻璃管穿过高压电极和地电极之间，将待消毒的内窥镜管道穿入石英玻璃管内三分之一处；
步骤二：在内窥镜管道内通入流速为2L/min的He气，气流的作用下，石英玻璃管内也会有He气流动；
步骤三：设定电源放电频率，调节电源输出电压幅值，使He在石英玻璃管内产生等离子体放电，先放电处产生的等离子体为整个电场区域提供种子电子；减小石英玻璃管端口处电极间距，锐化端口边沿段电极的电场强度，实现内窥镜管道在石英玻璃管内处理端口处的触发“点火”放电；
步骤四：等离子体向全部电场区域弥散，内窥镜管道内也产生等离子体放电，对于内窥镜管道内消毒；
所述的石英玻璃管设置为内径11mm、外径13mm、壁厚1mm、长度15-20cm，所述的高压电极和地电极的宽度为10mm，且高压电极和地电极交替排布；
所述的石英玻璃管长度小于内窥镜管道长度105cm，石英玻璃管长度设置为15-20cm，内窥镜管道长度设置为105cm；
所述的石英玻璃管的内径大于内窥镜管道的外径，所述的石英玻璃管的内径为11mm，内窥镜管道的外径为10mm。
2.根据权利要求1所述的应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，其特征在于：步骤四中，放电电压幅值为3-5kV。
3.根据权利要求1所述的应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，其特征在于：还包括步骤五：提高电源输出电压幅值到5-7kV，石英玻璃管内的等离子体放电更均匀更强烈，移动内窥镜管道到石英玻璃管的中段。
4.根据权利要求3所述的应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，其特征在于：种子电子和放电维持电压的提高，使内窥镜管道内也产生了等离子体射流放电，在未进入电场区域的内窥镜管道处，沿内窥镜管道逆着气流方向产生等离子体溢流，为内窥镜管道全部穿过石英玻璃管在全部电场区域内的内窥镜管道内产生等离子体射流提供种子电子。
5.根据权利要求1所述的应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，其特征在于：还包括步骤六：沿着气流方向将内窥镜管道穿过石英玻璃管。
6.根据权利要求5所述的应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，其特征在于：穿过石英玻璃管的内窥镜管道内壁在全部电场区域内产生等离子体射流放电，在内窥镜管道内有射流体羽和溢流体羽产生。
7.根据权利要求6所述的应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法，其特征在于：调节放电电压和气体流速，达到均匀放电后，按照速度v0 m/s匀速移动内窥镜管道，使内窥镜管道匀速穿过石英玻璃管内，到达对内窥镜管道内壁全长的杀菌消毒的目的。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110908122.0A CN113692100B (zh) | 2021-08-09 | 2021-08-09 | 应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110908122.0A CN113692100B (zh) | 2021-08-09 | 2021-08-09 | 应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113692100A CN113692100A (zh) | 2021-11-23 |
| CN113692100B true CN113692100B (zh) | 2023-03-24 |
Family
ID=78579161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110908122.0A Active CN113692100B (zh) | 2021-08-09 | 2021-08-09 | 应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113692100B (zh) |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2463991Y (zh) * | 2001-02-14 | 2001-12-05 | 中国科学院电子学研究所 | 脉冲预电离纵向放电激光器 |
| JP2003210556A (ja) * | 2002-01-18 | 2003-07-29 | Toshiba Corp | 管用プラズマ滅菌装置 |
| CN101466194A (zh) * | 2009-01-13 | 2009-06-24 | 大连理工大学 | 预电离大气压低温等离子体射流发生器 |
| CN101577397B (zh) * | 2009-06-04 | 2012-05-23 | 西安交通大学 | 一种高速、大面积离子风的激励装置 |
| CN103585650B (zh) * | 2013-07-09 | 2016-04-06 | 西安交通大学 | 一种低温等离子体内窥镜消毒装置及方法 |
| CN103415135A (zh) * | 2013-09-02 | 2013-11-27 | 哈尔滨工业大学 | 高速流动环境下等离子体强化放电的装置及方法 |
| CN104918402A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-09-16 | 东华大学 | 一种常压高压协同射频辉光射流放电的装置及其放电方法 |
| CN104940966A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-30 | 西安交通大学 | 一种射流和表面放电等离子体相结合的内窥镜灭菌装置 |
| JP6675709B2 (ja) * | 2016-09-08 | 2020-04-01 | 株式会社島津製作所 | 誘電体バリア放電イオン化検出器 |
| CN108834298A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-11-16 | 东华大学 | 一种通过辅助放电控制射频射流长度的装置与方法 |
| EP3685779A1 (en) * | 2019-01-24 | 2020-07-29 | Universite Libre De Bruxelles | Device for cold plasma treatment, cold plasma endoscopic system, and method for generating and transporting a cold plasma |
| CN110538334B (zh) * | 2019-08-09 | 2021-04-09 | 西安交通大学 | 基于氩气和乙醇混合气体的等离子体灭菌及抗感染装置 |
| CN111278206B (zh) * | 2020-03-19 | 2021-09-21 | 四川大学 | 一种介质阻挡放电串联微波放电的等离子体发生装置 |
| CN111465160A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-07-28 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种等离子体射流发生装置及系统 |
-
2021
- 2021-08-09 CN CN202110908122.0A patent/CN113692100B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113692100A (zh) | 2021-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2174671B1 (en) | Plasma sterilizing device and method | |
| US20130026137A1 (en) | Device and method for generating a pulsed anisothermal atmospheric pressure plasma | |
| Feng et al. | The interaction of a direct-current cold atmospheric-pressure air plasma with bacteria | |
| US20140314621A1 (en) | Methods and devices for treating surfaces with surface plasma | |
| Song et al. | Plasma inactivation of Candida albicans by an atmospheric cold plasma brush composed of hollow fibers | |
| US20050269199A1 (en) | Process for the plasma sterilization of dielectric objects comprising a hollow part | |
| KR101320291B1 (ko) | 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치 | |
| Wang et al. | The effect of an atmospheric pressure, DC nonthermal plasma microjet on tooth root canal, dentinal tubules infection and reinfection prevention | |
| JP2012217761A (ja) | プラズマ滅菌装置 | |
| Liu et al. | He-plasma jet generation and its application for E. coli sterilization | |
| RU2638569C1 (ru) | Способ стерилизации газоразрядной плазмой атмосферного давления и устройство для его осуществления | |
| Stoffels | Biomedical applications of electric gas discharges | |
| Khanikar et al. | Cold atmospheric pressure plasma technology for biomedical application | |
| CN113692100B (zh) | 应用于内窥镜内壁消毒的多段电极等离子体射流触发方法 | |
| CN106693009B (zh) | 一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置及方法 | |
| JP2023523809A (ja) | プラズマ及びヒドロキシラジカルを生成する滅菌装置 | |
| US20230201391A1 (en) | Sterilisation apparatus for producing plasma and hydroxyl radicals | |
| CN103260328A (zh) | 一种大气压非平衡态等离子体微射流灭菌的方法 | |
| CN111420109B (zh) | 电磁脉冲协同等离子体高效空气净化消毒设备 | |
| TWI691237B (zh) | 常壓電漿束產生裝置 | |
| JP2023523815A (ja) | プラズマ及びヒドロキシラジカルを生成する滅菌装置 | |
| Sulyman et al. | Generation of non-thermal plasma jet using ZVS Driver with flyback transformer | |
| Sen et al. | Medical applications of plasma technology | |
| Konesky | Dwell time considerations for large area cold plasma decontamination | |
| Sarkar et al. | Electrical discharges: An emerging modality in sterilization, disinfection, and therapeutics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20221031 Address after: 210000 building D8, No. 9 Kechuang Avenue, intelligent manufacturing Industrial Park (Zhongshan community), Jiangbei new area, Nanjing, Jiangsu Province Applicant after: JIANGSU RONGZHENG PHARMACEUTICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 211816 Puzhu South Road, Pukou District, Nanjing, Jiangsu Province, No. 30 Applicant before: NANJING University OF TECHNOLOGY |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240228 Address after: Room 2310, Jiangsu Commercial Building, No. 28 Zhongshan North Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210000 Patentee after: Nanjing Jinyou Health Management Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 210000 building D8, No. 9 Kechuang Avenue, intelligent manufacturing Industrial Park (Zhongshan community), Jiangbei new area, Nanjing, Jiangsu Province Patentee before: JIANGSU RONGZHENG PHARMACEUTICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |