CN115461089A - 用于产生等离子体和羟基自由基的灭菌设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于临床使用的灭菌系统。特别地，提供了一种灭菌装置，其包括：壳体，所述壳体限定在用于接收水薄雾的入口与用于将羟基自由基流引导朝向待灭菌的区域的出口之间的水薄雾流体流动路径；能量递送尖端，所述能量递送尖端被构造成产生热等离子体或非热等离子体；同轴传输线，所述同轴传输线被布置成传送射频(RF)和/或微波频率电磁(EM)能量；以及气体导管，所述气体导管位于所述壳体中并且被布置成将气体递送到所述能量递送尖端，其中所述能量递送尖端从所述同轴传输线的远侧端部延伸。所述能量递送尖端包括：第一电极，所述第一电极电连接到所述同轴传输线的内导体；和第二电极，所述第二电极电连接到所述同轴传输线的外导体。所述第二电极限定所述能量递送尖端的内部体积，其中所述第一电极在所述内部体积内纵向延伸。所述第一电极和所述第二电极被构造成：在递送到所述能量递送尖端的所述气体中激发等离子体，并且将所述等离子体引导到所述水薄雾流体流动路径中以在其中形成羟基自由基。

Description

用于产生等离子体和羟基自由基的灭菌设备

技术领域

本发明涉及适用于例如在人体、医疗设备或医院病床空间上的临床使用的灭菌系统。例如，本发明可以提供一种系统，该系统可以用于破坏或处理与人类或动物生物系统和/或周围环境相关联的某些细菌和/或病毒。本发明特别可用于对封闭或部分封闭的空间进行灭菌或去污染。

背景技术

细菌是单细胞生物，它们几乎随处可见，大量存在，并且能够迅速地分裂和繁殖。大多数细菌是无害的，但是存在三类有害群体；即：球菌、螺旋菌和杆菌。球菌细菌是圆形细胞，螺旋菌细菌是螺旋状细胞，并且杆菌细菌是杆状的。有害细菌引起疾病诸如破伤风和伤寒等。

病毒可仅通过占领其他细胞来生存和繁殖，即它们无法独自存活。病毒引起疾病诸如感冒、流感、腮腺炎和艾滋病。病毒可以通过人与人的接触，或通过与被来自感染者的呼吸道液滴或其他携带病毒的体液污染的区域接触而转移。

真菌孢子和称为原生动物的微小生物可引起疾病。

灭菌是破坏或消除所有生命形式(尤其是微生物)的动作或过程。在等离子体灭菌过程期间，产生活性剂。这些活性剂是高强度紫外光子和自由基，它们是具有化学不成对电子的原子或原子组装体。等离子体灭菌的有吸引力的特征是，可以在相对低的温度诸如体温下实现灭菌。等离子体灭菌还具有对操作者和患者安全的益处。

等离子体通常含有带电电子和离子以及化学活性物质，诸如臭氧、氮氧化物和羟基自由基。羟基自由基在氧化空气中的污染物方面远比臭氧更有效，并且杀菌和杀真菌能力是氯的几倍，这使得它们成为破坏细菌或病毒以及对封闭空间内的物体(例如，与医院环境相关联的物体或物品)执行有效去污染的非常令人感兴趣的候选者。

保持在水的“大分子”(例如，薄雾或雾内的液滴)内的OH基能稳定数秒，并且在相当的浓度下它们比常规灭菌剂有效1000倍。

Bai等人的标题为“Experimental studies on elimination of microbialcontamination by hydroxyl radicals produced by strong ionisation discharge”(Plasma Science and Technology，第10卷，第4期，2008年8月)的文章考虑了使用由强电离放电产生的OH自由基来消除微生物污染。在这项研究中，考虑了对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的灭菌效果。制备了浓度为10⁷cfu/ml(cfu＝菌落形成单位)的细菌悬浮液，并且使用微量移液管将10μl该呈流体形式的细菌转移到12mm×12mm无菌不锈钢板上。将细菌流体均匀地散布在板上并让其干燥90分钟。然后将板放入无菌玻璃盘中，并且将具有恒定浓度的OH自由基喷洒到板上。这项实验研究的结果是：

1.OH自由基可被用于对细胞造成不可逆的损伤，并且最终杀死细胞；

2.用于消除微生物的潜在阈值(threshold potential)是国内外使用的灭菌剂的万分之一；

3.与OH的生化反应为自由基反应，并且用于消除微生物的生化反应时间为约1秒，这满足快速消除微生物污染的需要，并且致死时间约为目前国内和国际灭菌剂的千分之一；

4.OH的致死密度大约是其他灭菌剂的喷雾密度的千分之一——这将有助于在大的空间例如床空间区域中有效和快速地消除微生物污染；以及

5.OH薄雾或雾滴将细菌氧化成CO₂、H₂O和微无机盐。剩余的OH也将分解成H₂O和O₂，因此这种方法将无污染地消除微生物污染。

WO 2009/060214公开了被布置成可控地产生并发射羟基自由基的灭菌设备。该设备包括在羟基自由基产生区域接收RF或微波能量、气体和水薄雾的施加器(applicator)。羟基自由基产生区域处的阻抗被控制为高，以促进电离放电的产生，电离放电继而在存在水薄雾时产生羟基自由基。该施加器可以是同轴组件或波导。例如集成在施加器中的动态调谐机构可以控制羟基自由基产生区域处的阻抗。用于薄雾、气体和/或能量的递送装置可以彼此集成在一起。

发明内容

总的来说，本发明提供了一种灭菌装置，其被布置成产生热等离子体或非热等离子体并且使其偏转到水薄雾流中，以提供含有羟基自由基的流。该流可以被引导到表面或物体上以执行灭菌。

根据本发明，提供了一种用于产生羟基自由基流的灭菌装置，所述灭菌装置包括：壳体，所述壳体限定了在用于接收水薄雾的入口与用于将羟基自由基流引导朝向待灭菌的区域的出口之间的水薄雾流体流动路径；能量递送尖端，所述能量递送尖端被构造成产生热等离子体或非热等离子体；同轴传输线，所述同轴传输线被安装在所述壳体中并且被布置成将射频(RF)和/或微波频率电磁(EM)能量传送到所述能量递送尖端；以及气体导管，所述气体导管被安装在所述壳体中并且被布置成将气体递送到所述能量递送尖端，其中所述同轴传输线包括内导体、外导体以及将所述内导体与所述外导体分开的介电材料，其中所述能量递送尖端从所述同轴传输线的远侧端部延伸，并且其中所述能量递送尖端包括：第一电极，所述第一电极电连接到所述同轴传输线的所述内导体；和第二电极，所述第二电极电连接到所述同轴传输线的所述外导体，其中所述第二电极被构造成限定所述能量递送尖端的内部体积，其中所述第一电极在所述内部体积内纵向延伸，其中所述第一电极和所述第二电极被构造成：在递送到所述能量递送尖端的所述气体中激发等离子体，并且将所述等离子体引导到所述水薄雾流体流动路径中以在其中形成羟基自由基。

在使用中，灭菌装置被构造成产生等离子体，该等离子体被引导到水薄雾的流动路径中，以产生用于灭菌的羟基自由基。该装置也能够在没有水薄雾的情况下使用，在此种情况下通过单独的等离子体执行灭菌。

等离子体可被第一电极和第二电极引导成处在与同轴传输线的轴线平行的纵向方向。随着等离子体离开能量递送尖端，水薄雾流动路径可以与等离子体相交。可替代地，等离子体可被第一电极和第二电极偏转成处在与纵向定向的水薄雾流体流动路径相交的横向方向。这些布置有利于纵向定向的水薄雾流体流动路径，这对于提供可定向的灭菌束是有用的。

该装置可以是手持式单元。例如，壳体可以是便携式单元，例如包括手柄或把手。提供手持式单元可以有助于引导羟基自由基流，以根据需要对任何表面或物体进行灭菌。

能量递送尖端有利地限定了双极(例如同轴)结构，以从内部体积中接收的RF和/或微波频率能量产生高电场，从而在该体积中存在的气体中激发和维持热等离子体或非热等离子体。例如，RF能量的短脉冲(例如，具有10ms或更短，例如在1ms和10ms之间的持续时间)可以被用于激发等离子体。更长的微波脉冲可以被用于维持等离子体。

然而，还可以使用微波频率能量来激发等离子体，例如通过使用微波谐振器或阻抗变换器，即将低电压变换为更高电压以使用在操作频率下为四分之一波长(或其奇数倍)长的更高阻抗传输线来激发等离子体的四分之一波长变换器。这种高阻抗线可以被接通以激发等离子体，并且一旦等离子体已经被激发并且需要维持等离子体则被断开(即，返回到较低阻抗线)。功率PIN或变容二极管可优选地被用于在该两种状态之间切换，但是可以使用同轴开关或波导开关。

可替代地，能量递送尖端可以被构造成仅使用微波能量通过提供在同轴传输线的远侧端部处变换的两个四分之一波长阻抗来激发和维持等离子体。第一四分之一波长变换器被构造成将同轴传输线的阻抗例如从50Ω降低到目标阻抗(例如25Ω等)。一旦被激发，内部体积中的等离子体将呈现较低的阻抗，并且因此该变换可以有助于将功率递送到被激发的等离子体中以便维持该等离子体。

第二(最远侧的)四分之一波长变换器则具有高得多的阻抗，例如200Ω或更高。第二四分之一波长变换器起到将第一变换器的远侧端部处的较低阻抗变换为高得多(例如1600Ω)的远侧阻抗的作用。假设无损耗线和100W的输入微波功率，在第二四分之一波长变换器的远侧端部可实现400V的电压。第一四分之一波长变换器和第二四分之一波长变换器的尺寸可以被构造为提供能够激发等离子体的远侧电压。

优选地，能量递送尖端位于壳体内。第一电极和第二电极可以限定内部体积的出路(exit)，其中该出路位于出口处或出口(outlet)中。第一电极可以是在纵向方向上延伸的细长元件。它可以是直的，或者可以作为另一种形状提供。例如，在一些实施方案中，第一电极可以是螺旋形的。任选地，第一电极可以由内导体的延伸超过外导体的远侧端部的部分形成。

能量递送尖端可以在其远侧端部处敞开，以形成用于将等离子体引导出能量递送尖端的开口。在这样的实施方案中，等离子体在纵向方向上被引导出能量递送尖端。可替代地，能量递送尖端可以包括被安装在内部体积的远侧端部处的第一电极上的导电盖，该导电盖与第二电极的远侧端部间隔开以限定用于将等离子体引导出内部体积并且进入流体流动路径中的出口，其中等离子体被径向地从能量递送尖端向外引导到流体流动路径中。例如，流体流动路径可以与能量递送尖端同轴地形成。导电盖可以确保有效地产生等离子体，并有助于将基本上所有的等离子体引导到流体流动路径中，以使羟基自由基的产生最大化。导电盖有效地用作第一电极的延伸部以用于产生等离子体。

有利的是，流体流动路径朝向出口逐渐变细。以这种方式，可以增加羟基自由基的速度，以使得自由基被更有效地投射到待灭菌的表面或物体。在一些实施方案中，特别是在能量递送尖端位于出口处或出口附近的情况下，流动路径以这种方式逐渐变细确保了基本上所有的水薄雾穿过等离子体从而使羟基自由基的产生最大化。

优选地，能量递送尖端还包括被安装在同轴传输线的远侧端部的绝缘盖，以将同轴传输线与内部体积隔离，并且其中气体导管经由形成在绝缘盖与第二电极之间的流动路径与内部体积流体连通。绝缘盖可以安装在第二电极内，例如以限定内部体积的近侧端部。流动路径可以包括在所述第二电极中的多个开口，所述开口容许在绝缘盖周围的气体流动。所述多个开口可以规则地间隔开以促使气体均匀地流到所述内部体积中。

绝缘盖可以帮助确保等离子体在能量递送尖端的远侧部分中产生，并且还可以帮助将产生的等离子体引导出能量递送尖端。在一些实施方案中，绝缘盖可以在贯穿第二电极的开口的区域中具有斜切的远侧端部。这可以帮助增加气体在第二电极中沿着流动路径的速度，从而有助于气体的通过量并有助于将等离子体引导出能量递送尖端的远侧端部。

第二电极可以是圆柱体。所述多个开口可以各自包括在所述圆柱体中的纵向凹口。例如，第二电极的近侧端部可以是堞形的以提供多个开口。

能量递送尖端可以包括位于内部体积中的第一电极与第二电极之间的绝缘介电材料。介电材料可以是一块石英或其他类似的低损耗材料。优选地，介电材料被提供为位于第二电极内的圆柱体。介电材料导致绝缘介电材料旁边的充气间隙中的电场增加，这有助于等离子体的产生。另外，介电材料减小了能量递送尖端的内部体积的尺寸，这增加了通过其中的气体的流速，因此等离子体从能量递送尖端被投射得更远。这在等离子体被纵向引导出尖端的实施方案中以及/或者在所述装置被构造成仅使用等离子体进行灭菌的实施方案中可能是特别有利的。

根据本发明的第二方面，提供了一种灭菌设备，其包括根据第一方面的灭菌装置、薄雾发生器、气体供应器和用于向手持式灭菌装置供应射频(RF)和/或微波频率电磁(EM)能量的发生器。RF EM能量可以用于激发等离子体，并且可以作为高压脉冲被接收。微波EM能量可以用于维持等离子体，即，将功率递送到等离子体中以维持电离状态。这也可以作为脉冲被接收。等离子体可以以产生准连续等离子体束的方式被重复激发。

薄雾发生器可以包括超声波换能器或加热元件。以这种方式，薄雾发生器可以向手持式灭菌装置供应薄雾(例如，湿气或雾)，以用于从水中产生羟基自由基。由于提供了水薄雾，该设备不需要使用任何化学清洁剂，并且因此使用本设备灭菌不会产生有害的副产物。

优选地，气体供应器是氩气的供应器。然而，可以选择任何其他合适的气体，例如二氧化碳、氦气、氮气、空气和这些气体中任何一种的混合物，例如10％空气/90％氦气。

有利的是，发生器可以由电池提供动力，以使得发生器是便携式的。优选地，薄雾发生器和气体供应器也是便携式的，以使得用户可以容易地操作灭菌设备，并且可以在任何必要的环境中容易地执行灭菌。

这里，术语“内”意味着径向上更靠近同轴传输线、能量递送尖端和/或施加器的中心(例如，轴线)。术语“外”意味着径向上更远离同轴传输线、能量递送尖端和/或施加器的中心(轴线)。

除非上下文另有指明，否则术语“导电”在本文中用于表示导电性。

在本文中，术语“近侧”和“远侧”是指施加器的端部。在使用时，近侧端部更接近于用于提供RF和/或微波能量的发生器，而远侧端部更远离该发生器。

在本说明书中，“微波”可以广泛地用于指示400MHz至100GHz的频率范围，但是优选地，1GHz至60GHz的范围。已考虑的特定频率是：915MHz、2.45GHz、3.3GHz、5.8GHz、10GHz、14.5GHz和25GHz。相比之下，本说明书使用“射频”或“RF”来指示至少低三个数量级的频率范围，例如，高达300MHz，优选是10kHz至1MHz，并且最优选是400kHz。可调整微波频率以使得能够优化所递送的微波能量。例如，能量递送尖端可被设计成在某个频率(例如900MHz)下操作，但是在使用时，最有效的频率可以是不同的(例如866MHz)。

附图说明

现在参考附图，在下面给出的本发明实施例的详细描述中解释本发明的特征，在附图其中：

图1是根据本发明的实施方案的灭菌设备的示意图；

图2是施加器的示意图；

图3是图2所示的施加器的剖视图；并且

图4是第二施加器的剖视图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于使用羟基自由基执行灭菌的装置，该羟基自由基是通过在水薄雾存在的情况下产生等离子体而生成的。

图1是作为本发明的实施方案的灭菌设备100的示意图。设备100能够产生羟基(OH)自由基，以便对表面或区域进行灭菌。例如，设备100可被用于对医疗设备或医院病床空间进行灭菌。

设备100包括发生器102，该发生器能够可控地将射频(RF)和/或微波能量递送到施加器104。发生器可以属于例如WO 2012/076844中公开的类型。发生器102通过同轴电缆106连接到施加器104。同轴电缆106包括内导体、外导体以及将内导体与外导体分开的介电材料。同轴电缆106可以通过QMA连接器等将能量耦合到施加器104中。在一些实例中，发生器102可以被布置成监测从施加器104接收回的反射信号(即，反射功率)，以便确定要传送到施加器104的适当信号。在施加器104处利用射频和/或微波能量来激发和维持热等离子体或非热等离子体，以便以下面更详细解释的方式产生羟基自由基。在一些实例中，热等离子体或非热等离子体可以被直接用于对表面进行灭菌。

设备100还包括薄雾发生器108，该薄雾发生器被布置成将水薄雾(例如，湿气或雾)递送到施加器104。例如，薄雾发生器108可以通过超声波换能器产生薄雾。可替代地，薄雾发生器108可被布置成加热水以产生待被传递到施加器104的蒸汽或薄雾。薄雾被供应到施加器104，以便通过下面将更详细解释的过程产生羟基自由基。通过以这种方式使用薄雾发生器108，设备100可以被用于在不使用任何清洁化学品的情况下对表面或物体进行灭菌，从而降低与灭菌相关联的成本，并且允许在清洁化学品供应不足时执行灭菌。使用羟基自由基进行灭菌还确保没有有害的副产品。

薄雾发生器108可包括泵或其他流体驱动单元，以使产生的薄雾流向施加器104。

气体供应器110连接到施加器104以供应用于形成等离子体的气体，该等离子体被用于以将在下文解释的方式产生羟基自由基。气体供应器110可以是用于形成非热等离子体或热等离子体的任何适当惰性气体(例如，氩气、氦气、氮气、二氧化碳或它们的组合)的供应器。气体供应器110可以被构造为允许调节被递送到施加器104的气体的流速。气体供应器可以例如每分钟供应1.5升与10升之间的气体。

为雾流提供独立的驱动单元可能不是必要的。相反，薄雾可以自然地向施加器扩散。薄雾可能被气流夹带，这反过来将加速薄雾的扩散速度。

气体的流速可以在1.5升/分钟至15升/分钟的范围内，优选地在2升/分钟至6升/分钟之间。薄雾发生器108可以被布置成产生足够的薄雾，以使该薄雾形成至少2体积％的组合气体/薄雾流。气体的流速可被控制成达到组合流中的气体和薄雾的期望比例。

在本发明的一些实施方案中，设想了发生器102、薄雾发生器108和气体供应器110可以各自是便携式的，并且施加器104可以是手持式施加器，以使得本发明提供一种易于由用户携带的有效的灭菌设备。

在下面的图2至图4中更详细地示出了施加器104。为了对表面进行灭菌，通过将来自发生器102的能量施加到从气体供应器110递送的气体上来在施加器104中产生等离子体。例如，RF能量可被用于激发等离子体，并且微波能量可被用于维持等离子体。例如，可以如WO 2009/060213中公开的那样产生等离子体。在产生等离子体的同时，来自薄雾发生器108的水薄雾沿着穿过等离子体的流体流动路径被传递穿过施加器104的壳体，以产生羟基自由基的喷雾112，该喷雾离开施加器104以被引导到用于灭菌的表面或进入用于灭菌的区域。例如，WO 2009/060214中公开了以此方式生成羟基自由基的实例。

图2示出了可以用于本发明的实施方案的第一施加器200的示意图。特别地，图2示出了关于施加器200的能量递送尖端的细节。图3中示出了更一般地示出施加器的剖视图。

施加器200可以以任何合适的规模被生产。例如，施加器的尺寸可以被设计成由人手抓握。可替代地，可以制造适合安装在支架上的较大版本。在使用中，由施加器发射的等离子体和/或OH自由基的流可被引导到待灭菌的体积中，例如车辆(例如，救护车)或医院病床或手术间的内部。

施加器200包括大体细长的壳体202，该壳体含有产生羟基自由基所需的部件，该羟基自由基被引导从远侧出口204离开而朝向待灭菌的表面或物体。在特别优选的实施方案中，施加器200可以由用户手持，以手动地使施加器200在表面或物体上通过。

在壳体202内，施加器200包括能量递送结构，该能量递送结构包括同轴传输线206，该同轴传输线在其远侧端部处具有能量递送尖端205。同轴传输线206的近侧端部终止于QMA连接器207或类似物，该QMA连接器207或类似物被设置成使得RF和/或微波能量可以例如经由如上面针对图1所讨论的电缆从发生器被引入到能量递送结构。

同轴传输线206包括内导体208、外导体210以及将内导体208与外导体210分开的介电材料212。同轴传输线206沿着壳体202的纵向轴线放置。

能量递送尖端205包括电连接到内导体208的第一电极214、电连接到外导体210的第二电极216和与第二电极216的远侧端部间隔开以限定间隙220的导电端盖218。在该实施方案中，第二电极216被提供为在每一端部处敞开的中空圆柱体，并且第一电极214通常沿着第二电极216的纵向轴线定位。由此在第一电极214与第二电极216之间限定了环形空间。

第一电极214可以由同轴传输线206的内导体208的延伸部形成。第一电极214优选地是直的，但是在一些实例中，第一电极214可以以其他形状提供。例如，第一电极214可以是螺旋电极。

导电端盖218是导电材料(例如，铜、银、金或电镀钢)的圆盘，该圆盘被电连接到第一电极214，并且被成形为位于通向第二电极216的开口的口部上方。导电端盖218在纵向方向上从第二电极216的远侧端部移位，以形成间隙220。间隙220小于第一电极214和第二电极216的径向间距，即第一电极214的外表面与形成第二电极216的中空圆柱体的内表面之间的径向距离。例如，端盖218与第二电极216之间的间隙220可以具有大约0.5mm的纵向长度。

第一电极214、第二电极216和导电端盖218被构造成使得当能量(例如，RF信号)被供应给同轴传输线206时，在间隙220中和周围建立高电压条件。可以控制输入信号以使间隙220处的电压足够高，从而在流过或经过探针尖端205的外表面的气体中激发等离子体。

端盖218的几何形状的效果是在探针尖端205内在其远侧端部处产生等离子体产生区域。如已知的，热等离子体或非热等离子体在该区域中可以通过经由同轴传输线206适当递送RF和微波能量来激发和维持。

如下所讨论，在该实施方案中，形成等离子体的气体被供应到形成在第一电极214与第二电极216之间的环形空间。气体在纵向方向上流过探针尖端205。在等离子体产生区域，气体或等离子体被端盖218沿径向方向转向成与水薄雾的流动路径226相交，如下所述。

在第二电极216内定位在同轴传输线206的远侧端部处的是大体圆柱形的陶瓷盖222，该陶瓷盖可以在远侧方向上延伸超过介电材料212的端部大约2mm。在一些实施方案中，第一电极214可以通过延伸穿过陶瓷盖222的导电元件连接到同轴传输线206的内导体208。

围绕同轴传输线206形成气体导管224，以便将气体递送到能量递送尖端。在施加器200的近侧端部处，气体导管224包括连接器225以接收来自气体供应器110的气体。气体能够穿过形成在第二电极216的近侧端部中的堞形结构或孔口217从气体导管224流动到第二电极216内。可能希望具有围绕第二电极216的圆周规则地间隔开的多个堞形结构或孔口，以使得进入能量递送尖端的气流围绕纵向轴线是基本上均匀的。

围绕气体导管224，流体流动路径226形成在施加器壳体202中，以将水薄雾从入口227引导至出口204。如图2所示，流体流动路径226通常在朝向出口204的远侧方向上逐渐变细。这起到使水薄雾与正从间隙220发射的等离子体接触并增加水薄雾流速的双重作用。等离子体导致水薄雾中产生羟基自由基，该羟基自由基然后作为可定向流或喷雾通过出口204被喷射。

在使用中，气体供应器110被操作来将气体传递到施加器200中并通过气体导管224。陶瓷盖222具有斜切的远侧面以促进气体从气体导管224流入第二电极216中从而在第一电极214与第二电极216之间传递，在这里热等离子体或非热等离子体受到激发。例如，等离子体可以使用RF能量激发并且使用微波能量来维持。当然，可以设想，在一些实施方案中，可以使用RF或微波能量来激发和维持等离子体。可以控制被供应用于维持等离子体的功率，以将等离子体维持在优选状态，例如维持为非热等离子体。

在产生等离子体的同时，薄雾发生器108将气体传递到施加器200中，以提供沿着流体流动路径226的水薄雾流。等离子体通过间隙220流出第二电极216，该间隙形成用于将等离子体引导到穿过施加器200的水薄雾的流体流动路径226中的周向出口。等离子体在图3中由箭头229示出。随着水薄雾穿过等离子体，水分子被电离以产生羟基自由基，该羟基自由基穿过出口204并朝向待灭菌的表面或物体。

图4示出了可以用于本发明的实施方案的第二施加器300的剖视图。特别地，施加器300被调适成使得其可以被用于使用羟基自由基或使用从施加器300发射的热等离子体或非热等离子体来对表面或物体进行灭菌。与第一施加器200对应的第二施加器300的特征已被赋予相同的附图标记，并且不再对其进行描述。

施加器300包括连接到同轴传输线206的远侧端部的能量递送尖端305。能量递送尖端305被构造成产生穿过施加器300的出口204的热等离子体或非热等离子体。以这种方式，施加器300可被用于在气体供应器(诸如气体供应器110)被启动时仅使用等离子体进行灭菌，或者可被操作来在气体供应器和薄雾发生器(诸如薄雾发生器108)都被启动时产生羟基自由基。

能量递送尖端305包括连接到同轴传输线206的内导体208的第一电极302。在一些实施方案中，第一电极302可以是内导体208的延续。第二电极304连接到同轴传输线206的外导体210。在该实施方案中，第二电极304被提供为在每一端部处敞开的中空圆柱体，并且第一电极302大体上沿着第二电极304的纵向轴线定位。在所示的实施方案中，第一电极302具有20mm的长度，并且第一电极302的远侧端部距离第二电极304的远侧端部2mm。第一电极302与第二电极304之间在径向方向上的间距为大约1.3mm。第一电极302和第二电极304被布置成限定介于其间的用于从气体入口310接收气体的环形区域308，其中气体导管从气体入口形成，穿过第二电极304并进入介于第一电极302与第二电极304之间的环形区域308。

在能量递送尖端305的远侧端部处，石英管312定位在环形区域308内，其中石英管312与第一电极302之间具有间隙，气体能够流过该间隙。例如，石英管312可以具有12.35mm的长度，并且可以被定位成使得石英管312的远侧端部与第二电极304的远侧端部毗连。通过以这种方式定位石英管312，第一电极302与第二电极304之间的充气间隙中的电场增加，以促进等离子体激发。石英管312内的区域因此是等离子体产生区域。

在能量递送尖端的近侧端部处，提供绝缘元件以将同轴传输线206和等离子体产生区域分开。该实例中的绝缘元件包括陶瓷盖314，其位于第一电极302的近侧区域周围。在盖314与第二电极304之间存在间隙，以便提供用于使气体从入口310流入能量递送尖端的导管。例如，盖314可以具有8mm的长度和大约4.3mm的外径。提供盖314以防止等离子体在能量递送尖端的近侧端部处激发。在一些实例中，盖314的远侧端部可以被斜切成促进气体在石英管312与第一电极302之间流动，在这里等离子体被激发。

第二电极304的远侧端部是敞开的，以形成用于在能量递送尖端内产生的等离子体的出口。以这种方式，等离子体在纵向方向上被引导出能量递送尖端并朝向施加器300的出口204。这在图4中被示出为等离子体的羽流316，该羽流从出口204向外投射，在该出口处，该羽流可以被用户引导到表面或物体上以进行灭菌。

施加器300可以在用于使用羟基自由基进行灭菌的第一模式或用于使用等离子体进行灭菌的第二模式下使用。

在第一模式中，气体供应器110被操作来将气体经由入口310传递到施加器300中。气体进入介于第一电极302与石英管312之间的区域，在这里等离子体被激发。例如，等离子体可以使用RF能量激发并且使用微波能量来维持。当然，可以设想，在一些实施方案中，可以使用RF或微波能量来激发和维持等离子体。在产生等离子体的同时，薄雾发生器108经由薄雾入口318将水薄雾传递到施加器300中，以提供沿着流体流动路径226的水薄雾流。等离子体在纵向方向上流出第二电极216，从而引导等离子体进入穿过出口204的水薄雾的流体流动路径226。随着水薄雾穿过等离子体羽流316，水分子被电离从而以产生羟基自由基，该羟基自由基穿过出口204并朝向待灭菌的表面或物体。

第二模式包括与第一模式相同的步骤，但是水薄雾不被供应到施加器300，以使得仅产生作为羽流316被引导离开出口204的热等离子体或非热等离子体。用户可直接使等离子体的羽流316在表面上传递以进行灭菌。

在前文描述中，或所附权利要求中或附图中公开的特征(其以其特定形式或者根据用于执行所公开的功能的装置，或者用于获得所公开的结果的方法或工艺被表述)在适当时可单独地或以此类特征的任何组合的形式被用于以多样化形式实现本发明。

虽然已经结合上文描述的示例性实施方案描述了本发明，但当给出本公开时，许多等同修改和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，上文阐述的本发明的示例性实施方案应被视为是说明性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对所描述的实施方案作出各种改变。

为了避免任何疑义，本文提供的任何理论解释是出于提高读者的理解的目的而提供的。发明人不希望受到任何这些理论解释的束缚。

在包括所附权利要求的整个说明书中，除非上下文另外要求，否则词语“具有(have)”、“包含(comprise)”和“包括(include)”及变型(诸如“具有(having)”、“包含(comprises/comprising)”和“包括(including)”)将理解为暗示包括陈述的整数或步骤，或整数或步骤的组但不排除任何其它整数或步骤，或整数或步骤的组。

必须注意，除非上下文另有明确指明，否则如在本说明书和所附权利要求中所使用，单数形式“一个/种(a/an)”和“所述”包括复数个提及物。范围在本文中可被表述为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表述这种范围时，另一个实施方案包括从该一个特定值和/或到该另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表述为近似值时，应理解，特定值形成另一个实施方案。关于数值的术语“约”是任选的并且表示例如+/-10％。

字词“优选的”和“优选地”在本文中用于指代本发明的在一些情形下可提供某些益处的实施方案。然而，应了解，在相同或不同的情形下，其他实施方案也可为优选的。因此，一个或多个优选的实施方案的叙述并不意味或暗示其他实施方案是无用的，并且不意图将其他实施方案排除在本公开的范围之外，或者权利要求的范围之外。

Claims (17)

1.一种用于产生羟基自由基流的灭菌装置，所述灭菌装置包括：

壳体，所述壳体限定在用于接收水薄雾的入口与用于将羟基自由基流引导朝向待灭菌的区域的出口之间的水薄雾流体流动路径；

能量递送尖端，所述能量递送尖端被构造成产生热等离子体或非热等离子体；

同轴传输线，所述同轴传输线被安装在所述壳体中并且被布置成将射频(RF)和/或微波频率电磁(EM)能量传送到所述能量递送尖端；以及

气体导管，所述气体导管被安装在所述壳体中并且被布置成将气体递送到所述能量递送尖端，

其中所述同轴传输线包括内导体、外导体以及将所述内导体与所述外导体分开的介电材料，

其中所述能量递送尖端从所述同轴传输线的远侧端部延伸，并且

其中所述能量递送尖端包括：

第一电极，所述第一电极电连接到所述同轴传输线的所述内导体；和

第二电极，所述第二电极电连接到所述同轴传输线的所述外导体，其中所述第二电极被构造成限定所述能量递送尖端的内部体积，其中所述第一电极在所述内部体积内纵向延伸，

其中所述第一电极和所述第二电极被构造成：

在递送到所述能量递送尖端的所述气体中激发等离子体，并且

将所述等离子体引导到所述水薄雾流体流动路径中以在其中形成羟基自由基。

2.根据权利要求1所述的灭菌装置，其中所述能量递送尖端位于所述壳体内。

3.根据权利要求2所述的灭菌装置，其中所述第一电极和所述第二电极限定所述内部体积的出路，其中所述出路位于所述出口处或所述出口中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的灭菌装置，其中所述第一电极由所述内导体的延伸超过所述外导体的远侧端部的长度形成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的灭菌装置，其中所述第一电极包括被安装在所述第二电极的远侧端部之外的导电端盖，所述导电端盖被构造成将所述等离子体横向偏转到所述水薄雾流体流动路径中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的灭菌装置，其中所述水薄雾流体流动路径朝向所述出口逐渐变细。

7.根据前述权利要求中任一项所述的灭菌装置，其中所述能量递送尖端还包括绝缘盖，所述绝缘盖被安装在所述同轴传输线的远侧端部处以将所述同轴传输线与所述内部体积隔离，并且

其中所述气体导管包括形成在所述绝缘盖与所述第二电极之间的流体通路。

8.根据权利要求7所述的灭菌装置，其中所述绝缘盖被安装在所述第二电极内，并且其中所述流体通路包括在所述第二电极中的允许气体在所述绝缘盖周围流动的多个开口。

9.根据权利要求8所述的灭菌装置，其中所述第二电极是圆柱体，并且所述多个开口各自包括在所述圆柱体中的凹口。

10.根据权利要求9所述的灭菌装置，其中所述第二电极的近侧端部是堞形的以提供所述多个开口。

11.根据前述权利要求中任一项所述的灭菌装置，其中所述能量递送尖端包括位于所述内部体积中的所述第一电极与所述第二电极之间的绝缘介电材料。

12.根据权利要求11所述的灭菌装置，其中所述介电材料是石英。

13.根据前述权利要求中任一项所述的灭菌装置，其中所述壳体被构造为手持式单元。

14.一种灭菌设备，其包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的灭菌装置；

薄雾发生器；

气体供应器；以及

发生器，所述发生器用于向所述灭菌装置供应射频(RF)和/或微波频率电磁能量。

15.根据权利要求14所述的灭菌设备，其中所述薄雾发生器包括：

超声波换能器，或

加热元件。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的灭菌设备，其中所述气体供应器是氩气的供应器。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的灭菌设备，其中所述发生器由电池提供动力。

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