CN205726632U - 一种带多孔介质的刷状低温等离子体射流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带多孔介质的刷状低温等离子体射流装置，包括高压脉冲电源、金属软管和等离子体刷；内部包含高压导线和气管的金属软管由高压脉冲电源的面板引出并与等离子体刷相连；高压脉冲电源外壳、金属软管以及等离子体刷外表面都与地线连接；等离子体刷内部包含一个长条形的网状高压电极和一个长条形的多孔绝缘介质；气体经过等离子体刷时，在高电压脉冲作用下，在多孔绝缘介质的孔道内电离成等离子体并形成射流。本实用新型等离子体刷可直接手持，可通过金属软管较大的活动范围，用于不同的场合，比如医疗器械的消毒灭菌、皮肤的消毒灭菌、血液的凝固、癌症治疗、大面积伤口特别是烧伤的愈合等医疗领域，也可用于材料的表面处理。

Description

一种带多孔介质的刷状低温等离子体射流装置

技术领域

本实用新型属于消毒灭菌及医疗器械技术领域，具体涉及一种带多孔介质的刷状低温等离子体射流装置。

背景技术

低温等离子体是部分电离的气体，伴随多种物理化学效应，如光辐射、电磁场、带电粒子、高能电子以及电中性的活性粒子等等。等离子体与细胞作用时体现出多样的生物学效应，从而应用在多个领域，包括医疗器械的消毒灭菌、临床医疗、水/空气的净化、食品/包装材料的处理等等。

自1960s以来，低温等离子体对微生物的致死作用就被研究用于消毒灭菌。1990s，美国强生公司研发出商用的低气压过氧化氢等离子体灭菌器，并在医院得到迅速推广，用于一些精密医疗器械和特殊材料的低温快速灭菌。低气压等离子体的发生由于需要昂贵复杂的真空系统，限制了其应用。近年来，常压等离子体射流的灭菌效应及其在医疗上的其他应用，成为国内外研究的热点。这类等离子体反应器结构小巧、操作方便，且灭菌作用广谱高效快速，得到广泛应用。通过精确控制等离子体的特性，低温等离子体射流可直接作用于人体皮肤和组织，产生一门新的等离子体医疗技术，应用方向包括皮肤的消毒灭菌、伤口的快速愈合、血液的快速凝固、皮肤病的治疗、细胞凋亡和癌症的治疗等等。

传统的低温等离子体射流装置，由于受内部结构限制，其所形成低温等离子体的发生效率一般较低且喷射长度也较短，所形成低温等离子体射流的直径往往为3-5mm，在临床应用上存在一些缺陷，比如用于皮肤消毒时，需要以来回扫描的方式来实现较大面积的处理。如何实现大面积低温等离子体射流的高效发生，是研究中的难点。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种带多孔介质的刷状低温等离子体射流装置，能够使等离子体射流实现安全高效的发生，其射流面积较大且可控。

一种带多孔介质的刷状低温等离子体射流装置，包括高压脉冲电源和等离子体刷，所述的高压脉冲电源通过高压导线与等离子体刷连接，所述的等离子体刷通过气体软管外接气体储瓶；

所述的等离子体刷包括金属外壳、绝缘子、设于金属外壳内部的绝缘套、多孔绝缘介质以及网状的高压电极；其中：所述绝缘子的一端从金属外壳顶部引入与绝缘套的顶端接合形成一体，所述绝缘套的末端开口并延伸至金属外壳底部；

所述的高压电极和多孔绝缘介质均设于绝缘套内且高压电极与多孔绝缘介质顶端贴合，所述的多孔绝缘介质为蜂窝状，其末端经绝缘套的开口端从金属外壳底部引出；多孔绝缘介质顶端与绝缘套顶端之间错开一定距离，使得在绝缘套内行成一定大小的空腔；

所述高压导线的一端贯穿绝缘子并深入绝缘套中与高压电极连接，另一端与高压脉冲电源的输出端相连；所述的气体软管一端与气体储瓶相连，另一端贯穿绝缘子至绝缘套中，使得气体通过所述的空腔经高压电极电离形成等离子体，并从多孔绝缘介质末端的孔道中喷出形成射流。

进一步地，所述高压脉冲电源的壳体表面设有电气参数模块和气体流量模块；所述的电气参数模块由一些关于电压、电流、频率、脉宽及功率的表计构成，所述的气体流量模块由一些关于气体流量及流速的表计构成。

进一步地，所述的等离子体刷通过气体软管经气体流量模块外接气体储瓶。

进一步地，所述高压脉冲电源与等离子体刷之间外露的高压导线和气体软管共同采用金属软管包裹。

进一步地，所述的高压导线表面带有绝缘层。

进一步地，所述的金属外壳、金属软管以及高压脉冲电源的壳体均接地。

进一步地，所述的多孔绝缘介质末端截面为长条形，所述的金属外壳底部开有与多孔绝缘介质末端尺寸配合的长条形通孔；从而能够形成刷状的等离子体。

进一步地，所述的绝缘套与金属外壳之间存有空隙，金属外壳底部的通孔孔壁与多孔绝缘介质末端贴合密封。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：

(1)虽然本实用新型等离子体刷内部为数千伏高电压，但等离子体刷的金属外壳接地，可以直接手持，且产生的等离子体可直接触摸。

(2)本实用新型采用金属软管使装置有较大的活动范围，还可根据需要改变金属软管的长度，操作灵活。

(3)本实用新型采用网状高压电极和多孔绝缘介质的结构，使气体可从多孔介质的孔道内通过，沿着孔道内表面形成等离子体，更容易均匀的形成等离子体射流。

(4)本实用新型多孔绝缘介质延伸出金属外壳以外一段距离，可避免对接地金属外壳的直接沿面放电，等离子体射流更稳定。

(5)本实用新型金属外壳底端的收缩方孔结构，使得收缩方孔与多孔绝缘介质直接接触的内表面起到接地电极的作用，从而等离子体只在多孔绝缘介质的孔道内高效的发生。

(6)本实用新型网状高压电极、多孔绝缘介质和接地金属外壳收缩方孔的相对位置布置，使得等离子体在多孔绝缘介质的孔道内不断积累且加速运动，产生等离子体射流的长度更长。

(7)本实用新型多孔绝缘介质的尺寸可灵活调节，从而得到不同特性的刷状等离子体射流。

附图说明

图1为本实用新型等离子体射流装置的结构示意图。

图2为本实用新型等离子体刷的外部结构示意图。

图3为本实用新型等离子体刷的横向剖面结构示意图。

图4为本实用新型等离子体刷的纵向剖面结构示意图。

图5为本实用新型等离子体刷的端面结构示意图。

其中：1.高压脉冲电源，2.气体流量模块，3.电气参数模块，4.金属软管，5.等离子体刷，6.塑料气体软管，7.带绝缘层的高压导线，8.绝缘子，9.等离子体刷与金属软管的接头，10.金属外壳，11.多孔绝缘介质，12.网状高压电极，13.绝缘套，14.产生等离子体的气体孔道。

具体实施方式

为了更为具体地描述本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1至图5所示，本实用新型等离子体射流装置主要包括高压脉冲电源1、金属软管4和等离子体刷5。高压脉冲电源1的面板上有气体流量控制模块2和电气参数控制模块3，此外还与金属软管4相连。金属软管4中包裹着带绝缘层的高压导线7和塑料气体软管6，带绝缘层的高压导线7与高压脉冲电源1中的高压输出以及等离子体刷5中的网状高压电极12相连，气体软管6与高压脉冲电源1中的气体流量控制模块2相连，并插入等离子体刷5中。金属软管4通过接头9与等离子体刷5中的金属外壳10相连。等离子体刷5内部有一体的绝缘套13和绝缘子8，绝缘套13内有网状高压电极12和多孔绝缘介质11，带绝缘层的高压导线7和塑料气体软管6从绝缘子8中穿过并延伸到绝缘套13内，带绝缘层的高压导线7与网状高压电极12相连，网状高压电极12下面紧贴着多孔绝缘介质11，气体通过气体软管6后先进入绝缘套13内的一个气腔，再穿过网状高压电极12和多孔绝缘介质11的孔道14，从每个孔道喷出。金属外壳10的端部有收缩的与多孔绝缘介质尺寸一样的方孔，方孔的内表面为接地电极，多孔绝缘介质11延伸出金属外壳10的端面一段距离。高压脉冲电源1的机箱内可安装小型气体储瓶，或者由外置的储瓶输入气体，储瓶中的气体先通过气体控制模块2以达到一定的流量和流速，再经气体软管6输送到等离子体刷5中，通过多孔绝缘介质11的孔道时发生电离形成等离子体射流。

本实用新型可基于不同的电气参数获得不同的效果，如脉冲电压、脉冲电流、脉冲频率、脉冲宽度、等离子体功率等等；也可通过不同的气体参数获得不同的效果，比如气体流量、气体流速、气体组分等等。不同的气体组分和不同的等离子体功率条件下，获得等离子体射流的温度存在差异。在临床医疗应用中，常采用惰性气体作为气源，比如氩气、氦气、氖气等等，或者在惰性气体中辅以一定比例的其他气体，这样产生的等离子体射流在常温或室温下，可以直接作用于人体，不会产生任何不适感。本实用新型刷状等离子体射流装置的主要应用包括医疗器械的消毒灭菌、皮肤的消毒灭菌、血液的快速凝固、皮肤病的治疗、细胞凋亡和癌症的治疗、大面积伤口特别是烧伤的愈合等等，也可用于材料的表面处理。

以下以具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案及其技术效果。

实施例1：

高压脉冲电源的输出电压为15kV，脉宽为10μs，脉冲频率为15kHz，氦气的流量为20L/min，获得的刷状等离子体射流宽度为10cm，长为3-5cm。将等离子体射流以0.1cm/s速率扫过直径9cm的琼脂平板，平板上的金黄色葡萄球菌密度为10³cfu/cm²，平板上细菌的灭菌率为99％。

实施例2：

高压脉冲电源的输出电压为20kV，脉宽为10μs，脉冲频率为20kHz，氦气的流量为30L/min，获得的刷状等离子体射流宽度为10cm，长为3-5cm。将等离子体射流以0.1cm/s速率扫过玻璃片，玻璃片上的金黄色葡萄球菌密度为10³cfu/cm²，灭菌率为99.9％。

实施例3：

高压脉冲电源的输出电压为10kV，脉宽为5μs，脉冲频率为10kHz，氩气的流量为10L/min，获得的刷状等离子体射流宽度为5cm，长为3-5cm。将等离子体射流以1cm/s速率扫过表面金黄色葡萄球密度为10³cfu/cm²的猪皮，灭菌率为95％。

实施例4：

高压脉冲电源的输出电压为15kV，脉宽为5μs，脉冲频率为30kHz，氦气的流量为30L/min，获得的刷状等离子体射流宽度为20cm，长为3-5cm。利用等离子体射流处理猪耳朵上的流血伤口5s后，血液快速凝固。

实施例5：

高压脉冲电源的输出电压为15kV，脉宽为10μs，脉冲频率为10kHz，氦气的流量为30L/min，获得的刷状等离子体射流宽度为10cm，长为3-5cm。利用等离子体射流处理体外的黑色素瘤细胞30s后，黑色素瘤细胞发生凋亡。

实施例6：

高压脉冲电源的输出电压为15kV，脉宽为10μs，脉冲频率为10kHz，氦气的流量为30L/min，获得的刷状等离子体射流宽度为10cm，长为3-5cm。利用等离子体射流处理体外的皮肤成纤维细胞10s后，细胞发生快速分化。

上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对于本实用新型做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带多孔介质的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：包括高压脉冲电源和等离子体刷，所述的高压脉冲电源通过高压导线与等离子体刷连接，所述的等离子体刷通过气体软管外接气体储瓶；

所述的等离子体刷包括金属外壳、绝缘子、设于金属外壳内部的绝缘套、多孔绝缘介质以及网状的高压电极；其中：所述绝缘子的一端从金属外壳顶部引入与绝缘套的顶端接合形成一体，所述绝缘套的末端开口并延伸至金属外壳底部；

所述的高压电极和多孔绝缘介质均设于绝缘套内且高压电极与多孔绝缘介质顶端贴合，所述的多孔绝缘介质为蜂窝状，其末端经绝缘套的开口端从金属外壳底部引出；多孔绝缘介质顶端与绝缘套顶端之间错开一定距离，使得在绝缘套内行成一定大小的空腔；

所述高压导线的一端贯穿绝缘子并深入绝缘套中与高压电极连接，另一端与高压脉冲电源的输出端相连；所述的气体软管一端与气体储瓶相连，另一端贯穿绝缘子至绝缘套中，使得气体通过所述的空腔经高压电极电离形成等离子体，并从多孔绝缘介质末端的孔道中喷出形成射流。

2.根据权利要求1所述的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：所述高压脉冲电源的壳体表面设有电气参数模块和气体流量模块；所述的电气参数模块由一些关于电压、电流、频率、脉宽及功率的表计构成，所述的气体流量模块由一些关于气体流量及流速的表计构成。

3.根据权利要求2所述的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：所述的等离子体刷通过气体软管经气体流量模块外接气体储瓶。

4.根据权利要求1所述的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：所述高压脉冲电源与等离子体刷之间外露的高压导线和气体软管共同采用金属软管包裹。

5.根据权利要求1所述的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：所述的高压导线表面带有绝缘层。

6.根据权利要求4所述的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：所述的金属外壳、金属软管以及高压脉冲电源的壳体均接地。

7.根据权利要求1所述的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：所述的多孔绝缘介质末端截面为长条形，所述的金属外壳底部开有与多孔绝缘介质末端尺寸配合的长条形通孔。

8.根据权利要求7所述的刷状低温等离子体射流装置，其特征在于：所述的绝缘套与金属外壳之间存有空隙，金属外壳底部的通孔孔壁与多孔绝缘介质末端贴合密封。