CN207070434U - 混合气体等离子体射流灭菌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合气体等离子体射流灭菌装置，包括电源、等离子体喷枪和气体混合器，所述电源通过高压导线与所述等离子体喷枪连接，所述等离子体喷枪通过连接器外接气体混合器；所述气体混合器包括至少两个进气口、一个出气口和气室，各进气口依次连接气管、流量计、进气气体接口，各进气气体接口均连接到气室，气室连接的出气气体接口依次连接流量计、气管、出气口，气室内部横向设置有多孔型挡气板，各气管上均连接有气体流量调节器。本实用新型的优点在于：可以进行多种气体快速有效混合，并在混合气氛下进行放电调节，使得低电压下也可产生灭菌能力强的等离子体射流。

Description

混合气体等离子体射流灭菌装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体灭菌医疗器械领域，尤其涉及混合气体等离子体射流灭菌装置。

背景技术

等离子体射流(plasma jet)是介质阻挡放电的一种新的实现方式，通过气体的快速流动，将放电区域产生的等离子体吹出，获得稳定均匀的等离子体束。等离子体束中含有放电区域产生的化学活性粒子、激发态粒子以及一些离子分子，这些活性粒子可以用于消毒灭菌。因为吹出的等离子体束表观温度很低，活性很高，所以在医用灭菌上有显著效果。氦气气氛中产生的等离子体射流，具有稳定、强度高(低电压下也容易产生放电)的特点；氧气气氛下产生的等离子体射流中有活性氧粒子(ROS)如臭氧等；氮气气氛下放电产生的等离子体射流中含有活性氮粒子(RNS)，也有较强的灭菌作用。

目前，关于等离子体射流的装置已有很多，但是，对于将多种气体混合在一起产生高效放电等离子体的射流装置及其灭菌效果，还待进一步研究。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种将多种气体快速有效混合在一起的混合气体等离子体射流灭菌装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种混合气体等离子体射流灭菌装置，包括电源(1)、等离子体喷枪(2)和气体混合器(3)，所述电源(1)通过高压导线(4)与所述等离子体喷枪(2)连接，所述等离子体喷枪(2)通过连接器(5)外接气体混合器(3)；

所述气体混合器(3)包括至少两个进气口(31)、一个出气口(32)和气室(33)，各进气口(31)依次连接气管、流量计(34)、进气气体接口(35)，各进气气体接口(35)均连接到气室(33)，气室(33)连接的出气气体接口(36)依次连接流量计(37)、气管、出气口(32)，气室(33)内部横向设置有多孔型挡气板(38)，各气管上均连接有气体流量调节器(39)。

当多种气体分别通过多个进气口(31)进入气体混合器中时，流量计(34)测量气体量，然后由气体流量调节器(39)来调节进气量，多种气体进入气室(33)内，通过气室(33)内部设置的多孔型挡气板(38)，多孔型挡气板上下形成压力差，气体穿过多孔板形成多个不规则气体流束，从而更有利于气体能够充分混合，然后将混合的气体由出气气体接口(36)，由流量计(34)测量出气量，然后通过气体流量调节器(39)来调节出气量。

等离子体喷枪(2)包括上部侧壁有通气孔的笔筒型管(21)、连接在笔筒型管(21)顶部的密封接线盖(22)、连接在笔筒型管(21)底部的笔尖型喷头(23)和位于笔筒型管(21)内部的高压电极(24)，笔筒型管(21)底部与笔尖型喷头(23)通过螺纹连接。通过旋转可调节笔筒型管(21)与笔尖型喷头(23)的相对位置，以便改变铜环电极(6)和高压电极(24)的相对位置，进一步改变喷枪(2)的放电强度和射流长度，以便适应不同的使用要求。

气室(33)为漏斗型气室。漏斗型气室有利于气体充分混合。

连接器(5)一端固定在笔筒型管(21)的通气孔上，另一端连接气体混合器(3)的出气口(32)。

密封接线盖(22)内设有接线柱和环绕接线柱的密封圈，接线柱上端通过高压导线(4)与电源(1)连接，下端连接高压电极(24)，密封接线盖(22)与笔筒型管(21)的顶部通过螺纹连接。

笔尖型喷头(23)外围包裹铜环电极(6)，绝缘圈(7)包裹铜环电极(6)，笔尖型喷头(23)底部设置有射流口，在射流口内安装射流气口控制环(8)，铜环电极(6)与地连接。

笔筒型管(21)和绝缘圈(7)由聚四氟乙烯材质制成；射流气口控制环(8)由不锈钢材质制成，中心为孔径1～3mm的圆柱型气孔。

射流口内设有用于安装射流气口控制环(8)的槽孔，槽孔内有磁铁，射流气口控制环(8)通过磁吸方式安装于射流口内。磁吸方式安装的射流气口控制环(8)安装与拆卸都很方便，可以根据使用场合随时更换。

高压电极(24)为钢针，并固定在笔筒型管(21)的轴心；电源(1)为高压纳秒脉冲电源，电源电压为5～15kv，频率为50～100kHz，脉冲上升时间为2～3ns；脉冲持续时间为8～10ns。高压纳秒脉冲电源放电可以产生稳定、密度高的低温等离子体。

进气孔(31)通有惰性气体和氧气，所述惰性气体为氦气和氖气。

本实用新型相比现有技术的优点在于：(1)可以进行多种气体快速有效混合，并在混合气氛下进行放电调节，同时兼顾放电强度和灭菌强度，使得低电压下也可产生灭菌能力强的等离子体射流；(2)通过气体混合器和可调节式喷头能够控制射流的强度、长短和直径，以便应用于不同的场合；(3)结构简单、操作方便、使用安全；(4)高压纳秒脉冲电源放电可以产生稳定、密度高的低温等离子体，表观温度极低，可直接作用于生物体；(5)灭菌快速高效。

附图说明

图1是本实用新型的混合气体纳秒脉冲等离子体射流灭菌装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型的混合气体纳秒脉冲等离子体射流灭菌装置的喷枪结构剖视图；

图3是本实用新型的混合气体纳秒脉冲等离子体射流灭菌装置的气体混合器结构示意图；

图4是本实用新型的混合气体纳秒脉冲等离子体射流灭菌装置的气体混合器内部结构示意图；

图5是三种不同形式的混合气体下纳秒脉冲等离子体射流灭菌装置的灭菌效果图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1，一种混合气体等离子体射流灭菌装置，包括电源1、等离子体喷枪2和气体混合器3，电源1通过高压导线4与等离子体喷枪2连接，等离子体喷枪2通过连接器5外接气体混合器3。

另外参见图3和图4，气体混合器3包括进气口31、进气口31’、出气口32和漏斗型气室33，进气口31依次连接气管、流量计34、进气气体接口35，进气口31’依次连接气管、流量计34’、进气气体接口35’，进气气体接口35和进气气体接口35’均连接到漏斗型气室33，漏斗型气室33连接的出气气体接口36依次连接流量计37、气管、出气口32，漏斗型气室33内部横向设置有多孔型挡气板38，各气管上均连接有气体流量调节器39。

当多种气体分别通过进气口31和进气口31’进入气体混合器中时，流量计34和流量计34’测量气体量，然后由气体流量调节器39来调节进气量，多种气体进入漏斗型气室33内，通过漏斗型气室33内部设置的多孔型挡气板38，多孔型挡气板上下形成压力差，气体穿过多孔板形成多个不规则气体流束，从而更有利于两种气体更加充分混合，然后将混合的气体由出气气体接口36，由流量计34测量出气量，然后通过气体流量调节器39来调节出气量。

参见图2，等离子体喷枪2包括上部侧壁有通气孔的聚四氟乙烯笔筒型管21、连接在笔筒型管21顶部的密封接线盖22、连接在笔筒型管21底部的笔尖型喷头23和位于笔筒型管21内部的高压电极24，笔筒型管21底部与笔尖型喷头23通过螺纹连接。

通过旋转可调节笔筒型管21与笔尖型喷头23的相对位置，以便改变铜环电极6和高压电极24的相对位置，进一步改变喷枪2的放电强度和射流长度，以便适应不同的使用要求。

作为本实用新型的优选实施例，连接器5一端固定在笔筒型管21的通气孔上，另一端连接气体混合器3的出气口32。

作为本实用新型的优选实施例，密封接线盖22内设有接线柱和环绕接线柱的密封圈，接线柱上端通过高压导线4与电源1连接，下端连接高压电极24，密封接线盖22与笔筒型管21的顶部通过螺纹连接。

作为本实用新型的优选实施例，笔尖型喷头23外围包裹铜环电极6，聚四氟乙烯材质制成的绝缘圈7包裹铜环电极6，笔尖型喷头23底部设置有4mm直径的射流口，在射流口内安装不锈钢材质的射流气口控制环8，射流气口控制环8中心为孔径2mm的圆柱型气孔，铜环电极6与地连接。磁吸方式安装的射流气口控制环8安装与拆卸都很方便，可以根据使用场合随时更换1mm或3mm孔径的射流气口控制环8，以满足不同射流需求。

作为本实用新型的优选实施例，射流口内设有用于安装射流气口控制环8的槽孔，槽孔内有磁铁，射流气口控制环8通过磁吸方式安装于射流口内。磁吸方式安装的射流气口控制环8安装与拆卸都很方便，可以根据使用场合随时更换。

作为本实用新型的优选实施例，高压电极24为钢针，并固定在笔筒型管21的轴心；电源1为高压纳秒脉冲电源，电源电压为5～15kv，频率为50～100kHz，脉冲上升时间为2～3ns；脉冲持续时间为8～10ns。高压纳秒脉冲电源放电可以产生稳定、密度高的低温等离子体。

作为本实用新型的优选实施例，进气孔31通有惰性气体和氧气，所述惰性气体为氦气和氖气。

上述纳秒脉冲等离子体射流灭菌装置进行灭菌的方法和效果

两种气体通过气体混合器的两个进气口进入气体混合器中，通过与进气口连接的流量计来改变两种气体的比例，其出气口通过气管和连接器与喷枪相连。进行灭菌时，尤其是改变气体种类或者混合气体比例的情况下，预先对喷枪通气一段时间，保证排干净喷枪内原有气体；然后打开高压纳秒脉冲电源进行放电，可以用支架固定喷枪，也可以手持喷枪进行灭菌操作，操作安全方便。

在气体混合器的两个进气口分别通入氮气和氧气(7:3)、氦气和氮气(1:1)、氦气和氧气(1:1)以及进行放电，高压纳秒脉冲电源的放电电压为13kv，放电频率为100kHZ；气体流量为1ml/min；用产生的等离子体射流来处理400μl含有大肠杆菌的溶液0s、30s、60s，处理后的溶液取100μl涂板，然后在37℃的培养箱中培养12h左右，灭菌效果参见图5。从图5中可以看出，相比于未用射流处理的对照板(CK-0s)，氮气和氧气(7:3)混合的气体中放电处理30s后，基本没有大肠杆菌存活，说明在这两种气体混合的情况下达到快速有效的灭菌效果；相比于未用射流处理的对照板(CK-0s)，氦气和氧气(1:1)混合气体中放电灭菌效果较好，在处理30s后没有很大的效果，但在处理60s后基本没有大肠杆菌存活，说明在氦气和氧气混合气体放电条件下也能达到较好的灭菌效果；相比于未用射流处理的对照板(CK-0s)，氦气和氮气(1:1)混合气体中放电灭菌效果稍弱，在处理30s后没有很大的效果，在处理60s后还有很少的大肠杆菌存活，说明这两种气体混合的灭菌效果不太理想。

本实用新型相比现有技术的优点在于：(1)可以进行多种气体快速有效混合，并在混合气氛下进行放电调节，同时兼顾放电强度和灭菌强度，使得低电压下也可产生灭菌能力强的等离子体射流；(2)通过气体混合器和可调节式喷头能够控制射流的强度、长短和直径，以便应用于不同的场合；(3)结构简单、操作方便、使用安全；(4)高压纳秒脉冲电源放电可以产生稳定、密度高的低温等离子体，表观温度极低，可直接作用于生物体；(5)灭菌快速高效。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，包括电源(1)、等离子体喷枪(2)和气体混合器(3)，所述电源(1)通过高压导线(4)与所述等离子体喷枪(2)连接，所述等离子体喷枪(2)通过连接器(5)外接气体混合器(3)；

所述气体混合器(3)包括至少两个进气口(31)、一个出气口(32)和气室(33)，各进气口(31)依次连接气管、流量计(34)、进气气体接口(35)，各进气气体接口(35)均连接到气室(33)，气室(33)连接的出气气体接口(36)依次连接流量计(37)、气管、出气口(32)，气室(33)内部横向设置有多孔型挡气板(38)，各气管上均连接有气体流量调节器(39)。

2.根据权利要求1所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，所述等离子体喷枪(2)包括上部侧壁有通气孔的笔筒型管(21)、连接在笔筒型管(21)顶部的密封接线盖(22)、连接在笔筒型管(21)底部的笔尖型喷头(23)和位于笔筒型管(21)内部的高压电极(24)，笔筒型管(21)底部与笔尖型喷头(23)通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，所述气室(33)为漏斗型气室。

4.根据权利要求1所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，所述连接器(5)一端固定在笔筒型管(21)的通气孔上，另一端连接气体混合器(3)的出气口(32)。

5.根据权利要求2所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，所述密封接线盖(22)内设有接线柱和环绕接线柱的密封圈，接线柱上端通过高压导线(4)与电源(1)连接，下端连接高压电极(24)，密封接线盖(22)与笔筒型管(21)的顶部通过螺纹连接。

6.根据权利要求2所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，所述笔尖型喷头(23)外围包裹铜环电极(6)，绝缘圈(7)包裹铜环电极(6)，笔尖型喷头(23)底部设置有射流口，在射流口内安装射流气口控制环(8)，铜环电极(6)与地连接。

7.根据权利要求6所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，笔筒型管(21)和绝缘圈(7)由聚四氟乙烯材质制成；射流气口控制环(8)由不锈钢材质制成，中心为孔径1～3mm的圆柱型气孔。

8.根据权利要求6所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，射流口内设有用于安装射流气口控制环(8)的槽孔，槽孔内有磁铁，射流气口控制环(8)通过磁吸方式安装于射流口内。

9.根据权利要求2所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，高压电极(24)为钢针，并固定在笔筒型管(21)的轴心；电源(1)为高压纳秒脉冲电源，电源电压为5～15kv，频率为50～100kHz，脉冲上升时间为2～3ns；脉冲持续时间为8～10ns。

10.根据权利要求1所述的混合气体等离子体射流灭菌装置，其特征在于，进气孔(31)通有惰性气体和氧气。