TW202217894A

TW202217894A - 管內壁表面改質裝置

Info

Publication number: TW202217894A
Application number: TW109135607A
Authority: TW
Inventors: 謝章興; 魏佚衿
Original assignee: 明志科技大學
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-05-01
Also published as: TWI739632B

Abstract

本案提供一種管內壁表面改質裝置，用以對一高分子管進行內壁改質處理。此管內壁表面改質裝置包括一脈衝產生器、一第一氣體源、一電漿產生器、一可撓性延伸管與一第二氣體源。電漿產生器包括一電漿出口。此電漿產生器係由第一氣體源取得一第一氣體，並接收脈衝產生器產生之一高壓脈衝，以產生電漿由電漿出口向外噴出。可撓性延伸管包括一第一端與一第二端。第一端係連接電漿出口，第二端係沿著高分子管之外壁移動。第二氣體源係使高分子管內產生電漿。

Description

管內壁表面改質裝置

本發明係關於一種大氣電漿設備，尤其是關於一種管內壁表面改質裝置。

近年來，人工合成材料在生醫應用上的進展十分迅速。許多人工材料在物理性質上幾乎可以媲美自然組織。但是，因為材料表面特性與人體生化構造不相容，在實際應用上會面臨一些棘手的問題，例如血栓、發炎及感染等。因此，許多表面處理技術已經開發出來，以提升材料之生物相容性。

在這些表面處理技術中，電漿表面處理技術可以針對材料表面10微米深度內之範圍進行作用，不會損及材料主體之特性。此外，電漿表面處理亦可透過改變其進氣種類、處理功率、處理時間等參數，得到多樣化之材料表面特性，以符合實際需求。因此，電漿表面處理之技術，在生醫材料表面改質方面，已獲得廣泛使用。

不過，受限於所產生之電漿距離與範圍，傳統之電漿表面處理技術無法有效針對管材（如人工血管、導管等）之內壁進行均勻地表面處理。

有鑑於此，本發明提供一種管內壁表面改質裝置，可針對管材內壁進行表面處理。

本案提供之管內壁表面改質裝置係用以對一高分子管進行內壁改質處理。此管內壁表面改質裝置包括一脈衝產生器、一第一氣體源、一電漿產生器、一可撓性延伸管與一第二氣體源。電漿產生器包括一電漿出口。此電漿產生器係由第一氣體源取得一第一氣體，並接收脈衝產生器產生之一高壓脈衝，以產生電漿由電漿出口向外噴出。可撓性延伸管包括一第一端與一第二端。第一端係連接電漿出口，第二端係沿著高分子管之外壁移動。第二氣體源係用以注入一第二氣體於高分子管內。

本發明所提供之管內壁表面改質裝置具有可撓性延伸管可引導電漿產生器所產生之一次電漿至高分子管，並利用第二氣體源注入第二氣體於高分子管內，以產生二次電漿。此可撓性延伸管可沿著高分子管之外壁移動，改變二次電漿在高分子管內的生成位置，以利於對管材內壁進行均勻的表面處理。

下面將結合示意圖對本案的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本案的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本案實施例的目的。

第一圖係本發明之管內壁表面改質裝置一實施例之配置示意圖。本案提供之管內壁表面改質裝置10係用以對一高分子管100進行內壁改質處理。

如圖中所示，此管內壁表面改質裝置10包括一脈衝產生器11、一第一氣體源12、一電漿產生器14、一可撓性延伸管16與一第二氣體源18。

脈衝產生器11係用以產生一高壓脈衝，提供至電漿產生器14，用以產生電漿由電漿產生器14的出口向外噴出。在一實施例中，此脈衝產生器11係一直流脈衝產生器、一交流脈衝產生器或是一射頻脈衝產生器。就此高壓脈衝之波型來看，此高壓脈衝可以是一方波或是一弦波。

第一氣體源12係用以提供一第一氣體至電漿產生器14。此第一氣體可以是惰性氣體或是氮氣，亦可以是一混合氣體，如氦氣與氬氣之混合、氦氣與氧氣之混合、或是氦氣與氮氣之混合等。又，為了精準控制氣體流量以改善電漿生成效果，在一實施例中，第一氣體源12與電漿產生器14之間可設置一流量控制器13，以控制第一氣體源12提供至電漿產生器14之氣體流量。

電漿產生器14包括一管體141、一第一電極142、一第二電極143、一氣體入口144與一電漿出口145。

管體141係由絕緣材質（如玻璃、石英等）構成，其內部具有一空腔。第一電極142係延伸至管體141內，第二電極143係設置於管體141外側。氣體入口144與電漿出口145係位於管體141之相對兩端部。

氣體入口144係連通至第一氣體源12以取得第一氣體注入管體141內，並在管體141內形成一氣流朝向電漿出口145流動。第一電極142與第二電極143係電性連接脈衝產生器11以取得高壓脈衝施加於管體141內以產生大氣電漿。透過管體141內的氣流流動，即可在電漿出口145產生電漿束向外噴發。

在一實施例中，第一電極142可為一鎢電極且電性連接至脈衝產生器11之一脈衝輸出端HV。第二電極143可為一銅環電極，環設於管體141外側且電性連接至脈衝產生器11之一接地端G。不過亦不限於此。在其他實施例中，第二電極143亦可設置於管體141內。在其他實施例中，亦可以改為第一電極142電性連接接地端G，第二電極電性連接脈衝輸出端HV。

可撓性延伸管16包括一第一端162與一第二端164。其中，第一端162係連接電漿產生器14之電漿出口145，第二端164係用以對準待處理之高分子管100，並可沿著高分子管100之外壁移動。此可撓性延伸管16可延伸電漿出口145噴發之電漿束長度，並可將電漿束任意移動至高分子管100之不同部位。在一實施例中，此可撓性延伸管16可為一矽膠軟管。

此可撓性延伸管16的尺寸主要是由電漿產生器14之電漿出口145的電漿束狀態與待處理之高分子管100的長度來決定。若是電漿產生器14所產生之電漿束延伸長度較長，即可選用長度較長的可撓性延伸管，以處理長度較長的高分子管100。

高分子管100係乘載於一載台（圖未示）上。在一實施例中，高分子管100之設置方向係大致垂直於電漿出口145噴發之電漿束的方向。高分子管100與電漿出口145的距離小於可撓性延伸管的長度，以利於使用者進行操作。

高分子管100之一端連通至第二氣體源18。第二氣體源18係注入一第二氣體至高分子管100內，配合施加於高分子管100外側的一次電漿（即電漿產生器14產生的電漿束），產生二次電漿於高分子管100內以對管內壁進行表面處理。依據在高分子管100內所要進行之表面處理類型，第二氣體可以是一惰性氣體或是一混合氣體。在一實施例中，此混合氣體可包含一惰性氣體以確保二次電漿可順利生成。又，在一實施例中，此混合氣體包含氧氣或氮氣，以提供自由基消毒的效果。又，為了精準控制氣體流量以改善電漿生成效果，在一實施例中，第二氣體源18與高分子管100之間可設置一流量控制器19，以控制第二氣體源18注入高分子管100之氣體流量。

本案在電漿產生器14之電漿出口連接可撓性延伸管16，並利用此可撓性延伸管16所噴發之電漿束（一次電漿）激發高分子管100內的氣體產生電漿（二次電漿）。可撓性延伸管16可以延伸電漿產生器14所噴發之電漿束長度，並可任意調整電漿束的位置，使電漿束均勻施加於高分子管100外側，以對高分子管100內壁進行均勻的表面改質處理。另一方面，透過此方式在高分子管100內生成的電漿溫度會低於電漿產生器14產生的電漿溫度，可避免高溫電漿破壞高分子管100之內壁。

以下係以本發明之管內壁表面改質裝置10實際在高分子管內產生二次電漿之實驗數據，說明此管內壁表面改質裝置10之效果與特點。值得注意的是，此實驗數據僅為輔助說明本發明，並不對本發明之範圍進行任何限制。

本實驗中所使用之電漿產生器14之管體141為石英管，其長度為10cm；可撓性延伸管16為矽膠軟管，其長度為20cm。進行管內壁改質處理的高分子管100為PU管，其管內徑為3mm，長度為8cm。其他相關參數如下表所示。

脈衝產生器之電壓(kV)	8.5~10
脈衝產生器之頻率(kHz)	4.76~19.23
脈波類型	方波、弦波
第一氣體流量(slm)	6~10
第一氣體類型	He、Ar
第二氣體流量(slm)	5~7
第二氣體類型	He、Ar

第二A圖係以一折線圖顯示可撓性延伸管管外電漿之電子溫度與密度的分布狀態。圖中的橫軸是偵測點與可撓性延伸管出口的距離，圖中的縱軸分別為電子溫度(Te)與電子密度(ne)。電子溫度Te代表電子的動能，電子密度ne代表電漿的強度。如圖中所示，在可撓性延伸管管外3.5cm內，電子密度大致都可以維持在1.2e ¹⁷以上，顯示電漿產生器所產生的電漿束可以有效延伸至可撓性延伸管管外。

第二B圖係以一折線圖顯示當可撓性延伸管朝向PU管的中間處噴發電漿束時，PU管內之電子溫度與密度的分布狀態。圖中的橫軸是偵測點距離PU管管口的距離，圖中的縱軸分別為電子溫度(Te)與電子密度(ne)。如圖中所示，在PU管的中間處（即軸向位置4cm處），也就是對應於可撓性延伸管噴發電漿束的位置，會有最高的電子溫度與密度。不過，因為PU管內氣體流動，在PU管之兩側電漿分佈並不會呈現對稱狀態。具體來說，由PU管中間處朝向出口方向的電子溫度與密度會先下降再逐步上升，而在PU管的出口處（即軸向位置0cm處）達到最高。整體來看，在PU管內的電子密度大致都可以維持在0.8e ¹⁷以上，足以對高分子管內壁進行改質處理。

第三圖係本發明之管內壁表面改質裝置另一實施例之配置示意圖。相較於第一圖之實施例，本實施例之管內壁表面改質裝置20在可撓性延伸管16上額外設置一絕緣把手266，方便使用者握持操作。此絕緣把手266可以同時隔絕使用者手部，避免對於可撓性延伸管16內之一次電漿束造成影響。在一實施例中，此絕緣把手266係以樹脂材料製作。

其次，第一圖之管內壁表面改質裝置10係使用二個獨立的第一氣體源12與第二氣體源18，分別提供電漿產生器14以及高分子管100內產生電漿所需的氣體。不過亦不限於此。在一實施例中，管內壁表面改質裝置10亦可以直接利用第一氣體源12提供之氣體注入高分子管100內形成二次電漿，以降低設備成本。

本發明所提供之管內壁表面改質裝置10, 20具有可撓性延伸管16可引導電漿產生器14所產生之一次電漿至高分子管100，並利用第二氣體源18注入第二氣體於高分子管100內，以產生二次電漿。此可撓性延伸管16可沿著高分子管100之外壁移動，改變二次電漿的生成位置，以利於對管材內壁進行均勻的表面處理。

上述僅為本案較佳之實施例而已，並不對本案進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本案的技術手段的範圍內，對本案揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本案的技術手段的內容，仍屬於本案的保護範圍之內。

10,20:管內壁表面改質裝置 11:脈衝產生器 12:第一氣體源 13,19:流量控制器 14:電漿產生器 141:管體 142:第一電極 143:第二電極 144:氣體入口 145:電漿出口 HV:脈衝輸出端 G:接地端 16:可撓性延伸管 162:第一端 164:第二端 18:第二氣體源 266:絕緣把手 100:高分子管

第一圖係本發明之管內壁表面改質裝置一實施例之配置示意圖；第二A圖係以一折線圖顯示可撓性延伸管管外電漿之電子溫度與密度的分布狀態；第二B圖係以一折線圖顯示當可撓性延伸管朝向PU管的中間處噴發電漿束時，PU管內之電子溫度與密度的分布狀態；以及第三圖係本發明之管內壁表面改質裝置另一實施例之配置示意圖。

10:管內壁表面改質裝置

11:脈衝產生器

12:第一氣體源

13,19:流量控制器

14:電漿產生器

141:管體

142:第一電極

143:第二電極

144:氣體入口

145:電漿出口

HV:脈衝輸出端

G:接地端

16:可撓性延伸管

162:第一端

164:第二端

18:第二氣體源

100:高分子管

Claims

一種管內壁表面改質裝置，用以對一高分子管進行內壁改質處理，該管內壁表面改質裝置包括：一脈衝產生器；一第一氣體源；一電漿產生器，包括一電漿出口，該電漿產生器係由該第一氣體源取得一第一氣體，並由該脈衝產生器取得一高壓脈衝，以產生電漿由該電漿出口向外噴出；一可撓性延伸管，包括一第一端與一第二端，該第一端係連接該電漿出口，該第二端係對準該高分子管之外壁；以及一第二氣體源，用以注入一第二氣體於該高分子管內。
如請求項1所述之管內壁表面改質裝置，其中，該電漿產生器包括一管體、一第一電極、一第二電極、一氣體入口與該電漿出口，其中，該第一電極係延伸至該管體內，該第二電極係設置於該管體外側，該第一電極與該第二電極係電性連接該脈衝產生器以取得該高壓脈衝，該氣體入口係連通至該第一氣體源以取得該第一氣體。
如請求項1所述之管內壁表面改質裝置，其中，該可撓性延伸管係一矽膠軟管。
如請求項1所述之管內壁表面改質裝置，其中，該第二氣體係一惰性氣體。
如請求項1所述之管內壁表面改質裝置，其中，該第二氣體係一混合氣體。
如請求項5所述之管內壁表面改質裝置，其中，該混合氣體包含一惰性氣體。
如請求項6所述之管內壁表面改質裝置，其中，該混合氣體包含氧氣或氮氣。
如請求項1所述之管內壁表面改質裝置，其中，該第二端與該高分子管之外壁之距離小於3.5公分。
如請求項1所述之管內壁表面改質裝置，其中，該第一氣體係一惰性氣體。