TWI612981B - 滅菌電漿系統 - Google Patents

Description

滅菌電漿系統

本發明係有關於一種滅菌電漿系統，特別是一種使用電漿殺菌機制以達到表面殺菌之滅菌電漿系統。

長久以來細菌傳染總是大家非常擔心的議題，尤其是在醫院或是人口較密集的區域更容易發現傳染病爆發的現象。而日常生活中常見的傳染病，很多都是因為物體表面上的不清潔並經由人為接觸所傳染，目前已知的清潔方式會有太過於耗時而且成本昂貴，或者容易有細菌或毒物質殘留等問題。材料表面的細菌滅除會有很多影響與限制，一般而言不同的滅菌方式會有不同的材料被限制使用，而現行常見的滅菌方式有以下幾種，第一種高溫高壓滅菌；第二種環氧乙烯滅菌，第三種γ-射線滅菌，第四種UV滅菌，又高溫高壓滅菌有材料的使否耐熱的限制與需要恆溫恆壓(耐壓)設備的缺點，而環氧乙烯滅菌會有因為會有毒物質殘留因此需要長時間等帶有毒物質消散，至於γ-射線滅菌會有輻射汙染材料、材料材質限制和設備昂貴的問題，UV滅菌會導致高分子材料劣化、對皮膚、眼睛有影響，因此大氣電漿滅菌的快速、低成本、無汙染且材料限制少等優點使之成為另一種優秀的滅菌方式。

鑑於先前技術之缺失，滅菌電漿系統，本發明由滅菌電漿系統所產生的電漿當中包含了許多物種，例如離子、電子、光子與活性自由基，這些電漿物種能夠在短時間內達到顯著的滅菌效果，與傳統的滅菌方法相比之下有更多的優勢；因此提供一種新式電漿滅菌反應器得以使用在醫療器材的消毒應用上，並在短時間內有效滅除醫療器材上細菌的方法係為當務之急。

相較於傳統滅菌，電漿具有快速、低成本、低熱效應，並且適用於各種滅菌材料等優點。其原理是當原子、分子被外加電場影響後，轉變成為帶有電荷的離子、電子或者是中性氣體分子、自由基以及原子構成的氣體，即為電漿。根據一些文獻的記載，這些電漿產生的物種是造成細菌死亡的重要機制。

根據研究指出大氣壓力電漿所產生的活性氧物種和離子化氣體可用於材料表面滅菌處理，活性物種會造成細菌磷脂質被氧化，而離子化氣體會進行離子轟擊細菌表面，以產生蝕刻作用破壞細菌細胞膜或細胞壁，在此兩類物種的作用之下可以快速有效殺死多種細菌，並有效降低滅菌所需的時間，而且電漿激發物種在短時間內會衰減所以不會有殘留的現象，且不危害人體及環境。

電漿的產生依靠給予能量使氣體離子化而產生，能量給予的方式可透過能量足夠的電場、電子束、雷射光或者高溫熱能等方式提供，目前最常見的方式是以電場加速環境中自由電子造成非彈性碰撞使氣 體原子或分子離子化，環境中電子被加速的過程中會累積能量，當能量累積足夠時並碰撞到氣體原子或分子使其獲得能量，且獲得的能量足夠使氣體原子或分子產生離子化、解離、電子能階躍遷到激發態的現象，此現象所生成之離子化氣團即為電漿；是否能激發電漿的主要原因來自外部給予能量是否足夠以及氣體粒子本身的平均自由徑(mean free path)的長度，這兩個因素將決定電子累積的能量能產生多少程度的離子化氣體。

本發明提供一種滅菌電漿系統，該滅菌電漿系統具有一電源供應器；一高壓放大線圈，該高壓放大線圈係用以將電源供應器之電壓調變，設置於該複數個電極與該電源供應器之間；一電漿反應器，該電漿反應器包含有複數個電極，該複數個電極與電源供應器電性連結；一絕緣層，該介電層係包覆該複數個電極之一測，以避免產生電弧放電；及一介電層，該介電層係設置於該複數個電極之另一側，該複數個電極可透過該電源供應器形成電場以產生一電漿，該電漿係產生於該介電層之上；其特徵在於該電漿反應器之厚度介於0.09毫米至2.5毫米之間。

該電源供應器內部包含一高壓可調控頻率之震盪電路，該高壓可調控頻率之震盪電路得以改變頻率來調整電漿的激發強度，當頻率改變時將使高壓耦合線圈的輸出電壓以及頻率改變，因電壓參數的改變也將產生不同形態的電漿；另該反應器更具有一調整器，能夠調整頻率，調整當前所需之電漿形態，本發明所述之反應器上表面得以直接產生電漿，電漿激發出的活性物種對細菌有蝕刻的效果，進而造成細菌死亡達到滅菌之功效，且本發明可在常壓大氣下直接使用，不需要真空環境或是提供特殊氣體，進而達成簡單方式之物體自動滅菌的功效。

該複數個電極外包覆一避免產生電弧放電之介電層；該電源供應器與該複數個電極相互電連結，該複數個電極可透過該電源供應器形成電場，使大氣當中之可解離氣體產生解離形成電漿進行消毒，該可解離氣體可為氧氣及惰性氣體，且可解離氣體可為氧氣與惰性氣體相混合之氣體，其中氧氣佔5%以下為佳，又該高壓放大線圈係設置於該複數個電極與該電源供應器之間；該電漿反應器更包含一計時器，得以調整或設定電漿產生之時間。

本發明提供一種滅菌電漿系統，得以設置在一盒子內或一表面上，將欲消毒的醫療器械或任何材質之物品置放於該盒子或該表面上即可以完成上述之醫療器械或任何材質之物品的表面殺菌，藉此，電漿所產生的可解離氣體即產生在電漿反應器表面上，透過該電源供應器與該高壓放大線圈使該複數個電極產生反應形成電場，促使該氣體內的電子獲得能量並加速撞擊該氣體，使得該氣體解離並產生連鎖效應而形成電漿，利用電漿內的多型態物種對細菌及微生物產生破壞，使置放於該電漿反應器之周遭一範圍達到殺菌消毒之功效，達到安全且衛生之目的，且該電漿反應器係為平面式，可黏貼於一物體之表面。

有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於後，相信本發明上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。

7‧‧‧高壓放大線圈

9‧‧‧電漿

31‧‧‧電極

33‧‧‧介電層

35‧‧‧絕緣層

311‧‧‧正電極

312‧‧‧負電極

第一圖為本發明滅菌電漿系統之示意圖。

請參酌第一圖所繪示，第一圖為本發明滅菌電漿系統之示意圖，本發明係在印刷電路板(PCB)上設計一個連續並排的線路設計作為電漿反應器的複數個電極31，且其正電極311與負電極312在同一平面相互交錯，彼此不接觸，藉此以產生電漿9，又電漿反應器更包含一介電層33、一絕緣層35、一電源供應器及一高壓放大線圈7。

本發明係將正電極311及負電極312貼附於介電層33上並接上高壓放大線圈7，又於複數個電極31之間覆蓋絕緣層35使其不會產生電弧，再用以電源供應器提供能量，即會在負電極312的介電層33上激發出大氣電漿9；其中高壓放大線圈7係設置於複數個電極311與該電源供應器之間，又該介電層33係由玻璃纖維、聚二甲基矽氧烷(dimethylsiloxan,PDMS)、瓷器、雲母、塑料和各種金屬氧化物等介電材料所形成；本發明不同於以往的電漿型式將電漿反應器製作為平面式，以此構造的電漿反應器得作為設置於一空間，並得以藉該電漿反應器產生之電漿來消毒置放於該空間內之物品之表面，且該物品得為任何材質，如鐵、塑膠類、布料、紙類、陶瓷類、高分子聚合物等，使物品達到表面滅菌的效果。

本發明所述之該電源供應器得以為直流電電源供應器、交流電電源供應器、高周波電源供應器或微波電源供應器，其也得用電池做為電源供應器，以達到方便攜帶的目的，又該電源供應器連接一開關，可開啟或關閉電源供應器以提供或停止該電漿反應器之動力。

本發明所述之滅菌電漿系統係可應用於醫療器械，並且可為 薄型滅菌電漿系統，滅菌電漿系統更包含短路偵測系統，其得以偵測該電漿反應器的阻抗來得知目前是否有短路的現象，並具有一指示器來指示其短路現象，該指示器得以以閃光、聲音來提示該電漿反應器之短路現象，並具有一斷電系統，該斷電系統係於該電漿反應器短路時啟動，以致能該電源供應器，使該電源供應器斷電無法供電。

本發明所述之滅菌電漿系統更包含保險絲，其係設於電源供應器及電漿反應器之間避免電路上電流過大，導致電漿反應器燒掉。

本發明所述之滅菌電漿系統具有一工作燈，該工作燈得以指示電源供應器正常供電。

本發明所述之該絕緣層35設置於底部(該絕緣層35在相對於複數個電極31的另一側)得以設置一膠，使該電漿反應器可設置於一盒子內，或使用得以貼覆任一表面，利用高摩擦係數之材料做為該絕緣層，例如矽膠、橡膠、聚二甲基矽氧烷(dimethylsiloxan,PDMS)等材料，使絕緣層35之高摩擦力而固定於一盒子或一表面上。

本發明所述之電漿反應器其厚度在0.09毫米至2.5毫米之間，複數個電極31得以為無氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、石墨烯(graphene)、氧化金(gold oxide，AuOx)等之可撓性材料，承上文所述介電層33及絕緣層35也係由可撓性材料形成，因此本發明所述之電漿反應器係可為可撓性之平面電漿。

本發明進一步揭示該介電層33厚度為0.03~5毫米之間，該複數個電極31之厚度係於0.03~5毫米之間，該絕緣層35之厚度係於0.03~15毫米之間，又該複數個電極31之線寬係於0.03~0.5毫米之間，其該複數個電極 31之間之間距為係於0.03~2.5毫米之間，本發明所述之電漿反應器係為可撓性之薄形電漿。

藉此，本發明提供一種自動滅菌之可撓性之薄形電漿，透過平面的電漿反應器，利用複數個電極31、介電層33及絕緣層35再配合電源供應器與該高壓放大線圈7使該複數個電極31產生反應形成電場，促使大氣當中可解離氣體內的電子獲得能量並加速撞擊該可解離氣體，使得該可解離氣體解離並產生連鎖效應而形成電漿9，利用電漿9內的多型態物種對細菌及微生物產生破壞，使電漿反應器的表面達到快速殺菌消毒之功效。

前文係針對本發明之較佳實施例為本發明之技術特徵進行具體之說明；惟，熟悉此項技術之人士當可在不脫離本發明之精神與原則下對本發明進行變更與修改，而該等變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇中。

7‧‧‧高壓放大線圈

9‧‧‧電漿

31‧‧‧電極

33‧‧‧介電層

35‧‧‧絕緣層

311‧‧‧正電極

312‧‧‧負電極

Claims (19)

1. 一種滅菌電漿系統，其包括：一電源供應器；一電漿反應器，該電漿反應器包含有：複數個電極，係與該電源供應器電性連結；一絕緣層，係包覆該複數個電極之一側，以避免產生電弧放電；及一介電層，係設置於該複數個電極之另一側，該複數個電極可透過該電源供應器形成電場以產生一電漿，該電漿係產生於該介電層之上；及一高壓放大線圈，係用以將該電源供應器之電壓調變，設置於該複數個電極與該電源供應器之間；其中，該電漿反應器係為可撓式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該電漿反應器係為平面式。
3. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該絕緣層底部得以設置一黏膠。
4. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該電源供應器連接一開關，該開關用以控制開啟或關閉該電源供應器之電源供應。
5. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，更包含一短路偵測系統，該短路偵測系統用以偵測該電漿反應器的阻抗，藉以得知是否產生一短路現象。
6. 如申請專利範圍第5項所述之滅菌電漿系統，更包含一指示器，該 指示器用以提示該電漿反應器之該短路現象，其中該指示器以閃光與聲音中之至少一者來提示。
7. 如申請專利範圍第5項所述之滅菌電漿系統，更包含一斷電系統，該斷電系統係於該電漿反應器短路時啟動。
8. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，更包含一保險絲，該保險絲係設於該電源供應器及該電漿反應器之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，更包含一工作燈，該工作燈用以指示該電源供應器正常供電。
10. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該電漿反應器之厚度介於0.09毫米至2.5毫米之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該電漿反應器更包含一高壓可調控頻率之震盪電路，且又包含一調整器，該調整器得以控制高壓可調控頻率之該震盪電路之頻率。
12. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，該電漿反應器更包含一計時器，該計時器用以調整或設定電漿產生之時間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該介電層之厚度為0.03~5毫米之間。
14. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該複數個電極之厚度係於0.03~5毫米之間。
15. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該絕緣層之厚度係於0.03~15毫米之間。
16. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該複數個電極之 線寬係於0.03~0.5毫米之間。
17. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該複數個電極之間之間距為係於0.03~2.5毫米之間。
18. 如申請專利範圍第1項所述之滅菌電漿系統，其中該複數個電極係包含至少一正電極及至少一負電極。
19. 如申請專利範圍第18項所述之滅菌電漿系統，其中該至少一正電極及該至少一負電極係設置於同一平面或交錯之平面。