一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置及方法与流程

本发明涉及医疗行业中的消毒灭菌领域，具体涉及一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置及方法。

背景技术：

内窥镜是一种用于观察人及动物体内管腔的重要医疗器械，已被临床应用于多种疾病的诊断和治疗。在使用内窥镜前，需对其进行灭菌处理以防止交叉感染。已有多种方法被用来灭菌内窥镜，如高温高压蒸汽、环氧乙烷熏蒸、戊二醛浸泡及低温等离子体灭菌等。其中，高温高压蒸汽法灭菌温度较高，易对内窥镜表面造成热损伤，且对一些病原微生物难有效灭活。环氧乙烷熏蒸法的灭菌过程需较长时间通风，致使整个灭菌循环时间较长。另外，环氧乙烷有毒性，且易燃易爆，一旦残留或泄漏，处理不当将造成安全事故；因此，采用其灭菌将存在较严重的安全隐患。戊二醛浸泡法一般需浸泡十小时以上，灭菌效率较低；且戊二醛有强烈刺激性，可能会刺激皮肤、粘膜，导致人体过敏；排放废液时，会污染水体。

低温等离子体灭菌利用等离子体中的活性粒子杀死病原微生物，灭菌时无需化学试剂，对环境无污染，处理效果较好，效率较高，且对内窥镜表面伤害较小，是一种较理想的内窥镜灭菌方法。文献（Zentralblatt fur Hygiene und Umweltmedizin 1993, 194 (4): 380-391）提供了采用过氧化氢等离子体对内窥镜进行灭菌的装置和方法，基于此研发的sterrad 100s内窥镜灭菌系统已在全球范围内被广泛应用。但该装置和方法需要昂贵复杂的真空设备，成本较高，且在实际处理中，需先抽真空、注射过氧化氢再进行灭菌，故会降低杀菌效率；另外，此类装置难以对很长或很细的内窥镜进行灭菌。采用结构较简单灭菌装置及低成本气体进行内窥镜灭菌的方法至今未见相关报道。另外，如能将等离子体电极放电区域和灭菌区域分离，则可降低灭菌区域温度，便捷地通过改变导管尺寸以适应不同尺寸的内窥镜，但上述内窥镜灭菌装置至今未能实现。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中等离子体电极放电区域与射流灭菌区域未能分离，未能实现在大气压下短时间对内窥镜灭菌等技术问题，本发明提供一种实现大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌的方法。本发明另一个目的是提出一种结构简单，成本低的用于实现大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌的装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌方法，其特征在于，内窥镜浸没于充满大气压柔性冷等离子体射流的导管式灭菌区域内，内窥镜表面的微生物可被所述大气压柔性冷等离子体射流杀死，所述导管式灭菌区域为非封闭式且与等离子体电极放电区域相互独立，所述等离子体电极放电区域用于产生所述柔性冷等离子体射流。

具体步骤为：将所述内窥镜插入所述导管式灭菌区域中，所述等离子体电极放电区域中产生的所述大气压柔性冷等离子体射流进入并充满所述导管式灭菌区域，对所述内窥镜实现灭菌。

所述大气压柔性冷等离子体射流的工作气体包括氮气、氧气、氩气、氦气、空气或以上气体的混合气。

所述大气压柔性冷等离子体射流的放电形式包含裸电极放电、介质阻挡放电、空心阴极放电中的一种。

所述大气压柔性冷等离子体射流的尺寸和形状由所述导管式灭菌区域决定，可根据所述内窥镜的尺寸和形状调整所述导管式灭菌区域的导管，在不需改变电极和所述等离子体电极放电区域结构的前提下，实现对不同尺寸的软式、硬式内窥镜灭菌。

所述导管的材质包括聚四氟乙烯、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、石英玻璃、硅酸盐玻璃、PC(聚碳酸酯)、PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚酰亚胺)、TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)中的一种，其用于放置所述内窥镜的部分为卧式或立式或弯曲式的圆管结构，所述圆管结构的长度为20-1500mm，直径为2-20mm。

所述卧式圆管结构、立式圆管结构分别为水平、竖直设置的直圆管结构，适用于对硬式内窥镜灭菌，所述弯曲式圆管结构为竖直设置且带有浪形弧度的圆管结构，适用于对软式内窥镜灭菌。

一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置，其特征在于，包括相互独立的导管式灭菌区域与等离子体电极放电区域，所述导管式灭菌区域包括用于放置内窥镜的导管，导管中存在用于对内窥镜浸没灭菌的大气压柔性冷等离子体射流，导管的上端设有排气孔，在所述等离子体电极放电区域中，大气压柔性冷等离子体射流的工作气体由工作气体源发出并依次经过减压阀和可调流量计后通入冷等离子体射流发生器，冷等离子体射流发生器的出口连接导管，冷等离子体射流发生器的相应电极分别连接高压电源的输出端。

所述冷等离子体射流发生器的出口直径为2-6mm，其相应电极的放电形式包括裸电极式、介质阻挡式、空心阴极式中的一种。

所述高压电源为高压直流电源、高压射频电源、微波电源、高压低频交流电源、高压脉冲电源中的一种，输出电压为0-10kV。

所述导管的材质为聚四氟乙烯、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、石英玻璃、硅酸盐玻璃、PC(聚碳酸酯)、PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚酰亚胺)、TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)中的一种，其用于放置内窥镜的部分为卧式或立式或弯曲式的圆管结构，所述圆管结构的长度为20-1500mm，直径为2-20mm。

所述卧式圆管结构、立式圆管结构分别为水平、竖直设置的直圆管结构，适用于对硬式内窥镜灭菌。

所述弯曲式圆管结构为竖直设置且带有浪形弧度的圆管结构，适用于对软式内窥镜灭菌。

所述浪形弧度对应的圆半径为20—200mm，圆心角为30—90度。

所述工作气体为氮气、氧气、氩气、氦气、空气中的一种或以上几种气体的混合气。

所述工作气体以10~40L/min的流量进入冷等离子体射流发生器中。

本发明的有益之处在于：

（1）柔性冷等离子体射流中含有大量的高速电子、离子、强氧化性原子、激发态分子及自由基等活性粒子，具较高化学活性，可在短时间内氧化微生物体内蛋白质链中的氨基糖，杀死微生物，实现无化学试剂、高效灭菌；

（2）本方法可使用不同工作气体灭菌，必要时可选择氧化性相对较低的气体如：氮气、氦气等以避免内窥镜橡胶在杀菌过程中的老化；

（3）浸没内窥镜的柔性冷等离子体射流灭菌区域距其等离子体电极放电区域有一定距离，其宏观温度低至室温，不会对内窥镜产生热损伤；

（4）本方法可通过改变导管尺寸、形状，在不需改变电极和放电区域结构的前提下，实现对不同尺寸的软式和硬式内窥镜灭菌；

（5）本方法无需复杂的真空设备，且可使用氮气进行灭菌，成本相对低，操作简单灵活，对环境无污染，是一种低成本、高效率的绿色灭菌方法。

附图说明

图1是一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置对硬内窥镜灭菌的示意图（导管卧式）。

图2是一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置对硬内窥镜灭菌的示意图（导管立式）。

图3是一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置对软内窥镜灭菌的示意图（导管弯曲式）。

图4为显微镜下柔性冷等离子体射流灭菌前后内窥镜表面的菌落图。

图中：1-工作气体源；2-减压阀；3-可调流量计；4-冷等离子体射流发生器；5-高压电源；6-导管；7-内窥镜；8-大气压柔性冷等离子体射流；9-排气孔；（a）、（b）为灭菌前菌落；（c）、（d）为经1min灭菌后菌落。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明不局限于具体实施例。

实施例1

如图1所示的一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置，包括相互独立的导管式灭菌区域与等离子体电极放电区域，所述导管式灭菌区域包括用于放置内窥镜7的导管6，导管6中存在用于对内窥镜7浸没灭菌的大气压柔性冷等离子体射流8，导管6的上端设有排气孔9，在所述等离子体电极放电区域中，大气压柔性冷等离子体射流8的工作气体由工作气体源1发出并依次经过减压阀2和可调流量计3后通入冷等离子体射流发生器4，冷等离子体射流发生器4的出口连接导管6，冷等离子体射流发生器4的相应电极分别连接高压电源5的输出端。

所述冷等离子体射流发生器4的出口直径为4mm，其相应电极的放电形式为裸电极式。

所述高压电源5为高压低频交流电源，频率30kHz-100 kHz，输出电压为0-10kV，最大功率500W。

所述导管6的材质为PMMA，其用于放置内窥镜7的部分为卧式的圆管结构，所述卧式圆管结构为水平设置的直圆管结构，所述圆管结构的长度为320mm，直径为10mm。

实施例2

一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌方法，将内窥镜浸没于充满大气压柔性冷等离子体射流的导管式灭菌区域内，内窥镜表面的微生物可被所述大气压柔性冷等离子体射流杀死，所述导管式灭菌区域为非封闭式且与等离子体电极放电区域相互独立，所述等离子体电极放电区域用于产生所述柔性冷等离子体射流。本实施例中利用实施例1中所述装置对实现上述方法，本实施例中内窥镜为长度为305mm、直径为4mm的膀胱镜，是一种硬式的内窥镜，工作气体为纯度99.999%的高纯氮气，具体步骤如下：

第一步：按照实施例1中所述将设备的各部分进行连接：

第二步：将待消毒的内窥镜7缓慢插入导管6中；

第三步：打开减压阀2，调整可调流量计3至20 L/min，将氮气平稳通入冷等离子体射流发生器4中，冷等离子体射流发生器4使用裸电极放电形式，该放电形式产生的等离子体射流不会与金属等导体发生击穿放电，且宏观温度为室温，因此对导管6、内窥镜7等的绝缘性及耐热性无特殊要求；

第四步：开启高压电源5，调整输出频率为60.0 kHz，冷等离子体射流发生器4中产生大气压柔性冷等离子体射流8，从零开始逐渐提高输出电压，直至大气压柔性冷等离子体射流8充满导管6，并经排气孔9排出，此时内窥镜7完全浸没于大气压柔性冷等离子体射流8中，实现灭菌。

图4为显微镜下柔性冷等离子体射流灭菌前后内窥镜表面的菌落；（a）、（b）为灭菌前菌落，（c）、（d）为经1min灭菌后菌落，可以看出，处理1min后，绝大部分细菌被杀死，灭菌效果显著。

实施例3

如图2所示的一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置，包括相互独立的导管式灭菌区域与等离子体电极放电区域，所述导管式灭菌区域包括用于放置内窥镜7的导管6，导管6中存在用于对内窥镜7浸没灭菌的大气压柔性冷等离子体射流8，导管6的上端设有排气孔9，在所述等离子体电极放电区域中，大气压柔性冷等离子体射流8的工作气体由工作气体源1发出并依次经过减压阀2和可调流量计3后通入冷等离子体射流发生器4，冷等离子体射流发生器4的出口连接导管6，冷等离子体射流发生器4的相应电极分别连接高压电源5的输出端。

所述冷等离子体射流发生器4的出口直径为2mm，其相应电极的放电形式为介质阻挡式。

所述高压电源5为高压射频电源，频率2MHz-41MHz，输出电压为0-10kV，最大功率300W。

所述导管6的材质为石英玻璃，其用于放置内窥镜7的部分为立式的圆管结构，所述立式圆管结构为竖直设置的直圆管结构，所述圆管结构的长度为200mm，直径为6mm。

实施例4

一种利用实施例3中所述装置对内窥镜进行灭菌的方法，本实施例中内窥镜为长度为180mm、直径为2.7mm的鼻窦镜，是一种硬式的内窥镜，工作气体为纯度99.999%的高纯氦气，具体步骤如下：

第一步：按照实施例3中所述将设备的各部分进行连接：

第二步：将待消毒的内窥镜7缓慢插入导管6中；

第三步：打开减压阀2，调整可调流量计3至12 L/min，将氦气平稳通入冷等离子体射流发生器4中，冷等离子体射流发生器4使用介质阻挡放电形式，该放电形式产生的等离子体活性粒子的浓度更高，灭菌效率也更高；

第四步：开启高压电源5，调整输出频率为13.56MHz，冷等离子体射流发生器4中产生大气压柔性冷等离子体射流8，从零开始逐渐提高输出电压，直至大气压柔性冷等离子体射流8充满导管6，并经排气孔9排出，此时内窥镜7完全浸没于大气压柔性冷等离子体射流8中，实现与实施例2中相近的灭菌效果。

实施例5

如图3所示的一种大气压柔性冷等离子体射流内窥镜灭菌装置，包括相互独立的导管式灭菌区域与等离子体电极放电区域，所述导管式灭菌区域包括用于放置内窥镜7的导管6，导管6中存在用于对内窥镜7浸没灭菌的大气压柔性冷等离子体射流8，导管6的上端设有排气孔9，在所述等离子体电极放电区域中，大气压柔性冷等离子体射流8的工作气体由工作气体源1发出并依次经过减压阀2和可调流量计3后通入冷等离子体射流发生器4，冷等离子体射流发生器4的出口连接导管6，冷等离子体射流发生器4的相应电极分别连接高压电源5的输出端。

所述冷等离子体射流发生器4的出口直径为6mm，其相应电极的放电形式为空心阴极式。

所述高压电源5为微波电源，频率500MHz-5GHz，输出电压为0-10kV，最大功率500W。

所述导管6的材质为聚四氟乙烯，其用于放置内窥镜7的部分为弯曲式的圆管结构，所述弯曲式圆管结构为竖直设置且带有浪形弧度的圆管结构，所述浪形弧度对应的圆半径为100mm，圆心角为45度，所述圆管结构的长度为1500mm，直径为20mm。

实施例6

一种利用实施例5中所述装置对内窥镜进行灭菌的方法，本实施例中内窥镜为工作长度为1100mm、直径为5.9mm的胃镜，是一种软式的内窥镜，工作气体为氦气、氧气的混合气，其中氧气的体积分数为1%，具体步骤如下：

第一步：按照实施例5中所述将设备的各部分进行连接：

第二步：将待消毒的内窥镜7缓慢插入导管6中；

第三步：打开减压阀2，调整可调流量计3至35 L/min，将混合气平稳通入冷等离子体射流发生器4中，冷等离子体射流发生器4使用空心阴极放电形式，该放电形式为辉光放电，具有更高的粒子密度；

第四步：开启高压电源5，调整输出频率为2.4GHz冷等离子体射流发生器4中产生大气压柔性冷等离子体射流8，从零开始逐渐提高输出电压，直至大气压柔性冷等离子体射流8充满导管6，并经排气孔9排出，此时内窥镜7完全浸没于大气压柔性冷等离子体射流8中，实现与实施例2、4中相近的灭菌效果。