一种低温等离子体射流装置的制作方法

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，常压低温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、龋齿的治疗、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。低温等离子体射流也可用于生物医用材料的表面处理，以提高生物相容性。

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，在临床应用上存在一些缺陷，比如用于皮肤消毒时，往往需要较长时间以来回近距离扫描的方式来实现消毒处理。故如何实现低温等离子体射流的安全及高效发生，是研究中的难点。

技术实现要素：

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，且喷射长度也较长。

一种低温等离子体射流装置，包括高压脉冲电源和等离子体喷枪，所述的高压脉冲电源通过高压导线与等离子体喷枪连接，所述的等离子体喷枪通过气体软管外接气体储瓶；

所述的等离子体喷枪包括金属外壳、接于金属外壳底部的喷头、设于金属外壳内部的绝缘芯、外绝缘管以及高压电极；所述的绝缘芯内部开有倒锥形的扩口，所述的外绝缘管两端开口，其顶端从绝缘芯底部插入并与扩口连通，末端贯穿喷头后从等离子体喷枪底部延伸出一段距离；

所述的高压电极贯穿绝缘芯且高压电极末端经扩口延伸至外绝缘管内，顶端与高压导线一端相连，高压导线另一端与高压脉冲电源输出端相连；高压电极末端套有内绝缘管，所述的内绝缘管一端封闭，另一端开口且开口端至扩口以上的绝缘芯中；

所述的气体软管一端与气体储瓶相连，另一端从绝缘芯顶部插入并导入所述的扩口内；使得气体通过内外两绝缘管之间的环隙经高压电极电离形成等离子体，并从外绝缘管末端喷出形成射流。

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，所述的等离子体喷枪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喷枪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，所述的绝缘芯与喷头之间具有一定距离，使得在金属外壳内行成一定大小的空腔。

进一步地，所述的高压电极末端与喷头之间错开一段距离，使等离子体移动过程中的电动势和动能增大，产生的等离子体射流更长。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：

(1)本实用新型高压电极封闭在一端封闭的绝缘管和绝缘芯内，电气风险小。

(2)虽然本实用新型喷枪内部为数千伏高电压，但喷枪的金属外壳接地，可以直接手持，并且等离子体可触摸。

(3)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。

(4)由于外绝缘管的存在，本实用新型使外绝缘管和内绝缘管环隙内的气体发生电离产生等离子体，且等离子体在外绝缘管内表面不断积累，等离子体射流的发生效率大大提高。

(5)本实用新型外绝缘管延伸出金属喷头以外一段距离，可避免沿面放电，等离子体射流更稳定。

(6)本实用新型高压电极与接地喷头之间错开一段距离，使等离子体移动过程中的电动势和动能增大，产生的等离子体射流更长。

附图说明

图1为本实用新型等离子体射流装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型等离子体喷枪的外观结构示意图。

图3为本实用新型等离子体喷枪的纵向剖面结构示意图。

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.等离子体喷枪，6.喷头，7.金属圆筒外壳，8.绝缘芯，9.喷枪与金属软管的接头，10.带绝缘层的高压导线，11.塑料气体软管，12.外绝缘管，13.一端封闭的内绝缘管，14.高压电极。

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3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和等离子体喷枪5。高压脉冲电源1的面板上有气体流量模块2和电气参数模块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10和塑料气体软管11，高压导线10与高压脉冲电源1中的高压输出以及等离子体喷枪5中的高压电极14相连，塑料气体软管11与高压脉冲电源1中的气体流量模块2相连，并且插入等离子体喷枪5中的绝缘芯8中。金属软管4通过接头9与等离子体喷枪5中的金属圆筒外壳7相连，再通过螺纹与金属喷头6相连。绝缘芯8的轴心处有套在一端封闭的绝缘管13中的高压电极14，再套在一个直径较大的外绝缘管12内，外绝缘管12的另一端从金属喷头6穿出且延伸一段距离。气体软管11中的气体经一个倒锥形的气腔与外绝缘管12相连，气体流过外绝缘管12与绝缘管13之间的环隙后从外绝缘管12的端部喷出。高压电极14的末端与接地的金属喷头6之间错开了一段距离。高压脉冲电源1的机箱内可安装小型气体储瓶，也可由外置气体储瓶输入气体，储瓶中的气体通过气体控制模块2达到一定的流量和流速，经气体软管11和倒锥形气腔输送到外绝缘管12中。由于高压电极14与喷头6之间错开了一段距离，等离子体移动过程中的电动势和动能增大，产生的等离子体射流更长，可达5cm以上。外绝缘管12延伸出喷头6以外一段距离，可避免沿面放电，等离子体射流更加稳定。

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。本实用新型低温等离子体射流装置的主要应用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。采用氧气、氢气、氮气等其他气体时，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1μs，脉冲频率为10kHz，氩气的流量为5L/min，从喷枪获得的等离子体射流长为3-5cm。将等离子体射流喷射在琼脂平板中心，平板上的金黄色葡萄球菌密度为10³cfu/cm²，等离子体处理10s后，将琼脂平板过夜培养后观察，平板中心形成明显的圆形灭菌斑。

实施例2：

高压脉冲电源的输出电压为10kV，脉宽为2μs，脉冲频率为20kHz，氩气的流量为5L/min，从喷枪获得的等离子体射流长为3-4cm。利用等离子体射流处理猪皮表面的密度为10³cfu/cm²的金黄色葡萄球菌，等离子体处理10s后，猪皮表面的灭菌率达到100％。

实施例3：

高压脉冲电源的输出电压为5kV，脉宽为3μs，脉冲频率为20kHz，氦气的流量为5L/min，从喷枪获得的等离子体射流长为1-2cm。利用等离子体射流处理血液5s后，血液快速凝固。

实施例4：

高压脉冲电源的输出电压为20kV，脉宽为3μs，脉冲频率为15kHz，氩气的流量为3L/min，从喷枪获得的等离子体射流长为5-10cm。利用等离子体射流处理体外的黑色素瘤细胞20s后，黑色素瘤细胞发生凋亡。

实施例5：

高压脉冲电源的输出电压为8kV，脉宽为1μs，脉冲频率为5kHz，氩气的流量为2L/min，从喷枪获得的等离子体射流长为3-5cm。利用等离子体射流处理体外的皮肤成纤维细胞20s后，细胞发生快速分化。

实施例6：

高压脉冲电源的输出电压为10kV，脉宽为5μs，脉冲频率为15kHz，氦气氧气混合气体的流量为5L/min，从喷枪获得的等离子体射流长为3-5cm。利用等离子体射流处理隐形眼镜表面后，水接触角下降，亲水性提高。

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。