专利名称：荷负电纳米粒子产生装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米粒子产生装置及方法，尤其涉及一种将生物气象学和物理学中两种不相关联的粒子和电荷结合起来，产生一种全新的荷负电纳米粒子的装置及方法，以用于医疗、家电、无菌工程、保鲜工程、生物工程等方面。
纳米粒子表现出小尺寸效应、表面与界面效应和量子尺寸效应。具有大的比表面积和表面原子数，表面与界面效应将随着粒径减小，比表面积急剧变大，使处于表面的原子数越来越多，大大增强了纳米粒子的活性；由于小尺寸效应和表面效应不同尺寸的纳米粒子同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱分布的变化；由于纳米粒子的量子尺寸效应，电子能级出现离散能级现象，而且随着纳米粒子尺寸的变化，能级间距也随之变化。空气气溶胶中的纳米粒子是由不同微粒和尺寸组成，由于纳米粒子的上述特性，这些不同粒子和尺寸的纳米粒子大大加宽与不同能级电子相结合的能力，形成很宽的电子能和能带。
现在的问题是，采用什么样的电子发射电极，使其表面有足够强的电场时，电极表面势垒变窄，电极的电子将由于量子力学的隧道效应，由隧道贯穿逸出形成场电子发射，提高发射电流密度。是个正在研究的课题。
60年代美国得克萨斯州等地曾建立荷电气溶胶中心，将电子在利用26KV-60KV电位的喷射器，喷射压缩气体将生理盐水雾化的同时同方向喷出电子，形成电气溶液，尽管用以治疗呼吸系统疾病，例如支气管炎及其哮喘、上呼吸道感染、肺气肿、喉炎、咽炎等均有一定疗效，但此装置除喷射器外，还要有气泵，液体输送系统等辅助设备，而且雾化的生理盐水的颗粒，大多不是纳米级粒子，尽管在26KV-60KV电场作用下，但荷电气溶液行程仅1.8m左右，超过此距离而消失。这种荷电气溶液不能直接参与组织一细胞一分子水平的电代谢过程，所以生物效应与灭菌功效均较差。
本发明是使纳米粒子的物理特性与量子力学隧道效应相结合。由电子发射极发出的电子e在与空气气溶胶中的粒子碰撞过程中，调节能量并使电子附着于具有宽的电子亲和能带的纳米粒子Nm上，形成一种全新的荷负电纳米粒子Nm，即实现。
e+Nm--Nm通常空气中带少量不同电荷的粒子，以及带电荷与不带电荷的粒子之间会发生相互吸引和聚结，从而出现相反电荷的复合和产生大颗粒粒子飘落于地电位而消失；而用全新方法产生的荷负电纳米粒子，由于其在一定的范围，产生相当大量的荷负电纳米粒子，这种大量同电荷粒子相互排斥。生物气象学和物理学的科学工作者都一致认为，这种体系状态是更加稳定的体系状态。
由于是利用纳米粒子的物理特性和隧道效应的方法产生新粒子，其必然结果是只由纳米粒子组成新的荷负电纳米粒子，无其它任何化合物和杂质。
荷负电纳米粒子产生装置包括供电电源、外壳、控制组件、超微电子发射极。其中，电源装置分别与超微电子发射极及控制组件连接，超微电子发射极对地处于负2KV～负29KV的电位。
超微电极是电极发射体部分的尺寸达到微米级或小于微米级。本发明使用的超电极的材料可由铂、金、铼、钨、铱和碳素纤维或以铂、金、铼、钨、铱为主要成份的合金任一种制成。其形状可以是圆盘形、圆柱形、锯齿形、针状、尖锐形、球形、偏球形、弧形、圆环形、条形等形状中的任一种或由上述形状组合而成的形状。超微电子发射极可以是单个或多个电极组成。超微电极发射部分的尺寸为≤微米级。
产生荷电纳米粒子的方法是由电源装置分别和超微电子发射极及控制组件连接组成的荷负电纳米粒子产生装置。使空气中的纳米粒子的物理特性与超微电极在电源和控制组件作用下，控制在对地处于负2KV-负29KV的电位范围内，产生的隧道效应发射的电子相结合，来产生出全新的荷负电纳米粒子。(根据不同的电极材料，电极形状，电极尺寸和不同的使用装置来选用电位范围)由于隧道效应形成的场电子发射，所产生的高电流密度的电子e，在与空气气溶胶中的粒子碰撞过程中，能够调节能量(例如高能量的电子，在碰撞过程中，能量损失，降低能量)，使电子附着于具有较宽能带的不同尺寸的纳米粒子Nm上(空气中的纳米粒子是由不同的分子团，液态、固态、气态及不同尺寸的纳米粒子——10-7——10-9米组成，)实现以下反应即e+Nm→Nm形成荷负电纳米粒子。在负2KV-负29KV之间任一电位电场作用下，迅速向外扩散，覆盖一定区域。
上述超微电极制作，可按下列方法进行a．如用铂、金、碳素纤维丝制作电极，可用熔焊法固定在玻璃支架上。铂、金、铼、钨、铱、碳素纤维丝也可用环氧树脂粘合剂粘封于石英、玻璃、聚乙稀、聚四氯乙稀(塑料类)、聚脂纤维类、氮化硅、氧化铝(陶瓷类)等绝缘体做成的支架上。
引出端将铂、金、铼、钨、铱、碳素纤维均可用导电胶(例如由银粉环氧树脂混合制成的一种导电胶)与铜导线粘合后引出，除上述方法外，铂丝还可用金属铟在低温融化与导线联结后引出。
b．可将铂、金、铼、钨、铱、碳素纤维线等排列在绝缘体的表面，排列成各种形状如组合条形、圆环形、弧形等。然后用粘合剂如环氧树脂等进行固定和粘合。绝缘体材料和引出端及导线的固定方法均可参照第一条。
c．将铼、钨或其相应的合金，可用电解腐蚀法制成各种形状的电极如尖锐状、针状、锯齿状等。电解腐蚀法任一般教科书及资料中均可查阅。制成的电极可用环氧树脂固定在绝缘支架上。也可用机械方法如铆接固定在绝缘体上。绝缘体材料根据固定的方法，可以选用石英、玻璃、聚乙稀、聚四氟乙稀(塑料类)、氮化硅、氧化铝(陶瓷类)、聚脂复合板等。引出端可用导电胶与导线粘合引出。也可用机械方法将引出导线与电极同时固定在绝缘体上。下面用两个具体例子说明上述的连接，用锯齿形电极固定及引出方案可分两种方案第一种方案是用环氧树脂和导电胶引出即在锯齿电极下面是环氧树脂，其下是绝缘体，电极一侧通过导电胶连接引出导线。另一种方案是用机械固定方案，即，在锯齿电极下面有绝缘体，在锯齿电极两侧分别将固定夹头用铆钉将二者夹紧，一侧固定夹头和引出导线用铆钉固紧。
尖锐状及针状电极同样可以采用上述方案，只是在具体结构上有所区别，例如针状电极不需要用固定夹头，而用销套或铆钉套将电极和引出线直接固定在绝缘体上。
d．可利用光刻技术制成超微电极。其方法是在绝缘体平板上，用喷镀或溅射法镀上一层均匀的金属膜，金属膜的材料可以是铂、金、铱等，再利用聚酰亚胺等光敏高分子材料薄膜覆盖后进行光刻蚀，使其形成所需形状的电极。电极的基体材料可以是si/sio2，石英、玻璃、氮化硅等。可用导电胶与铜导线联结后引出。
荷负电纳米粒子尺寸小于血液中的红细胞和通常的细菌，是它们的几分之一或更小，能通过人体的呼吸以及皮肤粘膜进入体内，到达肺和进入血液循环，并释放其电荷，进而能改善细胞壁电荷的平衡状态，成为能对人体的生理状态，组织细胞和新陈代谢过程产生直接生物学效应的生物电。
进入体内的荷负电纳米粒子，直接参与组织——细胞——分子水平的电代谢过程，促进生物电的转换，调整机体组织自身的电位平衡，改善人体的自然生理状态和生物化学环境。通过神经——体液调节机能，从而发挥其非特异性和广谱的医学作用。
具有明显生物学效应的荷负电纳米粒子对神经系统、心血管系统、呼吸系统、泌尿系统、消化系统有明显的调理作用，能治疗多种疾病，其治疗效果在临床应用中已引起普遍的关注。
实验证明，由于荷负电纳米粒子具有量子力学特性，能声速覆盖一定的区域，对其覆盖区域的有害病菌和病毒，如缘浓杜菌、梅毒、葡萄球菌、大肠杆菌、霉菌、念球菌等有强烈的抑制和使其消亡的作用。
众所周知，生物电的研究和应用在不断发展，脑电图、心电图、胃电图在临床诊断中的应用，挽救了无数人的生命，如同物理医学诊断设备CT、B超、核磁共振、正电子断层扫描等在临床诊断中的应用，为临床诊断不断发展，开创了新纪元。
荷负电纳米粒子生物电，将能创造出许多新技术和新设备，特别是在临床治疗中的应用有划时代的前景。
因此，由荷负电纳米粒子构成的生物电，可以广泛用作为物理医学设备、家用电器、生物工程、保鲜工程、无菌工程和改善环境状态等多种领域的电子设备。
根据不同的使用目的和产品的功能，超微电极可以使用不同的材料和形状，一个装置的超微电极可以是单个或多个电极或组合电极组成；发射电极由于结构、尺寸、形状和材料的不同，使用目的的不同，而对地处于负2KV至负29KV的电位；因而设计出完全不同形状，功能和结构的装置外壳。
如图2所示是用环氧树脂和导电胶将电极固定及引出的方案，锯齿电极8下面用环氧树脂7和绝缘体6相固定，导线5通过导电胶9从电极8的一端引出的。
如图3所示是用机械固定将电极固定和引出的方案，锯齿电极8通过固定夹头10和铆钉11与绝缘体6固定在一起。引出导线5通过固定夹头10和铆定11引出。
权利要求
1.一种荷负电纳米粒子产生装置，它包括供电电源、外壳、控制组件和超微电子发射极，其特征是电源装置分别和超微电子发射极及控制组件连接；超微电子发射极对地处于负2KV～负29KV的电位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的超微电子发射极可以是单个或多个电极组成，其形状可以为圆盘形、圆柱形、锯齿形、针状、尖锐状、球状、偏球形、弧形、圆环形、条形中的任一种或由上述形状组合而成的形状，超微电子发射极的发射部分的尺寸为≤微米级。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征是所述超微电子发射极的材料可以是铂、金、铼、铱、钨、碳素纤维或铂、金、铼、铱、钨为主要成份的合金的任一种。
4.一种产生荷负电纳米粒子的方法，其特征是超微电子发射极在电源和控制组件的作用下，依据电极材料、形状、尺寸和不同的使用装置、控制上述电极使其对地处于负2KV～负29KV的电位，形成隧道效应的场电子发射，其所产生的高电流密度电子e，在与空气气溶胶中的粒子碰撞过程中能调节能量，使电子附着在具有较宽能带的不同尺寸的纳米粒子Nm上，实现以下反应e+Nm→Nm形成荷负电纳米粒子，在负2KV～负29KV之间任一电位电场作用下，迅速向外扩散，覆盖一定区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述超微电子发射极，其制造a)为用铂、金、碳素纤维丝制作电极，用熔焊法，固定在玻璃支架上；用铂、金、铼、钨、铱、碳素纤维丝用环氧树脂粘合剂封于石英、玻璃、聚乙烯、聚四氯乙烯、聚脂纤维类、氮化硅、氧化铝、绝缘体做成的支架上，引出端将铂、金、铼、钨、铱、碳素纤维均用导电胶与铜导线粘后引出；除上述方法外铂丝可用金属铟在低温融化与导线联结后引出；b)将铂、金、铼、钨、铱、碳素纤维丝排列在绝缘体的表面，排列成各种形状组合式条形、圆环形、弧形，然后用粘合剂进行固定和粘合，绝缘体材料和引出端及导线固定法同上；c)将铼、钨或其相应的合金，用电解腐蚀法制成各形状的电极，其电极用环氧树脂固定在绝缘支架上，或用机械法铆接固定在绝缘体上，绝缘体材料选用石英、玻璃、聚乙烯、聚四氟乙稀、氮化硅、氧化铝、聚脂复合板中的任一种，引出端用导电胶与导线粘接引出，或用机械法将引出导线与电极同时固定在绝缘体上；尖锐状及针状电极用上述方案；d)利用尖刻技术制成超微电极，其方法为在绝缘体平板上，用喷镀或溅射法镀上一层均匀金属膜，金属膜材料用铂、金、铱，然后用聚酰亚胺光敏高分子材料薄膜覆盖后进行光刻蚀，使其形成所需形状电极，电极的基体材料是si/sio2、石英、玻璃、氮化硅中任一种，用导电胶与铜导线联系后引出。
全文摘要
一种荷负电纳米粒子产生装置及方法,由电源分别连超微电子发射极及控制组件组成的装置中,超微电子发射极在电源和控制组件的作用下,依据电极材料形状、尺寸和使用不同目的,控制电极使其相对地处于负2KV到负29KV的电位,形成隧道效应场电子发射,其所产生的高电流密度电子在与空气溶胶中的粒子碰撞过程中能调节能量,使电子随着在具有较宽能带的不同尺寸的纳米粒子上而形成荷负电纳米粒,做成的装置可用在新型医疗设备、家用电器、保鲜工程、无菌工程、生物工程和改善环境等多种领域设备上面,广泛地为人类服务。
文档编号A61N1/44GK1325820SQ01120188
公开日2001年12月12日 申请日期2001年7月11日 优先权日2001年7月11日
发明者方墨希, 孙岳 申请人:方墨希, 孙岳