一种自动更换的快速高密度等离子体灭菌设备的制作方法

技术领域

本发明涉及低温等离子体灭菌消毒技术领域，具体涉及一种自动更换的快速高密度等离子体灭菌设备。

背景技术：

低气压等离子体灭菌相比大气压有其自身的优点。首先，低气压辉光放电等离子体生成比较容易，对等离子体电源要求比较低。其次，灭菌在密闭的容器内进行，灭菌后取出时可以直接密封起来，而不会出现灭菌效果反复，并不会因灭菌后的器械不及时密封导致再次污染而影响灭菌效果。再次，低气压灭菌基本常温，不会对一些橡胶、塑料等不耐高温的医疗器械造成损害。

低温等离子体的灭菌机理是反应气体在电场的作用下，其中一部分被解离为带电粒子形成等离子体、轻自由基以及辐射出的紫外线，对细菌或病毒产生强烈的相互作用，并由此构成了全方位对细菌或病毒的灭杀环境，特别是经自由基可以同几乎所有能形成有生命细胞的分子起反应。根据分子生物学的观点，细菌和病毒是带电的，正常细胞膜上的电荷有助于细胞对营养物质的吸收，但是当细菌或病毒受到带电粒子的轰击时，其上的电荷分布受到破坏，就直接影响细菌或病菌细胞的生理活动和新陈代谢，最终导致死亡。另外，被处理物品表面上细菌或病菌体内的生物大分子(酶或DNA)在等离子体的高能量粒子、自由基以及紫外线的作用、轰击和辐射下，其电荷分布被彻底破坏，如细胞壁、细胞核被电击穿，造成细菌病菌迅速死亡。

但不同放电方法产生的等离子体密度不同，导致杀菌效果差别很大。由于低气压等离子体灭菌消毒可以同时提供一个非常清洁无氧的真空环境，比大气等离子体灭菌方法（如DBD方法）清洁度更高。而且真空环境中充满等离子体，物品上凡是电子能进去的地方就可以清洁到，相比大气等离子体全方位清洁无死角，灭菌更彻底。低气压等离子体灭菌设备在切断电源后，产生的各种活性粒子能够在数毫秒内消失，所以无需通风，不会对操作人员构成伤害，安全可靠。

由于等离子体密度的关系，现在市面上使用低温等离子体灭菌消毒设备大部分都是采用双氧水、臭氧消毒。还有一部分设备采用电晕或中频、射频、微波等离子体作为消毒灭菌介质，其细菌杀灭率可以提高很多，细菌和病毒的活菌数分别下降3.5和4.5个数量级，但是却很难再提高。同时，现在市面上现有的低气压等离子体灭菌设备完整的工作流程是：放待消毒物品、抽真空、放电灭菌、破真空、取出物品，每次放入或取出物品时，都要破真空和抽真空，效率非常低，不利于连续操作。

技术实现要素：

本发明为解决目前低气压等离子体灭菌消毒所产生的等离子体密度低、杀灭效果不理想的技术问题，提供一种自动更换的快速高密度等离子体灭菌设备，提高了等离子体消毒灭菌设备内部的等离子体密度，灭菌消毒效果提高10~100倍，同时能在不破坏真空的条件下连续工作，具体技术方案如下：

一种自动更换的快速高密度等离子体灭菌设备，包括灭菌腔体以及置于灭菌腔体进气端的高密度等离子体源和置于灭菌腔体抽气端的用于放置待灭菌物品的旋转工作台，所述高密度等离子体源包括加热丝、热阴极发射源片，以及布置在加热丝和热阴极发射源片外围的屏蔽结构，该高密度等离子体源激发出弧光放电等离子体，对旋转工作台上的待灭菌物品进行杀菌消毒。

所述灭菌腔体的两侧分别连通有取物腔和送物腔，取物腔和送物腔与灭菌腔体之间设置有隔离阀门，取物腔和送物腔内设置有用于将待灭菌物品放入或取出灭菌腔体的移物杆；所述移物杆通过移物工作台进行水平滑动；所述取物腔和送物腔的顶端均设置有腔盖。

所述加热丝的两端采用水冷电极导入结构。

所述加热丝和热阴极发射源片分别连接有加热电源和激发电源，所述热阴极发射源片内置有测量温度的热电偶，该热电偶数据反馈输入加热电源中。

由以上技术方案可知，本发明的高密度等离子体可以提高杀灭率和杀灭效率，而且因为能量高，可以杀灭微波等离子体无法杀灭的病菌；通过三个腔体分别用于放待消毒物品、放正在消毒物品、放已经消毒物品，工作过程中，靠自动化装置将物品在三个腔体之间轮换放置，放样取样不耽误消毒灭菌的时间，可以在不破坏真空的条件下连续工作，大大改进了现有工艺，可以实现连续的自动化生产，不再让真空阀门和真空抽气成为效率的瓶颈。

附图说明

图1为本发明灭菌状态时的结构示意图；

图2为本发明送物状态时的结构示意图；

图3为本发明取物状态时的结构示意图；

图4为本发明中移物杆与旋转工作台的侧视图；

图5为本发明中移物杆与旋转工作台的俯视图。

图中：10、灭菌腔体，11、待灭菌物品，12、已消毒物品，20、高密度等离子体源，21、加热丝，22、热阴极发射源片，23、屏蔽结构，24、加热电源，25、激发电源，30、旋转工作台，40、取物腔，50、送物腔，61-62、隔离阀门，71-72、移物杆，81-82、移物工作台，91-92、腔盖。

具体实施方式

本发明的灭菌设备可用于如下领域：食品表面，小包装食品，餐具包装袋，热敏性医疗器械，金属医疗器械，医疗电子探头传感器，小型反复使用医疗卫生制品，医用生物材料，旧纸币，旧硬币，旧瓷器文物等。杀菌消毒只需数分钟，安全可靠，环保无污染。

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，在详细说明本发明各实施例的技术方案前，对所涉及的名词和术语进行解释说明，在本说明书中，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。

如图1所示，本发明的灭菌设备由一个抽真空的灭菌腔体10、一个取物腔40、一个送物腔50、一个高密度等离子体源20以及一个用于承载待灭菌物品的旋转工作台30构成，其中高密度等离子体源置于灭菌腔体的进气端，旋转工作台置于灭菌腔体的抽气端，该高密度等离子体源激发出弧光放电等离子体，对旋转工作台上的待灭菌物品进行杀菌消毒。

本发明中产生的等离子体的密度为1×1011~1×1012/cm³量级，比市场上现有射频、微波磁控溅射等离子体的密度高10~100倍，杀灭更彻底，时间更短效率更高。为避免空气中不洁颗粒或粒子对消毒灭菌效果的影响，在超高洁净度要求的时候，将灭菌腔内的真空度降低到10-4Pa以下，再冲入高纯气体产生等离子体，可以使灭菌用的等离子体成分更加单一干净。

所述高密度等离子体源20包括加热丝21、热阴极发射源片22，以及布置在加热丝和热阴极发射源片外围的屏蔽结构23，屏蔽结构可以防止大量热量辐射到真空室中，用以屏蔽灭菌腔体内部多余的热辐射。

所述加热丝21和热阴极发射源片22分别连接有加热电源24和激发电源25，所述热阴极发射源片内置有测量温度的热电偶，该热电偶数据反馈输入加热电源中，据此可以精确控制加热丝功率，使热阴极发射源片上温度保持恒温状态。

所述加热丝21的两端采用水冷电极导入结构，使用去离子水或纯净水作为冷却介质，用以冷却加热丝安装接头，同时这种水冷电极导入也保持与灭菌腔体之间的绝缘。

本实施例中热阴极发射源片22采用LaB6，能够产生高密度等离子体，进行低温等离子体灭菌、消毒。LaB6为块状固体，在真空环境下背后使用灯丝加热到1600℃以上时，大量发射电子，此时通入氩气，这些电子轰击氩分子，产生电子雪崩效应，得到更多的电子、离子和中性粒子。此时等离子体电源P2开始工作，激发产生高密度等离子体。等离子体里的带电粒子轰击细菌或病菌细胞，直接造成细胞壁、细胞核被粒子击穿，造成细菌病菌迅速死亡。由于其等离子体密度高能量高，消灭效果好效率高，并可以杀灭微波等离子体无法杀灭的病菌。

所述取物腔40和送物腔50分别设置在灭菌腔体的两侧，并与灭菌腔体之间设置有隔离阀门61、62，取物腔和送物腔的顶端设置有腔盖91、92，设置腔盖方便放置和拿取物品，隔离阀门根据不同的工作状态进行开合，用以保持灭菌腔体的真空度。取物腔和送物腔内还设置有用于将待灭菌物品放入的移物杆72，以及用于将待灭菌物品取出灭菌腔体的移物杆71，该所述移物杆通过外侧的移物工作台81、82在腔体之间进行水平滑动。在灭菌腔室开始工作的时候关闭两侧隔离阀门，同时可以将待灭菌物品放置于送物腔里的移物杆上，同时也可以取走取物腔里移物杆上的已消毒灭菌物品，实现低气压等离子体灭菌消毒的连续自动运作，送样、灭菌、取样流水线工作，不影响真空，不耽误灭菌时间，无需等待。在送入待灭菌物品和取走已灭菌物品的过程中，既可以停止等离子体也可以始终维持等离子体，维持等离子体的时候保持送物腔和取物腔两侧的真空度即可。

所述的移物工作台81、82可以带动移物杆71、72沿左右方向直线运动，运动路径是由取物腔和送物腔运动到灭菌腔体中间的旋转工作台。移物杆71、72前端与旋转工作台30之间缺口互补，参照图4和5，移物杆可以插入工作台缺口中，此时移物工作台可以进行垂直方向的下落运动，将待灭菌物品11放置于工作台上，然后沿直线运动退回到送物腔中。取物的时候运动路径刚好相反，先是直线运动将移物杆前端插入工作台缺口中，再向上抬起移物杆，将消毒完成物品托起，后沿直线方向退回到取物腔。

本发明能实现多腔室联动，可实现低气压灭菌的自动更换，增加效率，具体工作原理如下：

灭菌完成后的状态如图3所示，关闭取物腔40的腔盖91，打开取物腔侧的隔离阀门61。移物工作台81带动移物杆71作直线运动，移物杆前端插入旋转工作台缺口中，接着移物杆向上运动，托起已消毒物品12，并退回到取物腔中。

送入待灭菌物品的状态如图2所示，移物杆71退回取物腔后，关闭取物腔隔离阀门61，关闭送物腔50的腔盖92，打开送物腔侧的隔离阀门62。移物杆72上已放置待灭菌物品11，移物工作台82带动移物杆作直线运动，移物杆前端运动到工作台上方后向下运动，将待灭菌物品落在工作台上，接着移物杆退回到送物腔中。退回后关闭隔离阀门62。回到图1的状态。所述的腔盖可以密封取物腔和送物腔，在打开隔离阀门前关闭，以保持真空，这样灭菌腔内始终保持真空状态。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。