專利名稱：大氣壓低溫等離子體殺菌裝置及殺菌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體殺菌，尤其涉及一種大氣壓低溫等離子體殺菌裝置及殺菌方法。
背景技術(shù)：
大氣壓低溫等離子體生物材料表面處理技術(shù)，不需要復(fù)雜的真空設(shè)備，具有低成本、低能耗、高效率等特點，放電時氣體溫度低(40-80攝氏度)，處理過程中不會對生物材料表面造成損傷，在醫(yī)療器械殺菌消毒和食品安全等方面有重要應(yīng)用。近十年來，利用大氣壓低溫等離子體殺菌技術(shù)已掀起了全球性的熱潮。目前世界上有多個研究小組在開展這方面的研究工作。我國這方面的研究工作還相對缺乏，尤其是在大氣壓條件下產(chǎn)生大面積低溫等離子體。目前我們只發(fā)現(xiàn)一些研究者使用射流技術(shù)產(chǎn)生大氣壓低溫等離子體，擬在研究放電產(chǎn)生機(jī)理并對細(xì)菌進(jìn)行殺除。利用大氣壓低溫等離子體技術(shù)進(jìn)行殺菌消毒具有十分重要的應(yīng)用價值。這種殺菌方法成本低，設(shè)備簡單，殺菌效率高，以及處理后不會產(chǎn)生二次污染。但傳統(tǒng)的射流方法產(chǎn)生的等離子體區(qū)域面積小，氣體流量高，無法對大面積材料表面進(jìn)行和封裝材料內(nèi)部進(jìn)行殺菌處理。至今為止，大面積大氣壓低溫等離子體產(chǎn)生技術(shù)及真菌消毒技術(shù)尚少有報道。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，本發(fā)明旨在提供一種大氣壓條件下產(chǎn)生大面積冷等離子體的裝置及殺菌方法，所述殺菌裝置結(jié)構(gòu)簡單，所述殺菌方法便于操作，可在包裝材料和封裝材料內(nèi)部進(jìn)行消毒殺菌，高效節(jié)能，成本低廉。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的—種大氣壓低溫等離子體殺菌裝置，包括正弦交流電源、絕緣材質(zhì)的介質(zhì)板和電極，其特征在于所述介質(zhì)板兩側(cè)開有平行于所述介質(zhì)板上下表面的一系列平行孔道，其孔徑與電極的截面直徑相配合；所述電極為鎢電極，高壓電極和接地電極分別自兩側(cè)插入所述介質(zhì)板的平行孔道中，并交替排列；還包括電源的監(jiān)測控制裝置和兩個氣體質(zhì)量流量計；所述氣體質(zhì)量流量計分別與內(nèi)裝待處理物品的密封塑料包裝袋的進(jìn)氣口連通，所述塑料包裝袋的另一端開設(shè)有排氣口。進(jìn)一步的，所述介質(zhì)板為石英板或陶瓷板。本發(fā)明同時公開了采用上述裝置進(jìn)行殺菌的方法，包括如下步驟(1)在介質(zhì)板側(cè)面平行孔道內(nèi)交替插入高壓和接地的鎢電極；(2)待處理物品放置于密封的塑料包裝袋內(nèi)，并一同放置于所述介質(zhì)板的表面；
(3)混合反應(yīng)氣體分別通過氣體質(zhì)量流量計自進(jìn)氣口進(jìn)入包裝袋內(nèi)，并在包裝袋的另一端通過排氣口排出袋內(nèi)空氣并保持袋內(nèi)氣壓與外界平衡；(4)接通正弦交流電源，在介質(zhì)板表面產(chǎn)生大面積放電；利用電極間交替放電的共面介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的大氣壓低溫等離子體對包裝袋內(nèi)放置的真菌樣品進(jìn)行殺滅；步驟( 3)中，所述混合反應(yīng)氣體溫度為氦氣和氧氣的混合氣體，其中氧氣占氦氣的質(zhì)量比大于0，不大于7%。步驟(4)中，所述正弦交流電壓峰峰值為4_20kV，頻率不大于20kHz。進(jìn)一步的，步驟(3)中排出袋內(nèi)空氣進(jìn)行3-5回；步驟(4)的放電時間為l-5min。進(jìn)一步的，放電過程中，所述介質(zhì)板與高壓電極緊密接觸放置于絕緣板上并利用架子架起。所述絕緣板采用玻璃板。用瓊脂塊放置等離子體區(qū)域測試，未見融化。由此可知，等離子體溫度低于70攝氏度ο本發(fā)明利用交替排列的電極形式采用介質(zhì)阻擋的方法，給電極加上交流電，當(dāng)電壓達(dá)到氣體擊穿電壓時，介質(zhì)層表面的氣體會被擊穿在介質(zhì)層表面形成很薄的一層等離子體，對這種形式的放電我們稱之為共面介質(zhì)阻擋放電。真菌處理時由于塑料袋內(nèi)充氦氣，擊穿電壓低于空氣因此會在塑料袋內(nèi)產(chǎn)生放電。通過調(diào)節(jié)氦氣和氧氣的組分產(chǎn)生相應(yīng)的活性粒子，如氧原子、臭氧和羥基等高化學(xué)活性物種與真菌細(xì)胞相互作用產(chǎn)生生化反應(yīng)來達(dá)到殺除真菌的效果。利用這種電極間交替放電的共面介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的大氣壓低溫等離子體來對真菌樣品進(jìn)行處理，具有其獨特的優(yōu)勢包括放電方式簡單，無需復(fù)雜的真空設(shè)備，設(shè)備成本低，殺菌效率高，能量消耗低等?？蓮V泛應(yīng)用于包裝醫(yī)療器械殺菌消毒、和食品安全領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明所述殺菌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1.正弦交流電源 2.氣體質(zhì)量流量計 3.高壓電極 4.接地電極 5.出氣口 6.進(jìn)氣口 7.高壓探頭8.示波器9.低壓探頭10.電阻11.石英介質(zhì)板12.塑料包裝袋圖2為殺菌效率曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。如圖1所示的電極插入式石英板共面介質(zhì)阻擋放電殺菌裝置，其中，正弦交流電源1，其電壓調(diào)節(jié)范圍0_20kV，頻率調(diào)節(jié)范圍0_20kHz，所述電源1通過高壓探頭7和低壓探頭9分別連接至示波器8，以監(jiān)測和控制電源的峰峰電壓在4-10KV，頻率在0-20KHz可調(diào)；石英介質(zhì)板11，其兩側(cè)開有平行于所述介質(zhì)板11上下表面的一系列平行孔道，其孔徑與電極的截面直徑相配合；電極，為鎢電極，包括高壓電極3和接地電極4分別自兩側(cè)插入所述介質(zhì)板11的平行孔道中，并交替排列； 兩個氣體質(zhì)量流量計2，分別與內(nèi)裝待處理物品的密封塑料包裝袋12的進(jìn)氣口 6 連通，所述塑料包裝袋12的另一端開設(shè)有排氣口 5。石英介質(zhì)板11與電極間緊密接觸放置在玻璃板上并利用架子架起。使用時，高壓電極由導(dǎo)線接通高壓電源提供交流正弦波高壓，電壓峰-峰值調(diào)至 10-20kV，頻率范圍在0-20kHz可調(diào)。混合反應(yīng)氣體分別通過氣體質(zhì)量流量計2自進(jìn)氣口 6 進(jìn)入內(nèi)裝待處理物品的密封的塑料包裝袋12內(nèi)，所述包裝袋12的表面積為80mm*100mm ； 同時，配合排氣口 5往復(fù)排氣3-5回，保證反應(yīng)氣體的純凈。所述混合反應(yīng)氣體為氦氣中摻雜少量的氧氣的混合氣體，其中，氧氣摻雜質(zhì)量占氦氣質(zhì)量不大于7%。放電處理時間為 l-5min。在塑料袋12內(nèi)表面形成大面積均勻冷等離子體，放電面積遍及整個包裝袋12，利用這種共面介質(zhì)阻擋放電的方式對密封的包裝袋內(nèi)部放置的物品進(jìn)行殺菌消毒處理。通過平板計數(shù)法計數(shù)，經(jīng)過氦氣添加少量氧氣放電處理5min后，殺菌效率達(dá)50%以上；通過控制氧氣的百分比，最佳殺菌效率可高達(dá)99 %，如圖2所示。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大氣壓低溫等離子體殺菌裝置，包括正弦交流電源、絕緣材質(zhì)的介質(zhì)板和電極， 其特征在于所述介質(zhì)板兩側(cè)開有平行于所述介質(zhì)板上下表面的一系列平行孔道，其孔徑與電極的截面直徑相配合；所述電極為鎢電極，包括高壓電極和接地電極，分別自兩側(cè)插入所述介質(zhì)板的平行孔道中，并交替排列；還包括電源的監(jiān)測控制裝置和兩個氣體質(zhì)量流量計；所述氣體質(zhì)量流量計分別與內(nèi)裝待處理物品的密封塑料包裝袋的進(jìn)氣口連通，所述塑料包裝袋的另一端開設(shè)有排氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殺菌裝置，其特征在于所述介質(zhì)板為石英板或陶瓷板。
3.一種采用如權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行殺菌的方法，包括如下步驟(1)在介質(zhì)板側(cè)面平行孔道內(nèi)交替插入高壓和接地的鎢電極；(2)待處理物品放置于密封的塑料包裝袋內(nèi)，并一同放置于所述介質(zhì)板的表面；(3)混合反應(yīng)氣體分別通過氣體質(zhì)量流量計自進(jìn)氣口進(jìn)入包裝袋內(nèi)，并在包裝袋的另一端通過排氣口排出袋內(nèi)空氣并保持袋內(nèi)氣壓與外界平衡；(4)接通正弦交流電源，在介質(zhì)板表面產(chǎn)生大面積放電；利用電極間交替放電的共面介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的大氣壓低溫等離子體對包裝袋內(nèi)放置的待處理物品進(jìn)行殺菌消毒；步驟(3)中，所述混合反應(yīng)氣體溫度為氦氣和氧氣的混合氣體，其中氧氣占氦氣的質(zhì)量比大于0，不大于7%。步驟(4)中，所述正弦交流電壓峰峰值為4-20kV，頻率不大于20kHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的殺菌方法，其特征在于步驟⑶中排出袋內(nèi)空氣進(jìn)行3-5回；步驟(4)的放電時間為l-5min。
5.根據(jù)權(quán)利要求6所述的殺菌方法，其特征在于放電過程中，所述介質(zhì)板與高壓電極緊密接觸放置于絕緣板上并利用架子架起。
6.根據(jù)權(quán)利要求7所述的殺菌方法，其特征在于所述絕緣板為玻璃板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大氣壓低溫等離子體殺菌裝置及殺菌方法，所述裝置采用在介質(zhì)板側(cè)面開孔插入高壓和接地的鎢電極，接通高壓交流電后形成大氣壓介質(zhì)阻擋放電方式，在充有反應(yīng)氣體的密封的塑料包裝袋內(nèi)表面產(chǎn)生大面積均勻低溫等離子體進(jìn)行殺菌消毒處理。裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需復(fù)雜的真空系統(tǒng)，成本低廉。利用產(chǎn)生等離子體中的活性特種殺除有害真菌，由于活性物質(zhì)具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，與真菌細(xì)胞產(chǎn)生生化反應(yīng)，在短時間內(nèi)導(dǎo)致有害真菌細(xì)胞凋亡，具有殺菌效率高，能量消耗低的顯著特點。
文檔編號A61L2/14GK102343106SQ20111020600
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者劉東平 申請人:大連民族學(xué)院