本實(shí)用新型屬于消毒滅菌及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫等離子體射流裝置。

背景技術(shù)：

低溫等離子體是部分電離的氣體，伴隨多種物理化學(xué)效應(yīng)，如光輻射、電磁場(chǎng)、帶電粒子、高能電子以及電中性的活性粒子等等。等離子體與細(xì)胞作用時(shí)體現(xiàn)出多樣的生物學(xué)效應(yīng)，從而應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，包括醫(yī)療器械的消毒滅菌、臨床醫(yī)療、水/空氣的凈化、食品/包裝材料的處理等等。

自1960s以來(lái)，低溫等離子體對(duì)微生物的致死作用就被研究用于消毒滅菌。1990s，美國(guó)強(qiáng)生公司研發(fā)出商用的低氣壓過(guò)氧化氫等離子體滅菌器，并在醫(yī)院得到迅速推廣，用于一些精密醫(yī)療器械和特殊材料的低溫快速滅菌。

低氣壓等離子體的發(fā)生由于需要昂貴復(fù)雜的真空系統(tǒng)，限制了其應(yīng)用。近年來(lái)，常壓低溫等離子體射流的滅菌效應(yīng)及其在醫(yī)療上的其他應(yīng)用，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。這類等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)小巧、操作方便，且滅菌作用廣譜高效快速，得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)精確控制等離子體的特性，低溫等離子體射流可直接作用于人體皮膚和組織，產(chǎn)生一門新的等離子體醫(yī)療技術(shù)，應(yīng)用方向包括皮膚的消毒滅菌、齲齒的治療、傷口的快速愈合、血液的快速凝固、皮膚病的治療、細(xì)胞凋亡和癌癥的治療等等。低溫等離子體射流也可用于生物醫(yī)用材料的表面處理，以提高生物相容性。

傳統(tǒng)的低溫等離子體射流裝置，由于受內(nèi)部結(jié)構(gòu)限制，其所形成低溫等離子體的發(fā)生效率一般較低且噴射長(zhǎng)度也較短，在臨床應(yīng)用上存在一些缺陷，比如用于皮膚消毒時(shí)，往往需要較長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)回近距離掃描的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)消毒處理。故如何實(shí)現(xiàn)低溫等離子體射流的安全及高效發(fā)生，是研究中的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種低溫等離子體射流裝置，能夠使等離子體射流實(shí)現(xiàn)安全高效的發(fā)生，且噴射長(zhǎng)度也較長(zhǎng)。

一種低溫等離子體射流裝置，包括高壓脈沖電源和等離子體噴槍，所述的高壓脈沖電源通過(guò)高壓導(dǎo)線與等離子體噴槍連接，所述的等離子體噴槍通過(guò)氣體軟管外接氣體儲(chǔ)瓶；

所述的等離子體噴槍包括金屬外殼、接于金屬外殼底部的噴頭、設(shè)于金屬外殼內(nèi)部的絕緣芯、外絕緣管以及高壓電極；所述的絕緣芯內(nèi)部開有倒錐形的擴(kuò)口，所述的外絕緣管兩端開口，其頂端從絕緣芯底部插入并與擴(kuò)口連通，末端貫穿噴頭后從等離子體噴槍底部延伸出一段距離；

所述的高壓電極貫穿絕緣芯且高壓電極末端經(jīng)擴(kuò)口延伸至外絕緣管內(nèi)，頂端與高壓導(dǎo)線一端相連，高壓導(dǎo)線另一端與高壓脈沖電源輸出端相連；高壓電極末端套有內(nèi)絕緣管，所述的內(nèi)絕緣管一端封閉，另一端開口且開口端至擴(kuò)口以上的絕緣芯中；

所述的氣體軟管一端與氣體儲(chǔ)瓶相連，另一端從絕緣芯頂部插入并導(dǎo)入所述的擴(kuò)口內(nèi)；使得氣體通過(guò)內(nèi)外兩絕緣管之間的環(huán)隙經(jīng)高壓電極電離形成等離子體，并從外絕緣管末端噴出形成射流。

進(jìn)一步地，所述高壓脈沖電源的殼體表面設(shè)有電氣參數(shù)模塊和氣體流量模塊；所述的電氣參數(shù)模塊由一些關(guān)于電壓、電流、頻率、脈寬及功率的表計(jì)構(gòu)成，所述的氣體流量模塊由一些關(guān)于氣體流量及流速的表計(jì)構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述的等離子體噴槍通過(guò)氣體軟管經(jīng)氣體流量模塊外接氣體儲(chǔ)瓶。

進(jìn)一步地，所述高壓脈沖電源與等離子體噴槍之間外露的高壓導(dǎo)線和氣體軟管共同采用金屬軟管包裹。

進(jìn)一步地，所述的高壓導(dǎo)線表面帶有絕緣層。

進(jìn)一步地，所述的金屬外殼、金屬軟管以及高壓脈沖電源的殼體均接地。

進(jìn)一步地，所述的絕緣芯與噴頭之間具有一定距離，使得在金屬外殼內(nèi)行成一定大小的空腔。

進(jìn)一步地，所述的高壓電極末端與噴頭之間錯(cuò)開一段距離，使等離子體移動(dòng)過(guò)程中的電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)能增大，產(chǎn)生的等離子體射流更長(zhǎng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益技術(shù)效果：

(1)本實(shí)用新型高壓電極封閉在一端封閉的絕緣管和絕緣芯內(nèi)，電氣風(fēng)險(xiǎn)小。

(2)雖然本實(shí)用新型噴槍內(nèi)部為數(shù)千伏高電壓，但噴槍的金屬外殼接地，可以直接手持，并且等離子體可觸摸。

(3)本實(shí)用新型采用金屬軟管使裝置有較大的活動(dòng)范圍，還可根據(jù)需要改變金屬軟管的長(zhǎng)度，操作靈活。

(4)由于外絕緣管的存在，本實(shí)用新型使外絕緣管和內(nèi)絕緣管環(huán)隙內(nèi)的氣體發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體，且等離子體在外絕緣管內(nèi)表面不斷積累，等離子體射流的發(fā)生效率大大提高。

(5)本實(shí)用新型外絕緣管延伸出金屬噴頭以外一段距離，可避免沿面放電，等離子體射流更穩(wěn)定。

(6)本實(shí)用新型高壓電極與接地噴頭之間錯(cuò)開一段距離，使等離子體移動(dòng)過(guò)程中的電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)能增大，產(chǎn)生的等離子體射流更長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型等離子體射流裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型等離子體噴槍的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型等離子體噴槍的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1.高壓脈沖電源，2.氣體流量模塊，3.電氣參數(shù)模塊，4.金屬軟管，5.等離子體噴槍，6.噴頭，7.金屬圓筒外殼，8.絕緣芯，9.噴槍與金屬軟管的接頭，10.帶絕緣層的高壓導(dǎo)線，11.塑料氣體軟管，12.外絕緣管，13.一端封閉的內(nèi)絕緣管，14.高壓電極。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1至圖3所示，本實(shí)用新型等離子體射流裝置主要包括高壓脈沖電源1、金屬軟管4和等離子體噴槍5。高壓脈沖電源1的面板上有氣體流量模塊2和電氣參數(shù)模塊3，此外還與金屬軟管4相連。金屬軟管4中包裹著帶絕緣層的高壓導(dǎo)線10和塑料氣體軟管11，高壓導(dǎo)線10與高壓脈沖電源1中的高壓輸出以及等離子體噴槍5中的高壓電極14相連，塑料氣體軟管11與高壓脈沖電源1中的氣體流量模塊2相連，并且插入等離子體噴槍5中的絕緣芯8中。金屬軟管4通過(guò)接頭9與等離子體噴槍5中的金屬圓筒外殼7相連，再通過(guò)螺紋與金屬噴頭6相連。絕緣芯8的軸心處有套在一端封閉的絕緣管13中的高壓電極14，再套在一個(gè)直徑較大的外絕緣管12內(nèi)，外絕緣管12的另一端從金屬噴頭6穿出且延伸一段距離。氣體軟管11中的氣體經(jīng)一個(gè)倒錐形的氣腔與外絕緣管12相連，氣體流過(guò)外絕緣管12與絕緣管13之間的環(huán)隙后從外絕緣管12的端部噴出。高壓電極14的末端與接地的金屬噴頭6之間錯(cuò)開了一段距離。高壓脈沖電源1的機(jī)箱內(nèi)可安裝小型氣體儲(chǔ)瓶，也可由外置氣體儲(chǔ)瓶輸入氣體，儲(chǔ)瓶中的氣體通過(guò)氣體控制模塊2達(dá)到一定的流量和流速，經(jīng)氣體軟管11和倒錐形氣腔輸送到外絕緣管12中。由于高壓電極14與噴頭6之間錯(cuò)開了一段距離，等離子體移動(dòng)過(guò)程中的電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)能增大，產(chǎn)生的等離子體射流更長(zhǎng)，可達(dá)5cm以上。外絕緣管12延伸出噴頭6以外一段距離，可避免沿面放電，等離子體射流更加穩(wěn)定。

本實(shí)用新型可基于不同的電氣參數(shù)獲得不同的效果，如脈沖電壓、脈沖電流、脈沖頻率、脈沖寬度、等離子體功率等等；也可通過(guò)不同的氣體參數(shù)獲得不同的效果，比如氣體流量、氣體流速、氣體組分等等。不同的氣體組分和不同的等離子體功率條件下，獲得等離子體射流的溫度存在差異。在臨床醫(yī)療應(yīng)用中，常采用惰性氣體作為氣源，比如氬氣、氦氣、氖氣等等，或者在惰性氣體中輔以一定比例的其他氣體，這樣產(chǎn)生的等離子體射流在常溫或室溫下，可以直接作用于人體，不會(huì)產(chǎn)生任何不適感。本實(shí)用新型低溫等離子體射流裝置的主要應(yīng)用包括皮膚的消毒滅菌、傷口的快速愈合、血液的快速凝固、皮膚病的治療、細(xì)胞凋亡和癌癥的治療等等。采用氧氣、氫氣、氮?dú)獾绕渌麣怏w時(shí)，也可用于材料的表面處理。

以下以具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其技術(shù)效果。

實(shí)施例1：

高壓脈沖電源的輸出電壓為15kV，脈寬為1μs，脈沖頻率為10kHz，氬氣的流量為5L/min，從噴槍獲得的等離子體射流長(zhǎng)為3-5cm。將等離子體射流噴射在瓊脂平板中心，平板上的金黃色葡萄球菌密度為10³cfu/cm²，等離子體處理10s后，將瓊脂平板過(guò)夜培養(yǎng)后觀察，平板中心形成明顯的圓形滅菌斑。

實(shí)施例2：

高壓脈沖電源的輸出電壓為10kV，脈寬為2μs，脈沖頻率為20kHz，氬氣的流量為5L/min，從噴槍獲得的等離子體射流長(zhǎng)為3-4cm。利用等離子體射流處理豬皮表面的密度為10³cfu/cm²的金黃色葡萄球菌，等離子體處理10s后，豬皮表面的滅菌率達(dá)到100％。

實(shí)施例3：

高壓脈沖電源的輸出電壓為5kV，脈寬為3μs，脈沖頻率為20kHz，氦氣的流量為5L/min，從噴槍獲得的等離子體射流長(zhǎng)為1-2cm。利用等離子體射流處理血液5s后，血液快速凝固。

實(shí)施例4：

高壓脈沖電源的輸出電壓為20kV，脈寬為3μs，脈沖頻率為15kHz，氬氣的流量為3L/min，從噴槍獲得的等離子體射流長(zhǎng)為5-10cm。利用等離子體射流處理體外的黑色素瘤細(xì)胞20s后，黑色素瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡。

實(shí)施例5：

高壓脈沖電源的輸出電壓為8kV，脈寬為1μs，脈沖頻率為5kHz，氬氣的流量為2L/min，從噴槍獲得的等離子體射流長(zhǎng)為3-5cm。利用等離子體射流處理體外的皮膚成纖維細(xì)胞20s后，細(xì)胞發(fā)生快速分化。

實(shí)施例6：

高壓脈沖電源的輸出電壓為10kV，脈寬為5μs，脈沖頻率為15kHz，氦氣氧氣混合氣體的流量為5L/min，從噴槍獲得的等離子體射流長(zhǎng)為3-5cm。利用等離子體射流處理隱形眼鏡表面后，水接觸角下降，親水性提高。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本實(shí)用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)上述實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的揭示，對(duì)于本實(shí)用新型做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。