[實用新型]等離子體系統和等離子體裝置

有效

• 申請號: 201420061359.5
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN203734909U
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 具一教;崔明烈;D·海厄特;A·扎格羅茲基;D·A·亨德里克森;G·J·柯林斯
• 申請（專利權）人: 科羅拉多州立大學研究基金會
• 主分類號: H05H1/30
• 分類號: H05H1/30;H05H1/28
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張濤

技術領域

本實用新型涉及等離子體系統和等離子體裝置，其用于生物材料或其他材料的表面處理、去除或沉積。更具體地，本實用新型涉及一種在等離子體裝置中產生和引導由等離子體生成的化學反應物質和針對所選成分的受激態物質（例如高能光子）的設備。

背景技術

在密集介質（比如液體和大氣壓力下或大氣壓力附近的氣體）中的放電在合適條件下能產生等離子體。等離子體具有能產生大量化學物質（比如離子、基團、電子、受激態（例如亞穩態）物質、分子碎片、光子等等）的特殊能力。通過改變等離子體電子溫度和電子密度，可以在各種內部能量狀態下或外部動能分布下產生等離子體物質。另外，調節等離子體的空間特性、時間特性和溫度特性能使被等離子體物質及相關光子通量所輻射的材料產生特定的變化。等離子體還能產生包含真空紫外光子在內的光子，所述光子具有足夠的能量以在被等離子體光子所輻射的生物材料或其他材料中開啟光化學和光催化反應路徑。

實用新型內容

等離子體具有廣泛的適用性，以給工業、科研和醫療需求提供可選方案，特別是在低溫下的工件表面處理。等離子體可以被輸送給工件，從而使等離子體所撞擊的材料的特性發生多種變化。等離子體具有能產生大通量的輻射（例如，紫外線）、離子、光子、電子和其他受激態（例如亞穩態）物質的獨特能力，所述物質適合于通過空間上的、材料選擇性上的和時間上的高等控制使材料特性發生變化。選擇性的等離子體還可以去除工件的清楚的表層，但是不影響或幾乎不影響工件的獨立下層，或者選擇性的等離子體可以被用于從混合的組織區域有選擇地去除特定的組織類型，或在對不同組織類型的相鄰器官的影響最小的情況下有選擇地去除組織，例如去除胞外基質。

所述獨特化學物質的一種合適應用是在工件上或工件內驅動非平衡的或有選擇性的化學反應，從而提供僅對某種類型材料的選擇性去除。所述選擇性處理在生物組織處理（例如，混合的或多層的組織）中是特別需要的，它允許在低溫下切割或去除組織，且對下層和相鄰組織區別對待。這對于去除胞外基質、生物膜、脂肪和肌肉組織混合物、以及表層清創術是非常有用的。

生物膜是可被嵌入細胞外聚合物的自發形成基質中的微生物（例如，細菌）集合體。具體地，生物膜菌落產生了在細菌種群之間的聚合物鏈，從而使得所述菌落粘附到各種類型的表面，包括活體組織。確信的是，在活體組織上的生物膜生長會帶來各種健康問題，比如感染、中毒休克綜合癥、腎結石（crystallized?kidney）和心臟瓣膜問題。通常在被植入的醫療設備上也能找到導致人工關節或骨骼以及牙植體發生再感染問題的致病生物膜。生物膜能抗化學殺菌劑，因為生物膜能快速地再生并且產生對所用殺菌劑的耐藥性。另外，生物膜菌落能改變外表面（例如聚合物鏈）以更好地保護表層下的細菌，從而進一步提高生存力。

等離子體物質能通過由表面物質的揮發、氣化或溶解（例如，基于氣體和液體的蝕刻）所導致的化學鍵破壞、表面終結物質的替換或取代（例如表面功能化）來改變組織表面的化學本質。通過適當的技術、材料選擇和條件，能有選擇地完全去除一種類型的組織而不影響周圍的其他類型的組織。通過控制等離子體狀態和參數（包含S-參數、V、I、Θ等等）能選擇一組特定的等離子體粒子，然后選擇用于材料去除或改性的指定化學路徑以及去除所需的組織類型的選擇性。本實用新型提供一種用于在寬范圍條件下產生等離子體的系統和方法，所述條件包括被改變的幾何外形、各種等離子體給料介質、電極數量和位置、以及電激發參數（例如，電壓、電流、相位、頻率、脈沖狀態等等），所有這些都影響受等離子體輻射工件的等離子體的選擇性。

啟動并維持等離子體放電的電能通過大致導電的電極進行傳輸，所述電極與可電離介質和其他等離子體給料電容地和/或電感地耦合。本實用新型還提供使用特定電極結構的方法和設備，所述電極結構能提高和增強等離子體操作的所需方面，比如更高的電子溫度、對給料具有更強的催化效果以及更多數量的二次發射。具體地，本實用新型提供用于化學反應物的受控釋放和保留催化材料的多孔介質。