[發明專利]利用低溫等離子體的多功能殺菌消毒裝置

在審

• 申請號: 202011126404.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112492736A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 方志;李勁卓;劉詩筠;梅丹華
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;A61N1/44
• 代理公司: 蘇州慧通知識產權代理事務所(普通合伙) 32239
• 代理人: 丁秀華

本發明公開了殺菌消毒設備技術領域的利用低溫等離子體的多功能殺菌消毒裝置，由高壓電源和懸浮電極構成，所述高壓電源由市電提供電能，市電經過高壓電源變換得到高壓電作用在懸浮電極上，本發明可以針對皮膚清潔和滅菌的需求，結合大氣壓低溫等離子體在生物醫學應用的優勢，根據懸浮電極介質阻擋放電的技術特點，設計出帶有多種結構電極的廣譜殺菌裝置，既能靈活、高效、低成本地消毒殺菌，又能促進人體傷口的自然愈合。

技術領域

本發明涉及殺菌消毒設備技術領域，具體為利用低溫等離子體的多功能殺菌消毒裝置。

背景技術

等離子體是物質的第四態，憑借體系中含有的大量高能電子、離子、激發態原子、自由基等活性成分，被認為是一種新型的分子活化手段。大氣壓低溫等離子體是一種利用氣體放電在開放大氣壓條件下產生的非平衡態等離子體，由于體系中電子溫度遠高于重粒子溫度，產生的等離子體溫度可以低至接近室溫但同時具有較高化學活性，現已作為一種高效的干式工藝技術，廣泛應用于材料表面改性、環境保護、新能源制備和生物醫學等領域。

生物醫學應用是大氣壓低溫等離子體科研探索和實踐應用的重要方向。大量研究和應用表明，大氣壓低溫等離子體在空氣中產生的紫外光、熱輻照、ROS和RNS等活性物質，不僅可以有效地破壞微生物的細胞結構導致其凋亡，還能誘導血管內皮細胞中生長因子的表達，促進傷口表皮再生、肉芽組織增生和膠原沉淀，在殺菌消毒、止血凝血和促進傷口愈合等方面表現出積極的作用。另一方面，大氣壓低溫等離子體對于細菌和正常組織細胞具有良好的選擇性，可以通過優化調控等離子體的參數，既能滅活有害細菌，又保證健康細胞組織安全。

安全可靠的等離子體反應器是等離子體生物醫學應用的前提。目前對于人體安全可靠性較強的放電方式有兩種，分別為介質阻擋放電和射流放電。介質阻擋放電通過在金屬電極間插入絕緣阻擋介質的方式來避免電弧放電的發生，從而產生大面積的低溫等離子體；射流等離子體則利用氣流和電場的共同作用，將放電區域電離產生的活性粒子輸送至開放區域，有效地分離放電區域和待處理區域。然而兩種方式均存在一定的局限性，介質阻擋放電可以產生大面積等離子體，但其狹窄的放電間隙(一般小于5cm)嚴重限制了待處理物尺寸，幾乎無法用于等離子體醫學；射流放電可以在開放空間使用，但其處理截面很小(不超過1cm2)也限制了其滅菌的處理效率。因此，如何突破反應器對待處理物尺寸的限制，提高等離子體的處理效率，成為了生物醫學應用關注的重點問題。

懸浮電極介質阻擋放電的發現成為解決問題的關鍵。懸浮電極介質阻擋放電是一種將高壓電極懸空、將待處理物作為接地電極的放電形式，相比于傳統的大氣壓氣體放電形式(介質阻擋放電和射流放電)，它不僅突破了大氣壓下狹窄的放電間隙對待處理物尺寸的限制，還有效地擴大了等離子體的處理面積，這給生物組織表面大面積的殺菌消毒、止血凝血和傷口愈合帶來了新的解決思路。

現有技術大部分采用等離子體射流，少部分使用柔性等離子體，近年還有一些新型等離子體裝置。

1)等離子體射流類滅菌方法是一種利用氣流和電場的共同作用產生等離子體射流，將放電區間產生的低溫等離子體輸送至目標物體表面的一種滅菌手段，適合處理具有復雜形狀的三維材料表面，滿足皮膚表面生物醫學處理的需求。正如CN103418086A、CN106488641A、CN106653552A和CN109498997A等專利所示，所產生的射流等離子體溫度在10～40℃之間，可以將電離產生的大量活性基團傳送至皮膚表面，實現殺菌消毒。

2)柔性等離子體類滅菌方式是一種采用柔性薄膜材料制作等離子體反應器來緊密貼合待處理物表面，實現復雜三維材料表面消毒的技術手段。柔性等離子體源可以貼合皮膚表面，為活性粒子向傷口深處的擴散提供了有利條件。正如CN107949137A、CN108969889A和CN105848397A等專利公開的裝置所示，具有靈活電極結構的柔性等離子體裝置可以任意變形，滿足不同形狀物體的表面處理需求。