[發明專利]等離子體中活性氮氧化物種時空分布的檢測系統

在審

• 申請號: 202310001378.2
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN116046700A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 劉晨;丁洪斌;馮春雷;吳鼎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/33;G01N21/01
• 代理公司: 大連大工智訊專利代理事務所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 梁左秋

本發明涉及低溫等離子體診斷技術領域，提供一種等離子體中活性氮氧化物種時空分布的檢測系統，包括：寬帶連續光源用于提供初始探測光束；光束整形切片系統用于將初始光束轉換為片狀平行探測光束；高精度時序可控電源用于提供高壓激勵源，使得沿面放電反應腔室產生大量活性氮氧化物種；平凸柱面透鏡用于將沿面放電反應腔室的出射探測光束聚焦進單色儀；光電倍增管用于采集單色儀的光譜信號；計算機用于實時處理光譜信號，獲取活性氮氧化物種的時空分布信息。本發明能夠方便有效地診斷等離子體中產生的活性氮氧化物種的時空演化行為。

技術領域

本發明涉及低溫等離子體診斷技術領域，尤其涉及一種等離子體中活性氮氧化物種時空分布的檢測系統。

背景技術

大氣壓低溫等離子體是指在大約一個標準大氣壓(1atm)的環境下產生的等離子體。氣體工作環境可以是開放的空氣環境，也可以是充滿工作氣體的密閉腔室。人工產生等離子體的方式有多種，例如熱致電離、光致電離等，但最重要的方式一般是用氣體放電獲得。通過在電極上外加電壓的方式，在電極之間產生電場，電子在電場中做定向運動獲得能量，然后與中性粒子碰撞引起電離產生新的帶電粒子，最終使氣體擊穿并產生放電。

大氣壓低溫等離子體由于具有諸多優勢，例如化學活性高、氣體溫度低等優點，因而可以直接作用于生命體，從而被著重應用于等離子體醫學。當前等離子體醫學主要分為兩種層次：間接使用等離子體技術處理材料或者設備，以實現特定的醫學應用；在人體(或動物)上或體內應用等離子體，使等離子體與活體組織直接相互作用以達到治療效果，在皮膚病治療、止血、創傷愈合美容等領域具有很好的臨床治療效果。

當前研究表明，大氣壓低溫等離子體的生物醫學效應主要是通過等離子體產生的化學活性粒子實現的，等離子體產生的化學活性粒子包括活性氧物種與活性氮物種。在實驗研究以及實際應用中，由于等離子體裝置的結構、驅動電源參數以及工作氣體環境等條件的不同，產生的活性氧物種與活性氮物種組分以及含量也各不相同，而在等離子體與生物體相互作用的過程中，這些成分往往扮演著非常重要的生物醫學作用。

由于大氣壓低溫等離子體技術在生物和醫學領域的巨大應用前景，在實際應用中，需要精確地將活性氮氧化物種輸送到指定位置，因此需要設計出滿足實際需求的等離子體裝置。2009年，德國馬克思·普朗克研究所Morfill課題組研制并測試了一種新型的大面積放電裝置，用于在大氣壓下產生低溫等離子體，即沿面放電等離子體裝置。對于臨床醫學而言，沿面放電裝置具有五個顯著的優點：由于采用間接處理方式，電流不會流過被處理的生物物質，該裝置的安全性很高，在治療期間不會對人體造成風險；等離子體面積大，對于傷口出血一類的情況可以及時進行完整治療；等離子體的同質性高，裝置產生的等離子體較為均勻，這是均勻治療效果以及精確控制等離子體劑量的重要前提；產生的等離子體中包含大量的活性氧物種與活性氮物種，具有較高的化學反應活性；其放電特性對被處理物的形貌不敏感，可以根據被處理物的形貌設計電極形狀，在實際應用中可以均勻的處理表面不平整的生物樣品。因此，需要對等離子體及其產生的活性物種進行細致研究，深入了解其基本特性，才能有助于等離子體生物醫學的發展。

大氣壓低溫等離子體診斷技術中，確定物種絕對密度最簡單、最直接的方法是吸收光譜技術。與其他技術如光學發射光譜、激光誘導熒光光譜或散射技術相比，吸收光譜是一種無需校準的技術，通過吸收光譜可以獲得大量關于被探測物種和物種環境的信息，并且具有：第一，吸收光譜技術簡單可靠；第二，吸收光譜可以實現原位在線測量；第三，吸收光譜是非侵入性診斷技術，不會干擾等離子體狀態等優點。

然而，在大氣壓沿面放電等離子體診斷應用中，仍然缺乏利用吸收光譜診斷技術，針對沿面放電所產生的大量活性氧氮化物種的時間演化信息和腔室內不同位置空間分布信息進行診斷的報道，尤其是針對沿面放電過程中反應腔室內活性物種的空間演化行為，很多都是通過復雜的光譜診斷技術，例如激光誘導熒光技術，發射光譜技術等，然而這些技術都存在實驗難度較大，難以直接獲得絕對粒子數密度等缺點。

發明內容