一种等离子体活化水制备一体化装置和方法

本发明属于活化水制备领域，涉及一种等离子体活化水制备一体化装置和方法。

背景技术：

1、在当今社会中，对于创面的杀菌消毒是创伤治疗和术后护理中不可或缺的重要步骤，其不仅能够预防创口感染、加快创口愈合、减少并发症，还能提高患者的生活质量和控制耐药细菌的传播。虽然创面杀菌消毒在临床治疗中至关重要，但是目前仍存在一些不足之处，如：不同消毒剂均会对皮肤与创口组织带来刺激性与毒性，从而导致创口组织损伤；大多消毒剂仅对某些特定细菌、真菌、病毒有效，不能够做到广谱杀菌，进而导致某些病原微生物不能得到有效控制引发伤口感染；广泛使用的抗生素导致耐药菌株出现，给创面消毒带来巨大挑战；病原微生物在创面上形成的生物膜会削弱消毒剂与抗生素的效果；另外，还存在患者对于消毒剂的个体差异与过敏反应等问题。综上，对于创面的杀菌消毒处理亟需寻求一种绿色可靠的手段，以推进生物医疗的进步。

2、低温等离子体能够有效杀灭多种病原微生物，其具备广谱抗菌能力能够应对各种类型的创口感染，减少因细菌耐药性引起的治疗不彻底问题。另外，低温等离子体能够快速破坏微生物细胞膜和细胞壁，使细胞液流失从而导致细菌凋亡，从而实现快速杀菌与急性创面感染的控制作用。且其本身绿色环保、无化学药剂残留。等离子体在创面消毒处理等生物医学领域有着良好表现，虽然低温等离子体在创面杀菌消毒等领域显示出了显著治疗效果，但其应用过程中也出现了一些不足之处，如：创面表面复杂导致处理不均匀、对于创口深层组织感染的治疗效果有限、对于大面积创面处理效率低、等离子体源的研制与维护成本高昂、设备操作复杂等问题。

3、当下paw制备装置普遍存在制备时间长，制备效率低的问题；paw制备溶解的等离子体活性成分一致性差的问题；活化水制备过程中电能转化为活化水活性成分效率低下，溶液温度过高，致使等离子体有效活性成分加速衰退的问题；以及paw整机需要特定的反应器和容器，实际应用过程操作复杂，对操作人员的素质要求高，导致应用不便等问题。

4、为解决现有paw制备装置效率低、重复性低、活性粒子浓度不可控、结构复杂等问题，主要有以下两种思路：一种是改变驱动电源输出电气参数，但目前正弦交流电源、直流电源可调参数有效且制备效率低；另一种是选用不同的等离子体发生器，但目前主要的等离子体发生器受制于介质气体、效率有限等问题。

5、1）正弦交流电源、高压直流电源：选用正弦交流、高压直流作为驱动电源的方法，制备得到的paw中活性粒子含量不稳定、重复性差，电极腐蚀现象严重，以及产生热效应带来的效率低下等问题，所以上述驱动电源无法满足高效、重复性高、靶向调控活性粒子的制备目标。

6、2）基于介质阻挡放电的等离子体反应器：该等离子体发生器采用dbd结构产生放电等离子体，通过溶解入液体制备paw的方式，存在制备效率低下、重复率低、能耗高的缺点。

7、4）专利cn 108617069 a为一种电极嵌入式等离子体活化水制备装置，适用于大量paw的制备，重复性低以及安全性仍需考察，不利于应用于生物医学领域。

8、5）专利cn 108821392 a与专利cn 110913553 a为一种等离子体活化水制备装置和一种高效等离子体活化水产生设备，这两种方法中的等离子体反应器结构较复杂，驱动电源参数不可调，不具备靶向调控paw中活性粒子的优势，因此在应用于创口杀菌消毒时不具备针对性制备所需paw的特点。

技术实现思路

1、1.所要解决的技术问题：

2、现有等离子体直接处理法在面对复杂创面时处理不均匀、处理深层组织效果有限、处理大面积创面效率低等问题；实现电源参数靶向调控paw中活性粒子浓度的目标；解决paw制备装置制备效率低、体积大、成本高等问题

3、2.技术方案：

4、为了解决以上问题，本发明提供了一种等离子体活化水制备一体化装置，地电极紧紧缠绕在标准溶液瓶外侧，高压电极插入标准目标溶液瓶溶液内，所述高压电极结构为针电极放置于玻璃管中心位置，所述针电极和驱动电源连接，所述玻璃管一侧存在支管气路，用于通入所需的目标气氛，所述玻璃管另外一侧为盲口，在侧壁均匀开出小孔，孔尺寸为 d，开孔方式为多排，每一排孔数为 m，均匀分布在玻璃管周围的排数为 n，所述高压电极在通气之后，形成所需的气泡大小和气泡个数，通过调整 d、m和 n的值，实现通入目标溶液中的气泡大小和数量，实现放电等离子体强度及溶解于目标溶液中的活性成分浓度参数的调控。

5、所述驱动电源为纳秒脉冲电源，所述纳秒脉冲电源于全固态多级marx单元叠加功率电路，结合独立驱动电路单元和fpga控制单元， hmi向fpga输入脉冲参数与控制电源运行状态， fpga将接收到的脉冲参数进行运算与判断，产生多路参数可控的pwm控制信号，控制信号经光纤传递到marx单元叠加功率电路的驱动电路，驱动mosfet导通与关断，使marx电路实现并联充电串联放电。

6、脉冲参数能够编辑，具体方法为：

7、步骤s01：系统默认参数加载。

8、步骤s02：脉冲输入模式选定，单极性脉冲或者高频脉冲串。

9、步骤s03：当选定单性脉冲时设置脉冲参数，当选定高频脉冲串时，设定脉冲串参数。

10、步骤s04：参数计算和判断。

11、步骤s05：产生pwm控制信号。

12、步骤s06：负载产生脉冲输出。

13、步骤s07：放电结束。

14、步骤s08：如果需要更改参数，回到步骤s03，不更改参数，工作结束。

15、所述脉冲参数包括电压幅值，脉冲上升沿时间，脉冲下降沿时间，脉冲宽度，脉冲频率。

16、所述地电极为金属网绷带。

17、本发明还提供了所述的等离子体活化水制备一体化装置的制备活化水的方法。

18、3.有益效果：

19、本发明提出了一种用于高效制备等离子体活化水的一体化装置，采用参数可编辑纳秒脉冲电源与微孔结构电极一体化设计的方式，可以实现针对不同医用标准规格生理盐水均能够即时即用制备paw的目标。

技术特征：

1.一种等离子体活化水制备一体化装置，其特征在于：地电极紧紧缠绕在标准溶液瓶外侧，高压电极插入标准目标溶液瓶溶液内，所述高压电极结构为针电极放置于玻璃管中心位置，所述针电极和驱动电源连接，所述玻璃管一侧存在支管气路，用于通入所需的目标气氛，所述玻璃管另外一侧为盲口，在侧壁均匀开出小孔，孔尺寸为d，开孔方式为多排，每一排孔数为m，均匀分布在玻璃管周围的排数为n，所述高压电极在通气之后，形成所需的气泡大小和气泡个数，通过调整d、m和n的值，实现通入目标溶液中的气泡大小和数量，实现放电等离子体强度及溶解于目标溶液中的活性成分浓度参数的调控。

2.如权利要求1所述的等离子体活化水制备一体化装置，其特征在于：所述驱动电源为纳秒脉冲电源，所述纳秒脉冲电源于全固态多级marx单元叠加功率电路，结合独立驱动电路单元和fpga控制单元， hmi向fpga输入脉冲参数与控制电源运行状态， fpga将接收到的脉冲参数进行运算与判断，产生多路参数可控的pwm控制信号，控制信号经光纤传递到marx单元叠加功率电路的驱动电路，驱动mosfet导通与关断，使marx电路实现并联充电串联放电。

3.如权利要求2所述的等离子体活化水制备一体化装置，其特征在于：脉冲参数能够编辑，具体方法为：

4.如权利要求5所述的等离子体活化水制备一体化装置，其特征在于： 所述脉冲参数包括电压幅值，脉冲上升沿时间，脉冲下降沿时间，脉冲宽度，脉冲频率。

5.如权利要求1-4任一项所述的等离子体活化水制备一体化装置，其特征在于：所述地电极为 金属网绷带。

6.一种如权利要求1-6任一项所述的等离子体活化水制备一体化装置的制备活化水的方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明提供了一种等离子体活化水制备一体化装置和方法，地电极紧紧缠绕在标准溶液瓶外侧，高压电极插入标准目标溶液瓶溶液内，高压电极放置于玻璃管中心位置，玻璃管一侧存在支管气路，玻璃管另外一侧为盲口，在侧壁均匀开出小孔，开孔方式为多排，均匀分布在玻璃管周围，高压电极在通气之后，形成所需的气泡大小和气泡个数，通过调整d、m和n的值，实现通入目标溶液中的气泡大小和数量，实现放电等离子体强度及溶解于目标溶液中的活性成分浓度参数的调控。本发明采用参数可编辑纳秒脉冲电源与微孔结构电极一体化设计的方式，可以实现针对不同医用标准规格生理盐水均能够即时即用制备PAW的目标。技术研发人员：金珊珊,邹才勇,孙成可,方志受保护的技术使用者：南京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14