等离子体系统和等离子体装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种等离子体系统和等离子体装置。所述等离子体系统包括：等离子体装置，所述等离子体装置包括内侧电极和围绕内侧电极同轴布置的外侧电极，其中，内侧电极和外侧电极中的至少一个电极是温度受控的；可电离介质源，所述可电离介质源被联接到等离子体装置，并被配置成给等离子体装置供给可电离介质；以及动力源，所述动力源被联接到内侧电极和外侧电极，并被配置成在等离子体装置处触发可电离介质，从而形成等离子体流出物。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种等离子体系统和等离子体装置。所述等离子体系统包括：等离子体装置，所述等离子体装置包括内侧电极和围绕内侧电极同轴布置的外侧电极，其中，内侧电极和外侧电极中的至少一个电极是温度受控的；可电离介质源，所述可电离介质源被联接到等离子体装置，并被配置成给等离子体装置供给可电离介质；以及动力源，所述动力源被联接到内侧电极和外侧电极，并被配置成在等离子体装置处触发可电离介质，从而形成等离子体流出物。【专利说明】等离子体系统和等离子体装置
本技术涉及等离子体系统和等离子体装置，其用于生物材料或其他材料的表面处理、去除或沉积。更具体地，本技术涉及一种在等离子体装置中产生和引导由等离子体生成的化学反应物质和针对所选成分的受激态物质(例如高能光子)的设备。
技术介绍
在密集介质(比如液体和大气压力下或大气压力附近的气体)中的放电在合适条件下能产生等离子体。等离子体具有能产生大量化学物质(比如离子、基团、电子、受激态(例如亚稳态)物质、分子碎片、光子等等)的特殊能力。通过改变等离子体电子温度和电子密度，可以在各种内部能量状态下或外部动能分布下产生等离子体物质。另外，调节等离子体的空间特性、时间特性和温度特性能使被等离子体物质及相关光子通量所辐射的材料产生特定的变化。等离子体还能产生包含真空紫外光子在内的光子，所述光子具有足够的能量以在被等离子体光子所辐射的生物材料或其他材料中开启光化学和光催化反应路径。
技术实现思路
等离子体具有广泛的适用性，以给工业、科研和医疗需求提供可选方案，特别是在低温下的工件表面处理。等离子体可以被输送给工件，从而使等离子体所撞击的材料的特性发生多种变化。等离子体具有能产生大通量的辐射(例如，紫外线)、离子、光子、电子和其他受激态(例如亚稳态)物质的独特能力，所述物质适合于通过空间上的、材料选择性上的和时间上的高等控制使材料特性发生变化。选择性的等离子体还可以去除工件的清楚的表层，但是不影响或几乎不影响工件的独立下层，或者选择性的等离子体可以被用于从混合的组织区域有选择地去除特定的组织类型，或在对不同组织类型的相邻器官的影响最小的情况下有选择地去除组织，例如去除胞外基质。所述独特化学物质的一种合适应用是在工件上或工件内驱动非平衡的或有选择性的化学反应，从而提供仅对某种类型材料的选择性去除。所述选择性处理在生物组织处理(例如，混合的或多层的组织)中是特别需要的，它允许在低温下切割或去除组织，且对下层和相邻组织区别对待。这对于去除胞外基质、生物膜、脂肪和肌肉组织混合物、以及表层清创术是非常有用的。生物膜是可被嵌入细胞外聚合物的自发形成基质中的微生物(例如，细菌)集合体。具体地，生物膜菌落产生了在细菌种群之间的聚合物链，从而使得所述菌落粘附到各种类型的表面，包括活体组织。确信的是，在活体组织上的生物膜生长会带来各种健康问题，比如感染、中毒休克综合症、肾结石(crystallized kidney)和心脏瓣膜问题。通常在被植入的医疗设备上也能找到导致人工关节或骨骼以及牙植体发生再感染问题的致病生物膜。生物膜能抗化学杀菌剂，因为生物膜能快速地再生并且产生对所用杀菌剂的耐药性。另外，生物膜菌落能改变外表面(例如聚合物链)以更好地保护表层下的细菌，从而进一步提高生存力。等离子体物质能通过由表面物质的挥发、气化或溶解(例如，基于气体和液体的蚀亥Ij)所导致的化学键破坏、表面终结物质的替换或取代(例如表面功能化)来改变组织表面的化学本质。通过适当的技术、材料选择和条件，能有选择地完全去除一种类型的组织而不影响周围的其他类型的组织。通过控制等离子体状态和参数(包含S-参数、V、1、Θ等等)能选择一组特定的等离子体粒子，然后选择用于材料去除或改性的指定化学路径以及去除所需的组织类型的选择性。本技术提供一种用于在宽范围条件下产生等离子体的系统和方法，所述条件包括被改变的几何外形、各种等离子体给料介质、电极数量和位置、以及电激发参数(例如，电压、电流、相位、频率、脉冲状态等等)，所有这些都影响受等离子体辐射工件的等离子体的选择性。启动并维持等离子体放电的电能通过大致导电的电极进行传输，所述电极与可电离介质和其他等离子体给料电容地和/或电感地耦合。本技术还提供使用特定电极结构的方法和设备，所述电极结构能提高和增强等离子体操作的所需方面，比如更高的电子温度、对给料具有更强的催化效果以及更多数量的二次发射。具体地，本技术提供用于化学反应物的受控释放和保留催化材料的多孔介质。所述等离子体包括驱动工件处的反应的电子、基团、亚稳态物质和光子，包含被输送给工件的高能电子。控制等离子体状态和参数允许选择一组特定的粒子，然后允许选择用于材料去除或改性的化学路径以及对所需组织类型进行去除的选择性。本技术还提供一种用于产生在大气压力下或大气压力附近操作的等离子体的系统和方法。所述等离子体包括与其他等离子体物质合作驱动在材料表面处的反应的电子和光子。被传输给所述材料表面的电子和光子能启动多种处理，所述多种处理包含能在后续反应中挥发的键断裂。改性等离子体可以增强单体的聚合。所述受电子驱动的反应与相关通量协同作用，以获得比单独使用所述反应之一更快的材料去除速率。根据本技术的一个实施例，公开了一种等离子体系统。所述系统包括:等离子体装置，所述等离子体装置包括内侧电极和围绕内侧电极同轴布置的外侧电极，其中，内侧电极和外侧电极中的至少一个电极是温度受控的；可电离介质源，所述可电离介质源被联接到等离子体装置，并被配置成给等离子体装置供给可电离介质；以及动力源，所述动力源被联接到内侧电极和外侧电极，并被配置成在等离子体装置处触发可电离介质，从而形成等离子体流出物。根据上述实施例的一个方面，内侧电极和外侧电极中的至少一个电极由金属合金形成，并包括覆盖内侧电极和外侧电极中的所述至少一个电极的至少一部分的介电涂层。根据上述实施例的一个方面，所述等离子体系统还包括:冷却剂组件，所述冷却剂组件包括:供给源，所述供给源被配置成储存冷却剂流体；以及供给罐，所述供给罐被联接到所述供给源，并被配置成使冷却剂流体循环通过内侧电极和外侧电极中的至少一个电极。根据上述实施例的一个方面，冷却剂组件还包括温度控制器，所述温度控制器具有被配置成测量温度的温度传感器以及冷却器，其中，冷却器被配置成根据被测温度维持预定的温度。根据上述实施例的一个方面，内侧电极具有在其中限定管腔的大致圆柱形管状结构，管腔与冷却剂组件流体连通。根据上述实施例的一个方面，等离子体装置还包括具有大致圆柱形管状壳体的冷却剂室，圆柱形管状壳体具有被配置成可滑动地设置在外侧电极上的内管腔和被配置成联接到冷却剂组件的冷却剂管腔。根据上述实施例的一个方面，圆柱形管状壳体包括外壳体和内壳体以及具有被限定在外壳体和内壳体之间的冷却剂管腔。根据上述实施例的一个方面，冷却剂管腔具有大致螺旋线圈的形状。根据本技术的一个实施例，一种被配置成接收可电离介质的等离子体装置被公开。所述等离子体装置包括:具有大致圆柱形管状形状的外侧电极；同轴布置在外侧电极内的内侧电极，内侧电极具有在其中限定管腔的大致圆柱形管状结构，管腔被配置成联接到冷却剂组件；以及具有大致圆柱形管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体系统，其特征在于，所述等离子体系统包括：等离子体装置，所述等离子体装置包括内侧电极和围绕内侧电极同轴布置的外侧电极，其中，内侧电极和外侧电极中的至少一个电极是温度受控的；可电离介质源，所述可电离介质源被联接到等离子体装置，并被配置成给等离子体装置供给可电离介质；以及动力源，所述动力源被联接到内侧电极和外侧电极，并被配置成在等离子体装置处触发可电离介质，从而形成等离子体流出物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：具一教，崔明烈，D·海厄特，A·扎格罗兹基，D·A·亨德里克森，G·J·柯林斯，
申请(专利权)人：科罗拉多州立大学研究基金会，
类型：新型
国别省市：美国;US