技术领域
[0001] 本
发明涉及生活用品技术领域，具体为一种便携充电式等离子体杀菌笔。
背景技术
[0002] 在日常生活、室外旅游与拓展训练中，难免会出现意外受伤，比如，不小心被尖锐物划伤、
骑车摔倒擦伤、旅游途中意外跌倒擦伤。如果不及时处理容易造成伤口化脓、
真菌和
病毒感染，一个小的伤口就足以危害人体健康、威胁生命安全。为了应对这种情况，传统处理方式通常采用涂抹药剂的方式进行杀菌消毒，主要采用像酒精、碘酒、双
氧水和创口贴等液体和固体药剂，但这些处理方法存在的主要缺点有：1.药剂易过期；2.可携带性差；3.有化学残留；3.促进
伤口愈合效果较慢。
[0003] 目前，人们多采用带有灭菌功效的杀菌装置，
预防和抑制伤口感染。正如
专利CN101623506A、CN103747808A、CN106668897A和CN106421837A中所公开的技术方法，通过向装置通入惰性气体或者添加有助于灭菌的化学药剂等方式，不仅能够在不伤害正常健康细胞的前提下，有效地灭活各种细菌、病毒等致病
微生物，还能在一定程度上促进伤口的愈合。此外，针对已经受伤且局部感染区域，人们还可以在医护人员的指导下直接涂覆碘酒、酒精和双氧水等药剂，同样可以达到灭活致病细菌的目的。
[0004] 但是，较大的装置体积和伤口处理的安全性与灵活性始终是上述灭菌所面临的难题。室外或拓展训练中，复杂的地理和环境因素，会造成多种创口不一、深度不定、形状复杂且凹凸不平的伤口，现有的装置无法灵活地对伤口进行有效的处理，部分伤口无法得到相应的
治疗，致使部分真菌残留在人体表面，灭菌效果不佳。此外，现有装置仅考虑了伤口灭菌处理，而对伤口的快速
止血以及愈合方面没有顾及，不利于户外伤口的止血治疗。因此，如何灵活、快速、高效地对户外伤口处理依旧是困扰个人健康和家庭安全的社会痛点问题。
[0005] 低温等离子体杀菌消毒技术几乎具备了一种理想杀菌消毒法所应具备的全部条件：与高压
蒸汽灭菌、干热灭菌相比，灭菌时间短；与1，2-亚乙基氧为主体的化学灭菌相比，操作
温度低；能够广泛应用于多种材料和物品的灭菌；生物医学应用是
大气压低温等离子体科研探索和实践应用的重要方向。一方面，研究和临床应用表明，大气压低温等离子体中的ROS和RNS物质，不仅可以破坏微生物的细胞结构，还能诱导血管内皮生长因子的表达，促进伤口表皮再生、肉芽组织增生和胶原沉淀，在杀菌消毒、止血凝血和促进伤口愈合等方面表现出积极的效果。另一方面，大气压低温等离子体对于细菌和正常组织细胞具有良好的选择性，可以通过优化调控等离子体的参数，在灭活细菌的同时保证健康细胞组织安全性。因此，将大气压低温等离子体应用于预防和治疗真菌感染是一种可行的技术途径。
[0006] 合理的反应器设计是提升活性粒子产生和运输效率的关键，也是等离子体生物医学应用的前提。按照放电原理的不同，常见的反应器可以分为介质阻挡放电反应器和射流放电反应器两类。介质阻挡放电通过在金属
电极间插入绝缘阻挡介质的方式来避免
电弧放电的发生，从而产生大面积的低温等离子体；射流放电则利用气流和
电场的共同作用，将放电区域电离产生的活性粒子输送至敞开区域，有效地分离放电区域和待处理区域。
[0007] 近期，研究人员发现采用空气射流放电的形式产生等离子体具有产生效率高、活性粒子含量高、可操作性强和成本适中的优点，同时放电的强度高、粒子活性强，人体热损伤较小。此外采用空气射流放电还可以有效的提高等离子体中一氧化氮的含量，研究证明一氧化氮对细菌、真菌、寄生虫有杀伤作用，适量的一氧化氮可以进行组织急性
炎症反应，促进血液循环，加快伤口愈合速度，这给
生物组织表面的杀菌消毒、止血凝血和伤口愈合带来了新的解决思路。
[0008] 因此，本发明可以针对户外快速凝血和高效灭菌的需求，结合大气压低温等离子体生物医学应用的优势，根据空气射流放电的技术特点，设计出一种可用于户外伤口快速凝血和高效灭菌的便携充电式等离子体杀菌笔。
[0010] 针对伤口处理需求，已有专利公开了采用等离子体技术的方案，按照工作原理的不同，可分为射流型和介质阻挡型，柔性电极型三种。
[0011] 1)射流型等离子体利用气流将放电空间产生的活性物质输送至
皮肤伤口处，可以在凝血的同时，使得气态的活性粒子
接触伤口的真菌，从而达到杀菌的目的。像专利CN101623506A中所公开射流等离子体消毒装置所示，该装置内置了一个
等离子体发生器，惰性气体进入间隙并由等离子体射流口射向器皿内盛放的医疗器械来灭活真菌，但装置体积大，需用惰性气体作为工作气体，整体使用不灵活，且成本较高。
[0012] 2)介质阻挡型等离子体是一种采用绝缘材料作为阻挡介质，并在介质表面放电产生等离子体。正如CN106421837A专利公开的装置所示，采用微等离子体介质阻挡放电技术，可以在大气压条件下，产生环形的低温等离子体，均匀性好，杀菌时间短。但反应器结构复杂，安全性不高。
[0013] 3)柔性电极型等离子体正如CN106668897A专利公开的装置所示，通过柔性介质层及弹性的金属网，可实现对表面物体实施杀菌消毒，具有结构简单、体积小，但装置的选择性差，伤口处理对象有限。
[0014] 1)现在的射流型等离子体灭菌装置，虽然研究实践已经证明了它在杀菌消毒和伤口愈合中的积极作用，但对大量昂贵惰性气体的需求仍在阻碍其大范围的临床应用以及较大的装置体积无法适用于户外场合，从而不能够随身便携，限制了其应用。
[0015] 2)现在的介质阻挡型等离子体灭菌装置，虽然灭菌装置可以直接在空气中产生大量的活性粒子，灵活的反应器结构可以保证活性粒子扩散并作用于伤口。但受限于电极加工工艺，反应器结构复杂，而且
散热性能差、使用寿命短。
[0016] 3)处于悬浮电位的电极会直接接触人体皮肤，无法保证人体接触等离子体的安全性。并且处理伤口的选择性差，受制于电极结构，无法针对不同形状大小的伤口进行灵活运用。
[0017] 4)无法根据不同需要进行自行调节，没法调节产生等离子体的强度。
[0018] 基于此，本发明设计了一种便携充电式等离子体杀菌笔，以解决上述提到的问题。
发明内容
[0019] 本发明的目的在于供一种用于伤口凝血和灭菌的便携充电式等离子体杀菌笔，通过融合空气射流放电技术，不仅增强活性粒子传输和伤口凝血和灭菌的效率，还对伤口形状的处理更加灵活多变，同时也提高灭菌过程的经济性和安全性。
[0020] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种便携充电式等离子体杀菌笔，包括装置
外壳及安装于装置外壳内部的等离子体反应器、高压发生器、小型空气
泵、控制
开关和动
力锂
电池，所述高压发生器位于等离子体反应器的右侧，所述小型空气泵位于高压发生器的右侧，所述控制开关位于小型空气泵的右侧，所述控制开关包括两个控制按钮，通过两个控制按钮对高压发生器和小型空气泵进行通断控制，所述动力锂电池位于装置外壳的内腔最右端，所述动力锂电池通过内部
电路分别与高压发生器、小型空气泵和控制开关电连接，所述高压发生器与等离子体反应器相连。
[0021] 优选的，所述装置外壳的形状为笔筒状。
[0022] 优选的，所述动力锂电池还连接有充电
接口。
[0023] 优选的，所述高压发生器长2cm～5cm，宽1cm～3cm，高1cm～5cm，重10g～20g，可产生
频率100Hz～30kHz，幅值0～100kV的交流或脉冲
电压；所述小型空气泵长2cm～5cm，宽1cm～4cm，高1cm～4cm，重20g～50g，可产生2～10slm的气体流速；所述控制开关长1cm～
6cm，宽1cm～6cm，高1cm～5cm，重5g～10g；所述动力锂电池长4cm～6cm，宽1cm～3cm，高
0.5cm～1cm，重30g～50g，容量1000～40000mAh。
[0024] 优选的，所述内部电路为自制脉冲高压电源内部的电路包括充电模
块、动力型锂电池、第一升压模块、第二升压模块、脉冲发生器、IGBT开关、升压
变压器和反应器等效负载，所述充电模块与动力型锂电池并联，所述动力型锂电池产生的直流电经第一升压模块升至12-25V后，给第二升压模块、脉冲发生器、IGBT开关和
升压变压器供电，所述反应器等效负载由金属电极和不锈
钢针组成，所述升压变压器通过
不锈钢针接高压，所述升压变压器通过金属电极接地。
[0025] 优选的，所述等离子体反应器包括金属电极、聚四氟乙烯筒一和不锈钢针一，所述金属电极为不锈钢空心圆锥状电极，所述聚四氟乙烯筒一插接于不锈钢空心圆锥状电极远离圆锥头的一端，所述不锈钢针一贯穿于不锈钢空心圆锥状电极和聚四氟乙烯筒一的中心，所述不锈钢空心圆锥状电极长1cm～10cm宽1mm～5mm，高为1mm～5mm，所述等离子体反应器整体长1cm～10cm，宽2cm～10cm，高为2cm～10cm。
[0026] 优选的，所述等离子体反应器包括金属电极、聚四氟乙烯筒二和不锈钢针二，所述金属电极为不锈钢螺旋状电极，所述聚四氟乙烯筒二插接于不锈钢螺旋状电极的一侧面，所述不锈钢针二贯穿于不锈钢螺旋状电极和聚四氟乙烯筒二的中心，所述不锈钢螺旋状电极横截面直径40mm～80mm，高为10mm～20mm。所述等离子体反应器整体长5cm～15cm，宽2cm～10cm，高为2cm～10cm。
[0027] 优选的，所述等离子体反应器包括金属电极、聚四氟乙烯筒三和不锈钢针三，所述金属电极为不锈钢圆形阵列状电极，所述聚四氟乙烯筒三插接于不锈钢圆形阵列状电极的远离圆柱的一侧面，所述不锈钢针三贯穿于不锈钢圆形阵列状电极和聚四氟乙烯筒三的中心，所述不锈钢圆形阵列状电极长10mm～30mm，宽1mm～5mm，高为1mm～5mm，所述等离子体反应器整体长2cm～10cm，宽2cm～10cm，高为2cm～10cm。
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0029] 1、与现有的射流等离子体灭菌装置相比，本发明体积更小，呈笔状，成本低，容易携带，并且处理伤口的选择性好，适用于各种伤口形状，因此高效准确的处理伤口。
[0030] 2、利用空气射流技术，不使用昂贵的惰性气体，把空气作为工作气体，从而能够大范围的应用。
[0031] 3、与现有的介质阻挡等离子体灭菌装置相比，本发明采用了空气射流放电的技术，提高了低温等离子体中活性粒子产生和输送的效率。
[0032] 4、融合了脉冲功率技术，通过设计出与等离子体反应器相匹配的可充电小型高压脉冲电源，电源分为锂电池和高压发生器两部分。锂电池体积小，便于携带。高压发生器使得锂电池的
能量达到反应器的
击穿电压。
[0033] 5、保证人体接触等离子体的温度和电气安全性，可以安全接触人体伤口。
[0034] 6、结构简单合理、使用便捷高效、而且散热性能好、使用寿命长；
[0035] 7、工作运行稳定，可根据不同需要进行自行调节，可调性极佳，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0036] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037] 图1为本发明结构示意图；
[0038] 图2为本发明内部电路结构示意图；
[0039] 图3为本发明实施例1结构示意图；
[0040] 图4为本发明实施例2结构示意图；
[0041] 图5为本发明实施例3结构示意图；
[0042] 图6为本发明空气射流等离子体杀菌装置高压参数示意图；
[0043] 图7为本发明工作原理图。
[0044] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0045] 1、等离子体反应器；101、不锈钢空心圆锥状电极；102、聚四氟乙烯筒一；103、不锈钢针一；201、不锈钢螺旋状电极；202、聚四氟乙烯筒二；203、不锈钢针二；301、不锈钢圆形阵列状电极；302、聚四氟乙烯筒三；303、不锈钢针三；2、高压发生器；3、小型空气泵；4、控制开关；401、充电模块；402、动力型锂电池；403、第一升压模块；404、第二升压模块；405、脉冲发生器；406、IGBT开关；407、升压变压器；408、反应器等效负载；5、动力锂电池；6、装置外壳。
具体实施方式
[0046] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047] 请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种便携充电式等离子体杀菌笔，包括装置外壳6及安装于装置外壳6内部的等离子体反应器1、高压发生器2、小型空气泵3、控制开关4和动力锂电池5，高压发生器2位于等离子体反应器1的右侧，小型空气泵3位于高压发生器2的右侧，控制开关4位于小型空气泵3的右侧，控制开关4包括两个控制按钮，通过两个控制按钮对高压发生器2和小型空气泵3进行通断控制，实现对产生的等离子体合理的控制和人身安全。动力锂电池5位于装置外壳6的内腔最右端，动力锂电池5通过内部电路分别与高压发生器2、小型空气泵3和控制开关4电连接，高压发生器2与等离子体反应器1相连。装置外壳6的形状为笔筒状，方便户外的手持。动力锂电池5还连接有充电接口。整体长20cm～40cm，宽3cm～10cm，高3cm～10cm，重50g～200g。
[0048] 高压发生器2长2cm～5cm，宽1cm～3cm，高1cm～5cm，重10g～20g，可产生频率100Hz～30kHz，幅值0～100kV的交流或脉冲电压；小型空气泵3长2cm～5cm，宽1cm～4cm，高
1cm～4cm，重20g～50g，可产生2～10slm的气体流速；将等离子体反应器1的等离子体通过小孔吹出等离字体反应器1向外，从而能够作用于伤口。该部分能量由动力锂电池5提供。不同的气体流速对射流长度和强度都有影响。控制开关4长0.5cm～1cm，宽0.5cm～1cm，高1cm～3cm，重5g～10g；动力锂电池5长4cm～6cm，宽1cm～3cm，高0.5cm～1cm，重30g～50g，容量
1000～40000mAh，是一切能量的提供者。充满电可以连续使用2～4小时。为了实现便携性，增加了充电接口，可以在户外随时对装置进行充电。
[0049] 内部电路为自制脉冲高压电源内部的电路包括充电模块401、动力型锂电池402、第一升压模块403、第二升压模块404、脉冲发生器405、IGBT开关406、升压变压器407和反应器等效负载408，充电模块401与动力型锂电池402并联，动力型锂电池402产生的直流电经第一升压模块403升至12-25V后，给第二升压模块404、脉冲发生器405、IGBT开关406和升压变压器407供电，反应器等效负载408由金属电极和不锈钢针组成，升压变压器407通过不锈钢针接高压，升压变压器407通过金属电极接地，打开电源开关4后，脉冲高压电源模块可以产生频率100Hz～30kHz,幅值0～100kV的高电压，电压
波形为正弦交流、单极性脉冲或双极性脉冲等。
[0050] 等离子体反应器1是可以更换的，有三种结构。
[0051] 实施例1
[0052] 参阅图3所示，等离子体反应器1包括金属电极、聚四氟乙烯筒一102和不锈钢针一103，金属电极为不锈钢空心圆锥状电极101，聚四氟乙烯筒一102插接于不锈钢空心圆锥状电极101远离圆锥头的一端，不锈钢针一103贯穿于不锈钢空心圆锥状电极101和聚四氟乙烯筒一102的中心，所述不锈钢空心圆锥状电极101长1cm～10cm宽1mm～5mm，高为1mm～
5mm，所述等离子体反应器1整体长1cm～10cm，宽2cm～10cm，高为2cm～10cm。
[0053] 该反应器是产生等离子体的场合，直接用于处理伤口的作用。高压发生器2和动力锂电池5提供的能量作用于等离子体反应器1。
[0054] 实施例2
[0055] 参阅图4所示，等离子体反应器1包括金属电极、聚四氟乙烯筒二202和不锈钢针二203，金属电极为不锈钢螺旋状电极201，聚四氟乙烯筒二202插接于不锈钢螺旋状电极201的一侧面，不锈钢针二203贯穿于不锈钢螺旋状电极201和聚四氟乙烯筒二202的中心，所述不锈钢螺旋状电极201横截面直径40mm～80mm，高为10mm～20mm，所述等离子体反应器1整体长5cm～15cm，宽2cm～10cm，高为2cm～10cm。
[0056] 该反应器产生的等离子体通过气流的作用在螺旋电极处理下，将等离子体分散均匀。该反应器产生的等离子体处理不平整的伤口表面，处理范围也较大。
[0057] 实施例3
[0058] 参阅图5所示，等离子体反应器1包括金属电极、聚四氟乙烯筒三302和不锈钢针三303，金属电极为不锈钢圆形阵列状电极301，聚四氟乙烯筒三302插接于不锈钢圆形阵列状电极301的远离圆柱的一侧面，不锈钢针三303贯穿于不锈钢圆形阵列状电极301和聚四氟乙烯筒三302的中心，所述不锈钢圆形阵列状电极301长10mm～30mm，宽1mm～5mm，高为1mm～5mm，所述等离子体反应器1整体长2cm～10cm，宽2cm～10cm，高为2cm～10cm。
[0059] 该反应器产生的等离子体通过气流的作用在圆形阵列状电极处理下，使得处理范围更广。
[0060] 自制脉冲高压电源可以将7V～24V的直流电转化输出脉冲电压。图6给出了模块输出的脉冲电压波形，可以看出，波形是连续的脉冲，电压幅值和频率分别为-1～2kV和8～10kHz。当高压发生器2激励等离子体反应器1时，通过对电压和
电流乘积的积分，可以从测量的电压和电流数据中得到的放电功率1.78W。在利用本装置进行灭菌的过程中，可以通过调节高压发生器2的
输出电压幅值改变产生等离子体的
密度，进而改变灭菌效率适应不同的伤口深度处理需求。
[0061] 图7给出了基于空气射流放电的等离子体笔的工作原理。从图中可以看出，本发明所涉及的杀菌方法是通
过喷口而出的等离子体直接作用于伤口杀菌，这有助于提高等离子体中活性粒子的传输效率。同时，细胞体液、手部皮肤、等离子体反应器1、空气间隙和伤口表面为电荷流动提供了完整的回路。因此，当高压发生器2输出端提供一个幅值0kV～100kV、频率100Hz～30kHz的高压脉冲或者高频交流电压时，可以击穿等离子体反应器与伤口间的气体间隙，进而产生大气压低温等离子体。在空气泵作用下，选用不锈钢空心圆锥状电极的反应器产生低温等离子体过程中，空气中的N2、O2和H2O分子被电离产生N2+、O3、OH和O等活性粒子，这些粒子可以在电离
风的作用下直接传输至伤口处，用于灭活伤口细菌。
[0062] 1、本发明提供了一种可用于伤口的便携充电式等离子体杀菌笔，体积比现有装置更小巧，可放入口袋携带，提高了伤口治疗的便携性。
[0063] 2、装置采用了空气射流放电技术，不使用昂贵的惰性气体，利用空气作为工作气体，减小了装置体积和成本，提高了伤口治疗的经济性。
[0064] 3、本发明融合了脉冲功率技术，提出了一种用于驱动等离子体反应器的小型高压电源，通过优化高压激励电源与等离子体反应器之间的参数匹配，装置外壳可靠接地，提高了皮肤接触的电气安全性。
[0065] 4、采用脉冲功率技术，消耗的能量少，使用效率高，装置的使用寿命长。
[0066] 5、利用脉冲放电产生的电离风和空气泵将等离子体中的活性粒子直接输送至伤口深处，大大提高了等离子体传输和灭菌的效率。
[0067] 6、本发明针对人体可安全接触温度，产生等离子体的温度作用于伤口处，而不产生任何灼热和不适感，提高了皮肤接触的温度安全性。
[0068] 7、本发明结合空气射流放电的基本技术原理，发明了适用于各种伤口情景的反应器结构，可随时更换反应器，对于伤口情景处理灵活多变，选择性好。圆锥状反应器结构针对小面积伤口，圆形阵列状反应器适用于不平整伤口，螺旋状反应器则处理大面积的伤口，增强了伤口治疗的灵活性。
[0069] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0070] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的
修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受
权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
