[实用新型]等离子体系统和等离子体装置

说明书

技术领域

本实用新型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，本实用新型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。

背景技术

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。

实用新型内容

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刻）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、I、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。本实用新型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。本实用新型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，本实用新型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。