用于创面缝合的冷等离子体射流技术研究

摘要

大气压冷等离子体射流技术是当今等离子体研究的主流方向，在等离子体生物医学这个崭新的学科领域里有着重大的应用意义和研究价值。大气压等离子体射流技术去除了传统等离子体生成过程中必需的真空系统，发生装置制作简单、成本低廉，且生成的等离子体可以在工作气体气流的吹动下离开放电空间直接在外围大气中产生一段长度可调的射流，这极大的提高了等离子体的应用效率，扩展了等离子体的应用领域范围。目前，大气压冷等离子体在医学领域已用于热敏感性高的医疗器械的灭菌、消毒，治疗一些由细菌引起的炎症等，研究者们正致力于等离子体在诱导癌细胞凋亡、促进细胞增殖及血液凝结等方面的研究。本文研究设计一个大气压冷等离子体射流发生装置，使其产生的等离子体射流能够满足用于创面缝合的基本要求，直接接触人体不对人体造成热的或者电的伤害。
　　本文主要内容包括以下几个方面：
　　1.研制大气压冷等离子体射流发生装置。自主研发了一台输出频率可调、电压幅值0~15kV范围内可调的正弦交流电源作为整个装置的驱动电源，放电电极借鉴卢新培课题组设计的针-环式电极结构，以体积分数为99.999％的高纯氩气作为工作气体，采用介质阻挡放电形式产生大气压冷等离子体射流。
　　2.大气压冷等离子体射流特性分析。针对产生的等离子体射流，本文做了以下研究分析：等离子体射流产生过程中的电压-电流特性；电源参数和工作气体流速对等离子体射流长度的影响；使用光纤光谱仪采集等离子体射流的发射光谱，并利用双谱线法计算等离子体的电子温度；使用热电偶接触式温度表测量等离子体的气体宏观温度。
　　3.人体直接接触等离子体射流的安全性研究。利用人体等效电路模拟研究了人体直接接触等离子体射流时的安全性，并进行了人体接触实验。
　　4.等离子体射流系统建模。根据等离子体射流产生过程中的电压-电流特性进行系统建模，并推导系统模型的传递函数。

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第1章 绪论

1.1 等离子体概述

1.2 等离子体射流发生装置研究现状

1.3 等离子体医学应用

1.4 课题研究意义

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 等离子体生成机理及人工产生方法

2.1 等离子体生成机理

2.2 等离子体人工产生方法

2.3 本章小结

第3章 大气压冷等离子体射流发生装置设计

3.1 电源系统设计

3.2 电极系统设计

3.3 配气系统设计

3.4 射流参数测量系统

3.5 本章小结

第4章 大气压冷等离子体射流特性分析

4.1 电压-电流特性

4.2 电源参数对射流长度的影响

4.3 气体流速对射流长度的影响

4.4 等离子体射流发射光谱

4.5 电子温度

4.6 气体宏观温度

4.7 本章小结

第5章 等离子体射流人体安全性研究

5.1 人体等效电路模拟研究

5.2 人体接触实验

5.3 本章小结

第6章 等离子体射流系统建模

6.1 无射流放电分析

6.2 有射流放电分析

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢