阅读说明：本技术 一种制备碱性等离子体活化液的制备方法、装置及用途 (Preparation method, device and application of alkaline plasma activating solution ) 是由 刘志杰 孔刚玉 庞波伦 王思韬 许德晖 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种制备碱性等离子体活化液的制备方法、装置及用途。该方法通过采用碱性的工作气体和/或待处理水溶液制备得到富含RONS的等离子体活化液,相比于酸性、中性条件,RONS浓度更高,并可以保存更长的时间,因此可以预先制备并贮存(使用时,如果需要,也可以再调至酸性),实现商品化,克服了传统制备等离子体活化液必须尽快使用的缺陷。该装置结构简明,制备活化溶液成本较低。(The application provides a preparation method, a device and application of alkaline plasma activating solution. The method prepares the plasma activating liquid rich in the RONS by adopting the alkaline working gas and/or the aqueous solution to be treated, has higher concentration of the RONS compared with the acidic and neutral conditions, can be stored for a longer time, can be prepared and stored in advance (can be adjusted to be acidic if needed in use), realizes commercialization, and overcomes the defect that the traditional preparation of the plasma activating liquid needs to be used as soon as possible. The device has simple structure and low cost for preparing the activation solution.)

一种制备碱性等离子体活化液的制备方法、装置及用途

技术领域

本发明涉及一种等离子体活化液及其制备方法。

背景技术

目前大气压冷等离子体在生物医学(消毒灭菌、诱变育种、战地生化洗消等)、流动控制、助燃、环境保护等领域有着广泛的应用前景。

以消毒灭菌方面来说，随着当今世界大城市的发展，人口密度不断提升，各种细菌病毒大规模传播的和污染是当今公共卫生领域的一项中大挑战。而各种医疗设施和装置在医院、诊所等疾患诊疗场合大规模的必不可少，因此仪器和工作场所带来的杀菌、消毒等杀灭微生物的要求一致持续。传统杀菌方式包括紫外线辐射消毒、环氧乙烷、高温高压蒸汽等等。但是紫外线和环氧乙烷可能会对人体产生伤害，高温高压蒸汽会对精密仪器造成伤害。等离子体液相产生的高化学活性自由基杀灭微生物成为新型杀菌消毒技术，其操作安全简单、高效率、低费用、没有药物残留等优点。

因此，如何提高等离子体活化溶液中活性自由基粒子的存活寿命、提高保存时间、发展高效的等离子体活化液是目前研究的难点和热点之一。

发明内容

本申请的目的是基于大气压冷等离子体技术，提高等离子体活化溶液中活性自由基粒子的存活寿命、维持其高化学活性。

本申请的发明构思如下：

目前传统研究主要集中在酸/中性等离子体活化液的作用效果和制备方法，因为普遍认为在酸性环境下自由基粒子化学活性更高。酸/中性活化液特点是活性粒子浓度高，化学成分复杂，制备简单快速。但是，申请人认识到，活性氧氮粒子(RONS)浓度在酸/中性活化溶液静置时衰减很快，限制了在生物医学等领域应用时的灵活性与及时性；通过制作一种高化学活性自由基粒子的碱性等离子体活化液，并进行实验分析，申请人明确了：碱性活化液中活性粒子浓度更高，保存时间更长，从而可以预先制备并贮存(使用时，如果需要，也可以再调至酸性)，并能与生物体作用更长时间。

本申请的技术方案具体如下：

第一方面，一种碱性等离子体活化液(尤其可作为保质期2小时以上的商品)，pH值大于7，富含液相活性氧氮粒子(RONS)。

第二方面，上述碱性等离子体活化液在贮存备用方面的用途。

第三方面，一种制备上述碱性等离子体活化液的方法，其采用沿面放电结构的冷等离子体发生模块与盛有待处理溶液的活化液容器组装，并使冷等离子体产生界面与存在气体间隙；使所述待处理水溶液和/或工作气体呈碱性；在高压电源的激励下，冷等离子体发生模块产生冷等离子体，对待处理溶液进行处理；通过调整放电时长和放电间隙，使得溶液pH值大于7并符合要求。

进一步地，所述待处理溶液pH值大于7，所述气体为空气或氧气；或者，所述待处理溶液pH值＝7，所述气体为NH₃与惰性气体的混合气体；

进一步优选地：

所述待处理溶液为NaOH溶液，浓度为1mol/L。

或者，所述待处理溶液取含有Na₂HPO₄和KH₂PO₄的磷酸缓冲溶液(PBS)，与盐酸和氢氧化钠混合使得pH值大于7。

或者，所述待处理溶液为去离子水，所述气体为NH₃与Ar的混合气体，其中Ar占98％，NH₃占2％，使相应的氨水浓度达到0.75％。

第四方面，一种制备上述碱性等离子体活化液的装置，包括：高压电源、采用沿面放电结构的冷等离子体发生模块和盛有待处理溶液的活化液容器；

所述冷等离子体发生模块包括用于介质阻挡放电的绝缘介质板、高压电极以及具有网格结构的地电极，所述地电极作为沿面放电的冷等离子体产生界面，与所述活化液容器之间存在气体间隙；所述待处理水溶液和/或工作气体呈碱性；

所述高压电源的正、负输出端分别连接冷等离子体发生模块的高压电极、地电极，通过激励冷等离子体发生模块产生冷等离子体，对待处理溶液进行处理；放电时长和放电间隙，满足溶液pH值大于7并符合要求。

进一步优选地：所述气体间隙的距离为12mm。

进一步优选地：所述冷等离子体产生界面与所述活化液容器上端敞口密封对接或保持间隙，活化液容器(密封对接时，可在上部侧面)设置有气体出入口和液体出入口。

进一步优选地：所述冷等离子体发生模块由一个或多个沿面放电组件并联组成。

进一步优选地：所述高压电源采用高压正弦电源或高压脉冲电源。

本发明具有以下优点：

(1)等离子体产生的高活性化学物质被转移到液体中可以发生一些化学反应，从而产生RONS，并可在较长时间尺度上引起延长的生化和生物效应；

(2)碱性等离子体活化溶液中的RONS在碱性条件下相比于酸性、中性条件，浓度更高，并可以保存更长的时间，因此可以预先制备并贮存(使用时，如果需要，也可以再调至酸性)，实现商品化，克服了传统制备等离子体活化液必须尽快使用的缺陷。

(3)该装置结构简明，制备活化溶液成本较低。

附图说明

图1为本发明的一种制备碱性等离子体活化液的装置的实施例结构示意图；图中，100-采用沿面放电结构的冷等离子体发生模块；200-放电气体(气体间隙)；300-待处理溶液；1-高压电极，2-介质板，3-地电极。

图2示意了等离子体活化液中RONS在酸性(pH＝3)、碱性(pH＝10)条件下的浓度；图中，深色(左侧)直方柱对应于pH＝3，浅色(右侧)直方柱对应于pH＝10。

图3示意了液相活性粒子浓度在酸性(pH＝3)、碱性(pH＝10)条件下随时间的变化情况；图中，上方两条曲线对应于pH＝10，下方两条曲线对应于pH＝3。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本申请作进一步详述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，发明人具体的研发过程也不限于此。

如图1所示，采用沿面放电结构的冷等离子体发生模块与盛有待处理溶液的活化液容器组装，并使冷等离子体产生界面与存在气体间隙；其中，高压电极和地电极分别接到绝缘介质板的两侧，构成介质阻挡放电的冷等离子体发生模块，通常以空气作为放电气体就可产生臭氧、过氧化氢、硝酸与亚硝酸粒子。本实施例中，待处理水溶液和/或工作气体呈碱性。将待处理溶液放在容器中，将容器置于冷等离子体发生模块下，待处理溶液放置在离地电极的特定距离。待处理溶液距离大气压冷等离子体发生模块的距离可以适当调整，以12mm为佳。

介质阻挡放电的绝缘介质板的材料可以根据需要选择。

大气压冷等离子体发生模块的供电电源可选用高压正弦电源或高压脉冲电源。

大气压冷等离子体发生模块可由一个或多个沿面放电组件并联组成。

启动高压电源，通入放电气体，在高压电源的激励下，等离子体发生模块在其地电极一侧表面产生等离子体，对待处理溶液进行间接处理。调整放电时长和放电间隙，使得溶液pH值满足实际需要，并且仍然大于7。

可选的，放电气体为空气时，处理溶液可以是氢氧化钠溶液或者磷酸缓冲溶液；放电气体为Ar/NH₃混合气体时，处理溶液可以是去离子水。例如：

1、处理碱性的NaOH溶液可获得pH可变的碱性等离子体活化液，其中pH可根据实际需要调节，处理时间不同可获得不同pH的碱性等离子体活性液(优选浓度为1mol/L)。

2、处理含有Na₂HPO₄和KH₂PO₄的磷酸缓冲溶液(PBS)，处理前将PBS的pH调节到大于7从而获得pH恒定的碱性等离子体活化液。例如：6mL 0.1mol/L Na₂HPO₄和4mL0.1mol/LKH₂PO₄配置成pH＝7的PBS，通过盐酸和氢氧化钠进行调节pH。其中Na₂HPO₄和KH₂PO₄起到缓存的作用。

3、采用Ar/NH₃的混合气体取代空气，其中Ar占98％，NH₃占2％，处理去离子水可获得弱碱性等离子体活化液(优选氨溶液浓度为0.75％)。

从图2可以看出，碱性等离子体活化液中RONS浓度整体上高于酸性等离子体活化液中的RONS浓度。

从图3可以看出，酸性等离子体活化液在静置2小时后，活性粒子浓度已经趋近于0，而碱性等离子体活化液中活性粒子浓度仍然稳定维持在较高水平(延长了等离子体活化溶液活性粒子的寿命)。