УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫХ НАНОЧАСТИЦ Российский патент 2007 года по МПК A61N1/44 H01J19/02 

Область техники.

Изобретение относится к устройствам и способам получения наночастиц, в частности к устройству и способу получения новых отрицательно заряженных наночастиц путем объединения двух частиц и электрических зарядов в биоклиматологии и физике, не связанных друг с другом, для использования в медицине, домашних бытовых приборах. асептической технике, устройствах для сохранения свежести, биоинженерии и тому подобного.

Уровень техники.

В биоклиматологии состояние окружающего воздуха называется учеными «аэрозольное состояние». Пучки молекул (кластеры), жидкие и твердые частицы, рассеянные в воздухе как аэрозоль, и есть главным образом, наночастицы.

Наночастицы проявляют маломасштабный эффект, поверхностный и межповерхностной эффект и квантовый эффект и имеют большую специфическую площадь поверхности и большое количество атомов на поверхности. Поверхностный эффект и межповерхностный эффект усиливаются с уменьшением размера частиц. Большая характерная площадь поверхности и большое количество атомов на поверхности значительно увеличивают активность наночастиц. Благодаря маломасшабному эффекту и поверхностному эффекту наночастицы разного размера также вызывают изменение поверхностного электронного спина и распределения спектра энергии электронов. Квантовый эффект наночастиц результируется в дискретном энергетическом уровне. Интервал между уровнями энергии изменяется с изменением размера наночастиц. Наночастицы в аэрозоле составлены из различных частиц разного размера. Вследствие вышеуказанных свойств наночастицы сильно увеличивают способность объединяться с электронами разных энергетических уровней для образования очень широкой энергетической полосы электронного подобия.

Проблема состоит в том, какой электрод, излучающий электроны, может быть использован для получения достаточно сильного электрического поля с суживающимся потенциальным барьером на поверхности электрода. Благодаря туннельному эффекту в квантовой механике электроны будут проникать и исчезать из туннеля как эмиссия электронного поля. Как увеличить плотность эмиссионного потока - этот вопрос для исследования.

В 1960-е годы в Техасе и других штатах США были образованы центры электрически заряженных аэрозолей. Посредством выброса сжатого газа распыленные физиологические соляные растворы и электроны испускались в одно и то же время в одном и том же направлении при электрическом потенциале в 26 кВ-60 кВ на эжекторе для образования электрически заряженного аэрозоля. Такой аэрозоль использовался для лечения респираторных заболеваний. Он был эффективен при лечении бронхитов и астмы, инфекций верхних дыхательных путей, эмфиземы, ларингитов и фарингитов. Кроме эжектора требовалось дополнительное оборудование - газовые насосы, система транспортировки жидкости. Частицы распыленной соли были, в основном, не наночастицами. Даже под воздействием электрического поля 26 кВ-60 кВ электрически заряженный аэрозоль мог проходить расстояние только около 1.8 м и потом исчезал. Такой электрически заряженный аэрозоль не мог напрямую участвовать в электрическом обмене веществ (метаболизме) на уровне ткань-клетка-молекула, поэтому биологический эффект и стерилизующий эффект были менее ожидаемых.

Заявителю известны несколько устройств и способов генерации электронов и ионов. Патент США №4954711 раскрывает устройство источника узкого пучка электрон/ионных лучей. Задача работы - создать источник заряженных частиц, таких как электроны или ионы, в котором частицы излучаются узким лучом и с низкой энергией. Техническое решение основано на разнице потенциалов между круто заостренным концом и листом. То есть заряженные частицы эмитированы посредством биполярной структуры, включающей тонкий конец и лист. Отметим также, что отрицательно заряженные наночастицы не могут быть получены в таком устройстве.

Известно также устройство генерации отрицательных ионов по заявке Японии 2-159283. Задача изобретения - создать устройство генерации отрицательных ионов, которое может предохранить (защитить) генерирующую ионы иглу от разрушения и сохранить хорошую эмиссию отрицательных ионов и эффект рассеивания. Техническое решение основано, главным образом, на разнице потенциалов между иглой, генерирующей ионы и эмиссионным цилиндром. То есть отрицательные ионы эмитированы посредством биполярной структуры, включающей иглу и цилиндр. К тому же, отрицательно заряженные наночастицы не могут быть получены с помощью описанного устройства.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства и способа является патент США №524782А. В нем раскрыты устройства для получения малых и однородных капелек, содержащих мелкие частицы и макромолекулы и т.п. для выявления и их успешного исследования некоторыми аналитическими приборами. Устройство имеет источник питания, корпус, контроллер и капиллярную иглу для получения образцов жидкости распыления множества существенно однородного размера электрически заряженных капелек образца жидкости. Для защиты электрически заряженных капелек от разрушения из-за отталкивающих сил Кулона (которые приведут к широкому распределению размеров капелек, т.е. к их неоднородному размеру) введено средство, нейтрализующее заряд для уменьшения электрического заряда каждой капельки. Это позволило генерировать маленькие и одинаковой формы капельки, содержащие мельчайшие частицы и макромолекулы и т.п., чтобы быть выделенными и успешно охарактеризованными некоторыми аналитическими приборами. Задача устройства - генерировать маленькие капельки одинакового размера, но не отрицательно заряженные частицы. Средства - капиллярная игла и средство нейтрализации.

Сущность изобретения.

Задача настоящего изобретения - приспособить (адаптировать) сверхмалый эмиттер электронов микронного и субмикронного уровня для получения очень высокой плотности потока эмиттера. Когда поверхность электрода имеет достаточно сильное электрическое поле, потенциальный барьер электрода будет сужаться и электроны на электроде будут проникать и исчезать из туннеля в результате туннельного эффекта в квантовой механике для образования излучаемых полем электронов, что может дать очень высокую плотность потока излучения.

Настоящее изобретение состоит в том, чтобы объединить физические характеристики наночастиц и туннельный эффект в квантовой механике. Когда электроны "е", излучаемые электрон-эмиттирующим электродом, сталкиваются с частицами в аэрозоле, электроны могут согласовать энергию и приклеиться (притянуться) к наночастицам "Nm" с широкой энергетической полосой электронного подобия к электрону для образования новых отрицательно заряженных наночастиц «N^-m», то есть осуществить: e+Nm→N^-m.

Как правило, в воздухе существует немного частиц с различным электрическим зарядом. Частицы с и без электрического заряда могут притягиваться друг к другу и объединиться, что приводит к объединению противоположных зарядов и уменьшению больших частиц с электрическим зарядом, исчезающих при контакте с землей. Отрицательно заряженные наночастицы, образованные посредством настоящего изобретения, появляются в больших количествах в некоторой области с одинаковыми электрическими зарядами, отталкивающими друг друга. Все ученые в биоклиматологии и физике думают, что такое состояние системы является более стабильным.

Такие новые частицы, которые образованны путем использования физических характеристик и туннельного эффекта в квантовой механике наночастиц, неизбежно ведут к исключительно отрицательно заряженным наночастицам без присутствия каких-либо других составляющих или примесей.

Устройство для получения отрицательно заряженных наночастиц настоящего изобретения содержит источник питания, кожух (чехол), регулятор (контроллер) и только один эмиттер электронов. Источник питания соединен с эмиттером через контроллер. Эмиттер имеет только один потенциал. Эмиттером является электрод с только одним потенциалом, эмитирующая часть которого имеет размеры микронного или субмикронного уровня. Такой эмиттер назвали сверхмалым эмиттером электронов. Потенциал эмиттера электронов относительно земли выбран в диапазоне от -2 кВ до -29 кВ. Рекомендуемый материал для изготовления указанного сверхмалого эмиттера электронов - платина, золото, рений, иридий, вольфрам или углеродное волокно или их комбинации (сочетания), или сплавы с платиной, золотом, рением, иридием и/или вольфрамом в качестве главных составляющих (компонентов). Форма электрода может быть любой, например диск, цилиндр, пила, игла, сфера, сфероид, арка, кольцо, стержень и т.п. Сверхмалый эмиттер электронов может иметь единственный электрод или несколько электродов. Размер сверхмалого эмиттера электронов менее 100 микрон.

Способ создания отрицательно заряженных наночастиц согласно настоящего изобретения состоит в следующем. Используют устройство, создающее отрицательно заряженные наночастицы, построенное соединением источника питания через контроллер со сверхмалым эмиттером электронов. Потенциал наночастиц в воздухе и эмиттера электронов относительно земли под воздействием источника питания и контроллера устанавливают в диапазоне от -2 кВ до -29 кВ. Электроны, эмитированные в результате туннельного эффекта, объединяются с наночастицами для образования отрицательно заряженных наночастиц, которые быстро распространяются наружу для покрытия определенной площади. Выбор потенциала ясен для специалиста: чем выше потенциал - тем больше эмитируется электронов, и, соответственно, получают больше отрицательно заряженных наночастиц. Если потенциал меньше -2 кВ - количество отрицательно заряженных частиц слишком мало для практического применения, если больше -29 кВ - плотность электронов превысит плотность наночастиц, т.е. увеличение числа заряженных частиц прекратится. Диапазон потенциалов определен также материалом, формой и размером электрода и используемым оборудованием.

Эмиссия поля при туннельном эффекте образует электроны "е" с высокой плотностью электрического потока, которые при столкновении с частицами в аэрозоле могут согласовать энергию (например, электроны с высокой энергией могут терять свою энергию или снижать свою энергию при столкновении) и прикрепиться (присоединиться) к наночастицам "Nm" различного размера с широкой энергетической полосой (наночастицы в воздухе состоят из различных пучков молекул (ластеров) - в твердом, жидком или газообразном состоянии - и наночастицам различного размера (10^-7-10^-9m).

Происходит следующая реакция: e+Nm→N^-m.

Таким образом образуются отрицательно заряженные наночастицы. Под воздействием электрического поля при любом потенциале в диапазоне 2 кВ - 29 кВ эти частицы могут быстро рассеяться наружу и занять определенную площадь.

Указанный сверхмалый эмиттер электронов может быть выполнен одним из следующих образов:

а) Нить из платины, золота или углеродного волокна закреплена на стеклянной каретке при помощи пайки. Выходящий конец (вывод) выполнен путем соединения платины, золота или углеродного волокна к медному проводу при помощи токопроводящего клея (такого как проводящий клей, сделанный из серебряного порошка и эпоксидной смолы). Платиновый провод может быть соединен с проводником индием, расплавленным при низкой температуре.

б) Нить из платины, золота, рения, вольфрама, иридия или углеродного волокна присоединены и закреплены в каретке, сделанной из изоляторов, выполненных из кварца, стекла, полиэтилена, политетрафторэтилена (пластика), полиэфирного волокна, нитрида кремния, окиси алюминия (фарфор) с эпоксидной смолой в качестве связующего вещества. Выходящий конец (вывод) выполнен соединением нити из платины, золота, рения, вольфрама, иридия или углеродного волокна к медному проводу при помощи токопроводящего клея (такого как проводящий клей, сделанный из серебряного порошка и эпоксидной смолы). Крепление выходящего конца и проводника может быть осуществлено аналогично процедуре, которая описана в способе "а".

в) Нить из платины, золота, рения, вольфрама, иридия или углеродного волокна расположена на поверхности изолятора в таких формах как стержень, кольцо, арка и т.д. Она зафиксирована и закреплена клеящим веществом, таким как эпоксидная смола. Фиксация изолятора, выводящего конца и проводника может быть осуществлена по такой же процедуре, которая была описана в методах "а" и "б".

г) Рений, вольфрам или их соответствующие сплавы выполнены в электродах различных форм - таких как остроконечная форма, форма иглы, форма пилы и т.д. - посредством электролитической коррозии. Что касается электролитической коррозии, она описана в многочисленных учебниках и книгах. Электрод, полученный таким образом, закреплен на каретке изолятора эпоксидной смолой или заклепками. В зависимости от метода крепления (фиксации) изолятором может быть кварц, стекло, полиэтилен, политетрафторэтилен (пластик), нитрид кремния, окись алюминия (фарфор), пластина из полиэфирных смесей и т.д. Выводящий конец может быть присоединен к проводнику токопроводящим клеем, или выходящий провод и электрод могут быть одновременно закреплены (фиксированы) на изоляторе механическими способами. Это подсоединение можно проиллюстрировать следующими двумя примерами. Это варианты крепления и вывода электрода, имеющего форму зубьев пилы. Один - использование эпоксидной смолы и токопроводящего клея. Электрод в форме зубьев пилы прикреплен эпоксидной смолой к изолятору, расположенному снизу, а одна сторона электрода подсоединена к выводящему проводу токопроводящим клеем. Другой - механические средства. При механических средствах электрод в форме зубьев пилы закреплен при помощи заклепок на изолятор с зажимами обеих сторон, а выводящий провод закреплен зажимом на одной стороне электрода.

Для остроконечного электрода и электрода, имеющего форму иглы также можно использовать вышеописанные варианты, кроме некоторых специальных элементов. Например, не требуется фиксирующий зажим для электрода в форме иглы. Для закрепления электрода и ведущего провода прямо на изоляторе используют втулку со штифтом или заклепкой.

д) Для изготовления сверхмалого эмиттера электронов может быть использовано фототравление. По этому способу однородная металлическая пленка из платины, золота, иридия и т.д. нанесена распылением или разбрызгиванием на изолирующую пластину Фоточувствительная полимерная пленка из полиимида нанесена на металлическую пленку и произведено фототравление для образования электрода нужной формы. Матричный материал электрода может быть Si/SiO₂, кварц, стекло, нитрид кремния и т.д. Выводящий провод выполнен присоединением электрода к медному проводу с помощью токопроводящего клея.

Размеры отрицательно заряженных наночастиц меньше, чем размеры красных кровяных клеток в крови и обычных бактерий, составляя их часть или даже намного меньше. Такие наночастицы могут войти в человеческое тело с дыханием и через слизистые оболочки в легкие и кровь и освободить (выпустить) электрический заряд. Равновесное состояние электрических зарядов на стенке клетки может быть улучшено для формирования биоэлектричества, оказывающего прямой биологический эффект на физиологическое состояние, клетки тканей и обмен веществ в теле человека.

Отрицательно заряженные наночастицы в человеческом теле могут прямо участвовать в электронном обмене веществ на уровне ткань-клетка-молекула, способствуя преобразованию биоэлектричества, регулируя равновесие электрического потенциала организма и улучшая естественное физиологическое состояние и биохимическое состояние человеческого тела.

Неспецифичный и медицинский эффект широкого спектра достигается регуляцией нервного состояния человека.

Отрицательно заряженные наночастицы с явным биологическим эффектом оказывают очевидное опсоническое влияние на нервную систему, сердечнососудистую систему, дыхательную, мочеполовую и пищеварительную системы и оказывают лечебный эффект при многих заболеваниях. Клиническое применение отрицательно заряженных наночастиц привлекло большое внимание.

Экспериментальные исследования показали, что благодаря характеристикам квантовой механики отрицательно заряженные наночастицы могут быстро покрыть определенную область (помещение) и сильно подавлять рост и искоренять такие вредные бактерии и вирусы как Pseudomonas aeruginosa (Псевдомонада), спирохета сифилиса, стафилококк, кишечная бактерия, микоз, Monilia (кандидоз) и т.д.

Хорошо известно, что исследования и использование биоэлектричества постоянно развиваются. Клиническое применение электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электрокардиограммы (ЭКГ), электрогастограммы (ЭГГ) спасло жизнь бесчисленного числа людей. Так же как клиническое использование физико-медицинского диагностического оборудования, компьютерной томографии (КГ), ультразвукового диагностического оборудования, приборов ядерного магнитного резонанса и томографии положительными электронами открыло новую эру в непрерывном развитии клинической диагностики. Биоэлектричество отрицательно заряженных наночастиц создаст многие новые технологии и новое оборудование, особенно в клиническом лечении.

Поэтому биоэлектричество отрицательно заряженных частиц может быть широко использовано в физико-медицинском оборудовании, домашних приборах, биоинженерии, при сохранении свежести продуктов, асептической инженерии и в улучшении состояния окружающей среды.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - структурная схема, отражающая принцип действия настоящего изобретения.

Фиг.2 - пример схемы прикрепления выводящего провода эпоксидной смолой и токопроводящим клеем для электрода в форме пилы,

Фиг.3 - пример схемы прикрепления выводящего провода механическими средствами для электрода в виде пилы.

Наилучшая форма реализации изобретения

Как показано на фиг.1, устройство, составляющий суть настоящего изобретения, состоит из следующих основных компонентов: сверхмалый эмиттер электронов 1, источник питания 2, кожух 3 и контроллер 4. Другие детали могут быть добавлены в зависимости от использования и устройства, такие как многофункциональная каретка или поворотный стол. Настоящее изобретение может быть также объединено с другими устройствами для формирования нового оборудования с новыми функциями, с их контрольными устройствами, совместимыми с другими деталями оборудования управления.

Согласно цели применения и функции изделия сверхмалый эмиттер электронов может быть единичным электродом, несколькими электродами или комбинацией электродов. Кожух устройства может быть спроектирован отдельно, совершенно разной формы, функции и конфигурации, так как потенциал сверхмалого эмиттера электронов по отношению к земле определен в диапазоне 2 кВ - 29 кВ, в зависимости от его структуры, размера, формы, материала и цели применения.

Как показано на фиг.2, для крепления (фиксации) выводящего провода электрода использованы эпоксидная смола и токопроводящий клей. Электрод в форме зубьев пилы 8 прикреплен снизу к изолятору 6 эпоксидной смолой 7, а выводящий провод сделан из проводника 5, прикрепленного к одному концу электрода 8 токопроводящим клеем 9.

Как показано на фиг.3, для закрепления и вывода электрода использованы механические средства. Электрод в форме зубьев пилы 8 закреплен изолятором 6 при помощи зажима 10 и заклепки 11. Выводящий провод закреплен зажимом 10 и заклепкой 11.

Настоящее изобретение раскрывает устройство и способ производства отрицательно заряженных наночастиц. Ознакомившись с данным описанием специалист в данной области техники может реализовать это изобретение без дополнительной изобретательской работы. В частности, специалисту ясно, как надо регулировать потенциал для управлением эмиссии потока электронов посредством туннельного эффекта, как эмитированные электроны объединяются с наночастицами в воздухе, образуя отрицательно заряженные наночастицы.

Изобретение не относится к использованию отрицательно заряженных частиц, поэтому заявитель раскрывает это использование детально. Отрицательно заряженные частицы, полученные путем данного изобретения, могут быть использованы в самых различных областях (лечение, дезинфекция и т.д.). В каждой области изобретение может иметь множество реализации, которые могут быть, в свою очередь, предметом дальнейших усовершенствований и заявок. Поэтому заявитель считает, что нет необходимости давать дополнительные примеры частного использования. Применение изобретения ясно специалисту из приведенного в заявке описания.

Основные существенные признаки, отличающие заявленное изобретение от аналогов и прототипа: - конструкция эмиттера только с одним потенциалом, приложенным к только к одному электроду, - конструкция электрода, размер эмитирующей части которого микронного и субмикронного уровня, - выбор диапазона регулировки потенциала электрода, - применение туннельного эффекта для образование мощного потока электронов. Указанные находки позволили согласовать энергию электронов с наночастицами различного размера и широкой энергетической полосой для образования пространства отрицательно заряженных наночастиц высокой плотности, большой площади и времени жизни.

Изобретение относится к устройствам и способам получения отрицательно заряженных наночастиц для использования в медицине, бытовых приборах, биоинженерии и т.п. Сущность изобретения: устройство для получения отрицательно заряженных наночастиц состоит из источника питания, кожуха, контроллера и эмиттера электронов, где источник питания подсоединен к эмиттеру электронов и контроллеру, устройство имеет только один эмиттер электронов, названный сверхмалым эмиттером электронов, эмитирующая часть которого имеет размер микронного или субмикронного уровня, и являющийся электродом с только одним потенциалом, приложенным к электроду, при этом величина потенциала электрода выбрана в диапазоне от -2 кВ до -29 кВ, вследствие чего указанный электрод посредством туннельного эффекта излучает электроны, которые объединяются с наночастицами в воздухе, образуя отрицательно заряженные наночастицы. Предложен также способ получения отрицательно заряженных наночастиц. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для получения отрицательно заряженных наночастиц, состоящее из источника питания, кожуха, контроллера и эмиттера электронов, где источник питания подсоединен к эмиттеру электронов и контроллеру, характеризующееся тем, что устройство имеет только один эмиттер электронов, названный сверхмалым эмиттером электронов, эмитирующая часть которого имеет размер микронного или субмикронного уровня, и являющийся электродом с только одним потенциалом, приложенным к электроду, при этом величина потенциала электрода выбрана в диапазоне от -2 до -29 кВ, вследствие чего указанный электрод посредством туннельного эффекта излучает электроны, которые объединяются с наночастицами в воздухе, образуя отрицательно заряженные наночастицы.2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что сверхмалый эмиттер электронов изготовлен одним из следующих образов:

а) нить из платины, золота или углеродного волокна закреплена на стеклянной каретке при помощи пайки, выходящий конец выполнен присоединением нити из платины, золота или углеродного волокна к медному проводу при помощи токопроводящего клея, причем платиновый провод может быть подсоединен к медному проводу индием, расплавленным при низкой температуре,

б) нить из платины, золота, рения, вольфрама, иридия или углеродного волокна присоединена и закреплена эпоксидной смолой в качестве связующего вещества в каретке, сделанной из изоляторов, например, из кварца, стекла, полиэтилена, политетрафторэтилена, полиэфирного волокна, нитрида кремния, окиси алюминия (фарфор), а выходящий конец выполнен прикреплением нити из платины, золота, рения, вольфрама, иридия или углеродного волокна к медному проводу при помощи токопроводящего клея,

в) нить из платины, золота, рения, вольфрама, иридия или углеродного волокна расположена на поверхности изолятора требуемой формы, выполненного, например, из кварца, стекла, полиэтилена, политетрафторэтилена, полиэфирного волокна, нитрида кремния и/или окиси алюминия, где она закреплена клеящим веществом, а нить из платины, золота, рения, вольфрама, иридия или углеродного волокна прикреплена к медному проводу выводящего конца токопроводящим клеем,

г) рений, вольфрам или их соответствующие сплавы получены в сверхмалых эмиттерах различных форм электродов посредством электролитической коррозии, указанный сверхмалый эмиттер электронов закреплен на каретке изолятора эпоксидной смолой или заклепками, причем изолятором выбран, например, кварц, стекло, полиэтилен, политетрафторэтилен (пластик), нитрид кремния, окись алюминия (фарфор), пластина из полиэфирных смесей, а выводящий конец прикреплен к проводнику токопроводящим клеем, а в случае остроконечного электрода и электрода в форме иглы выводящий конец и электрод одновременно закреплены на изоляторе механическими средствами, или

д) для изготовления сверхмалого эмиттера электронов использовано фототравление: однородная металлическая пленка из платины, золота или иридия нанесена распылением или разбрызгиванием на изолирующую пластину, фоточувствительная полимерная пленка из полиимида нанесена на металлическую пленку, произведено фототравление для образования электрода нужной формы, причем матричный материал электрода выбран из Si/SiO₂, кварца, стекла, нитрида кремния и т.д., а выводящий провод выполнен присоединением электрода к медному проводу с помощью токопроводящего клея.

e+Nm→N^-m,

и под воздействием электрического поля с любым потенциалом в диапазоне от -2 до -29 кВ, эти наночастицы быстро рассеиваются для покрытия определенной площади.