基于脉冲电弧放电的空气源高浓度医用级一氧化氮生成技术研究

针对传统压缩NO钢瓶疗法存在的体积大、成本高、存储安全隐患等问题，研究人员开发了一种基于脉冲电弧放电的空气源医用级一氧化氮(NO)即时生成技术。通过优化电极材料、间距及气流参数，该研究实现了545.2±10 ppm的高浓度NO稳定产出，并利用碱石灰吸附和高温分解有效去除有毒副产物NO2 和O3 。该便携式设备为替代钢瓶存储、降低吸入NO治疗成本提供了创新解决方案。

　　

吸入性一氧化氮(NO)作为选择性肺血管扩张剂，在治疗成人和儿童呼吸衰竭及心脏疾病相关的肺动脉高压中展现出显著疗效。然而，当前临床依赖的压缩NO钢瓶存在诸多痛点：化学合成工艺复杂、存储运输风险高、钢瓶氧化产物NO₂
积累需严格监控，导致治疗成本居高不下，在资源有限地区难以普及。更棘手的是，传统方法将气体生产与使用分离，无法实现按需供给。这些瓶颈促使研究者探索更安全、经济的NO即时生成技术。

针对这一挑战，中国研究人员创新性地提出利用空气源脉冲电弧放电技术直接电离氮气(N₂
)和氧气(O₂
)生成NO。该技术突破传统化学合成路径，通过电等离子体反应实现气体分子重组。研究团队系统优化了四电极反应腔设计，采用钼-不锈钢异质电极组合，在1 L/min流量下获得545.2±10 ppm的稳定NO输出。关键创新在于同步解决副产物问题——通过高温分解臭氧(O₃
)、碱石灰吸附氮氧化物(NO₂
)，使设备同时满足OSHA安全标准与医疗级气体纯度要求。

关键技术方法
研究采用模块化设计：气流控制模块精确调节空气流量；电弧放电模块通过高压脉冲电离空气；气体纯化模块结合温度梯度分解与化学吸附去除NO₂
/O₃
；检测模块实时监控气体成分。实验系统考察了电极材料（钼/不锈钢）、极间距（1-4 mm）、气流速率（0.5-5 L/min）对NO产率及副产物的影响。

研究结果

1. 电极间隙对NO/NO₂
   生成的影响
   极间距为2 mm时实现最佳平衡：NO浓度达峰值（170 ppm·L/min），NO₂
   /NO比值最低（0.11）。过小间距导致电弧能量密度过高，加剧电极侵蚀；过大间距则降低电离效率。

2. 材料选择与稳定性
   钼阴极表现出优于不锈钢的耐电弧侵蚀特性，200小时连续放电后仍保持90%初始效率。异质电极设计将NO生成能耗控制在45 W·h/m³
   ，较同类设备降低30%。

3. 四电极反应腔性能
   多电极并联结构使NO产率提升3.2倍，在1 L/min流量下实现545 ppm输出，且NO₂
   浓度始终低于1 ppm。碱石灰过滤器对NO₂
   的去除效率达99.7%，臭氧残余量<0.05 ppm。

结论与意义
该研究证实脉冲电弧放电可替代传统钢瓶供应医用NO，其核心突破在于：① 空气原料实现零存储风险；② 模块化设计使设备体积缩小80%；③ 即时生成特性使治疗成本降低至钢瓶疗法的1/5。临床转化后，该技术将显著提升NO疗法在急诊、基层医疗及家庭场景的可及性。研究团队特别指出，四电极构型与动态气流控制的结合为后续开发高流量NO发生器（>10 L/min）奠定了技术基础。

发表于《Nitric Oxide》的这项成果，不仅为呼吸支持领域提供了颠覆性技术方案，其"电离-纯化"一体化设计思路更为其他医用气体（如CO、H₂
S）的现场制备提供了范式参考。随着便携式呼吸辅助设备的普及，这项技术有望重塑吸入性气体疗法的产业格局。