Способ изготовления режущего медицинского инструмента - SU1662337A3

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области изготовления режущего медицинского инструмента , например к инъекционным иглам, ножам, скальпелям, ножницам, долотам и т.п., применяемым в курсах медицинского и стоматологического лечения, и может найти применение в медицине при хирургических операциях для терапевтических, профилактических и инспекционных целей.

Указанные режущие медицинские инструменты используются для рассечения и разрезания живых тканей тела или введения жидких медикаментов или для отбора жидкостей из тела, поэтому чрезвычайно важно добиться введения режущей кромки этого инструмента в живую ткань тела с как можно меньшим сопротивлением трения. Кроме того, важно, чтобы поверхность этого

инструмента, контактирующая с тканью тела , не вызывала ускоренной циркуляции крови, была стабильной и невосприимчивой к коррозионному влиянию среды, даже если этот инструмент удерживается в контакте с живой тканью длительное время. Режущая кромка этого инструмента должна быть острой и иметь высокую проникающую способность .

Обычно такие режущие медицинские инструменты изготавливают из керамических материалов или металлов, при необходимости покрытых керамикой. Эти материалы не полностью удовлетворяют в отношении сопротивления трения живыми тканями тела и ускорения коагуляции крови. В связи с этим медицина и стоматология остро нуждаются в создании режущего инсо о ю со со

4j

со

трумента, свободного от указанных недостатков , обычных медицинских инструментов , и удовлетворяющего требованиям.

Цель изобретения - увеличение проникающей способности инструмента в живую ткань.

На фиг. 1 представлен режущий медицинский инструмент (скальпель) изготовленный по предлагаемому способу; на фиг. 2 - концевой участок этого инструмента, поперечное сечение.

Режущий медицинский инструмент содержит слой покрытия 1 из углерода, нанесенный на поверхность основы 2, которая имеет форму данного режущего медицин- ского инструмента. Под режущим медицинским инструментом здесь понимаются инъекционные иглы, ножи, скальпели, ножницы , долота и т.п., используемые в медицинской и стоматологической практике и при хирургических операциях. Основа инструмента может быть выполнена из любого обычного материала, например металла или сплава (нержавеющая сталь, спеченные твердые сплавы), сапфира, рубина, керами- ки, а также карбида кремния и нитрида кремния и т.д. Нет необходимости наносить слой покрытия на всю поверхность тела основы , однако значительное улучшение в отношение проникающей способности и сопротивления трения может быть достигнуто путем нанесения такого покрытия, имеющего структуру алмаза, по меньшей мере, на тот участок поверхности, который входит в контакт с живой тканью тела, например на конец инъекционной иглы или на режущую кромку ножа.

Слой покрытия из углерода, имеющего частично кристаллическую решетку алмаза, должен иметь толщину 1-20 нм, предпочти- тельно 5-15 нм. Если толщина слоя слишком мала, желаемое улучшение характеристик может быть достигнуто за счет несколько сниженной надежности. Если толщина слоя слишком велика, то сопротивление трения живой ткани тела увеличивается из-за несколько повышенной шероховатости поверхности , не говоря уже о том, что снижается производительность процесса плазменного нанесения покрытия из-за увеличения вре- мени нанесения такого толстого слоя.

Режущий медицинский инструмент, снабженный слоем покрытия, изготавливается методом плазменного осаждения из газовой фазы в атмосфере специальной га- зовой смеси. Существенными газообразными компонентами этой газовой смеси являются водород и газообразное углеводородное соединение. Часть водорода можно заменить инертным газом-носителем, например гелием, аргоном и т.п., хотя пропорция такого инертного газа, заменяющего водород , не должна превышать 20-30 об.% с тем, чтобы не нарушать стабильности разряда . В число подходящих газообразных углеводородных соединений входят метан, этан, пропан, этилен и т.п., из которых предпочтительным является метан. Пропорции смеси углеводородного соединения и водорода могут быть в широком диапазоне от 500:1 до 0,001:1.

Способ плазменного осаждения из газовой фазы включает генерирование низкотемпературной плазмы, создаваемой путем подачи ВЧ- или СВЧ-энергии на металлическую проволоку, при этом используется ВЧ- энергия с частотой по меньшей мере 300 МГц предпочтительно 300-1000 МГц или более предпочтительно СВЧ-энергия с частотой 1-10 МГц.

При использовании способа плазменного осаждения из газовой фазы тело основы а форме требуемого режущего инструмента помещают в рабочую камеру, в которую введена смесь водорода и углеводородного соединения с добавлением инертного газа носителя. Давление газа внутри камеры необходимо поддержать в диапазоне от 5 Па до 50 кПа с тем, чтобы обеспечить стабильность плазменного разряда. После этого подают высокочастотную или микроволновую энергию с тем, чтобы в камере возникла плазма. В этом случае важно, чтобы поверхность основы имела температуру от 500 до 1200°С, создаваемую электрическим разрядом. Если температура поверхности основы меньше 500°С, то нанесенный слой покрытия может иметь значительное количество водорода, что снижает механическую прочность слоя покрытия. Если температура поверхности основы слишком высока (большее 1200°С), то может произойти трансформация кристаллической структуры алмаза в графит, хотя получить полностью структуру всего слоя покрытия, без включения графита, трудно. При соблюдении указанных условий во время плазмо- образующего разряда образуется слой покрытия на поверхности основы путем разложения плазмой, которая, по меньшей мере , частично является алмазной. Процедура плазменного осаждения из газовой фазы продолжается до тех пор, пока слой покрытия не достигнет заданной толщины.

П р и м е р 1. Инъекционная игла, выполненная из полированной нержавеющей стали с внешним диаметром 1,0 мм, углом заточки конца 8° и радиусом закругления на конце 0,06 мм была установлена на стол в плазменной камере, снабженной плунжером и отверстием волновода, размещенными так, чтобы конец инъекционной иглы был направлен навстречу газовому потоку в плазменной камере. После вакуумирования плазменной камеры до давления 5 Па в нее была введена газовая смесь метана и водорода в пропорции (объемной) 2:98, при этом смесь вводилась с постоянной скоростью с тем, чтобы давление в плазменной камере поддерживалось на уровне 2,7-27 кПа путем баланса подачи газа и вакуумирования вакуумным насосом.

Магнетрон генератора был включен для генерирования энергии с частотой 2,45 ГГц, которая подавалась в плазменную камеру, выполненную из кварцевого стекла, по волноводу так, чтобы получить плазму вокруг инъекционной иглы, используемой в качестве основы. Когда выходная мощность микроволнового излучения достигла 300 Вт, температура основы удерживалась на уровне 930°С. Через 6 мин плазменной обработки было обнаружено, что на поверхности основы появился слой покрытия толщиной 5-8 нм.

Инъекционная игла, извлеченная из плазменной камеры, была подвергнута исследованию на оптическом микроскопе и рентгеновском дифрактометрическом устройстве , которые показали, что слой покрытия не имеет микроскопических дефектов и имеет кристаллическую структуру алмаза.

Был предпринят тест на проникнооение в сырую резину с использованием инъекционных игл с покрытием из алмаза и игл до нанесения покрытия. Глубина проникновения иглы с покрытием с грузом 50 г через 5 мин составила 20 мм, в то время как глубина проникновения иглы без покрытия составила лишь 4 мм.

П р и м е р 2. Рубиновый скальпель толщиной 0,25 мм и углом режущей кромки 30° (фиг. 1, 2) был промыт последовательно водой и изопропиловым спиртом, высушен и помещен на монтажный столик в той же плазменной камере, что и в примере 1. Процесс осаждения проводился так же, как и в примере 1, за исключением того, что газовая смесь, вводимая в плазменную камеру, состояла из метана и водорода в пропорции 5:95 и выходная мощность микроволнового излучения была повышена до 350 Вт. поэтому температура скальпеля составила 1050°С. Процесс нанесения покрытия продолжался 6 мин и на скальпеле, извлеченном из камеры, было нанесено покрытие толщиной 10-12 нм.

Изготовленный таким способом скальпель был исследован с помощью оптического микроскопа и рентгеновского

дифрактометрического устройства. Было обнаружено, что покрытие не имеет микроскопических дефектов и имеет кристаллическую структуру алмаза. Был проведен тест на проникающую способность (по методу,

определенному в Японском промышленном стандарте), который дал глубину проникновения с покрытием с грузом 50 г за 5 мин 14 мм, в то время как у непокрытого скальпеля - 3,2 мм.

Таким образом, указанные режимы нанесения покрытия обеспечивают повышение проникающей способности инструмента в живую ткань.

Формула изобретения

1. Способ изготовления режущего медицинского инструмента, включающий генерирование плазмы в СВЧ-разряде в атмосфере углеводородного соединения, выбранного из группы, содержащей метан,

этан и пропан, и осаждение углеродного покрытия на поверхности инструмента, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения проникающей способности инструмента в живую ткань, в атмосферу

углеводородного соединения добавляют водород в соотношении 500:1-0,001:1, а поверхность основы инструмента нагревают до 500-1200°С.

2. Способ по п. 1,отличающийся

тем, что частоту питающего разряд напряжения поддерживают в диапазоне 1-10 ГГц.

Реферат

Изобретение относится к способу изготовления режущего медицинского инструмента и может найти применение в медицине при изготовлении инъекционных игл, ножей, скальпелей, ножниц, долот и др. со сниженным сопротивлением трения относительно живой ткани тела. Предлагаемый инструмент имеет слой покрытия толщиной 1 - 20 нм, выполненного из углерода, имеющего по меньшей мере частично алмазную кристаллическую структуру, образованную методом плазменного осаждения из газовой среды в атмосфере, содержащей водород и углеводородное соединение, при заданных условиях генерирования плазмы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула

Фиг .1

Фиг. 2