Способ изготовления режущего медицинского инструмента Советский патент 1991 года по МПК A61B17/32 C23C14/34 

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.

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.

Фиг.1

Фиг. 2