CN106148856B - 具有金属玻璃薄膜的医疗用针 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非晶体结构材料的金属玻璃薄膜，其用以镀于一针身的表面及所述针身的一针头的表面，可降低所述针的表面能及表面摩擦系数，并有效减少与其他物质的沾黏，进而减少磨擦阻力及提高耐用性。
Description
技术领域
本发明是关于金属玻璃薄膜的技术领域，尤指作为针头器具镀膜的一种金属玻璃薄膜。
背景技术
目前，金属、陶瓷与高分子材料是广泛地应用于人们的食、衣、住、行的中，其中又以金属材料的应用度最高。相较于高分子或复合材料，金属材料具有较佳的抗疲劳性与抗潜变能力，且由于金属材料具有较长的研究历史，因此金属材料的因其应用技术成熟较为纯熟而被广泛使用于各种工商业产品中。
工业用点胶针头广泛用于各式领域中，虽然有不同针头尺寸，点胶的胶体材质亦不同，但使用时所遭遇的困难大都与针头表面易造成残胶有关，导致使用时要经常停机清洗、清除。
目前医疗用针头广泛的使用润滑剂减少针头与皮肤的摩擦力，但医美或外科手术用针头在疗程中可能需要重复使用数十次甚至数百次，针头使用数次后因为润滑剂干燥而导致表面摩擦力增加，针头亦会钝化，以致于后半段疗程会增加病人的疼痛感，而疗效亦可能因此受到影响。
缝合针、注射针或美容针类通常为一次性使用的医疗用品，但以缝合针为例，在临床经验上使用缝合针处理伤口时，一次操作的时间和距离较长，而可能导致针头钝化，造成手术的困难。而对于多次性使用的注射针，例如：胰岛素注射针通常一天会使用4～6次。根据研究指出，该胰岛素注射针在使用第二次时，针头的使用情况已经产生钝化，而在第六次时，则可以明显发现针头已经完全变形。
承上述，一般常见的习知针头保护技艺，乃使用500nm氮化硅硬膜(SiNx)保护针头，但为了提升陶瓷硬膜的附着力，在氮化硅硬膜与不锈钢中另需要一层500nm的氮化硅氧化膜(SiNxOy)，以降低摩擦系数与减少摩擦阻力，使得整体厚度达到1000nm，于使用上会有伤口过大不易复原的情形。
不同于上述的金属镀膜，金属玻璃薄膜因其错杂的原子结构而具有一些独特的性质，例如：优秀的硬度、杨氏是数、疲劳寿命、粗糙度、以及良好的抗磨耗与抗菌特性；是以，此种材料具有在医疗用途上的潜力。因此，本发明的发明人是极力加以研究发明，终于研发完成本发明作为针头器具的镀膜的一种金属玻璃薄膜。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种金属玻璃薄膜，其是用以镀于一针身的表面及所述针身的一针头的表面，用以降低所述针头的表面粗糙度外，表面能及表面摩擦系数也降低，并增加所述针头的硬度，以及有效减少与其他物质的沾黏，进而减少磨擦阻力及提高耐用性。
因此，为了达成本发明上述的目的，本发明的创作人提出一种金属玻璃薄膜，是一非晶体结构材料，并形成于一针身的表面及所述针身的一针头的表面，用以降低所述针头的表面能、表面摩擦系数及表面粗糙度，并增加该针头的硬度。
根据本发明部分实施例，所述针身的一针管的表面亦形成有所述金属玻璃薄膜。
根据本发明部分实施例，所述针身的材料是选自于下列群组的中的任一者：钛、钛合金、铝、铝合金、铜、铜合金、铁、铁合金、金、金合金、以及钢。
根据本发明部分实施例，所述金属玻璃薄膜为一钛基金属玻璃薄膜，其是由一钛材料、一锆材料、一铜材料、一铌材料以及一钴材料依一定的原子百分比所组成，且所述钛材料、所述锆材料、所述铜材料、所述铌材料、与所述钴材料于所述金属玻璃薄膜的原子百分比分别为35-45％、5-15％、32-42％、1-11％与2-12％。
根据本发明部分实施例，所述金属玻璃薄膜的化学式是Ti40Zr10Cu37Nb7Co7。
根据本发明部分实施例，所述的金属玻璃薄膜的硬度大于700维氏硬度(HV)。
根据本发明部分实施例，所述金属玻璃薄膜的厚度介于50nm至200nm之间。
本发明还提供一种钛基金属玻璃薄膜，包含钛，占原子百分比35-45％；锆，占原子百分比5-15％；铜，占原子百分比32-42％；铌，占原子百分比1-11％；以及钴，占原子百分比2-12％。
附图说明
本发明的上述和其他方面、特征及其他优点参照说明书内容并配合附加附图得到更清楚的了解，其中：
图1是根据本发明部分实施例的一种金属玻璃薄膜形成于一针身表面的示意图；
图2是根据本发明部分实施例的金属玻璃薄膜的穿刺试验分析图；
图3是根据本发明部分实施例的金属玻璃薄膜穿刺沾黏实验图；以及
图4是根据本发明部分实施例的金属玻璃薄膜磨擦系数量测图。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。
请参阅图1，是根据本发明部分实施例的一种金属玻璃薄膜形成于一针身表面的示意图。如图1所示，金属玻璃薄膜1(Thin Film Metallic Glass,TFMG)，为一非晶体结构材料，并形成于一针身2的表面及该针身2的一针头21的表面，用以降低该针头的表面摩擦力及表面粗糙度，并增加该针头的硬度。此外，于本发明另一实施例中，该针身2的一针管22的内表面亦形成有该金属玻璃薄膜1。该金属玻璃薄膜1为一钛基金属玻璃薄膜，其是由一钛材料、一锆材料、一铜材料、一铌材料与一钴材料依一定的原子百分比所组成，且该钛材料、该锆材料、该铜材料、该铌材料、与该钴材料于该金属玻璃薄膜1的中的原子百分比分别为35-45％、5-15％、32-42％、1-11％与2-12％。
以下，将藉由各种实验数据证明本发明的金属玻璃薄膜1应用于针头表面的可行性。请参阅图2，是根据本发明部分实施例的金属玻璃薄膜的穿刺试验分析图。如图2所示，在穿刺试验中，比较数种不同材料的镀膜不锈钢针头对PU橡胶穿刺力道的影响，其中，L1表示未镀膜的针头、L2表示纯钛硬膜的针头、L3表示氮化钛陶瓷硬膜的针头、L4表示钛基金属玻璃薄膜的针头，Y轴表示穿刺力道，以牛顿(N)为单位；X轴表示穿刺距离，以毫米(mm)为单位。
承上述，未镀膜的针头的穿刺力道为2.3±0.1(N)、摩擦力为1.5±0.1(N)；纯钛硬膜的针头的穿刺力道为2.3±0.2(N)、摩擦力为1.6±0.1(N)；氮化钛陶瓷硬膜的针头的穿刺力道为2.1±0.2(N)、摩擦力为1.5±0.2(N)；钛基金属玻璃薄膜的针头的穿刺力道为0.8±0.1(N)、摩擦力为0.3±0.1(N)。镀有本发明的钛基金属玻璃薄膜后，穿刺力量由未镀膜的针头的2.3N降低到0.8N，比起其他镀层如纯金属钛或氮化钛陶瓷硬膜，效果极为明显。结晶形态的纯钛与氮化钛陶瓷硬膜并无明显改善不锈钢针头表面摩擦力，而钛基金属玻璃薄膜明显降低穿刺所需要的力道，因其非晶体结构薄膜表面较其余结晶薄膜来的平整，因此更有利于医疗注射或手术上等多次使用的应用。
请参阅图3，是根据本发明部分实施例的金属玻璃薄膜穿刺沾黏实验图。如图3所示，在穿刺沾黏实验中，比较数种不同材料的镀膜不锈钢针头对温体猪肉的组织沾黏的影响，其中，由左至右依序为未镀膜的针头、本发明的钛基金属玻璃薄膜的针头、纯钛硬膜的针头、及氮化钛陶瓷硬膜的针头的沾黏实验图。上述针头针对该温体猪肉的穿刺力量及摩擦力如下，未镀膜的针头的穿刺力道为0.15±0.02(N)、摩擦力为0.044±0.010(N)；纯钛硬膜的针头的穿刺力道为0.16±0.02(N)、摩擦力为0.039±0.006(N)；氮化钛陶瓷硬膜的针头的穿刺力道为0.14±0.02(N)、摩擦力为0.034±0.004(N)；钛基金属玻璃薄膜的针头的穿刺力道为0.08±0.02(N)、摩擦力为0.026±0.003(N)。
承上述，当针头在离开该温体猪肉组织时镀有金属玻璃薄膜的针头相较于未处理和其他薄膜，产生极少的组织沾黏现象。此外，当针头镀金属玻璃薄膜后，只需一半的力量即能戳入相同深度猪肉，进而可减少肌肉拉扯而使疼痛感降低，并达到提高耐用性，降低组织沾附于表面的效果。
请参阅图4，根据本发明部分实施例的金属玻璃薄膜摩擦系数试验分析图。如图4所示，在摩擦系数试验中，比较数种不同材料的镀膜针头经过钻石压痕器进行刮痕测试后所计算出的摩擦系数分析图，其中，S1表示未镀膜的针头、S2表示纯钛硬膜的针头、S3表示氮化钛陶瓷硬膜的针头、S4表示本发明的钛基金属玻璃薄膜的针头，Y轴表示摩擦系数；X轴表示刮痕长度，以微米(μm)为单位。
承上述，未镀膜的针头的摩擦系数为0.36；纯钛硬膜的针头的摩擦系数为0.39；氮化钛陶瓷硬膜的针头的摩擦系数为0.23；钛基金属玻璃薄膜的针头的摩擦系数为0.07。镀有本发明的钛基金属玻璃薄膜后，摩擦系数由未镀膜的针头的0.36降低到0.07，比起其他镀层如纯金属钛或氮化钛陶瓷硬膜，效果极为明显。结晶形态的纯钛与氮化钛陶瓷硬膜并无明显降低不锈钢针头表面摩擦系数，而钛基金属玻璃薄膜明显降低摩擦系数，因其非晶体结构薄膜表面较其余结晶薄膜来的平整及较低的表面能，因此在穿刺实验中能明显降低穿刺力道并降低与物体的沾黏。
请参阅表1，记录接触角试验中所量测计算出的数种不同材料的镀膜针头的表面能。如表1所示，未镀膜的针头的表面能为39.8毫牛顿/米；纯钛硬膜的针头的表面能为37.2毫牛顿/米；氮化钛陶瓷硬膜的针头的表面能为33.1毫牛顿/米；钛基金属玻璃薄膜的针头的表面能为26.9毫牛顿/米。镀有本发明的钛基金属玻璃薄膜后，表面能由未镀膜的针头的39.8毫牛顿/米降低到26.9毫牛顿/米，比较其他镀层如纯金属钛或氮化钛陶瓷硬膜，效果极为明显。结晶形态的纯钛与氮化钛陶瓷硬膜并无明显降低不锈钢针头表面能，而钛基金属玻璃薄膜明显降低表面能，因其薄膜表面为非晶体结构，因此在穿刺实验中能明显降低穿刺力道及降低摩擦是数并降低与物体的沾黏。
表1
透过上述所呈现的各种实验数据，可进一步地得知本发明所提出的Ti40Zr10Cu37Nb7Co7的金属玻璃薄膜1，可降低该针头的表面摩擦力及表面粗糙度，并增加该针头的硬度，以及有效减少组织沾黏，进而提高耐用性；此外，能有效的保护针头避免在重复使用过程中快速的钝化，也减少注射过程中的疼痛感。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种具有金属玻璃薄膜的医疗用针，其特征在于，包含：
一针身；
一针头；以及
一金属玻璃薄膜，为一非晶体结构材料，并形成于所述针身的表面及所述针头的表面，所述金属玻璃薄膜为一钛基金属玻璃薄膜，其是由一钛材料、一锆材料、一铜材料、一铌材料以及一钴材料依一定的原子百分比所组成，且所述钛材料、所述锆材料、所述铜材料、所述铌材料、与所述钴材料于所述金属玻璃薄膜的原子百分比分别为35-45％、5-15％、32-45％、1-11％与2-12％。
2.如权利要求1所述的具有金属玻璃薄膜的医疗用针，其特征在于，所述针身的一针管的表面亦形成有所述金属玻璃薄膜。
3.如权利要求2所述的具有金属玻璃薄膜的医疗用针，其特征在于，所述针身的材料是选自于下列群组之中的任一者：钛、钛合金、铝、铝合金、铜、铜合金、铁、铁合金、金、金合金、以及钢。
4.如权利要求1所述的具有金属玻璃薄膜的医疗用针，其特征在于，所述金属玻璃薄膜的化学式是Ti40Zr10Cu37Nb7Co7。
5.如权利要求4所述的具有金属玻璃薄膜的医疗用针，其特征在于，所述的金属玻璃薄膜的硬度大于700维氏硬度(HV)。
6.如权利要求4所述的具有金属玻璃薄膜的医疗用针，其特征在于，所述金属玻璃薄膜的厚度介于50nm至200nm之间。
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