CN107385411B - 手术缝合针表面的等离子体前处理方法及处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手术缝合针表面的等离子体前处理方法及处理装置，该方法包括如下步骤：a.将未处理的手术缝合针放在小转盘(5)上；b.对腔室抽真空；c.当腔室的真空度达到10‑3Pa以上时，通过进气系统(3)向腔室通入氩气和氧气，打开放电电源及偏压电源，腔室中的混合气体开始放电；d.停止通入氧气，并增加氩气的通气量以保持腔室中的气压与步骤c中的气压相同；e.向腔室通入氢气；f.充入含硅有机物；g.停止通入气体及含硅有机物，当处理后的手术缝合针冷却后，将其取出。该方法可有效去除手术针表面的有机污染物，同时对表面进行微结构构造，并通过含硅有机物来改变表面的化学结构和能量状态，以提高后续浸油效果。

Description

手术缝合针表面的等离子体前处理方法及处理装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体前处理方法及处理装置，特别涉及一种手术缝合针表面的等 离子体前处理方法及处理装置。
背景技术
手术缝合针是外科手术中常用的理疗器械，用于缝合刀口或伤口，以促进组织愈合。 一般手术缝合针由符合GB/T 4240中规定的30Cr13材料构成。上述手术缝合针在与肉体 接触过程中，表面会发生物理和化学的变化，经过数次缝合后，针尖会变钝而且针体与肉 体的脂肪、血水等发生亲和，一旦发生这种情况，针体表面便不再光洁，与肉体的摩擦阻力增加，会出现局部受力较大的现象。该现象有可能会造成局部组织的损坏，同时也会降低手术缝合效率，这对于手术者或患者是不利的。为此，一般的手术缝合针都会在表面涂覆硅油(W.Lyle McClung等,Enhancing needle durability by silicone coating ofsurgical needls, the journal of Emergency Medicine,V13,No.4,PP515-518,1995)。虽然在手术缝合针表面涂 覆硅油可以有效降低手术缝合针穿过生物组织的阻力。但是由于这层硅油是浸涂在光洁的 手术缝合针体上，与手术缝合针的钢基体属于范德华力结合，很容易在擦抹中脱离，从而 失去润滑作用。于是在数针之后，摩擦力又会变大。
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种手术缝合针表面的等离子体前处理 方法。利用等离子体溅射、氧化和还原作用，在表面构建纳米到微米量级的微结构，然后 利用HMDSO或TMS进行表面处理获得Si键，利用Si键与硅油的相互作用，获得更强的 结合。
本发明具有如下优点：(1)一次性完成表面等离子体的清洁、微结构制备和Si键涂层 的获得；(2)利用射频放电的固有特点：高频轻柔放电特别适于尖锐型物体的表面处理，从而显著降低自辉光放电打火的可能性；(3)射频放电直接耦合在手术缝合针上，等离子体利用率高；(4)高效、节能、绿色环保，没有有毒物质排放。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被 视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手术缝合针表面的等离子体前处理方法，从而克服现有技 术中的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种手术缝合针表面的等离子体前处理方法，该方法 包括如下步骤：a.将未处理的手术缝合针放在小转盘(5)上；b.对腔室抽真空；c.当腔室的真空度达到10-3Pa以上时，通过进气系统(3)向腔室通入氩气和氧气，打开放电电 源及偏压电源，腔室中的混合气体开始放电；d.停止通入氧气，并增加氩气的通气量以保 持腔室中的气压与步骤c中的气压相同；e.向腔室通入氢气；f.充入含硅有机物；g.停止 通入气体及含硅有机物，当处理后的手术缝合针冷却后，将处理后的手术缝合针取出。其 中，小转盘(5)安放在大转盘(6)上，并且当大转盘(6)公转时，小转盘(5)进行自 转。
优选地，上述技术方案中，在步骤c中，氩气和氧气的流量比是5:1到1:2，放电电源的功率为100-300W，偏压电源的电压为100-200V，放电持续1-10min。
优选地，上述技术方案中，在步骤d中，放电持续5-10min。
优选地，上述技术方案中，在步骤e中，氩气与H2的流量比是5:1到1:2，放电持续20-60min，偏压电源的电压为200-500V。
优选地，上述技术方案中，在步骤f中，氩气与含硅有机物的流量比是5:1到1:1，放电电源的功率为100-1000W，偏压电源的电压为300-1000V，放电持续10min。
优选地，上述技术方案中，偏压电源是脉冲电源，占空比为20-80％，频率<20kHz。
优选地，上述技术方案中，含硅有机物是HMDSO、TMS或SiH4。
优选地，上述技术方案中，小转盘(5)自转的转速与所述大转盘(6)公转的转速之比是10:1-5:1。
优选地，上述技术方案中，在所述步骤b中，将腔室温度加热到150℃，以加快排出所述腔室壁吸附的气体。
本发明的另一目的在于提供一种等离子体前处理装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种等离子体前处理装置，该前处理装置包括：真空 室(1)，电磁线圈(8)，进气系统(3)，抽气机组(2)，放电和偏压复合电源(7)，小转 盘(5)和大转盘(6)，其中，小转盘(5)设置于大转盘(6)上并且与大转盘(6)导电 连接，当大转盘(6)公转时，小转盘(5)会跟随大转盘(6)的公转进行自转。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过氩气和氧气等离子体的轰击，对手 术缝合针表面进行清洁和氧化，随后利用氩气等离子体对氧化后的手术缝合针表面的冲刷 作用，将氧化后的物质去除，随后通过H2的还原作用，再将氧化后的手术缝合针表面还原， 最后通过通入含硅有机物，使得手术缝合针表面生成Si键，从而达到表面等离子体清洁、 微结构制备和Si键涂层一次性完成的优点。本发明公开的前处理方法具有高效、节能、绿 色环保的有点，且没有有毒物质排放。
附图说明
图1是根据本发明的等离子体前处理装置示意图；
图2是根据本发明的直流和高频耦合示意图；
图3是根据本发明的表面刻蚀的微结构示意图；
图4是根据本发明的刻蚀获得的表面微结构SEM照片。
主要附图标记说明：1-真空室，2-抽气机组，3-进气系统，4-手术缝合针，5-小转盘， 6-大转盘，7-放电和偏压复合电源，8-电磁线圈，9-磁力线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范 围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换 如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
首先参照图1，图1是根据本发明的等离子体前处理装置示意图，其中该前处理装置 包括，真空室1，电磁线圈8，进气系统3，抽气机组2，放电和偏压复合电源7，小转盘 5和大转盘6。其中，小转盘5设置于大转盘6上并且与大转盘6导电连接，当大转盘6 公转时，小转盘5会跟随大转盘6的公转进行自转。放电和偏压复合电源7接在大转盘上， 同时电源也相当于通过小转盘连接在每个手术缝合针上，电磁线圈8配置于真空室外，电 磁线圈8通电后可以产生闭合的磁力线9，通过放电和偏压复合电源7产生的电场与电磁 线圈产生的电场相互作用，有效离化了等离子体，并通过磁场作用，将等离子体高密度地 聚集在手术缝合针4附近。其中，由于当大转盘公转时，小转盘会跟随大转盘的公转进行 自转，所以可以使得对手术缝合针的表面处理更加均匀。
随后，针对本申请的手术缝合针表面的等离子体前处理方法进行详细说明。
实施例1：
手术缝合针表面的等离子体前处理是在如图1所示的装置的真空室1内进行的，其中， 小转盘5安放在大转盘6上，并且当大转盘6公转时，小转盘5进行自转，将小转盘5自 转的转速与所述大转盘6公转的转速之比设置为10:1。
具体等离子体前处理步骤如下：a.首先将未处理的手术缝合针放在小转盘5上；b.通过 抽气机组2，把腔室内的空气抽出；c.当腔室内的真空度达到极限真空1×10-3Pa时，利用 进气系统3将氩气和氧气充入到腔室，氩气和氧气的流量比为5:1，随后开启放电电源及偏压电源，放电电源开到300W，该放电电源选用高频放电(放电频率为13.56MHz)，偏 压电源开到200V，该偏压电源为直流偏压或脉冲偏压(频率<80kHz)，线圈电流开启1-20A， 腔室中的混合气体开始放电，放电时间持续10min；d.然后停止通入氧气，增加氩气以维 持气压不变，该步骤中放电持续10min；e.向腔室内通入氢气，氩气和氢气的流量比为5:1， 偏压电源开到500V，持续放电60min，随后关掉氢气，仅维持氩气放电5-10min；f.向腔 室内充入含硅有机物的介质气体，该含硅有机物为HMDSO，且氩气与含硅有机物的流量 比为1:1，放电电源功率维持1000W，同时偏压电源开到1000V，该偏压电源为脉冲电源， 其占空比为80％，频率<20kHz，放电持续10min。g.停止通入气体及所述含硅有机物， 当处理后的手术缝合针冷却后，将手术缝合针取出用于浸油处理。
上述步骤中，在缝合针上加的电压如图2所示，为直流叠加射频。这样保证等离子体 均匀放电，又由于高频效应有效抑制了局部打火。通入氧气能够有效氧化分解缝合针表面 上的有机物，同时通入的氩气将表面颗粒等杂质溅射掉。通入氢气是利用氢气和氧化物的 作用，将表层的氧化物进行刻蚀，希望在表面会出现很多微观小坑，如图3所示，以获得微结构效应。通过上述步骤所获得的结果的SEM微观照片如图4所示。
通过上述等离子体前处理方法所得到的圆形手术缝合针和三角形手术缝合针的性能 参数分别如表1、表2所示。
表1 圆形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
性能(○1/2 7×20) 处理前(○1/2 7×20) 处理后(○1/2 7×20)
针尖强度 无弯钩 无弯钩
刺穿力(N) 0.62、0.58、0.53 0.49、0.42、0.38
切割力(N) —— ——
弹性 1.7％、2.0％、1.8％ 1.8％、1.9％、1.8％
韧性 不断 不断
硬度(HV0.2) 566、579、524 588、596、602
传过力(次) 6 10
表2 三角形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
从上述性能参数对比可知，圆形针经过前述等离子体前处理后，其硬度有一定程度的 提升，传过力大幅度增加。三角针经过处理后，其硬度提升，传过力大幅度增加。
本发明的等离子体前处理装置用于对手术缝合针进行上述等离子体前处理，等离子体 前处理装置包括：真空室1，电磁线圈8，进气系统3，抽气机组2，放电和偏压复合电源7，小转盘5和大转盘6，其中，小转盘5设置于大转盘6上并且与大转盘6导电连接，当 大转盘6公转时，小转盘5会跟随大转盘6的公转进行自转。
实施例2：
手术缝合针表面的等离子体前处理是在如图1所示的装置的真空室1内进行的，其中， 小转盘5安放在大转盘6上，并且当大转盘6公转时，小转盘5进行自转。将小转盘5自 转的转速与所述大转盘6公转的转速之比设置为5:1。
具体等离子体前处理步骤如下：a.首先将未处理的手术缝合针放在小转盘5上；b.通 过抽气机组2，把腔室内的空气抽出；c.当腔室内的真空度达到极限真空1×10-3Pa时，利用进气系统3将氩气和氧气充入到腔室，氩气和氧气的流量比为1:2，随后开启放电电源 及偏压电源，放电电源开到200W，该放电电源选用低频放电(放电频率<100kHz)，偏压 电源开到100V，线圈电流开启1-20A，腔室中的混合气体开始放电，放电时间持续5min； d.然后停止通入氧气，增加氩气以维持气压不变，该步骤中放电持续5min；e.向腔室内通 入氢气，氩气和氢气的流量比为1:2，偏压电源开到400V，持续放电40min，随后关掉氢 气，仅维持氩气放电5-10min；f.向腔室内充入含硅有机物的介质气体，该含硅有机物为 TMS，氩气与含硅有机物的流量比为3:1，放电电源功率维持500W，同时偏压电源开到 800V，该偏压电源为脉冲电源，其占空比为50％，频率<20kHz，放电持续10min。g.停 止通入气体及所述含硅有机物，当处理后的手术缝合针冷却后，将手术缝合针取出用于浸 油处理。
通过上述等离子体前处理方法所得到的圆形手术缝合针和三角形手术缝合针的性能 参数分别如表3、表4所示。
表3 圆形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
性能(○1/2 7×20) 处理前(○1/2 7×20) 处理后(○1/2 7×20)
针尖强度 无弯钩 无弯钩
刺穿力(N) 0.62、0.58、0.53 0.48、0.41、0.39
切割力(N) —— ——
弹性 1.7％、2.0％、1.8％ 1.8％、2.0％、1.8％
韧性 不断 不断
硬度(HV0.2) 566、579、524 589、594、598
传过力(次) 6 9
表4 三角形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
性能(△1/2 6×17) 处理前(△1/2 6×17) 处理后(△1/2 6×17)
针尖强度 无弯钩 无弯钩
刺穿力(N) 0.51、0.46、0.49 0.42、0.36、0.39
切割力(N) 4.5、5.0、5.0 4.1、4.2、3.8
弹性 —— ——
韧性 不断 不断
硬度(HV0.2) 540、553、557 590、584、592
传过力(次) 7 11
从上述性能参数对比可知，圆形针经过前述等离子体前处理后，其硬度有一定程度的 提升，传过力大幅度增加。三角针经过处理后，其硬度提升，传过力大幅度增加。
实施例3：
手术缝合针表面的等离子体前处理是在如图1所示的装置的真空室1内进行的，其中， 小转盘5安放在大转盘6上，并且当大转盘6公转时，小转盘5进行自转。将小转盘5自 转的转速与大转盘6公转的转速之比是8:1。
具体等离子体前处理步骤如下：a.首先将未处理的手术缝合针放在小转盘5上；b.通过 抽气机组2，把腔室内的空气抽出；c.当腔室内的真空度达到极限真空1×10-3Pa时，利用 进气系统3将氩气和氧气充入到腔室，氩气和氧气的流量比为3:1，随后开启放电电源及偏压电源，放电电源开到100W，偏压电源开到150V，线圈电流开启1-20A，腔室中的混 合气体开始放电，放电时间持续1min；d.然后停止通入氧气，增加氩气以维持气压不变， 该步骤中放电持续8min；e.向腔室内通入氢气，氩气和氢气的流量比为3:1，偏压电源开 到200V，持续放电20min，随后关掉氢气，仅维持氩气放电5-10min；f.向腔室内充入含 硅有机物的介质气体，该含硅有机物为SiH4，氩气与含硅有机物的流量比为5:1，放电电 源功率维持100W，同时偏压电源开到300V，该偏压电源为脉冲电源，其占空比为20％， 频率<20kHz，放电持续10min。g.停止通入气体及所述含硅有机物，当处理后的手术缝 合针冷却后，将手术缝合针取出用于浸油处理。
通过上述等离子体前处理方法所得到的圆形手术缝合针和三角形手术缝合针的性能 参数分别如表5、表6所示。
表5 圆形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
性能(○1/2 7×20) 处理前(○1/2 7×20) 处理后(○1/2 7×20)
针尖强度 无弯钩 无弯钩
刺穿力(N) 0.62、0.58、0.53 0.48、0.41、0.39
切割力(N) —— ——
弹性 1.7％、2.0％、1.8％ 1.8％、2.0％、1.8％
韧性 不断 不断
硬度(HV0.2) 566、579、524 589、594、598
传过力(次) 6 9
表6 三角形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
性能(△1/2 6×17) 处理前(△1/2 6×17) 处理后(△1/2 6×17)
针尖强度 无弯钩 无弯钩
刺穿力(N) 0.51、0.46、0.49 0.42、0.36、0.39
切割力(N) 4.5、5.0、5.0 4.1、4.2、3.8
弹性 —— ——
韧性 不断 不断
硬度(HV0.2) 540、553、557 590、584、592
传过力(次) 7 10
从上述性能参数对比可知，圆形针经过前述等离子体前处理后，其硬度有一定程度的 提升，传过力大幅度增加。三角针经过处理后，其硬度提升，传过力大幅度增加。
实施例4
手术缝合针表面的等离子体前处理是在如图1所示的装置的真空室1内进行的，其中， 小转盘5安放在大转盘6上，并且当大转盘6公转时，小转盘5进行自转。将小转盘5自 转的转速与大转盘6公转的转速之比是10:1。
具体等离子体前处理步骤如下：a.首先将未处理的手术缝合针放在小转盘5上；b.通过 抽气机组2，把腔室内的空气抽出，同时将腔室温度加热到150℃，以加快排出所述腔室 壁吸附的气体；c.当腔室内的真空度达到极限真空1×10-3Pa时，利用进气系统3将氩气和 氧气充入到腔室，氩气和氧气的流量比为1:2，随后开启放电电源及偏压电源，放电电源开到300W，偏压电源开到200V，线圈电流开启1-20A，腔室中的混合气体开始放电，放 电时间持续8min；d.然后停止通入氧气，增加氩气以维持气压不变，该步骤中放电持续 7min；e.向腔室内通入氢气，氩气和氢气的流量比为1:2，偏压电源开到300V，持续放电 50min，随后关掉氢气，仅维持氩气放电5-10min；f.向腔室内充入含硅有机物的介质气体， 该含硅有机物为HMDSO，氩气与含硅有机物的流量比为1:1，放电电源功率维持800W， 同时偏压电源开到500V，该偏压电源为脉冲电源，其占空比为70％，频率<20kHz，放电 持续10min。g.停止通入气体及所述含硅有机物，当处理后的手术缝合针冷却后，将手术 缝合针取出用于浸油处理。
对比例1：
手术缝合针表面的等离子体前处理是在如图1所示的装置的真空室1内进行的，其中， 小转盘5安放在大转盘6上，并且当大转盘6公转时，小转盘5进行自转。将小转盘5自 转的转速与大转盘6公转的转速之比是4:1。
具体等离子体前处理步骤如下：a.首先将未处理的手术缝合针放在小转盘5上；b.通过 抽气机组2，把腔室内的空气抽出；c.当腔室内的真空度达到极限真空1×10-3Pa时，利用 进气系统3将氩气和氧气充入到腔室，氩气和氧气的流量比为6:1，随后开启放电电源及偏压电源，放电电源开到300W，偏压电源开到300V，线圈电流开启1-20A，腔室中的混 合气体开始放电，放电时间持续15min；d.然后停止通入氧气，增加氩气以维持气压不变， 该步骤中放电持续8min；e.向腔室内通入氢气，氩气和氢气的流量比为6:1，偏压电源开 到600V，持续放电60min，随后关掉氢气，仅维持氩气放电5-10min；f.向腔室内充入含 硅有机物的介质气体，该含硅有机物为HMDSO，氩气与含硅有机物的流量比为6:1，放电 电源功率维持1000W，同时偏压电源开到100V，该偏压电源为脉冲电源，其占空比为10％， 频率<20kHz，放电持续10min。g.停止通入气体及所述含硅有机物，当处理后的手术缝 合针冷却后，将手术缝合针取出用于浸油处理。
通过上述等离子体前处理方法所得到的圆形手术缝合针和三角形手术缝合针的性能 参数分别如表7、表8所示。
表7 圆形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
性能(○1/2 7×20) 处理前(○1/2 7×20) 处理后(○1/2 7×20)
针尖强度 无弯钩 无弯钩
刺穿力(N) 0.62、0.58、0.53 0.75、0.69、0.71
切割力(N) —— ——
弹性 1.7％、2.0％、1.8％ 2.2％、2.3％、2.0％
韧性 不断 不断
硬度(HV0.2) 566、579、524 501、489、499
传过力(次) 6 2
表8 三角形手术缝合针等离子体前处理前后的性能参数对比
性能(△1/2 6×17) 处理前(△1/2 6×17) 处理后(△1/2 6×17)
针尖强度 无弯钩 无弯钩
刺穿力(N) 0.51、0.46、0.49 0.62、0.65、0.59
切割力(N) 4.5、5.0、5.0 5.2、5.9、5.6
弹性 —— ——
韧性 不断 不断
硬度(HV0.2) 540、553、557 518、522、509
传过力(次) 7 3
通过前述对比例可见，按照对比例所描述的方法进行处理之后，圆形针经过前述等离 子体前处理后，其硬度有下降，传过力大幅降低。三角针经过处理后，其硬度下降，传过 力大幅度降低。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非 想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和 变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用， 从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各 种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (1)

1.一种手术缝合针表面的等离子体前处理方法，其特征在于所述等离子体前处理方法包括如下步骤：a.将未处理的手术缝合针放在小转盘(5)上；b.对腔室抽真空；c.当所述腔室的真空度达到10-3 Pa以上时，通过进气系统(3)向所述腔室通入氩气和氧气，打开放电电源及偏压电源，所述腔室中的混合气体开始放电；d.停止通入所述氧气，并增加所述氩气的通气量以保持腔室中的气压与步骤c中的气压相同；e.向所述腔室通入氢气；f.充入含硅有机物；g.停止通入气体及所述含硅有机物，当处理后的手术缝合针冷却后，将所述处理后的手术缝合针取出；其中，所述小转盘(5)安放在大转盘(6)上，并且当所述大转盘(6)公转时，所述小转盘(5)进行自转，在步骤c中，所述氩气和氧气的流量比是5:1到1:2，所述放电电源的功率为100-300W，所述偏压电源的电压为100-200V，所述放电持续1-10min，在步骤d中，放电持续5-10min，在步骤e中，氩气与所述氢气的流量比是5:1到1:2，放电持续20-60min，偏压电源的电压为200-500V，在步骤f中，氩气与所述含硅有机物的流量比是5:1到1:1，放电电源的功率为100-1000W，偏压电源的电压为300-1000V，放电持续10min，所述偏压电源是脉冲电源，占空比为20-80％，频率<20kHz，所述含硅有机物是HMDSO或TMS，所述小转盘(5)自转的转速与所述大转盘(6)公转的转速之比是10:1-5:1，在所述步骤b中，将腔室温度加热到150℃，以加快排出所述腔室壁吸附的气体。
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