CN109306449B - 一种生物针灸表面处理技术及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物针灸表面处理技术及设备，包括针柄、针身和针尖，针身基于离子束技术制备了超薄、超高绝缘以及超硬的类金刚石涂层,类金刚石涂层的厚度为1‑6nm，在针身的类金刚石膜层上沉积三条宽2‑5μm测试通道线；针柄连接电针仪电极，测试通道线连接生物电流测试系统；外接电极电流从针尖定向导入作用于深层的病变部位，同时相关病变部位的生物电流反馈测试系统。本发明因采用了类金刚石超薄纳米涂层，配合电针仪以及生物电流测试系统使用时产生治疗和监控作用，不但可以大幅提高治疗效果，同时很好的监控医患的病变部位的生物特征。本发明适用于针灸针，定向导电针灸针绝缘层制备方法、生物电流测试方法及其通道线的制备工艺。

Description

一种生物针灸表面处理技术及设备
技术领域
本发明是提高针灸针的医用性能。具体技术是基于离子束技术的磁过滤沉积技术。
技术背景
针灸是一门古老的医学，历经沧桑而屹立于世界医学之林，显示出勃勃生机和特有的魅力。针灸包括针法和灸法。针法是利用特制的针具，通过对经络腧穴的良性刺激，调理经气来达到防治疾病的一种外治法。灸法则是将灸料点燃后，在体表的经络腧穴上进行烧灼或熏烤而治病的一种外治法。针灸的发展离不开针灸工具的进步和改革。针灸针由青铜针到金针、银针，再到不锈钢针、电针、磁针、微波和超声波治疗仪等，丰富了针灸治疗手段。但是，目前的针灸针大多只能进行穴位针刺灸疗，并不能导入电流于深层变病变部位，使得治疗周期长、病情恢复缓慢等缺点。同时在治疗过程中无相关患者病变部位或刺入过程中的生物电流或者其他信号信息，从而不能实时监控针灸医疗的过程，以及充分发挥中医针灸疗效。
有鉴于此，本发明基于离子束技术利用磁过滤沉积(FCVA)在针灸针表面制备了类金刚石涂层以及导电通道。综合碳的绝缘/导电性能、超高硬度以及优良的生物兼容性使得在使用本专利针灸针时能够减轻患者的疼痛感以及提高其针灸过程中的生物信号监控能力。
进一步来讲，该方法包括：
在针身表面通过磁过滤技术沉积超高绝缘的类金刚石膜层；
同时利用外围辅助电场以及磁场系统，在针尖沉积导电的类金刚石膜层；
在针身超高绝缘的类金刚石膜层上通过光刻掩模的方法进行导电通道的沉积，形成电极；导电电极底端距针尖距离为5-10mm；
在一些实施例中，在针身和针尖上进行类金刚石膜沉积包括：利用所述磁过滤真空弧沉积(FCVA)系统，在所述针身和针尖上磁过滤沉积出碳膜；其中，阴极靶材起弧电流不高于30A，沉积电流不小于100mA，沉积时间不高于10s。
在一些实施例中，在类金刚石膜上进行金属沉积包括：利用所述磁过滤真空弧沉积(FCVA)系统，在所述针身和针尖上磁过滤沉积出导电金属膜；其中，阴极靶材起弧电流不低于100A，沉积电流不小于600mA，沉积时间不高于10min。
相对于现有技术，本发明各实施例具有以下优势：
1、本发明实施例提出的针身的表面处理后针灸针具备：
1)针身覆盖膜层的地方具备很好的绝缘性能，同时膜层的结合强度大于50N，膜层具备很好的生物兼容性；
2)沉积时温度可低至室温，通过靶材和结构的设计可以在无辅助气体的情况下使起弧电流低至10A；
3)沉积速度快能大大的减低生产成本，能实现大规模批量生产；
4)制备的针灸针尖有更高的硬度，刺入时病患无痛感，同时能够通过电极通道在线监控患者的生物电流进行导入电流的调控等，提高治疗效果。
2、相比磁控溅射、电子束蒸发等PVD沉积方法，磁过滤电弧沉积设备原子离化率非常高，大约在90％以上。这样，由于原子离化率高，可使等离子体密度增加，成膜时大颗粒减少，有利于提高薄膜硬度、耐磨性、致密性、膜基结合力等；
3、公知理论知道气相沉积过程中每炉沉积的膜层的基本性质是一致的，但本发明能够利用电磁场的改变实现同时在针身和针尖沉积导电率不同的膜层。
4、基于本技术制备的1-6nm的类金刚石膜层具备很好的绝缘效果，源于其沉积的膜层致密性，这是其他技术如磁控、多弧等技术所不能实现的。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明实施例的更多特点和优势将在之后的具体实施方式予以说明。
附图说明
构成本发明实施例一部分的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供针灸针的示意图；
图2为本发明实施例提供的针灸针制备设备结构示意图；
图3为本发明实施例提供的针灸针膜层结合力图；
图4为类金刚石膜层针身DLC(ta-C)截面图；
图5为类金刚石膜层针身DLC(ta-C)的Raman图谱；
图6为类金刚石膜层针尖DLC(ta-C)的Raman图谱；
图7为类金刚石膜层针身和针尖的纳米硬度值；
图8为某部位针灸针探测电流信号曲线图。
附图标记说明
101 针身DLC膜层
102 针身导电通道
103 针尖导电DLC膜层
201 90度磁过滤管道
202 阳极筒
203 电场屏蔽体
204 电场增强体
205 针灸针基体
206 40度磁过滤管道
207 真空腔体
208 自转轴
209 带永磁体的辅助阳极
方法实施例
本实施例中，在针灸针尖和针身表面制备了DLC涂层以及在后续绝缘DLC膜层上制备了相关导电涂层，参照图1，其示出了本实施例制备方法效果，该制备方法包括以下步骤：
在针身表面通过磁过滤技术沉积超高绝缘的类金刚石膜层；
同时利用外围辅助电场以及磁场系统，在针尖沉积导电的类金刚石膜层；
在针身超高绝缘的类金刚石膜层上通过光刻掩模的方法进行导电通道的沉积，形成电极；导电电极底端距针尖距离为5-10mm；
在针身和针尖上进行类金刚石膜沉积包括：利用所述磁过滤真空弧沉积(FCVA)系统参照图2，在所述针身和针尖上磁过滤沉积出碳膜；其中，阴极靶材起弧电流不高于30A，沉积电流不小于100mA，沉积时间不高于10s。
在类金刚石膜上进行金属沉积包括：利用所述磁过滤真空弧沉积(FCVA)系统，在所述针身和针尖上磁过滤沉积出导电金属膜；其中，阴极靶材起弧电流不低于100A，沉积电流不小于600mA，沉积时间不高于10min；
利用针尖和针身上下分别施以不同方向和强度的电场，其中电场强度100V/cm，能够同时在针身和针尖分别沉积高电阻和低电阻的类金刚石膜层的方法；
靶材起弧电流不高于30A，阴极起弧结构中配置辅助阳极以及永磁体磁场，辅助阳极为混合材料，内圈用导磁外圈用非导磁材料，永磁体的强度不高于20mT。
针身和针尖沉积的DLC(Ta-C)的结合力测试。结果显示四面体DLC无论是在针身还是针尖都有良好的结合强度，结合力大于15N，如图3。图4为针身表面沉积DLC膜层的截面图，DLC膜层厚度为5.1nm，可以很清晰的发现，膜层的致密性和膜层质量非常好。图5和图6分别是针身和针尖的Raman图谱，可以很明显的发现针尖和针身DLC膜层的结构是不一样的，针身的G峰强所以相对sp3含量高，绝缘性能好；针尖D峰强，相对sp2含量高，所以电阻相对较低。Sp3的含量也可反映在图7中，如图7中可明显观察到，针身的膜层纳米硬度与针尖的纳米硬度值相差不大，虽然针尖sp2含量高，但很明显其硬度未受影响。图8为利用该技术制备的针灸针测试的电流信号，图中证明利用该技术能够方便捕捉到身体某些部位的生物电流信号，通过信号的识别、甄选可进一步提高治疗的效果。

Claims (6)

1.一种中医用针灸针的制备方法，其特征包括：
采用沉积方法为离子束技术；
基于离子束技术在针灸针身20-60mm高度内沉积电阻高于10MΩ，厚度1-6nm，硬度高于50GPa的类金刚石膜层，适用于大规模批量生产；
基于离子束技术同时在针灸针尖3-5mm高度内沉积硬度高于50GPa，电阻小于100Ω的类金刚石膜层；
在针身四面体碳表面通过光刻掩模方法沉积2-5μm宽，15-40mm长，1-2μm厚的三条导电通道，导电电极底端距针尖5-10mm，沉积速度不低于300nm/min；
利用针尖和针身上下分别施以不同方向、强度的电场，其中电场强度为100V/cm时，能够同时在针身和针尖分别沉积高电阻和低电阻的类金刚石膜层，但膜层纳米硬度无明显变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其制备的针灸针特征在于：
该针能大幅降低刺入压力，减轻患者疼痛感；
针灸针具备精准导入电流能力；
针灸针具备反馈生物电流信号能力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：沉积时针灸针的温度不高于50℃，膜层表面粗糙度Ra不大于0.1。
4.根据权利要求1所述的方法，其离子束沉积方法特征在于：
离子束沉积采用磁过滤阴极弧沉积；
阴极靶材为碳，沉积真空不低于1×10-3Pa，沉积速度大于50nm/min；
靶材起弧电流不高于30A，阴极起弧结构中配置辅助阳极以及永磁体磁场，辅助阳极为混合材料，内圈用导磁外圈用非导磁材料，永磁体的强度不高于20mT；
在辅助阳极和永磁体的配合下阴极靶材起弧电流最低可至10A。
5.根据权利要求1所述的方法，制备的导电通道其特征在于：
电阻小于100Ω，表面粗糙度Ra不大于0.1；
能够采用不同的核电子学方法进行生物电流信号测试。
6.一种表面处理的针灸针，其特征在于，由权利要求1至5任一项所述方法所制备。
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