CN111840783A - 一种表面超疏水的织构化套管电极、其制备系统及制备方法 - Google Patents

一种表面超疏水的织构化套管电极、其制备系统及制备方法 Download PDF

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徐长风
潘春阳
皇攀凌
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Abstract

本发明公开了一种表面超疏水的织构化套管电极、其制备系统及制备方法，制备方法，包括如下步骤：将套管电极进行研磨、抛光、清洗；使紫外激光的加工路径与电极表面中间母线重合，利用紫外激光器在套管电极的表面加工设定数量的沟槽，沟槽之间相互平行；将加工后的电极进行超声清洗和干燥；将干燥后的电极浸于硬脂酸乙醇溶液中设定时间；将浸泡后的电极进行冲洗、干燥，即可。

Description

一种表面超疏水的织构化套管电极、其制备系统及制备方法
技术领域
本发明属于表面工程领域，具体涉及一种表面超疏水的织构化套管电极、其制备系统及制备方法。
背景技术
公开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，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是目前常见的运动障碍病变，主要是由神经系统发生病变所引起。PD会严重危害人类的身体和精神健康，影响患者的生活和工作质量，给患者家庭和社会造成严重的负面影响。传统的药物治疗可以有效地改善运动能力和减少运动障碍，但通常几年后就会失效。目前，丘脑下核(STN-HFS)的高频深部脑刺激术(DBS)是治疗晚期帕金森病的首选手术方法。这种手术利用脑立体定向技术在脑深部的特定神经核团植入电极，并对其进行长期高频放电刺激，通过改变神经元的异常放电活动，来改善PD运动症状的治疗方式。
DBS手术具有损伤小、疗效好、并发症少、可调、可逆等优点，但是在植入电极的穿刺过程中，电极会对血管或脑组织造成压缩、撕裂、冲击、剪切等机械损伤，并引起相应的急性或慢性病理反应，如脑出血、脑水肿等等。颅脑组织与电极外壁之间的摩擦力是导致组织损伤的重要原因之一，若能降低摩擦力，电极对脑组织的穿刺损伤将大大减小。
研究表明，具有特定形貌的织构化表面和具有疏水/超疏水特性的表面通常具有显著的减摩效果。在工业领域，具有疏水性的织构化表面已经被应用于各种需要减摩效果的场景。微小的织构能够减小摩擦副之间的直接接触面积，超疏水特性则能减少组织细胞在电极表面的黏附，进一步减少摩擦。此外，超疏水表面还具有抗菌功能。因此，在DBS套管电极上加工出合适的表面织构并使电极表面具有超疏水性，套管电极与组织间的摩擦力将会减小，从而降低手术的风险，提高手术效率。目前，现有技术中采用通过化学处理降低表面能的方法制备了疏水性的电极，但尚未制备出具有超疏水性的电极。
激光加工是常用的微织构加工方式。其中紫外纳秒激光具有加工精度高、成本低、可加工材料范围广等优点，而且热效应极小适用于套管电极表面织构的加工。激光加工后的表面在空气中暴露一定时间后会转化为疏水性，为得到所需的超疏水性表面还需要低表面能的化学物质修饰。硬脂酸是由油脂水解产生的低表面能物质，少量的硬脂酸不会对人体造成伤害，因此是理想的涂层物质。在目前常用的激光种类中，超短脉冲激光(皮秒/飞秒激光)能够精准加工所需的织构形貌，但价格极其昂贵；红外纳秒激光价格较低，但热效应大，加工产生的熔渣多，产生的织构形貌不规整。本申请使用的紫外纳秒激光具有加工精度高、成本低、可加工材料范围广等优点，而且热效应极小，氧化程度低，产生的微细形貌有利于电极表面向疏水性转变，适用于套管电极表面织构的加工。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种表面超疏水的织构化套管电极、其制备系统及制备方法。该织构化套管电极可以改善脑深部刺激术中套管电极与脑组织之间的摩擦状况。
为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种表面超疏水的织构化套管电极，其表面加工有沟槽型微织构，且电极表面具有超疏水性。
第二方面，本发明提供一种表面超疏水的织构化套管电极的制备系统，包括：
紫外激光器，用于提供紫外激光光源；
工作台，其上设置有微调平台和分度盘，分度盘设置于微调平台上；
扫描头，通过光路与紫外激光器连接，其位于工作台的加工区域的上方。
第三方面，提供一种表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，包括如下步骤：
将套管电极进行研磨、抛光、清洗；
使紫外激光的加工路径与电极表面中间母线重合，利用紫外激光器在套管电极的表面加工设定数量的沟槽，沟槽之间相互平行；
将加工后的电极进行超声清洗和干燥；
将干燥后的电极浸于硬脂酸乙醇溶液中设定时间；
将浸泡后的电极进行冲洗、干燥，即可。
与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：
(1)本发明提出使用紫外激光加工电极，综合利用了激光表面微造型技术优点，并能有效规避其缺点。与其他激光相比，使用的紫外激光成本较低，光速质量好，单光子能量大，工作效率较高，且加工方式为冷加工，热影响区小，熔渣少，加工的表面形状更容易控制，对于减小表面摩擦力有进一步的促进作用。
(2)制备织构化电极表面时，将激光加工微织构技术与低表面能化学修饰技术相结合，制备出具有超疏水特性的套管电极，从而获得具有更佳摩擦学性能的表面，在脑深部刺激术的穿刺过程中避免严重的组织损伤，降低手术风险，提高手术治疗效果，帮助帕金森病及其他需要脑深部刺激术治疗的疾病患者减轻痛苦，重获健康。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。
图1是本发明实施例的表面超疏水的织构化套管电极及其制备方法的激光加工系统示意图；
图2是本发明实施例的表面超疏水的织构化套管电极及其制备方法的电极加工过程示意图；
图3是本发明实施例的表面超疏水的织构化套管电极及其制备方法的电极表面局部图；
图4是本发明实施例的表面超疏水的织构化套管电极及其制备方法的电极织构尺寸设计图。
其中，1、紫外激光器，2、第一反射镜，3、第二反射镜，4、扫描头，5、透镜，6、电极，7、分度盘，8、微调平台，9、工作台，10、控制器，11、计算机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，本发明提供一种表面超疏水的织构化套管电极，其表面加工有沟槽型微织构，且电极表面具有超疏水性。
在一些实施例中，电极表面的沟槽型微织构的宽度为15-25μm，深度为3-6μm。
在一些实施例中，电极表面，相邻沟槽之间的距离为75-85μm。
在一些实施例中，沟槽型微织构的轴向长度为30-50mm。
进一步的，沟槽型微织构与电极端部的距离为0.3-0.6mm。
第二方面，本发明提供一种表面超疏水的织构化套管电极的制备系统，包括：
紫外激光器，用于提供紫外激光光源；
工作台，其上设置有微调平台和分度盘，分度盘设置于微调平台上；
扫描头，通过光路与紫外激光器连接，其位于工作台的加工区域的上方。
第三方面，提供一种表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，包括如下步骤：
将套管电极进行研磨、抛光、清洗；
使紫外激光的加工路径与电极表面中间母线重合，利用紫外激光器在套管电极的表面加工设定数量的沟槽，沟槽之间相互平行；
将加工后的电极进行超声清洗和干燥；
将干燥后的电极浸于硬脂酸乙醇溶液中设定时间；
将浸泡后的电极进行冲洗、干燥，即可。
在一些实施例中，采用紫外纳秒激光打标机对套管电极进行加工。
进一步的，激光的单次扫描长度被设置为40mm，扫描起点与电极的悬空端之间的距离为0.3-0.6mm。
优选的，激光加工参数设置为：Q脉冲宽度12μs，Q重复频率50KHz，扫描速度300mm/s，重复次数2次。
在一些实施例中，所述套管电极为不锈钢套管电极。
进一步的，套管电极的外径尺寸为Ф1.5mm×80mm，壁厚为150μm。
在一些实施例中，硬脂酸乙醇溶液中，硬脂酸的质量百分数为0.8-1.2％。
进一步的，电极在硬脂酸乙醇溶液中的浸泡时间为1.5-2.5h。
在一些实施例中，浸泡后的电极采用无水乙醇冲洗，然后进行烘干。以增强涂层与基底的联合强度。
进一步的，烘干的温度为120-160℃，干燥时间为1.5-2.5h。
实施例
如图1-4所示，本发明提供了一种表面超疏水的织构化套管电极及其制备方法，具体步骤如下：
步骤1：选用316L不锈钢制成的套管电极，使用绒布和金刚石研磨膏抛光并使用98％的工业酒精清洗15min以上，清洗完成后，使用鼓风干燥机在60℃的工作温度下干燥10min；
步骤2：使用三爪卡盘和夹头将电极固定在电动分度盘上，将分度盘固定在紫外纳秒激光打标机的工作台上，电极外伸长度为60mm；
步骤3：在激光器控制系统的加工图案绘制软件上绘制加工路径，加工路径为直线，激光的单次扫描长度设置为40mm；
步骤4：开启激光器出光开关，利用工作台的镜头高度调节机构调整镜头到电极表面的距离，保证焦点落在电极表面，使用微调位移平台调整分度盘在工作台平面上的位置，保证激光加工路径与电极上表面中间母线重合。扫描起点与电极的悬空端保留0.5mm左右的距离；
步骤5：在激光器控制系统的加工控制软件上选择激光器的加工参数，完成第一道沟槽的激光加工。激光加工参数设置为：Q脉冲宽度12μs，Q重复频率50KHz，扫描速度300mm/s，重复次数2次；
步骤6：控制分度盘旋转一定角度，以相同的激光加工参数进行第二道沟槽的加工，旋转的角度为2π/48；
步骤7：重复步骤5操作，完成预定数目的沟槽加工，总加工次数为48次；
步骤8：将加工完成的电极放入超声清洗机中，分别用蒸馏水和无水乙醇清洗15min，并使用鼓风干燥机在60℃的工作温度下干燥10min；
步骤9：使用电子天平称取一定重量的硬脂酸颗粒，溶于一定体积的无水乙醇中，使用磁力搅拌器加热搅拌直至硬脂酸颗粒完全溶解，配置成一定浓度的硬脂酸乙醇溶液。称取的硬脂酸质量为2.391g，无水乙醇体积为300mL，配置成的硬脂酸乙醇溶液质量分数为1.0％；
步骤10：将激光加工过的套管电极放入盛有配置的硬脂酸乙醇溶液的烧杯中，在室温下静置2h；
步骤11：将浸泡后的套管电极取出，在室温下用无水乙醇冲洗，放入鼓风干燥机中升温干燥，干燥温度150℃，干燥时间2h，以增强涂层与基底的联合强度；
步骤12：将修饰完成的套管电极放置在接触角测量仪的测量平台上进行电极表面润湿性检验。将体积为4μL的蒸馏水液滴通过针头滴落在套管电极表面，利用测量仪自带的光学成像系统拍摄液滴在电极表面的铺展状态，用接触角拟合分析软件得到接触角的测量结果，确保套管电极表面具有超疏水性。至此，表面超疏水的织构化套管电极制备完成。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种表面超疏水的织构化套管电极，其特征在于：其表面加工有沟槽型微织构，且电极表面具有超疏水性。
2.根据权利要求1所述的表面超疏水的织构化套管电极，其特征在于：电极表面的沟槽型微织构的宽度为15-25μm，深度为3-6μm。
3.根据权利要求1所述的表面超疏水的织构化套管电极，其特征在于：电极表面，相邻沟槽之间的距离为75-85μm；
进一步的，沟槽型微织构的轴向长度为30-50mm；
进一步的，沟槽型微织构与电极端部的距离为0.3-0.6mm。
4.一种表面超疏水的织构化套管电极的制备系统，其特征在于：包括：
紫外激光器，用于提供紫外激光光源；
工作台，其上设置有微调平台和分度盘，分度盘设置于微调平台上；
扫描头，通过光路与紫外激光器连接，其位于工作台的加工区域的上方。
5.一种表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将套管电极进行研磨、抛光、清洗；
使紫外激光的加工路径与电极表面中间母线重合，利用紫外激光器在套管电极的表面加工设定数量的沟槽，沟槽之间相互平行；
将加工后的电极进行超声清洗和干燥；
将干燥后的电极浸于硬脂酸乙醇溶液中设定时间；
将浸泡后的电极进行冲洗、干燥，即可。
6.根据权利要求5所述的表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，其特征在于：采用紫外纳秒激光打标机对套管电极进行加工；
进一步的，激光的单次扫描长度被设置为40mm，扫描起点与电极的悬空端之间的距离为0.3-0.6mm；
优选的，激光加工参数设置为：Q脉冲宽度12μs，Q重复频率50KHz，扫描速度300mm/s，重复次数2次。
7.根据权利要求5所述的表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，其特征在于：所述套管电极为不锈钢套管电极；
进一步的，套管电极的外径尺寸为Ф1.5mm×80mm，壁厚为150μm。
8.根据权利要求5所述的表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，其特征在于：硬脂酸乙醇溶液中，硬脂酸的质量百分数为0.8-1.2％；
进一步的，电极在硬脂酸乙醇溶液中的浸泡时间为1.5-2.5h。
9.根据权利要求5所述的表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，其特征在于：浸泡后的电极采用无水乙醇冲洗，然后进行烘干。
10.根据权利要求5所述的表面超疏水的织构化套管电极的制备方法，其特征在于：烘干的温度为120-160℃，干燥时间为1.5-2.5h。
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