JP4193597B2 - Method for manufacturing a ceramic-coated medical device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として穿刺針、縫合針、生体用ピンセット、鉗子、手術用ハサミおよび手術用メスなど、生体と直接接触する部位を有する医療用器具の製造方法に関するものである。
そして、本発明は、かような医療用器具の少なくとも生体と直接接触する部位の表面に、絶縁性、密着性および抗菌性に優れたセラミック被膜を被覆することにより、その使用に際して従来懸念された生体組織や細胞に対する悪影響を完全に払拭したものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の医療技術の進歩は目ざましく、例えば肝臓や膵臓等の検査においては、患者の血液検査では得られないデータを得るために、エコーを利用した超音波検査や、CT(コンピューター断層撮影)検査、強い磁気と電波を使用して各種臓器の断面像を映し出すMRI(磁気共鳴画像)検査、細い管(カテーテル)を介して造影剤を注入し、血管の状態を画像化する血管造影検査等が広く用いられている。
【0003】
これらの血液検査や各種画像診断によれば、ガン等の病巣の存在は診断できるけれども、確定診断のためには、肝生検等により病変部の病理組織学的な検査が必要となる。
通常、かような検査においては、特殊な穿刺針を直接病変部に刺して組織片を採取する方法が採用されている。
【0004】
しかしながら、現行の金属製の穿刺針を用いた場合、針の基材が電気的特性に優れた導体金属(抵抗率ρ:10-6〜10-8Ω・m)であることから、病変部から採取した組織片や病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に悪影響を及ぼすことが指摘されている。
【0005】
この点、セラミック製の穿刺針(以下、単にセラミック穿刺針あるいはセラミック針と呼ぶ)を使用すれば、採取した組織片や病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に悪影響を及ぼさないと考えられる。
しかしながら、セラミック穿刺針やセラミック針は、非常に脆く、折れ易いため、現在では全く使用されていない。
【0006】
上記の問題を解決するものとして、発明者らは、先に「金属製の針の表面の一部または全面に、抵抗率ρが105 Ω・m 以上の絶縁性のセラミック被膜を有することを特徴とする医療用セラミック被覆針」を開発した(例えば特許文献1参照)。
上記の技術の開発により、使用中に折損などを生じることがなく、また病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に悪影響を及ぼすことなしに、組織片を採取することができるようになった。
【0007】
上記の発明の開発に際し、発明者らは、まず、採取した組織片や病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に悪影響を及ぼすことのない穿刺針として、通常の金属製の穿刺針の表面にセラミック被膜を被成することを考えた。
しかしながら、穿刺針のような極めて細い円筒体の表面にセラミック被膜を被成したとしても、その密着性が悪ければ、使用時にセラミック被膜が剥落して、所期した目的が達成できない。特に、穿刺針や注射針などは、その使用に際して、ある程度撓むことが避けられないので、剥落の危険性は極めて大きい。
【0008】
かようなセラミック被膜の被成に関し、医療用メスの表面にダイヤモンド膜をコーティングすることによって、切開時の摩擦抵抗を小さくした医療用切開・圧入器具が提案されている(例えば特許文献2参照)。
しかしながら、上記のダイヤモンド膜は、基板を 500〜1300℃に加熱して形成するものであって、基板とダイヤモンド膜との熱膨張差が大きいために、ダイヤモンド膜が剥離し易いという問題があり、本発明で対象とする穿刺針等には適用することができない。
【0009】
ところで、最近、発明者らにより、フェライト系ステンレス鋼板上に薄いTiNセラミック膜をプラズマ・コーティングした後、 180°曲げ変形による塑性加工を加えた場合において、TiNセラミック膜はクラック発生位置で金属のような凹状の独特の形態をして局所的な伸びを示す新事実が解明された(例えば非特許文献1)。
この現象は、非常に脆いとされるセラミック被膜についても金属と同様に塑性加工において伸びが生じて、加工処理が可能であることを示唆している。
【0010】
そこで、発明者らは、早速、上記した高真空中・高プラズマ雰囲気中でのセラミックコーティング法を用いて、ステンレス鋼製の穿刺針の表面にTiNセラミック被膜の被成を試みた。
その結果、得られたTiNセラミック被膜は穿刺針に対する密着性が極めて良く、多少の撓みでは剥離が生じないことが確認された。
【0011】
しかしながら、このTiNセラミック被膜を被覆した穿刺針を用いた場合、従来の金属製穿刺針ほどではないにしても、採取した組織片や病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に対する悪影響を完全に払拭することはできなかった。
【0012】
そこで、さらにこの点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、被覆用セラミックとしては、セラミックであれば何でも良いというわけではなく、抵抗率ρが大きい絶縁体材料である必要があることが究明された。
【0013】
図1に、ステンレス製基体の表面に抵抗率ρが種々に異なるセラミック被膜を被成した穿刺針を用いた場合に、生体組織に及ぼす影響について調べた結果を、抵抗率ρと組織損傷度(TDD:Texture Damage Degree ; 顕微鏡観察による病理学的検査) との関係で示す。なお、この組織損傷度(TDD)は、細胞組織写真から、その切断された組織表面を画像処理して凹凸線を求め、その算術平均粗さ(Ra)をJIS B 0633(ISO 4288)に準拠して求め、換算式TDD=0.0563Ra−0.0911から得られたものである。この換算式は、従来のステンレス製穿刺針により切断された細胞組織切断面の表面粗さRaの平均値が10.5μm であり、このときのTDDを 0.5とし、抵抗率ρが∞のセラミック被覆針により切断された細胞組織切断面の表面粗さRaの最も小さい値が 3.4μm で、このときのTDDが 0.1であるとして定義した。
そして、上記のTDDが0.40以下、好ましくは0.35以下であれば、生体組織に破壊や引きちぎり等のダメージによる悪影響はないといえる。
【0014】
同図に示したとおり、被覆用セラミックとして、抵抗率ρが105 Ω・m 以上のものを用いることにより、TDDが0.40以下の良好な結果を得ることができた。なお、図中、抵抗率ρが7×10-6のものはセラミックの被覆がないステンレス製の穿刺針、また抵抗率ρが3×104 のものはセラミックとしてTiNを被覆した穿刺針である。なお、ここでいう抵抗率は、ASTMD-991 に準拠して、四端子法により求められた体積抵抗率である。
【0015】
かくして、発明者らは、前掲特許文献1に開示した「金属製の針の表面の一部または全面に、抵抗率ρが105 Ω・m 以上の絶縁性のセラミック被膜を有することを特徴とする医療用セラミック被覆針」を開発したのである。
【0016】
また、発明者らは、上記の技術は、穿刺針等の医療用針以外の医療用器具、例えば生体用ピンセットや紺子、手術用ハサミ、手術用メス等についても同様の効果があることを見出し、別途、特許出願を行った(例えば特許文献3参照)。
【0017】
上掲した発明はいずれも、高真空中・高プラズマ雰囲気中でのセラミックコーティング法を採用することによって、細部加工した金属製針や医療用器具と絶縁性を有するセラミック薄膜との密着性を確保しようとするものである。
【0018】
【特許文献1】
特願2002−12863 明細書(特許請求の範囲)
【特許文献2】
特公平6−20464 号公報(特許請求の範囲)
【非特許文献1】
「井口征夫:2001年度国際写真展受賞作品参照(米国、インディアナポリス、2001. 11/5〜8.jointly IMS (International Metallographic Society)andASM (American Society of Metals)」
【特許文献3】
特願2002−111899明細書(特許請求の範囲)
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上掲した技術の改良に係わり、セラミック被膜の形成に際し、鉄マトリックスとセラミック被膜の界面(初期被覆層)については両者の混合層として密着性を向上させる一方、セラミック被膜の少なくとも最表層については抵抗率ρをより一層高めて絶縁性をさらに向上させ、さらには抗菌性も格段に向上させたセラミック被覆医療用器具の有利な製造方法提案することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
.金属製の医療用器具の少なくとも生体と直接接触する部位について、その表面を、プラズマコーティングによりセラミック被膜で被覆するに際し、
上記プラズマコーティングの後半において、該プラズマコーティング雰囲気中に5〜500 sccmのO2を導入することを特徴とするセラミック被覆医療用器具の製造方法。
【0023】
.上記において、前記セラミック被膜が、Al, B, Si, CrおよびTiの窒化物、酸化物または炭化物のうちから選んだ少なくとも一種であることを特徴とするセラミック被覆医療用器具の製造方法。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明では、穿刺針、縫合針、生体用ピンセット、鉗子、手術用ハサミおよび手術用メス等の医療器具の生体と直接接触する部位には、絶縁性、密着性、さらには抗菌性に優れたセラミック被膜を被成するので、これら医療器具の基材としては、金属材料であればいずれもが使用可能であるが、特に好ましくはステンレス鋼である。
というのは、ステンレス鋼は、表面が錆びず、かつ精密加工処理が容易だからであり、とりわけフェライト系ステンレス鋼が有利に適合する。
【0025】
例えば、ステンレス鋼を基材として、これらの医療器具を製造する場合、ステンレス鋼素材を、連続鋳造し、熱間圧延−冷間圧延−光輝焼鈍を行った後、精密加工により目的とする種々の形状に加工処理する。なお、この処理工程は、従来技術に従って行えば良い。
【0026】
ついで、得られたこれら穿刺針、縫合針、生体用ピンセット、鉗子、手術用ハサミおよび手術用メス等の医療器具の表面を、超音波洗浄や電解研磨等によって清浄にしたのち、セラミック被膜を被成するわけであるが、かようなセラミックとしては、抵抗率ρが105 Ω・m 以上の絶縁性セラミックを用いることが重要である。というのは、抵抗率ρが105 Ω・m 未満のセラミックでは、接触した組織片や病変部の周りの細胞に対する悪影響を完全に払拭することができないからである。
【0027】
上記のようなセラミック被膜の被覆に際しては、プラズマコーティング法を利用する。ここに、プラズマコーティング法とは、真空中でプラズマ(イオン化された粒子を含む気体)を生成させ、この生成プラズマにより、被コーティング材の表面をコーティングする方法である。
かかるプラズマコーティング法については、特に限定されることはないが、高イオン化および高速成膜が可能なマグネトロン・スパッタ法の適用が最適である。その他、RF(Radio Frequency)や中空陰極放電法、アーク放電法などの公知のPVDコーティング法を使用することもできる。
【0028】
ここに、マグネトロン・スパッタ法によるセラミック被膜の好適被覆条件は、次のとおりである。
例えば SiNX コーティングを行うべく、フェロシリコン・ターゲットを使用した場合には、投入パワー:5〜30 kW 、真空度:0.8 〜3×10-3Torr、Arガス:50〜1000sccm、N2ガス:50〜1000sccmが最適条件である。
【0029】
上記のようなプラズマコーティングにおいては、抵抗率ρが105 Ω・m 以上の絶縁性の優れたセラミック被膜の被覆が可能である。
ところで、天然に存在するセラミック物質の中には、抵抗率ρが1016Ω・m 以上の極めて絶縁特性に優れたものも存在する。その場合、通常の金属等で測定する4端子法での抵抗率ρの測定が不可能となる程度に絶縁性が良いことが示している。
しかしながら、上記の製造方法では、これほど絶縁性に優れたセラミック被膜を得ることはできない。
【0030】
そこで、発明者らは、この点に改善すべく鋭意研究を重ねた結果、セラミック被膜の絶縁性を高めるには、プラズマコーティングに際してコーティング雰囲気中のO2 濃度を高めることが有効であるとの知見を得た。
すなわち、コーティング雰囲気中のO2 濃度を高めたところ、セラミック被膜がAl,B,Si系の場合には抵抗率ρ≧109 Ω・m という極めて優れた絶縁性を得ることができた。また、それにより抗菌性も格段に向上した。
また、従来、105 Ω・m 以上の抵抗率ρを得ることが難しかったCr, Ti系であっても、コーティング雰囲気中のO2 濃度を高めることにより、抵抗率ρ≧105Ω・m の優れた絶縁性が得られるようになったのである。
【0031】
しかしながら、プラズマコーティングの初期段階から雰囲気中のO2 濃度を高めておくと、密着性が阻害されることも併せて見出された。
そこで、本発明では、プラズマコーティングの後半についてのみ、コーティング雰囲気中のO2 濃度を高めることにしたのである。
なお、コーティング雰囲気中に酸素ガスを導入すべきコーティングの後半とは、鉄マトリックスとセラミックとの混合層中における鉄の割合が20%以下(好ましくは10%以下)となった段階である。この段階を、セラミック被膜の膜厚に換算すると、全被膜厚中の表層部:10〜50%程度に相当する。
【0032】
図2は、マグネトロン・スパッタ法を用いて穿刺針の表面に SiNX を 1.0μm厚コーティングした場合における、 SiNX セラミック被覆穿刺針の抵抗率ρと酸素ガス導入量との関係について調べた結果を示す。なお、酸素ガスの導入は、マグネトロン・スパッタの後半のみ(被膜表層部:0.5 μm 厚相当)とした。
【0033】
同図から明らかなように、酸素ガスを導入することによって抵抗率ρは急激に増大する。特に、酸素ガス導入量が5sccm以上になると抵抗率ρは109 Ω・m 以上、また酸素ガス導入量が50sccm以上になると抵抗率ρは1013Ω・m 以上の極めて高い値を呈するようになった。
但し、酸素ガス導入量が500 sccmを超えると、抵抗率ρの改善効果は飽和に達した。
そこで、本発明では、プラズマコーティングの後半において、コーティング雰囲気中に導入すべき酸素量を5〜500 sccmの範囲に限定したのである。好ましくは50〜500 sccmの範囲である。
【0034】
次に、図3に、 SiNX セラミック被膜のグロー放電発光表面分析による膜厚方向のFe,N,O,Si成分の分析結果を示す。
同図に示したとおり、各成分は膜厚方向で変化している。中でもOは、表面から 0.5μm の範囲で多い。これは、セラミック被膜が膜厚方向にわたって傾斜機能を有していることを意味し、これによって密着性に優れ、かつ絶縁性および抗菌性に優れたセラミック被膜の形成が可能となったのである。
【0035】
ここに、被覆すべきセラミック被膜としては、前述したとおり、Al, B, Si,CrおよびTiの窒化物、酸化物または炭化物のうちから選んだ少なくとも一種が有利に適合する。
また、かかるセラミック被膜の被覆厚みについては、0.05〜5.0 μm とすることが好ましい。というのは、セラミック被膜厚が0.05μm に満たないと十分な絶縁性の確保が困難であり、一方セラミック被膜厚が 5.0μm を超えると、セラミック被膜と基材との密着性の確保が困難になるだけでなく、コーティングによるコストアップを招くからである。
なお、厚みの測定は、触針式膜厚計Alpha-step 200(Tencor instrument(株)製)を用いて、別のグラススライド上でのコーティングした領域とコーティングなしの領域の段差を測定した。
【0036】
また、本発明に従うプラズマコーティングに際し、被覆しようとするセラミックが窒化物や炭化物の場合には、ターゲットとして単味の材料(金属体)を用いることができるが、被覆しようとするセラミックが酸化物の場合には、ターゲットそのものについても酸化物を用いることが好ましい。
また、セラミック被膜の形成に際しては、ターゲットの周囲に磁石を配置し、RF機構を利用することが、高プラズマ雰囲気を達成でき、優れた抵抗率を得る上で一層有利である。
【0037】
さらに、本発明の穿刺針、縫合針、生体用ピンセット、鉗子、手術用ハサミおよび手術用メス等の医療器具の表面上へのセラミック被膜の被覆は、これらの器具の全面に施す必要はなく、少なくともその使用に際して生体組織と直接接触する部位に対して施せば良い。
【0038】
【実施例】
実施例1
質量%で、C:0.033 %,Si:0.20%,Mn:0.15%,P:0.008 %,S:0.008 %,Cr:17.7%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になるフェライト系ステンレス鋼を、連続鋳造し、熱間圧延−冷間圧延−光輝焼鈍を行ったのち、精密加工により、穿刺針(外径:2.0 mm、長さ:170 mm)、生体用ピンセット、鉗子、手術用ハサミおよび手術用メスを作成した。
ついで、これらの医療器具を超音波洗浄したのち、マグネトロン・スパッタ法を用いて(一部RFも使用)、高プラズマ雰囲気中で表1に示す種々のセラミック被膜を被成した。なお、その際、コーティングの前半については、通常のコーティング雰囲気で行い、コーティングの後半(被膜表層部:0.5 μm 厚相当)に至って酸素ガスを種々の割合で雰囲気中に導入した。また、被膜厚はいずれも約1.0 μm とした。この時のコーティング条件は、投入パワー:6 kW 、Arガス:100 sccm、N2ガス:130 sccm(No.1, 3, 5)とした。
【0039】
かくして得られた医療用器具におけるセラミック被膜の絶縁性(抵抗率ρ)、密着性および抗菌性について調べた結果を、表1に併記する。
なお、表1において、抵抗率ρ=∞は、抵抗率ρが 109Ω・m 超であることを意味する。
また、セラミック被膜の密着性は、別途用意したステンレス鋼板の表面に、同様の方法でセラミック被膜を被覆したセラミック被覆鋼板を、種々の径の棒材に巻付け、被膜剥離が生じなかった最小径で評価した。
さらに、抗菌性の評価は、「抗菌加工製品−抗菌性試験方法・抗菌効果 JIS Z 2801 (2000)」に準拠した方法で実施した。すなわち、比較材として SUS 304鋼を用い、次式で定義される減菌率で評価した。この減菌率が99%以上であれば抗菌効果に優れているといえる。
減菌率=(比較材の生菌数−セラミック被覆材の生菌数)/(比較材の生菌数)× 100(%)
【0040】
【表1】

Figure 0004193597
【0041】
同表に示したとおり、本発明に従い得られた医療用器具はいずれも、絶縁性に極めて優れ、また被膜剥離が生じなかった最小径も全て25mm以下と被膜密着性も良好であり、さらに抗菌性にも優れていた。
【0042】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、絶縁性および密着性に優れ、さらには抗菌性にも優れたセラミック被覆医療用器具を安定して得ることができる。
従って、本発明に従うセラミック被覆医療用器具を用いれば、生体組織や細胞に対して何らの悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 被覆セラミックの抵抗率ρと組織損傷度(TDD)との関係を示した図である。
【図2】 抵抗率ρと酸素ガスの導入量との関係を示した図である。
【図3】 GDSによる表面から膜厚方向の元素分析結果を示した図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention primarily puncture needle, suture needle, biological tweezers, forceps, etc. surgical scissors and scalpel, a method of manufacturing a medical instrument instrument has a portion in direct contact with the living body.
The present invention has been concerned in the past by using a ceramic coating excellent in insulation, adhesion, and antibacterial properties on the surface of at least a part of such a medical device that is in direct contact with a living body. It completely eliminates adverse effects on living tissues and cells.
[0002]
[Prior art]
Recent advances in medical technology are remarkable. For example, in the examination of the liver, pancreas, etc., to obtain data that cannot be obtained by blood tests of patients, ultrasound and CT (computed tomography) examinations using echoes are used. , MRI (magnetic resonance imaging) examination that shows cross-sectional images of various organs using strong magnetism and radio waves, angiography examination that injects a contrast medium through a thin tube (catheter), and visualizes the state of the blood vessel Widely used.
[0003]
According to these blood tests and various image diagnoses, the presence of a lesion such as cancer can be diagnosed. However, for a definitive diagnosis, a histopathological examination of the lesion by a liver biopsy or the like is required.
Usually, in such an inspection, a method of collecting a tissue piece by directly inserting a special puncture needle into a lesioned part is employed.
[0004]
However, when the current metal puncture needle is used, the base material of the needle is a conductor metal (resistivity ρ: 10 −6 to 10 −8 Ω · m) with excellent electrical characteristics. It has been pointed out that it has an adverse effect on the cells around the tissue pieces collected from the above and the puncture needles pierced by the lesion.
[0005]
In this regard, if a ceramic puncture needle (hereinafter simply referred to as a ceramic puncture needle or a ceramic needle) is used, it is considered that the cells around the puncture needle that has been punctured into the collected tissue piece or lesion are not adversely affected. .
However, ceramic puncture needles and ceramic needles are very fragile and easy to break, so they are not used at all.
[0006]
In order to solve the above problem, the inventors previously stated that “a part or all of the surface of a metal needle has an insulating ceramic coating having a resistivity ρ of 10 5 Ω · m or more. A characteristic “ceramic coated needle for medical use” was developed (see, for example, Patent Document 1).
With the development of the above technology, tissue fragments can be collected without causing breakage during use, and without adversely affecting the cells around the puncture needle that pierces the lesion. .
[0007]
In the development of the above invention, the inventors firstly used the surface of a normal metal puncture needle as a puncture needle that does not adversely affect cells around the collected tissue piece or puncture needle pierced with a lesion. It was considered to deposit a ceramic coating on the surface.
However, even if a ceramic coating is formed on the surface of an extremely thin cylindrical body such as a puncture needle, if the adhesion is poor, the ceramic coating is peeled off during use, and the intended purpose cannot be achieved. In particular, puncture needles, injection needles, and the like are inevitably bent to some extent during their use, so the danger of peeling off is extremely high.
[0008]
With regard to the formation of such a ceramic coating, a medical incision / press-in instrument having a reduced frictional resistance during incision by coating the surface of a medical knife with a diamond film has been proposed (see, for example, Patent Document 2). .
However, the above diamond film is formed by heating the substrate to 500 to 1300 ° C., and there is a problem that the diamond film is easy to peel off because of the large thermal expansion difference between the substrate and the diamond film. It cannot be applied to a puncture needle or the like targeted by the present invention.
[0009]
By the way, recently, the inventors have plasma-coated a thin TiN ceramic film on a ferritic stainless steel plate and then applied plastic working by 180 ° bending deformation. The new fact which shows a local elongation with a unique concave shape was clarified (for example, Non-Patent Document 1).
This phenomenon suggests that the ceramic coating, which is considered to be very brittle, is elongated in the plastic working like the metal and can be processed.
[0010]
Therefore, the inventors immediately tried to form a TiN ceramic coating on the surface of the puncture needle made of stainless steel using the ceramic coating method in a high vacuum / high plasma atmosphere described above.
As a result, it was confirmed that the obtained TiN ceramic coating had extremely good adhesion to the puncture needle, and peeling did not occur with some bending.
[0011]
However, when a puncture needle coated with this TiN ceramic coating is used, even if it is not as much as a conventional metal puncture needle, the adverse effect on the cells around the puncture needle that has punctured the collected tissue piece or lesion is completely eliminated. I couldn't wipe it out.
[0012]
Therefore, as a result of intensive investigations to solve this point, it was found that the ceramic for coating is not limited to ceramic, and it needs to be an insulator material having a high resistivity ρ. It was.
[0013]
FIG. 1 shows the results of investigating the influence on the living tissue when using a puncture needle with ceramic coatings with various resistivity ρ on the surface of a stainless steel substrate. TDD: Texture Damage Degree; pathological examination by microscopic observation) In addition, this tissue damage degree (TDD) is obtained by processing the cut tissue surface from a cell tissue photograph to obtain uneven lines, and the arithmetic average roughness (Ra) conforms to JIS B 0633 (ISO 4288). And obtained from the conversion formula TDD = 0.0563Ra−0.0911. This conversion formula is a ceramic coated needle in which the average value of the surface roughness Ra of the cut surface of the tissue cut by a conventional stainless steel puncture needle is 10.5 μm, the TDD at this time is 0.5, and the resistivity ρ is ∞. It was defined that the smallest value of the surface roughness Ra of the cut surface of the cut tissue was 3.4 μm, and the TDD at this time was 0.1.
And if said TDD is 0.40 or less, Preferably it is 0.35 or less, it can be said that there is no bad influence by damage, such as destruction and tearing, to a biological tissue.
[0014]
As shown in the figure, by using a ceramic for coating having a resistivity ρ of 10 5 Ω · m or more, a good result with a TDD of 0.40 or less could be obtained. In the figure, a puncture needle made of stainless steel without a ceramic coating has a resistivity ρ of 7 × 10 −6 , and a puncture needle coated with TiN as a ceramic has a resistivity ρ of 3 × 10 4. . Here, the resistivity is a volume resistivity determined by a four-terminal method in accordance with ASTM D-991.
[0015]
Thus, the inventors disclosed in the above-mentioned patent document 1 “characteristically having an insulating ceramic film having a resistivity ρ of 10 5 Ω · m or more on a part or the whole surface of a metal needle. Developed a ceramic coated needle for medical use.
[0016]
The inventors have also found that the above technique has the same effect on medical instruments other than medical needles such as puncture needles, for example, biotweezers and insulators, surgical scissors, surgical scalpels, and the like. A patent application was filed separately for the headline (see, for example, Patent Document 3).
[0017]
All of the above-mentioned inventions ensure the adhesion between finely processed metal needles and medical devices and insulating ceramic thin films by adopting a ceramic coating method in a high vacuum and high plasma atmosphere. It is something to try.
[0018]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2002-12863 Specification (Claims)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 6-20464 (Claims)
[Non-Patent Document 1]
“Ikuo Iguchi: 2001 International Photo Exhibition Winning Works Reference (Indianapolis, Nov. 5-8, 2001. jointly IMS (International Metallographic Society) and ASM (American Society of Metals))”
[Patent Document 3]
Japanese Patent Application No. 2002-111899 (Claims)
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to the improvement of the above-described technology. In forming the ceramic coating, the interface between the iron matrix and the ceramic coating (initial coating layer) improves the adhesion as a mixed layer of both, while at least the most of the ceramic coating. further improve the more elevated insulative resistivity ρ for the surface layer, and further aims to propose an advantageous method for producing an antimicrobial be remarkably improved thereby ceramic coated medical fixtures.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1 . When the surface of at least a part of a metallic medical device that is in direct contact with a living body is coated with a ceramic coating by plasma coating,
A method for producing a ceramic-coated medical device, wherein 5 to 500 sccm of O 2 is introduced into the plasma coating atmosphere in the latter half of the plasma coating.
[0023]
2 . 2. The method for producing a ceramic-coated medical device according to 1 above, wherein the ceramic coating is at least one selected from nitrides, oxides or carbides of Al, B, Si, Cr and Ti.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be specifically described below.
In the present invention, the part that comes into direct contact with the living body of a medical instrument such as a puncture needle, suture needle, tweezers for living body, forceps, scissors for operation, and scalpel for operation has excellent insulation, adhesion, and antibacterial properties. Any ceramic material can be used as the base material for these medical devices since a ceramic coating is formed, but stainless steel is particularly preferred.
This is because the surface of stainless steel does not rust and precision processing is easy, and ferritic stainless steel is particularly suitable.
[0025]
For example, when these medical instruments are manufactured using stainless steel as a base material, a stainless steel material is continuously cast, subjected to hot rolling-cold rolling-bright annealing, and then subjected to various kinds of precision processing. Process into shape. In addition, what is necessary is just to perform this process process according to a prior art.
[0026]
Next, the surface of the obtained medical instrument such as a puncture needle, suture needle, living body tweezers, forceps, surgical scissors and scalpel is cleaned by ultrasonic cleaning, electrolytic polishing, etc., and then a ceramic coating is applied. However, it is important to use an insulating ceramic having a resistivity ρ of 10 5 Ω · m or more as such a ceramic. This is because ceramics having a resistivity ρ of less than 10 5 Ω · m cannot completely eliminate the adverse effects on the cells around the contacted tissue piece or lesion.
[0027]
When coating the ceramic coating as described above, a plasma coating method is used. Here, the plasma coating method is a method in which plasma (a gas containing ionized particles) is generated in a vacuum, and the surface of the material to be coated is coated with the generated plasma.
The plasma coating method is not particularly limited, but it is optimal to apply a magnetron sputtering method capable of high ionization and high-speed film formation. In addition, known PVD coating methods such as RF (Radio Frequency), a hollow cathode discharge method, and an arc discharge method can also be used.
[0028]
Here, the preferred coating conditions for the ceramic coating by magnetron sputtering are as follows.
For example, when a ferrosilicon target is used to perform SiN X coating, input power: 5 to 30 kW, vacuum degree: 0.8 to 3 × 10 −3 Torr, Ar gas: 50 to 1000 sccm, N 2 gas: 50 to 1000 sccm is the optimum condition.
[0029]
In the plasma coating as described above, it is possible to coat a ceramic coating with excellent insulation having a resistivity ρ of 10 5 Ω · m or more.
By the way, among the naturally occurring ceramic materials, there are some excellent in insulation characteristics with a resistivity ρ of 10 16 Ω · m or more. In that case, it is shown that the insulating property is good to the extent that the resistivity ρ cannot be measured by the four-terminal method using a normal metal or the like.
However, the above manufacturing method cannot provide a ceramic coating with such an excellent insulating property.
[0030]
Therefore, the inventors have conducted extensive research to improve this point, and as a result, it has been found that it is effective to increase the O 2 concentration in the coating atmosphere during plasma coating in order to increase the insulation of the ceramic coating. Got.
That is, when the O 2 concentration in the coating atmosphere was increased, a very excellent insulating property of resistivity ρ ≧ 10 9 Ω · m could be obtained when the ceramic coating was Al, B, or Si. In addition, antibacterial properties are also greatly improved.
In addition, even in the case of Cr, Ti, which has conventionally been difficult to obtain a resistivity ρ of 10 5 Ω · m or more, by increasing the O 2 concentration in the coating atmosphere, the resistivity ρ ≧ 10 5 Ω · m Therefore, the excellent insulation properties can be obtained.
[0031]
However, it was also found that if the O 2 concentration in the atmosphere is increased from the initial stage of plasma coating, the adhesion is inhibited.
Therefore, in the present invention, the O 2 concentration in the coating atmosphere is increased only in the latter half of the plasma coating.
The latter half of the coating in which oxygen gas is to be introduced into the coating atmosphere is a stage where the ratio of iron in the mixed layer of the iron matrix and the ceramic is 20% or less (preferably 10% or less). When this stage is converted into the film thickness of the ceramic coating, it corresponds to the surface layer portion in the total film thickness: about 10 to 50%.
[0032]
2, in the case of 1.0μm thick coating of SiN X on the surface of the puncture needle with a magnetron sputtering method, the results of examining the relationship between the resistivity ρ and the oxygen gas introduction rate of SiN X ceramic coated needle Show. Oxygen gas was introduced only in the latter half of magnetron sputtering (coating surface layer: equivalent to 0.5 μm thickness).
[0033]
As is apparent from the figure, the resistivity ρ increases rapidly by introducing oxygen gas. In particular, when the amount of introduced oxygen gas is 5 sccm or more, the resistivity ρ is 10 9 Ω · m or more, and when the amount of introduced oxygen gas is 50 sccm or more, the resistivity ρ exhibits an extremely high value of 10 13 Ω · m or more. became.
However, when the oxygen gas introduction amount exceeded 500 sccm, the effect of improving the resistivity ρ reached saturation.
Therefore, in the present invention, in the latter half of the plasma coating, the amount of oxygen to be introduced into the coating atmosphere is limited to a range of 5 to 500 sccm. Preferably it is the range of 50-500 sccm.
[0034]
Next, FIG. 3 shows the analysis results of the Fe, N, O, and Si components in the film thickness direction by glow discharge emission surface analysis of the SiN X ceramic coating.
As shown in the figure, each component changes in the film thickness direction. Among them, O is mostly in the range of 0.5 μm from the surface. This means that the ceramic coating has a tilting function over the film thickness direction, which makes it possible to form a ceramic coating that is excellent in adhesion and excellent in insulation and antibacterial properties.
[0035]
Here, as described above, at least one selected from the nitrides, oxides or carbides of Al, B, Si, Cr and Ti is advantageously suitable as the ceramic coating to be coated.
The coating thickness of the ceramic coating is preferably 0.05 to 5.0 μm. This is because it is difficult to ensure sufficient insulation unless the ceramic film thickness is less than 0.05 μm, while it is difficult to ensure adhesion between the ceramic coating and the substrate if the ceramic film thickness exceeds 5.0 μm. This is because the coating increases the cost.
The thickness was measured using a stylus-type film thickness meter Alpha-step 200 (manufactured by Tencor instrument Co., Ltd.) to measure the level difference between the coated area and the uncoated area on another glass slide.
[0036]
In the plasma coating according to the present invention, when the ceramic to be coated is a nitride or carbide, a simple material (metal body) can be used as a target. In some cases, it is preferable to use an oxide for the target itself.
In forming the ceramic coating, it is more advantageous to arrange a magnet around the target and use the RF mechanism to achieve a high plasma atmosphere and to obtain an excellent resistivity.
[0037]
Furthermore, the coating of the ceramic coating on the surface of a medical instrument such as the puncture needle, suture needle, tweezers for living body, forceps, scissors for operation and scalpel of the present invention does not need to be applied to the entire surface of these instruments, What is necessary is just to give with respect to the site | part which contacts a biological tissue at least in the case of the use.
[0038]
【Example】
Example 1
Ferrite system containing C: 0.033%, Si: 0.20%, Mn: 0.15%, P: 0.008%, S: 0.008%, Cr: 17.7%, with the balance being Fe and inevitable impurities. After continuous casting of stainless steel, hot rolling-cold rolling-bright annealing, precision processing, puncture needle (outer diameter: 2.0 mm, length: 170 mm), biotweezers, forceps, surgery Scissors and scalpels were made.
Next, these medical instruments were ultrasonically cleaned, and then various ceramic coatings shown in Table 1 were formed in a high plasma atmosphere by using a magnetron sputtering method (some RF was also used). At that time, the first half of the coating was performed in a normal coating atmosphere, and oxygen gas was introduced into the atmosphere at various ratios until the second half of the coating (coating surface layer portion: equivalent to 0.5 μm thickness). The film thickness was about 1.0 μm. The coating conditions at this time were input power: 6 kW, Ar gas: 100 sccm, N 2 gas: 130 sccm (No. 1, 3, 5).
[0039]
Table 1 also shows the results of examining the insulating properties (resistivity ρ), adhesion and antibacterial properties of the ceramic coating in the medical device thus obtained.
In Table 1, resistivity ρ = ∞ means that resistivity ρ exceeds 10 9 Ω · m.
In addition, the adhesion of the ceramic coating is the minimum diameter at which the coating of the ceramic coated steel plate coated with the ceramic coating on the surface of a separately prepared stainless steel plate is wound around a bar of various diameters, and the coating does not peel off. It was evaluated with.
Furthermore, the antibacterial evaluation was carried out by a method based on “Antimicrobial processed product-antibacterial test method / antibacterial effect JIS Z 2801 (2000)”. That is, SUS 304 steel was used as a comparative material, and the sterilization rate defined by the following formula was evaluated. If this sterilization rate is 99% or more, it can be said that the antibacterial effect is excellent.
Bacteria reduction rate = (number of viable bacteria in comparison material-number of viable bacteria in ceramic coating material) / (number of viable bacteria in comparison material) x 100 (%)
[0040]
[Table 1]
Figure 0004193597
[0041]
As shown in the table, all of the medical devices obtained in accordance with the present invention are extremely excellent in insulation, and the minimum diameter at which no film peeling occurred is 25 mm or less, and the film adhesion is good. It was also excellent in performance.
[0042]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, it is possible to stably obtain a ceramic-coated medical instrument that is excellent in insulation and adhesion, and also excellent in antibacterial properties.
Therefore, if the ceramic-coated medical device according to the present invention is used, it does not have any adverse effect on living tissue or cells.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the resistivity ρ of a coated ceramic and the degree of tissue damage (TDD).
FIG. 2 is a graph showing the relationship between resistivity ρ and the amount of oxygen gas introduced.
FIG. 3 is a diagram showing the results of elemental analysis in the film thickness direction from the surface by GDS.

Claims (2)

金属製の医療用器具の少なくとも生体と直接接触する部位について、その表面を、プラズマコーティングによりセラミック被膜で被覆するに際し、
上記プラズマコーティングの後半において、該プラズマコーティング雰囲気中に5〜500 sccmのO2を導入することを特徴とするセラミック被覆医療用器具の製造方法。
When the surface of at least a part of a metallic medical device that is in direct contact with a living body is coated with a ceramic coating by plasma coating,
A method for producing a ceramic-coated medical device, wherein 5 to 500 sccm of O 2 is introduced into the plasma coating atmosphere in the latter half of the plasma coating.
請求項において、前記セラミック被膜が、Al, B, Si, CrおよびTiの窒化物、酸化物または炭化物のうちから選んだ少なくとも一種であることを特徴とするセラミック被覆医療用器具の製造方法。2. The method of manufacturing a ceramic-coated medical device according to claim 1 , wherein the ceramic coating is at least one selected from nitrides, oxides or carbides of Al, B, Si, Cr and Ti.
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