KR102277499B1 - 전기 수술 디바이스를 위한 zro2를 포함하는 코팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 의료 디바이스들, 특히 전기 수술 디바이스들의 부분들에 절연 속성을 제공하기 위해 사용되는, 적어도 본질적으로 ZrO2로 제조되는 적어도 하나의 층을 포함하는 코팅 시스템에 관한 것이다.

Description

전기 수술 디바이스를 위한 ZRO2를 포함하는 코팅 시스템{COATING SYSTEM COMPRISING ZRO2 FOR ELECTROSURGICAL DEVICES}
본 발명은 ZrO2를 함유하는 코팅 시스템 및 이러한 코팅 시스템을 전기적으로 절연될 필요가 있는 전기 수술 디바이스(electrosurgical device)의 부분들의 표면들에 적용하기 위한 방법에 관한 것이다.
전기 수술은 조직을 절단 및/또는 건조하여 혈류를 중지시키기 위해 전류의 직접적인 적용을 이용하는 프로세스이다. 이는 수년간 사용되어왔지만, 끊임없이 완성되며 혁신되고 있다.
전기 수술은 오늘날 의료 산업에서 모든 서로 다른 유형의 절차에 활용된다. 이들 중 일부는 피부과, 심장외과, 혈관, 정형외과 및 치과 수술을 포함한다. 이것은 절단이 많은 양의 혈액 손실을 유도할 수 있는 상황들 및 신체의 영역들에서 특히 유용하다.
이것이 절개 주변의 혈관을 응고시키는 힘을 갖기 때문에, 혈액 손실을 최소화한다. 전기 수술 도구들이 출혈을 제어할 수 있는 반면 수술용 메스의 사용은 출혈을 제어할 수 없기 때문에, 1920년대 전기 수술의 도입 이래로 다수의 수술이 가능해졌다.
이론적으로, 단극성 전기 수술과 양극성 전기 수술이 차별화될 수 있다.
단극성 전기 수술에서, 단일 전극 또는 펜슬(pencil)/장비가 수술 또는 절개 부위에 전류를 전달하도록 사용된다. 이러한 전류는 접지된 환자에게 환자의 신체를 통해 이동한다. 더 높은 전압이 응고를 위해 사용되는 반면 더 낮은 전압은 절개를 위해 사용된다. 그러나 양극성 전기 수술에서는, 환자의 신체가 전류를 전달하기 위한 전도체로서 사용되지 않으며, 이러한 이유로 이 기술은 인접 조직들에 대한 열 손상의 확산이 환자에 해를 입힐 가능성을 발생시키는 경우에 가장 적합하다. 초과의 열 확산은 예를 들어 수술 중인 신체 영역에 인접한 신경을 손상시킬 수 있다.
양극성 전기 수술 기술을 적용함으로써, 일반적으로 전류는 양극성 장비의 하나의 팁을 통해 전달되고 장비의 반대쪽 팁을 통해 발생기로 복구된다.
오늘날, 다수의 최신 의료 디바이스들이 통합된 전기 회로를 사용하며, 이들이 적절하게 절연되는 것이 중요하다. 만약 금속 구성요소들이 적절하게 절연되지 않는다면 외과의 및 환자에 대한 전기 충격으로부터의 부상 위험이 매우 높을 수 있다.
특허 문서 WO 93/20747은 조직을 절단하고 폐색을 제거하기 위한 단극성 아크(arcing)를 지지하기 위한 가이드 와이어를 개시하며, 말단부, 와이어를 따라 연장되는 전기적 절연 코팅 및 말단부를 구비하고 와이어에 부착되는 전기적 및 열적 절연 팁을 포함하는 (스테인리스 강과 같은 부식-저항성 금속 또는 합금인) 가요성 금속 와이어를 포함하며, 와이어는 전기적 및 열적 절연 팁을 통해 연장되고 와이어 및 팁의 말단부에서 전극을 형성한다. WO 93/20747에 따르면 절연 코팅은 매우 우수한 슬라이딩 속성들 때문에 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리에틸렌 및 바람직하게는 테트라플루오로에틸렌(TEFLON)과 같은 의학적으로 호환가능한 전기 절연기이어야 한다. 또한, 절연 코팅은 가이드 와이어를 이용하는 외과의 및 환자를 전기 충격으로부터 보호하기에 충분히 두꺼운 동시에 절연된 와이어가 작은 루멘(lumen)에 적합하도록 충분히 얇아야만 한다.
특허 문서 EP1905370은 전기 수술 장비, 보다 구체적으로는 지혈 스테이플(staple)/응고/절개 라인 조직을 형성하도록 스테이플과 함께 소작(cauterization), 응고 및 조직 접합/용접을 위해 열 발생 에너지를 이용하는 전기 수술 장비를 위한 코팅을 개시한다. EP1905370에 따르면, 전기 수술 장비는 제1 극의 전극 및 제2 극의 전극을 구비할 수 있는 말단 작용체(end effector) 및 말단 작용체에 의해 수신되는 에너지 유형에 의존하여 자신의 내부에 적어도 하나의 스테이플을 구비하는 스테이플 카트리지를 구비한다. 그러나, 모든 경우에서 전기 수술 장비가 장비의 구성 유형에 의존하여:
- 제2 극성의 전극의 적어도 일부분, 또는
- 유전체 코팅이 전기적으로 활성인 전극들 중 적어도 하나와 조직이 직접 접속하는 것을 방지할 수 있는 제1 및 제2 극성의 전극들 중 적어도 하나, 또는
- 양극성 에너지를 조직에 인가하는 동안 그 위에서의 표면 전하의 형성을 감소시키기 위한 스테이플 카트리지의 적어도 하나의 스테이플
상에 배치될 수 있는 비전도성 또는 유전체 코팅을 포함한다.
EP1905370에 따른 비전도성 또는 유전체 코팅은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 티타늄 이산화물, 또는 파라실렌 기반 중합체, 또는 에폭시일 수 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
또한, 오늘날 양극성 전기 수술 가위와 같은 일부 전기 수술 장비들이 열적 용사 기술에 의해 침착되는 Al2O3 코팅으로 코팅되는 것이 최신 기술로부터 알려져 있다. 그러나, 이를 실시하는 것은 복잡할 수 있고 비용이 매우 높다.
본 발명의 목적은 코팅 시스템 및 바람직하게는 우수한 마모 저항성 및/또는 우수한 슬라이딩 속성을 동시에 나타내는 절연 코팅을 생산하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 복잡하지 않고 비용이 높지 않은 방식으로 서로 다른 형태 및 치수를 가질 수 있는 전기 수술 디바이스들의 코팅 부분들을 가능하게 하는 본 발명에 따른 코팅 시스템을 생산하기 위한 바람직한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 아크 증발 PVD 기술 또는 마그네트론 스퍼터링 PVD 기술에 의해 침착되는 적어도 한 층의 지르코늄 이산화물 ZrO2를 포함하는 코팅 시스템을 제공함으로써 획득된다. 마그네트론 스퍼터링 PVD 기술을 이용하는 경우, 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼너링(HIPIMS) 기술이 바람직하다.
본 발명에 따른 ZrO2-포함 코팅 시스템은 전기적 절연을 요구하는 의료 디바이스, 예를 들어 단극성 및 양극성 수술 장비와 같은 전기 수술 디바이스의 부분들의 표면 상에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 ZrO2-포함 코팅 시스템은 블레이드, 절단기 및 애블레이터(ablator)와 같은 의료 디바이스들 및 장비들뿐 아니라 양극성 및 단극성 디바이스들 및 일반적인 의료 전자기기들에도 유전체 절연 속성을 제공하기 위해 특히 이상적이다.
본 발명에 따른 ZrO2-포함 코팅 시스템은 주형(moulding) 위에서의 열-수축 튜빙 및 중합체보다 더욱 신뢰가능한 속성을 가지며 따라서 전기 수술 장비를 코팅하기에 가장 적합하다.
본 발명에 따른 코팅 시스템을 형성하는, 또는 본 발명에 따른 코팅 시스템에 포함되는 ZrO2 층은 바람직하게는 약 18.4의 유전율 및/또는 약 0.60kV의 고전압 브레이크다운 및/또는 약 20mA의 브레이크다운 전류를 나타낸다.
본 발명에 따른 ZrO2-포함 코팅 시스템의 바람직한 실시예는 적어도 하나의 지르코늄 질화물 층을 포함한다. 바람직하게는 ZrN-층이 기판 표면과 ZrO2-층 사이에 중간층 및/또는 지지층으로서 침착된다.
본 발명에 따른 ZrO2 층을 침착하기 위한 바람직한 방법은 기판 표면 상에 ZrO2를 형성하기 위해 반응성 산소-함유 대기 내에 지르코늄으로 구성되거나 주로 지르코늄을 포함하는 표적들(적어도 하나의 표적)을 증발시키기 위해 아크 증발 기술을 사용하는 것을 포함한다. 또한, 바람직하게는 적어도 ZrO2-층의 침착 동안에 펄스된 바이어스 전압이 기판에 인가된다.
본 발명에 따른 방법의 전술된 실시예에 따른 반응성 아크 이온 도금 PVD 기술에 의해 침착되는 ZrO2-층은 적어도 대부분 또는 주로 지르코늄을 함유하는 드롭렛(droplet)들을 나타낸다. 드롭렛은 적절하게 증발되지 않을 수 있으며 결과적으로 원하는 코팅 재료(이 경우에는 ZrO2)를 형성하기 위해 반응성 기체(이 경우에는 산소)와 적절하게 반응하지 않을 수 있는 표적으로부터 융해된 재료이다. 이러한 방식으로 침착된 ZrO2-층은 특히 우수한 성능을 나타낸다.
본 발명에 따라 적어도 하나의 아크-PVD-침착된 ZrO2-층을 포함하는 코팅 시스템의 바람직한 실시예에서, ZrO2-층의 총 두께는 30㎛보다 크거나 작지 않으며, 바람직하게는 20㎛보다 크거나 작지 않고, 더욱 바람직하게는 10㎛보다 크거나 작지 않다.
본 발명에 따른 코팅 시스템을 위한 아크-PVD-침착된 ZrO2-층의 두께는 ZrO2-층이 충분한 절연을 제공할 수 있도록 선택되어야만 한다. 이러한 목적을 위해서 코팅된 표면의 표면 품질 및 ZrO2 코팅의 다공성을 고려할 필요가 있다.
특히, 매우 우수한 결과들이 적어도 3㎛의 두께, 더욱 구체적으로는 적어도 4㎛ 또는 5㎛의 두께를 갖는 적어도 하나의 아크-PVD-침착된 ZrO2-층을 포함하는 코팅 시스템을 생산함으로써 본 발명의 맥락에서 획득된다.
본 발명에 따른 코팅 시스템을 위한 ZrO2 층을 침착하기 위한 추가의 바람직한 방법은 산소-함유 대기 내의 HIPIMS-기술을 이용하고 ZrO2-침착 동안 코팅되는 기판에 펄스된 바이어스 전압을 인가함으로써 적어도 하나의 Zr-표적이 스퍼터링되는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
적어도 본질적으로 본 발명에 따라 ZrO2로 제조되고 의료 디바이스들의 부분들 또는 전기 수술 디바이스일 수 있거나 또는 전기 수술 디바이스 내에 포함될 수 있는 의료 구성요소들 또는 장비들의 적어도 부분들에 전기적 절연 속성을 제공하기 위해 사용되는 적어도 하나의 층을 포함하는 코팅 시스템이 특히 청구항 제1항 내지 제6항에 언급되었다.
특히, 본 발명에 따른 코팅 시스템은 청구항 제7항에 언급된 바와 같이 이것을 사용하는 동안 의료 디바이스와 접촉하는 사람들의 전기 충격을 방지하도록 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 기판을 코팅하기 위한 방법이 특히 청구항 제8항 내지 제11항에 언급되었다.

Claims (17)

  1. 의료 디바이스 또는 전기 수술 디바이스의 일부분인 전기적으로 전도성인 기판의 표면 상에 침착되는 전기적 절연 속성을 갖는 코팅에 있어서,
    상기 코팅은 지르코늄으로 구성되는 드롭렛(droplet)을 포함하는 적어도 하나의 지르코늄 이산화물(ZrO2) 층을 포함하며, 상기 드롭렛은 충분히 증발되지 않았으며 결과적으로 지르코늄 이산화물을 형성하기 위한 반응성 산소와 충분히 반응하지 않았던 표적으로부터 융해된 재료이고, 상기 적어도 하나의 지르코늄 이산화물 층이 전기적으로 전도성인 기판의 표면을 전기적으로 비-전도성이 되게 하는 것을 특징으로 하는, 코팅.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지르코늄 이산화물 층은 18.4의 유전율, 또는 0.60kV의 고전압 브레이크다운, 또는 20mA의 브레이크다운 전류, 또는 18.4의 유전율 및 0.60kV의 고전압 브레이크다운, 또는 18.4의 유전율 및 20mA의 브레이크다운 전류, 또는 0.60kV의 고전압 브레이크다운 및 20mA의 브레이크다운 전류, 또는 18.4의 유전율 및 0.60kV의 고전압 브레이크다운 및 20mA의 브레이크다운 전류를 나타내는 것을 특징으로 하는, 코팅.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지르코늄 이산화물 층의 두께는 30㎛ 미만인 것을 특징으로 하는, 코팅.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지르코늄 이산화물 층의 두께는 적어도 3㎛, 또는 적어도 4㎛ 또는 5㎛인 것을 특징으로 하는, 코팅.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅은 적어도 하나의 지르코늄 질화물 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지르코늄 질화물 층이 중간층, 또는 지지층, 또는 중간층 및 지지층으로서 상기 기판과 상기 지르코늄 이산화물 층 사이에 침착되는 것을 특징으로 하는, 코팅.
  7. 제 2 항에 따른 코팅을 구비한 의료 디바이스에 있어서,
    상기 의료 디바이스가 블레이드(blade) 또는 절단기(cutter) 또는 애블레이터(ablator) 또는 단극성 전기 수술 장비 또는 양극성 전기 수술 장비인 것을 특징으로 하는, 의료 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 의료 디바이스가 전극, 또는 금속 와이어로 형성된 전극 및 상기 와이어에 부착된 적어도 하나의 팁을 포함하고, 상기 전극에서 환자의 조직과 접촉하기 위한 접촉 표면을 제공하며, 코팅된 전극 표면의 전기적 전도성이 감소되고 결과적으로 전극 접촉 표면에서의 열 에너지가 또한 감소되어 상기 조직의 손상을 방지하는 방식으로 상기 전극의 표면의 적어도 일부분 상에 상기 코팅이 침착되는 것을 특징으로 하는, 의료 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 의료 디바이스가 환자의 신체 또는 상기 의료 디바이스의 운영자의 신체와 접촉할 수 있는 전극의 표면을 포함하고, 상기 코팅이 상기 환자 또는 상기 운영자의 전기 충격을 방지하도록 상기 표면의 적어도 일부분 상에 침착되는 것을 특징으로 하는, 의료 디바이스.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 코팅이 수술 중에 의료 디바이스의 쇼트를 방지하도록 상기 의료 디바이스의 표면에 적용되는 것을 특징으로 하는, 의료 디바이스.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 의료 디바이스가 조직을 절단, 또는 폐색을 제거, 또는 조직을 절단하고 폐색을 제거하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 의료 디바이스.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 의료 디바이스를 코팅하기 위한 방법으로서,
    적어도 지르코늄 이산화물 층이 물리적 증착 기술에 의해 침착되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    물리적 증착 기술은 아크 PVD 기술인 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    물리적 증착 기술은 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링 기술의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    지르코늄 이산화물 층은 산소-함유 대기 내에서 지르코늄으로 구성되는 표적들의 아크 증발에 의해 침착되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    적어도 상기 지르코늄 이산화물 층의 침착 동안 표면이 코팅되는 상기 기판에 펄스 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  17. 삭제
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