TW201320951A - 具有微奈米結構之電燒刀及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種具有微奈米結構之電燒刀及其製造方法，該電燒刀具有一刀本體，發射一雷射光於刀本體，並由該雷射光直接於刀本體表面成型微奈米結構，該微奈米結構係由多數個微奈米微結構單元構成。藉此達到抗沾黏及熱均散效果，且可避免一般鍍膜或塗佈方式，易於高熱時釋放有毒物質。

Description

具有微奈米結構之電燒刀及其製造方法

本發明係有關於一種具有微奈米結構之電燒刀及其製造方法，尤指一種於電燒刀表面直接製作出微奈米結構，使電燒刀具有抗沾黏及熱均散效果之電燒刀及其製造方法。

在手術切割過程中，如何將傷口破壞到最小區域而能達到最大功效，一直來是外科手術的重要議題。由於微創手術可減少出血及加速手術復原時間，因此受到重視。

微創手術所使用的電燒刀系統，係利用高頻電流產生電流流經人體組織時，於組織表面將電能轉變成熱能，而產生手術的效果。任何電流的形成，必需要是一個封閉迴路。單極電刀除了連接到電燒機的電燒刀與回收電擊板之外，尚須包括一段人體組織供電流通過才能形成封閉迴路；而雙極電刀則只需雙極電燒刀本身加上被雙極夾住的小片組織，就可以形成封閉迴路。

臨床發現，於手術加熱過程中，電燒刀容易黏附組織與血液凝結焦化物質，從而影響電燒刀切割的效果，因此常常需要將刀背的焦化物質刮掉，如此不僅延誤醫療進程拉長手術時間，更易損傷電燒刀，另外電燒刀之局部高溫亦容易造成鄰近正常組織壞死，組織燒焦積碳，對傷口癒合造成不良影響。而電燒刀於手術加熱過程中產生的氟酸及積碳燒焦味，對醫護人員呼吸道造成二次傷害，且容易導致肺癌。

針對上述傳統電燒刀缺點，相關技術領域人士持續對電燒刀進行改良，就習知專利而言，例如：美國專利US4333467「Nonstick conductive coating」係於電燒刀表層鍍上一層有機化學材料構成之導電不沾黏層。

美國專利US6468642「Fluorine-doped diamond-like coatings」係於電燒刀表面塗佈一層鐵氟龍達到抗沾黏效果，在鐵氟龍外層塗佈金剛石薄膜，提高電燒刀硬度，延長電燒刀使用壽命。

美國專利US6270831「Method and apparatus for providing a conductive,amorphous non-stick coating」揭露一鍍膜腔體靶材可選用不同材料，氮化鈦塗層在基板上，氮化鈦為陶瓷材料導電且不沾黏的。該塗料是生物相容，可應用於各種醫療設備。

美國專利US6783525「Application and utilization of a water-soluble polymer on a surface」利用一種含有水溶性的聚合物(Megadyne Medical)，填補在鐵氟龍或多孔金屬表層的孔洞。經處理過後，水溶性聚合物與含氟聚合物結合，可達到保護刀頭和抗沾黏。

美國專利US6951559「Utilization of a hybrid material in a surface coating of an electrosurgical instrument」利用混合材料的表面塗層，加強抗沾黏效果，在含氟聚合物混合催化顆粒或水溶性聚合物其他材料，提高表面性能。材料塗層的特點，以提高保護塗層表面。

美國專利US7867225、US7867226「Electrosurgical instrument with needle electrode」係於電燒刀錐形尖頭區有一導電針，其它表面區域鍍上絕緣層，降低術手術過程中焦痂產生。

中華民國專利TWM322806「奈米鑽石鍍層手術刀」係於手術刀基體與奈米鑽石薄膜之間有鑽石鍍膜成核層或強度中間層。奈米鑽石膜可以為鑽石薄膜或類鑽石碳膜。

中國專利CN2481292「納米金剛石薄膜高頻手術刀」係於手術刀表面形成一層沈積的奈米金剛石薄膜。

歸納上述習知專利所揭露之技術手段，絕大部分都是採用鐵氟龍，以鍍膜或塗佈方式於電燒刀表面形成一表層，雖然可以達到抗沾黏、熱均散或提高硬度等功效，但是最主要的缺點在於，於電燒刀加熱溫度到達約攝氏400度時，鐵氟龍即會釋放帶有毒性之氟離子與組織燃燒不完全之毒性煙霧，對人體造成極大危害。

此外，部分專利(例如中華民國專利TWM322806、中國專利CN2481292)係以鍍膜或沉積方式於電燒刀表面形成奈米級薄膜，但其主要目的在於提高電燒刀硬度，以鍍膜或沉積方式形成之薄膜只能到達奈米級或微米級結構，無法達到微奈米級結構同時共存，此外，由於薄膜與電燒刀材質不同，薄膜是附加於電燒刀表面而非由電燒刀表面直接生成，因此長期高溫使用後，仍會釋放有毒氣體，且薄膜會產生損耗。

有鑑於習知技術之缺失，本發明提出一種具有微奈米結構之電燒刀及其製造方法，透過雷射誘發微奈米結構及可精準控制加工區域的特性，於電燒刀表面直接製作出微奈米結構，使電燒刀具有抗沾黏及熱均散的效果。

為達到上述目的，本發明提出一種具有微奈米結構之電燒刀，包含：一刀柄；以及一刀本體，係設置於該刀柄之其中一端，於該刀本體表面具有微奈米結構，該微奈米結構係以雷射光直接成型於該刀本體表面，該微奈米結構係由多數個微奈米微結構單元構成。

為達到上述目的，本發明又提出一種具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，包含：備置一電燒刀，該電燒刀具有一刀本體；發射一雷射光於該刀本體；以及由該雷射光直接於該刀本體表面成型微奈米結構，該微奈米結構係由多數個微奈米微結構單元構成。

為使　貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。

以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利　貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱第一圖及第二圖所示，本發明所提供之具有微奈米結構之電燒刀10，該電燒刀10包括微創手術電燒刀和傳統手術電燒刀，且該電燒刀10包括單極電燒刀和雙極電燒刀，其中，單極電燒刀又包括針狀、片狀、環狀和筆狀電燒刀。本發明之電燒刀10包含一刀本體11以及一刀柄12，刀本體11係設置於刀柄12之一端部，刀本體11之材質為醫療級金屬材料，例如不鏽鋼材質，且刀本體11具有導電性。刀柄12係絕緣材質，刀柄12提供手術操作者握持，刀本體11係用以對患者進行電燒手術切割。

本發明之特徵在於，於刀本體11表面具有微奈米結構13，微奈米結構13係以雷射光直接成型於刀本體11表面，亦即本發明之微奈米結構13係與刀本體11一體成型，本發明之微奈米結構13並非使用塗佈、。於本實施例中，微奈米結構13係成型於刀本體11前端表面，其係考量一般電燒手術之切割深度係侷限於刀本體11之前端，因此可以於刀本體11成型微奈米結構13即可，以節省成型微奈米結構13所必須耗費之工時與成本。但是微奈米結構13所涵蓋之範圍並不限於刀本體11前端表面，換言之，於本發明之刀本體11表面所成型之微奈米結構13之範圍，可依實際所需要而設計，微奈米結構13也可以佈滿刀本體11所有表面。

請參閱第二圖所示本發明所提出之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法之流程20，其主要包含以下步驟：步驟21：備置一可調變之雷射加工系統，並具有一載台；步驟22：備置一電燒刀，該電燒刀具有一刀本體；步驟23：發射一雷射光於該刀本體；步驟24：由雷射光直接於刀本體表面成型微奈米結構，該微奈米結構係由多數個微奈米微結構單元構成。

關於步驟21之具體實施方式，係先備置一可調變之雷射加工系統，其搭配之聚焦鏡組NA值(數值孔徑值)小於0.28，該雷射加工系統具有一載台，於載台設有夾具用以夾持欲進行微奈米結構成型之電燒刀。該載台具有X-Y-Z三軸調整功能，X-Y軸調整功能係用以調整加工方向，Z軸調整功能係用以調整雷射光焦距。該雷射加工系統所提供之雷射光的波長係位於266nm-1064nm之範圍內，該雷射光的雷射能量小於0.26W，雷射光的閾值係位於0.1-8J/cm²之範圍內，雷射光的脈衝寬度係位於10fs~50ps之範圍內，雷射光的頻率係位於1Hz-1MHz之範圍內，雷射光的脈衝發數小於300發(pulses)。使用者依實際所需調整雷射光之波長、閾值、脈衝寬度及頻率等參數後，並且調整雷射光之焦距及加工位置之後，即可執行步驟23、24，由雷射光直接於刀本體表面成型所需要的微奈米結構。且雷射光經可調變光束後，將原始光斑放大100倍，可降低加工時間。上述本發明所使用之雷射為飛秒雷射，惟本發明不限定使用飛秒雷射可達成。

請參閱第三圖所示，本發明於刀本體11直接形成微奈米結構13，該微奈米結構13係由多數個微奈米微結構單元131構成，每一微奈米結構13上具有多數個微奈米微結構單元131，該多數個微奈米微結構單元131之間距P等於或小於9μm，每一個微奈米微結構單元131之尺寸等於或小於5μm，且每一個微奈米微結構單元131上具有奈米週期結構1311，該奈米週期結構1311之尺寸等於或小於900nm，該奈米週期結構1311係與微奈米微結構單元131同時生成，每一個微奈米微結構單元131之表面粗糙度小於90nm。本發明實際成型之微奈米微結構單元131之形狀，大致會呈現不規則之柱狀，且該多數個微奈米微結構單元131會呈現許多不同的尺寸與形狀，而微奈米微結構單元131表面則會呈現週期性的奈米結構條紋。上述微奈米微結構單元131之尺寸，係指呈柱狀之微奈米微結構單元131之直徑或寬度，對於不規則形狀之微奈米微結構單元131，則以其最大寬度計算。上述微奈米微結構單元131之表面粗糙度，則係指微奈米微結構單元131表面之凹凸紋路之凹陷程度。依上述微奈米微結構單元131之間距、尺寸及粗糙度之範圍值，設計者可利用第二圖所示流程，並且設定不同參數的雷射光，於刀本體11形成多數個不同尺寸之微奈米微結構單元131，並且構成一微奈米結構13。但是本發明之微奈米結構13並不限定於上述間距、尺寸及粗糙度之範圍值內之微奈米微結構單元131構成，上述範圍值係表示微奈米微結構單元131較佳之實施範圍值。但是在上述範圍值之外之微奈米結構仍適用於本發明之微奈米微結構單元131。

請參閱第四圖所示，將本發明與水、食鹽水及血液等檢測液分別進行接觸角量測，將檢測液30滴放於微奈米結構13上，藉由該表面具有粗糙度之微奈米微結構單元131支撐，檢測液30與水平面之間形成一接觸角θ，當檢測液30為水或人工體液時，接觸角θ大於130度，而當檢測液30為血液時，接觸角θ大於150度。一般而言，接觸角θ大於90度時即可提供疏水性，亦即檢測液30不容易滲入結構中，反之，接觸角θ小於90度時，則會產生親水性，使得檢測液30容易滲入結構中。經由上述量測驗證，本發明之微奈米結構13可提供與液滴之間具有大的接觸角θ，該接觸角θ遠大於90度，代表本發明具有極佳的疏水性，不僅不容易沾黏，藉由結構間隙可使熱能不會過度擴散到正常組織，同時可提供較佳之熱均散效果。將具有微奈米結構之本發明之電燒刀，與一般不具有微奈米結構之傳統電燒刀進行離體切割測試，以傳統電燒刀切割的組織溫度高達攝氏145度，但是以本發明切割的組織溫度可降至攝氏116度，本發明對於降溫的幅度高達17.3%，因此可以降低對於傷口組織的破壞，達到熱均散效果。

此外，如下表所示：

上表係將習用電燒刀與本發明之具有微奈米結構之電燒刀，於40、60、80三種不同功率瓦數下，分別對離體切割後所得數據。由上表可知，較於習用電燒刀，由於本發明所提供之具有微奈米結構之電燒刀表面成型有微奈米結構，因此於電燒前後的重量差極小，且瓦數越高，越不易沾黏，本發明確實具有極優之疏水性，本發明可大幅改善沾黏狀況。

必須強調的是，本發明之微奈米結構係以雷射光『一次成型』於刀本體表面，本發明之微奈米結構係『直接成型』於刀本體表面，本發明之微奈米結構係與刀本體『一體成型』。雖然形成微奈米結構之方式很多，例如可藉由蝕刻、電漿、LIGA微奈米加工等方式達成，但是，蝕刻方式必須經過多道製程方能形成微奈米結構，蝕刻方式並無法一次成型微奈米結構。至於電漿方式所形成之微奈米結構極不規則，不易控制。至於LIGA微奈米加工，必須設置光罩，並取需要多個步驟與程序方能形成微奈米結構，LIGA微奈米加工並無法一次成型微奈米結構，且加工成本高。至於一般之超精密加工以及長脈衝雷射，則只能達成微米結構，並無法達到微奈米結構。據此可知，本發明採用雷射加工，可以一次成型微奈米結構，而且所形成之微奈米結構精度佳，本發明提出於電燒刀表面形成微奈米結構之方法，不僅是方法上的不同，同時本發明具有功效上之增進。

由本發明所提供之電燒刀之製造方法，於電燒刀成型之實際微奈米結構，可請參閱附件一所示實驗成型之樣品照片，其係採用脈衝能量脈衝發數150發(pulses)的雷射光成型於電燒刀上表面，附件一的圖A、圖B、圖C係不同倍率之放大結構。其顯示所形成之微奈米結構係由柱狀(或可稱為顆粒狀)之週期性微奈米微結構單元構成，每一個微奈米微結構單元上具有奈米週期結構，使得該柱狀之微奈米微結構單元表面呈現週期性的奈米結構條紋。

其次，關於本發明於電燒刀表面所形成之微奈米結構，當雷射光脈衝能量不同時，所形成之微奈米結構形狀及尺寸也不同，請參閱附件二所示。其顯示於200、250、300、350不同脈衝發數所成型之微奈米結構。實驗證明，當雷射光的脈衝發數大於300發(pulses)，所形成之微奈米結構之微奈米微結構單元之間距P大於9μm，由於當間距P大於9μm時所提供的疏水性較差，因此本發明以採用雷射能量在0.26W完成本實驗，其他雷射參數改變，其中脈衝發數小於300發(pulses)之雷射光較佳。當雷射光的脈衝發數大於300發(pulses)時，會直接破壞電燒刀表面，無法在電燒刀表面形成微奈米結構，請參閱附件三所示，附件三之的圖A、圖B、圖C係以不同高脈衝發數(大於300發(pulses))雷射光照射電燒刀表面之結果，其顯示於電燒刀表面形成凹洞，但當脈衝發數大於300發(pulses)時，雷射能量在0.26W以下，仍可完成本發明之效果，亦在本發明範圍內。

本發明可達到的熱均散效果，可參閱附件四所示，其中，圖A1及圖A2係採用市售品不具有微奈米結構之電燒刀於80W功率瓦數下，對樣品(非活體豬肉)進行切割，圖A2顯示樣品溫度高達攝氏88.46度。圖B1及圖B2係採用本發明具有微奈米結構之電燒刀於80W功率瓦數下，對樣品(非活體豬肉)進行切割，圖B2顯示樣品溫度為攝氏67.00度，證明本發明可使樣品溫度降低攝氏21.46度，因此，可降低對傷口組織的破壞，也因此不會對電燒刀造成沾黏。

此外，請參閱附件五所示對活體(兔子)重複進行皮膚刺激接觸試驗之結果。其顯示將本發明所形成之具有微奈米結構之電燒刀於0小時、24小時、48小時及72小時直接且重複接觸活體皮膚，對於活體皮膚都不會產生任何影響，例如過敏、紅腫等現象。

綜上所述，本發明提供之具有微奈米結構之電燒刀及其製造方法，透過雷射光直接在電燒刀表面誘發週期性微奈米結構，且經由控制雷射能量的大小，可製作出疏水性結構，達到抗沾黏及熱均散效果，亦可以降低傷口組織的破壞，在手術過程不會產生有毒氣體，可降低對醫護人員傷害。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

10．．．電燒刀

11．．．刀本體

12．．．刀柄

13．．．微奈米結構

131．．．微奈米微結構單元

1311．．．奈米週期結構

20．．．製造方法之流程

21~24．．．步驟

30．．．檢測液

θ．．．接觸角

第一圖係本發明之結構示意圖。

第二圖係本發明之方法流程圖。

第三圖係第一圖之A-A剖面結構放大示意圖。

第四圖係本發明與液滴之接觸角示意圖。

10．．．電燒刀

11．．．刀本體

12．．．刀柄

13．．．微奈米結構

Claims (19)

1. 一種具有微奈米結構之電燒刀，包含：一刀柄；以及一刀本體，係設置於該刀柄之其中一端，於該刀本體表面具有微奈米結構，該微奈米結構係由多數個微奈米微結構單元構成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中該微奈米結構係以雷射光直接成型於該刀本體表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中該雷射光的波長係位於266nm-1064nm之範圍內，該雷射光的雷射能量小於0.26W，該雷射光的脈衝寬度係位於10fs~50ps之範圍內，該雷射光的頻率係位於1Hz-1MHz之範圍內。
4. 如申請專利範圍第2項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中該雷射光的閾值係位於0.1-8J/cm²之範圍內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中該多數個微奈米微結構單元之間距等於或小於9μm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中每一該微奈米微結構單元之尺寸等於或小於5μm。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中每一該微奈米微結構單元之表面粗糙度小於90nm。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中該微奈米微結構單元表面具有週期性的奈米結構條紋。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中每一該微奈米微結構單元上具有奈米週期結構，該奈米週期結構之尺寸等於或小於900nm。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具有微奈米結構之電燒刀，其中每一該微奈米微結構單元上具有疏水性，不僅不容易沾黏，藉由結構間隙可使熱能不會過度擴散到正常組織，同時可提供較佳之熱均散效果。
11. 一種具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，包含：備置一可調變之雷射加工系統，並具有一載台；備置一電燒刀，該電燒刀具有一刀本體；發射一雷射光於該刀本體；以及由該雷射光直接於該刀本體表面成型微奈米結構，該微奈米結構係由多數個微奈米微結構單元構成。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中該雷射為飛秒雷射。
13. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中可調變之雷射加工系統，其搭配之聚焦鏡組NA值(數值孔徑值)小於0.28，該載台設有夾具用以夾持欲進行微奈米結構成型之電燒刀，該載台具有X-Y-Z三軸調整功能。
14. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中該雷射光的波長係位於266nm-1064nm之範圍內，該雷射光的雷射能量小於0.26W，該雷射光的脈衝寬度係位於10fs~50ps之範圍內，該雷射光的頻率係位於1Hz-1MHz之範圍內。
15. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中該多數個微奈米微結構單元之間距等於或小於9μm。
16. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中每一該微奈米微結構單元之尺寸等於或小於5μm。
17. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中每一該微奈米微結構單元之表面粗糙度小於90nm。
18. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中每一該微奈米微結構單元上具有奈米週期結構，該奈米週期結構之尺寸等於或小於900nm，該奈米週期結構係與該微奈米微結構單元同時生成。
19. 如申請專利範圍第11項所述之具有微奈米結構之電燒刀之製造方法，其中該雷射光的閾值係位於0.1-8J/cm²之範圍內。