TWI554391B - 金屬玻璃薄膜 - Google Patents

Description

金屬玻璃薄膜

本發明係關於金屬玻璃薄膜之技術領域，尤指作為針頭器具之鍍膜的一種金屬玻璃薄膜。

目前，金屬、陶瓷與高分子材料係廣泛地應用於人們的食、衣、住、行之中，其中又以金屬材料的應用度最高。相較於高分子或複合材料，金屬材料具有較佳的抗疲勞性與抗潛變能力，且由於金屬材料具有較長的研究歷史，因此金屬材料的因其應用技術成熟較為純熟而被廣泛使用於各種工商業產品中。

較常見的金屬材料，例如超硬材質之奈米氮化鋁鈦膜係應用於增加器件的耐高磨耗，鈦矽膜係應用於提升器件的高溫穩定性，以及奈米氦化鋁鈦矽係應用於提升器件的抗氧化溫度。然而，礙於習用的金屬材料多為結晶結構，且延展性有限，因此無法滿足特定產業之器件的需求，例如：使用頻率十分頻繁的醫療用針頭與工業用點膠針頭。

工業用點膠針頭廣泛用於各式領域中，雖然有不同 針頭尺寸，點膠的膠體材質亦不同，但使用時所遭遇之困難大都與針頭表面易造成殘膠有關，導致使用時要經常停機清洗、清除。

目前醫療用針頭廣泛的使用潤滑劑減少針頭與皮膚的摩擦力，但醫美或外科手術用針頭在療程中可能需要重覆使用數十次甚至數百次，針頭使用數次後因為潤滑劑乾燥而導致表面摩擦力增加，針頭亦會鈍化，以致於後半段療程會增加病人之疼痛感，而療效亦可能因此受到影響。

縫合針、注射針或美容針類通常為一次性使用的醫療用品，但以縫合針為例，在臨床經驗上使用縫合針處理傷口時，一次操作的時間和距離較長，而可能導致針頭鈍化，造成手術的困難。而對於多次性使用之注射針，例如：胰島素注射針通常一天會使用4~6次。根據研究指出，該胰島素注射針在使用第二次時，針頭的使用情況已經產生鈍化，而在第六次時，則可以明顯發現針頭已經完全變形。

承上述，一般常見的習用針頭保護技藝，乃使用500nm氮化矽硬膜(SiNx)保護針頭，但為了提升陶瓷硬膜的附著力，在氮化矽硬膜與不鏽鋼中另需要一層500nm的氮化矽氧化膜(SiNxOy)，以降低摩擦係數與減少摩擦阻力，使得整體厚度達到1000nm，於使用上會有傷口過大不易復原的情形。

不同於上述之金屬鍍膜，金屬玻璃薄膜因其錯雜的 原子結構而具有一些獨特的性質，例如：優秀的硬度、楊氏係數、疲勞壽命、粗糙度、以及良好的抗磨耗與抗菌特性；是以，此種材料具有在醫療用途上的潛力。因此，本案之發明人係極力加以研究發明，終於研發完成本發明作為針頭器具之鍍膜的一種金屬玻璃薄膜。

本發明之主要目的，在於提供一種金屬玻璃薄膜，其係用以鍍於一針身之表面及該針身的一針頭之表面，用以降低該針頭之表面粗糙度外，表面能及表面摩擦係數也降低，並增加該針頭之硬度，以及有效減少與其他物質之沾黏，進而減少磨擦阻力及提高耐用性。

因此，為了達成本發明上述之目的，本案之創作人提出一種金屬玻璃薄膜，係為一非晶體結構材料，並形成於一針身之表面及該針身的一針頭之表面，用以降低該針頭之表面能、表面摩擦係數及表面粗糙度，並增加該針頭之硬度。

如上所述之金屬玻璃薄膜，該金屬玻璃薄膜為一鈦基金屬玻璃薄膜(Ti-based metallic glass)，其係由一鈦材料、一鋯材料、一銅材料、一鈮材料與一鈷材料依一定的原子百分比所組成，且該鈦材料、該鋯材料、該銅材料、該鈮材料、與該鈷材料於該金屬玻璃薄膜之中的原子百分 比分別為40±5at%、10±5at%、37±5at%、6±5at%與7±5at%。

如上所述之金屬玻璃薄膜，該金屬玻璃薄膜的化學式係為Ti₄₀Zr₁₀Cu₃₇Nb₇Co₇。

<本發明>

1‧‧‧金屬玻璃薄膜

2‧‧‧針身

21‧‧‧針頭

22‧‧‧針管

<習知>

無。

第一圖係本發明之一種金屬玻璃薄膜形成於一針身表面的側視圖；第二圖係本發明之金屬玻璃薄膜的穿刺試驗分析圖；第三圖係本發明之金屬玻璃薄膜的穿刺沾黏實驗圖；以及第四圖係本發明之金屬玻璃薄膜的磨擦係數量測圖。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種金屬玻璃薄膜，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

參閱第一圖，係本發明之一種金屬玻璃薄膜形成於一針身表面的側視圖。如第一圖所示，本發明之一種金屬玻璃薄膜1(Thin Film Metallic Glass,TFMG)，係為一非晶體結構材料，並形成於一針身2之表面及該針身2的一針頭21之表面，用以降低該針頭之表面摩擦力及表面粗糙度，並增加該針頭之硬度。此外，於本發明之另一實施例中，該針身2的一針管22之內表面亦形成有該金屬玻璃薄 膜1。該金屬玻璃薄膜1為一鈦基金屬玻璃薄膜，其係由一鈦材料、一鋯材料、一銅材料、一鈮材料與一鈷材料依一定的原子百分比所組成，且該鈦材料、該鋯材料、該銅材料、該鈮材料、與該鈷材料於該金屬玻璃薄膜1之中的原子百分比分別為40±5at%、10±5at%、37±5at%、6±5at%與7±5at%。

承上述之說明，於本發明中，該針身2之材料係選自於下列群組之中的任一者：鈦、鈦合金、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鐵、鐵合金、金、金合金、與鋼。並且，於本發明之較佳實施例中，該金屬玻璃薄膜1的化學式係為Ti₄₀Zr₁₀Cu₃₇Nb₇Co₇，其中，所述的金屬玻璃薄膜1之硬度係大於700維氏硬度(HV)，且該金屬玻璃薄膜1之厚度係介於50nm至200nm之間。

如此，上述係已完整且清楚地說明本創作之一種金屬玻璃薄膜之材料組成與應用；以下，將藉由各種實驗數據證明本發明之金屬玻璃薄膜1應用於針頭表面的可行性。請參閱第二圖，係本發明之金屬玻璃薄膜的穿刺試驗分析圖。如第二圖所示，在穿刺試驗中，係比較數種不同材料的鍍膜不鏽鋼針頭對PU橡膠穿刺力道的影響，其中，L1表示未鍍膜的針頭、L2表示純鈦硬膜的針頭、L3表示氮化鈦陶瓷硬膜的針頭、L4表示本發明之鈦基金屬玻璃薄膜的針頭，Y軸表示穿刺力道，以牛頓(N)為單位；X軸表 示穿刺距離，以公釐(mm)為單位。

承上述之說明，其中，未鍍膜的針頭之穿刺力道為2.3±0.1(N)、摩擦力為1.5±0.1(N)；純鈦硬膜的針頭之穿刺力道為2.3±0.2(N)、摩擦力為1.6±0.1(N)；氮化鈦陶瓷硬膜的針頭之穿刺力道為2.1±0.2(N)、摩擦力為1.5±0.2(N)；鈦基金屬玻璃薄膜的針頭之穿刺力道為0.8±0.1(N)、摩擦力為0.3±0.1(N)。鍍有本發明之鈦基金屬玻璃薄膜後，穿刺力量由未鍍膜的針頭的2.3N降低到0.8N，比較其他鍍層如純金屬鈦或氮化鈦陶瓷硬膜，效果極為明顯。結晶形態的純鈦與氮化鈦陶瓷硬膜並無明顯改善不鏽鋼針頭表面摩擦力，而鈦基金屬玻璃薄膜明顯降低穿刺所需要的力道，因其非晶體結構薄膜表面較其餘結晶薄膜來的平整，因此更有利於醫療注射或手術上等多次使用的應用。

請再參閱第三圖，係本發明之金屬玻璃薄膜的穿刺沾黏實驗圖。如第三圖所示，在穿刺沾黏實驗中，係比較數種不同材料的鍍膜不鏽鋼針頭對溫體豬肉之組織沾黏的影響，其中，由左至右依序為未鍍膜的針頭、本發明之鈦基金屬玻璃薄膜的針頭、純鈦硬膜的針頭、及氮化鈦陶瓷硬膜的針頭的沾黏實驗圖。並且，上述針頭針對該溫體豬肉的穿刺力量及摩擦力，係如下，未鍍膜的針頭之穿刺力道為0.15±0.02(N)、摩擦力為0.044±0.010(N)；純鈦 硬膜的針頭之穿刺力道為0.16±0.02(N)、摩擦力為0.039±0.006(N)；氮化鈦陶瓷硬膜的針頭之穿刺力道為0.14±0.02(N)、摩擦力為0.034±0.004(N)；鈦基金屬玻璃薄膜的針頭之穿刺力道為0.08±0.02(N)、摩擦力為0.026±0.003(N)。

承上述之說明，當針頭在離開該溫體豬肉組織時鍍有金屬玻璃薄膜的針頭相較於未處理和其他薄膜，產生極少的組織沾黏現象。此外，當針頭鍍金屬玻璃薄膜後，只需一半的力量即能戳入相同深度豬肉，進而可減少肌肉拉扯而使疼痛感降低，並達到提高耐用性，降低組織沾附於表面的效果。

請再參閱第四圖，係本發明之金屬玻璃薄膜的摩擦係數試驗分析圖。如第四圖所示，在摩擦係數試驗中，係比較數種不同材料的鍍膜針頭經過鑽石壓痕器進行刮痕測試後所計算出的摩擦係數分析圖，其中，S1表示未鍍膜的針頭、S2表示純鈦硬膜的針頭、S3表示氮化鈦陶瓷硬膜的針頭、S4表示本發明之鈦基金屬玻璃薄膜的針頭，Y軸表示摩擦係數；X軸表示刮痕長度，以微米(μm)為單位。

承上述之說明，未鍍膜的針頭之摩擦係數為0.36；純鈦硬膜的針頭之摩擦係數為0.39；氮化鈦陶瓷硬膜的針頭之摩擦係數為0.23；鈦基金屬玻璃薄膜的針頭之摩擦係數為0.07。鍍有本發明之鈦基金屬玻璃薄膜後，摩擦係數 由未鍍膜的針頭的0.36降低到0.07，比較其他鍍層如純金屬鈦或氮化鈦陶瓷硬膜，效果極為明顯。結晶形態的純鈦與氮化鈦陶瓷硬膜並無明顯降低不鏽鋼針頭表面摩擦係數，而鈦基金屬玻璃薄膜明顯降低摩擦係數，因其非晶體結構薄膜表面較其餘結晶薄膜來的平整及較低的表面能，因此在穿刺實驗中能明顯降低穿刺力道並降低與物體的沾黏。

請再參閱如下所示的第一表，其係紀錄接觸角試驗中所量測計算出之數種不同材料的鍍膜針頭的表面能。如第一表所示，未鍍膜的針頭之表面能為39.8毫牛頓/公尺；純鈦硬膜的針頭之表面能為37.2毫牛頓/公尺；氮化鈦陶瓷硬膜的針頭之表面能為33.1毫牛頓/公尺；鈦基金屬玻璃薄膜的針頭之表面能為26.9毫牛頓/公尺。鍍有本發明之鈦基金屬玻璃薄膜後，表面能由未鍍膜的針頭的39.8毫牛頓/公尺降低到26.9毫牛頓/公尺，比較其他鍍層如純金屬鈦或氮化鈦陶瓷硬膜，效果極為明顯。結晶形態的純鈦與氮化鈦陶瓷硬膜並無明顯降低不鏽鋼針頭表面能，而鈦基金屬玻璃薄膜明顯降低表面能，因其薄膜表面為非晶體結構，因此在穿刺實驗中能明顯降低穿刺力道及降低摩擦係數並降低與物體的沾黏。

第一表

如此，透過上述所呈現的各種實驗數據，吾人可以進一步地得知本發明最主要的優點在於：本發明所提出的Ti₄₀Zr₁₀Cu₃₇Nb₇Co₇之金屬玻璃薄膜1，其係可降低該針頭之表面摩擦力及表面粗糙度，並增加該針頭之硬度，以及有效減少組織沾黏，進而提高耐用性；此外，能有效的保護針頭避免在重覆使用過程中快速的鈍化，也減少注射過程中的疼痛感。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之金屬玻璃薄膜1的結構配置，本發明之金屬玻璃薄膜1係為一非晶體結構材料，並形成於一針身2之表面及該針身2的一針頭21之表面，用以降低該針頭之表面能及表面摩擦係數，並增加該針頭之硬度，以及有效減少與其他物質之沾黏，進而提高耐用性及抗菌效果。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧金屬玻璃薄膜

2‧‧‧針身

21‧‧‧針頭

22‧‧‧針管

Claims (5)

1. 一種金屬玻璃薄膜，係為一非晶體結構材料，並形成於一針身之表面及該針身的一針頭之表面，用以降低該針頭之表面能及表面摩擦係數；其中，該金屬玻璃薄膜為一鈦基金屬玻璃薄膜，其係由一鈦材料、一鋯材料、一銅材料、一鈮材料與一鈷材料依一定的原子百分比所組成，且該鈦材料、該鋯材料、該銅材料、該鈮材料、與該鈷材料於該金屬玻璃薄膜之中的原子百分比分別為40±5at%、10±5at%、37±5at%、6±5at%與7±5at%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬玻璃薄膜，其中，該針身的一針管之表面亦形成有該金屬玻璃薄膜。
3. 如申請專利範圍第2項所述之金屬玻璃薄膜，其中，該針身之材料係選自於下列群組之中的任一者：鈦、鈦合金、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鐵、鐵合金、金、金合金、與鋼。
4. 如申請專利範圍第1項所述之金屬玻璃薄膜，其中，所述的金屬玻璃薄膜之硬度係大於700維氏硬度(HV)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬玻璃薄膜，其中，該金屬玻璃薄膜之厚度係介於50nm至200nm之間。