一种植入器械表面及其制造方法

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种植入器械表面及其制造方法。

背景技术：

现代医学的植入器械植入人体后，植入器械的表面会与体液组织接触，继而与组织产生黏附作用，导致植入器械被污染或者导致人体组织感染，产生血栓，对植入器械和人体有着严重的危害。

目前，在植入器械表面蚀刻出微结构可以隔绝腐蚀液体，以提高植入器械的生物相容性。但是，现有技术制备微结构表面的方法是模板法、涂附法、蚀刻法和激光法，这些方法尽管能制备出的微结构，但是受方法局限性的影响，这些微结构表面的均匀性不好，尤其是采用激光法制作微结构表面时，激光的高温温度会影响微结构表面的结构，以致影响微结构表面的功能。此外，现有技术单依靠微结构表面来提高植入器械的性能，然而微结构具有较好的抗菌性，但其疏水性仍不够，这样导致微结构表面的仍会与人体组织液体发生作用，产生血栓。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种植入器械表面的制造方法，该制造方法能够制出超疏水性、自清洁的抗菌表面，该植入器械表面具有优异的血液相容性。

本发明的第一目的通过以下技术方案实现：

提供一种植入器械表面的制造方法，包括以下步骤，

s1：对金属的器械表面进行抛光；

s2：采用飞秒激光刻蚀s1抛光后的器械表面，刻蚀出微结构表面，所述微结构表面具有至少两种尺寸的微结构；

s3：先采用无水乙醇超声清洗s2制得的微结构表面，然后采用去离子水清洗微结构表面；

s4：对s3清洗后的微结构表面进行羟基化处理，然后将微结构表面烘干，制得植入器械表面。

飞秒激光可极大限度地降低加工热影响金属器械的表面结构，且飞秒激光同时能制备出功能性结构。微结构表面具有至少两种尺寸的微结构，大尺寸微结构表面和小尺寸微结构表面能相互配合，提高微结构的性能；微结构表面进行羟基化处理能进一步地提高了微结构表面的疏水性能，进而进一步地提高了微结构表面在抗菌和生物相容性方面的性能。

进一步地，所述s1中，抛光后的器械表面的粗糙度ra<0.1μm。器械表面较小的粗糙度，防止粗糙度过大影响器械表面的疏水性。

进一步地，采用0.3～6μm粒度的金刚石抛光磨粒或氧化铝抛光颗粒，在4～70m/s线速度，0.1～0.4mpa压强条件下对器械表面进行抛光，抛光时间是20～40min；或将器械表面浸泡在电解质等离子体抛光液中，在电压3～6kv下对器械表面进行抛光，抛光时间15～20min。以这个参数来进行抛光，保证了器械表面的粗糙度ra<0.1μm。

进一步地，所述s2中，所述飞秒激光的激光功率保持为80％×5w，激光的扫描速度是40～60mm/s，激光的扫描次数是20～30次，激光扫描间距为50～400nm。以这个参数来进行飞秒激光，能最大限度减少激光加热量对器械表面的影响。

进一步地，所述s2中，所述微结构表面由有序亚微米结构表面和无序纳米颗粒结构表面构成。有序亚微米结构表面和无序纳米颗粒结构表面复合一起，不但实现了所述微结构表面具有至少两种尺寸的微结构，还能提供结构复合，利于提高微结构的性能。

进一步地，所述有序亚微米结构表面包括方形沟槽结构和菱形沟槽结构。方形沟槽结构和菱形沟槽结构，在线阵列方向上相互配合和补充，提高了有序亚微米结构表面的抗菌性能、自洁性能和生物相容性。其中，所述方形沟槽结构通过飞秒激光的第一刻蚀轨迹线阵列与第二刻蚀轨迹线阵列相互垂直而获得；所述菱形沟槽结构通过所述第一轨迹线阵列与所述第二轨迹线以45°相交而获得。

进一步地，所述s3中，无水乙醇的清洗时间是10～25min，去离子水的清洗时间是10～25min。

进一步地，所述s4中，所述羟基化处理的步骤包括：将s3清洗后的微结构表面置入浓度为20～40％的乙醇溶液中浸泡，取出浸泡后的微结构表面，在微结构表面滴入氟硅烷溶液，使得氟硅烷溶液包覆微结构表面，制得羟基化的微结构表面。氟硅烷溶液能有效地降低微结构表面的表面能。

进一步地，所述s4中，微结构表面的烘干温度是70～90℃，烘干时间是20～40min。

本发明的一种植入器械表面的制造方法的有益效果：

(1)本发明的制造方法在植入器械表面制造出复合尺寸的微结构，使得大尺寸的微结构与小尺寸的微结构在结构上之间相互补充协调，有效提高了微结构的疏水性，进而提高了微结构对腐蚀液体的隔绝性能，提高了植入器械表面的抗菌性能、自洁性能和生物相容性。

(2)本发明的制造方法采用飞秒激光的方式在器械表面制造出微结构，飞秒激光蚀刻可极大限度降低其加工热对微结构的影响，有效保证了微结构表面的稳定性和均匀性，进而保证了微结构的疏水性、自洁性、抗菌性以及生物相容性。

(3)本发明的制造方法对微结构的抗菌表面进行羟基化处理，进一步增加了微结构表面的超疏水性，从而提高了微结构表面的抗菌性能、自洁性能和生物相容性。

本发明的第二目的在于提供一种植入器械表面，其采用上述植入器械表面的制造方法来制备，该植入器械表面具有优异的超疏水性、抗菌性能、自洁性能和生物相容性。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是有序亚微米结构表面的形貌图；

图2是无序纳米颗粒结构表面的形貌图；

图3是本发明的植入器械表面与水的接触状态图；

图4是刻蚀了微结构表面的植入器械的细菌粘附特性与无刻蚀微结构表面的植入器械表面的细菌粘附特性的荧光对比图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本实施例公开一种植入器械表面的制造方法，包括以下步骤，

s1：采用0.3μm粒度的金刚石抛光磨粒或氧化铝抛光颗粒，在4m/s线速度，0.1mpa压强条件下对金属的器械表面进行抛光，抛光时间是20min对金属的器械表面进行抛光，抛光后的器械表面的粗糙度ra<0.1μm。

s2：采用飞秒激光刻蚀s1抛光后的器械表面，刻蚀出微结构表面，所述微结构表面具有至少两种尺寸的微结构，优选地，所述微结构表面由有序亚微米结构表面和无序纳米颗粒结构表面构成，进一步优选地，所述有序亚微米结构表面包括方形沟槽结构和菱形沟槽结构。其中，所述飞秒激光的刻蚀时，激光功率保持为80％×5w，激光的扫描速度是40mm/s，激光的扫描次数是20次，激光扫描间距为50nm。

s3：先采用无水乙醇超声清洗s2制得的微结构表面，然后采用去离子水清洗微结构表面；其中，无水乙醇的清洗时间是10min，去离子水的清洗时间是10min。

s4：对s3清洗后的微结构表面进行羟基化处理，然后将微结构表面烘干，制得植入器械表面，其中，所述羟基化处理的步骤包括：将s3清洗后的微结构表面置入浓度为20％的乙醇溶液中浸泡，取出浸泡后的微结构表面，在微结构表面滴入氟硅烷溶液，使得氟硅烷溶液包覆微结构表面，制得羟基化的微结构表面。微结构表面的烘干温度是70℃，烘干时间是20min。

实施例2

本实施例公开一种植入器械表面的制造方法，包括以下步骤，

s1：采用6μm粒度的金刚石抛光磨粒或氧化铝抛光颗粒，在7m/s线速度，0.4mpa压强条件下对金属的器械表面进行抛光，抛光时间是20～40min，抛光后的器械表面的粗糙度ra<0.1μm。

s2：采用飞秒激光刻蚀s1抛光后的器械表面，刻蚀出微结构表面，所述微结构表面具有至少两种尺寸的微结构，优选地，所述微结构表面由有序亚微米结构表面和无序纳米颗粒结构表面构成，进一步优选地，所述有序亚微米结构表面包括方形沟槽结构和菱形沟槽结构。其中，所述飞秒激光的刻蚀时，激光功率保持为80％×5w，激光的扫描速度是60mm/s，激光的扫描次数是30次，激光扫描间距为400nm。

s3：先采用无水乙醇超声清洗s2制得的微结构表面，然后采用去离子水清洗微结构表面；其中，无水乙醇的清洗时间是10min，去离子水的清洗时间是10min。

s4：对s3清洗后的微结构表面进行羟基化处理，然后将微结构表面烘干，制得植入器械表面，其中，所述羟基化处理的步骤包括：将s3清洗后的微结构表面置入浓度为40％的乙醇溶液中浸泡，取出浸泡后的微结构表面，在微结构表面滴入氟硅烷溶液，使得氟硅烷溶液包覆微结构表面，制得羟基化的微结构表面。微结构表面的烘干温度是90℃，烘干时间是40min。

实施例3

本实施例公开一种植入器械表面的制造方法，包括以下步骤，

s1：采用0.5μm粒度的金刚石抛光磨粒或氧化铝抛光颗粒，在5m/s线速度，0.3mpa压强条件下对金属的器械表面进行抛光，抛光时间是30min对金属的器械表面进行抛光，抛光后的器械表面的粗糙度ra<0.1μm。

s2：采用飞秒激光刻蚀s1抛光后的器械表面，刻蚀出微结构表面，所述微结构表面具有至少两种尺寸的微结构，优选地，所述微结构表面由有序亚微米结构表面和无序纳米颗粒结构表面构成，进一步优选地，所述有序亚微米结构表面包括方形沟槽结构和菱形沟槽结构。其中，所述飞秒激光的刻蚀时，激光功率保持为80％×5w，激光的扫描速度是50mm/s，激光的扫描次数是25次，激光扫描间距为100nm。

s3：先采用无水乙醇超声清洗s2制得的微结构表面，然后采用去离子水清洗微结构表面；其中，无水乙醇的清洗时间是20min，去离子水的清洗时间是20min

s4：对s3清洗后的微结构表面进行羟基化处理，然后将微结构表面烘干，制得植入器械表面，其中，所述羟基化处理的步骤包括：将s3清洗后的微结构表面置入浓度为230％的乙醇溶液中浸泡，取出浸泡后的微结构表面，在微结构表面滴入氟硅烷溶液，使得氟硅烷溶液包覆微结构表面，制得羟基化的微结构表面。微结构表面的烘干温度是80℃，烘干时间是30min。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例s1中的抛光方式是：将器械表面浸泡在电解质等离子体抛光液中，在电压3kv下对金属的器械表面进行抛光，抛光时间15min，其他参数与实施例1相同，此处不再赘述。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例s1中的抛光方式是：将器械表面浸泡在电解质等离子体抛光液中，在电压6kv下金属的器械表面进行抛光，抛光时间20min，对其他参数与实施例1相同，此处不再赘述。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例s1中的抛光方式是：将器械表面浸泡在电解质等离子体抛光液中，在电压4kv下对金属的器械表面进行抛光，抛光时间18min，其他参数与实施例1相同，此处不再赘述。

性能测试

形貌表征：分别对实施例1中的s2步骤获得的微结构表面进行电镜扫描表征，图1所示，飞秒激光能蚀刻出尺寸均匀、纹理清晰的方形沟槽和菱形沟槽。图2所示，飞秒激光也能蚀刻出无序纳米颗粒结构表面，可见本发明采用飞秒激光能有效地蚀刻出所需的微结构表面。

细菌粘附率验证：分别在实施例1s2步骤获得的具有微结构表面的植入器械表面与无微结构表面的植入器械表面铺设细菌，然后用去离子水冲洗各个植入器械表面，接着使用dapi(4，6-二氨基-2-苯基吲哚)染色各个植入器械表面，于荧光显微镜下观察细菌数量，由图4可知，飞秒激光刻蚀获得的具有微结构表面的植入器械表面几乎没有细菌，而无微结构表面的植入器械表面则均布了细菌，由此证明本发明采用飞秒激光刻蚀方式不但能刻蚀出微结构表面，并且使得植入器械表面抗细菌效果极强。

疏水特性验证：采用接触角测力仪测试实施例1制得的植入器械表面的疏水性，由图3可见，其疏水性接触角较大，证明本发明制得的植入器械表面具有超强的疏水性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。