专利名称：外科器械的刀片的制作方法
背景技术：
本发明涉及用于外科器械的刀片，其中刀片是由硬质的透明结晶材料如金刚石、蓝宝石或石榴石形成的，在它们的表面上提供了以化学键键接于该表面上的氟原子层。
手术用刀是极其锋利的，为的是最大程度减少沿切口的线方向上的组织损伤。为了达到刀片的所需锐度，用于制造刀片的所选材料是具有结晶性质的硬质材料，如金刚石或蓝宝石。
在使用过程中，血液和其它体液和物质常常粘附于刀片的刀面上，从而降低它的效率。已知通过例如用合适的材料擦拭该刀片或将刀片插入适宜的塑料泡沫块(例如聚苯乙烯)中可以防止这一现象的发生或至少减少粘附效果和便于刀的清洁。
血液粘附或聚集在刀片的表面上的问题在促进血液的凝固的条件下可能会加剧。这可通过如下来引起手术刀的特意加热以诱发凝固；与刀相结合使用的高强度光源或通过该刀片或单独施加而同时使用的激光束。
南非临时专利申请No.99/4256(也由本申请人在这一情况下提出)描述了外科器械用的刀片，其中刀片是由金刚石形成并且激光辐射被传送通过该刀，为的是沿切口的线提供烧灼(cauterisation)效果。这一较早的申请被引入本文供参考。穿过构成本发明的主题的刀片的激光辐射会引起刀受热，这促进了血液粘附和聚集在刀的表面上。
发明概述根据本发明，提供了在外科器械的刀片上形成氟原子的保护层的方法，其中刀是由硬质、透明、结晶材料如金刚石、蓝宝石或石榴石形成，该方法包含以下步骤a)将刀放入等离子体反应器中；b)等离子体清洗该刀；和c)在碳氟化物(CnFm)气体的等离子体中涂布该刀。
优选地，含有碳氟化物(CnFm)的气体是C3F8，或者是C2F4或C2F6。
该方法可包括化学清洁该刀的步骤。
典型地，该涂布是在0.01-2毫巴的压力下和在50-2000瓦的功率水平下进行30至180分钟的时间。
方便地，该清洁是在空气、氧气、氩气或它们的混合物的等离子体中进行的。
根据本发明的第二方面，提供了用于外科器械的刀片，该刀片是由硬质、透明、结晶材料如金刚石、蓝宝石或石榴石形成，在它们的表面上提供了根据上述方法形成的氟原子的保护层。
优选地，该刀是由天然单晶合成或多晶合成金刚石或蓝宝石形成。
根据本发明的第三方面，提供了在外科器械的刀上形成氟原子的保护层的方法，其特征在于该方法包含将刀浸入氟代脂族甲硅烷基醚的溶液中的步骤。
该方法典型地是在由金刚石形成的刀上进行。
优选，该方法包括在超过200℃的温度下固化该层的步骤。
该方法可包括在将刀浸入氟代脂族甲硅烷基醚的溶液中之前在刀上形成羟基封端的表面的步骤。
该方法还可包括在将刀浸入氟代脂族甲硅烷基醚的溶液中之前在刀的表面上形成中间硅或Ti层的步骤。该Si层优选具有低于50纳米的厚度。
本发明的各种实施方案在本说明书的下列段落中进行详细描述。所描述的实施方案仅仅说明本发明如何实施但不应认为限制本发明的范围。
实施方案的描述一般地说，本发明涉及在外科器械的刀片上形成氟原子的保护层的方法，其中手术刀是由硬质、透明、结晶材料如金刚石、蓝宝石或石榴石形成的。该层的用途是在使用过程中降低血液和体液和血和身体物质对刀的粘附作用。该层应该具有最小厚度，以便最大程度地防止该刀的锐度的下降。可以设想，这可根据本发明通过最大程度降低该层的厚度(在极端情况下氟的单原子层)或通过在涂层施用之后在刃口的一侧或两侧上抛光微细平面来实现。
本发明的方法本质上是涉及以下步骤的等离子体涂布方法1.化学清洁该刀。
2.将刀片放入等离子体反应器中。
3.刀的等离子体清洗。这可以在大约1毫巴压力和大约500瓦的功率水平下，在空气、氧气、氩气或它们的混合物的等离子体中进行5-20分钟来实现。以5％至50％的断续负载开启电源以防止过热。如果为了实现含氟层的良好粘合作用，这一清洗步骤是重要的。
4.在C3F8的等离子体中涂布该刀。这一涂布步骤的操作条件是在50-2000瓦的功率水平下，0.01-2毫巴的压力下，30-180分钟的时间。
上面的叙述是实施本发明的方法的一种方法和有关以上所述特定操作条件的变化的描述。
两个不同的途径可用于以上所述方法中1.金刚石或其它硬质结晶材料的化学结构被改变，使得它用氟原子封端，代替更常用的氢和/或氧。这能够通过在273至573K之间的温度范围内让材料如金刚石的表面暴露在原子氟中来实现。氟原子层在手术刀上的优选沉积方法是等离子体处理。在这一方法中，手术刀暴露于在氟原子产生物质如SF6、NF3、HF或F2中激发的等离子体中。氩气可引入到等离子体中以便将沉积速率降低到可控的程度。
2.用氟烃聚合物层涂布表面。这能够通过使用前体如四氟乙烯的已知的等离子聚合技术来实现。这一方法描述在名称为“等离子体化学和技术的基本原理(Fundamentals of Plasma Chemistry andTechnology)”的文章(H.V.Boenig，Pub Technomatic，1988)和在该文件中引用的其它参考文献中，它们全部被引入本文供参考。
氟烃聚合物层在手术刀上的优选沉积方法是等离子体处理。在这一方法中，手术刀暴露于在碳氟化物气体中激发的等离子体中。氩气可引入到等离子体中以便将沉积速率降低到可控的程度。
由该工艺产生的氟烃聚合物层的厚度是刀经该过程处理的时间的函数。涂层厚度能够从几个纳米到几百纳米变化。更薄的涂层是更令人想要的，以便不致于钝化该刀的刃口和限制激光吸收。
聚合物是由从下列气体中的一种激发的等离子体沉积的C2F4，C2F6，C3F8。该层厚度典型地是在5纳米至10微米之间。在形成该涂层之后，在刃口的一侧或两侧上抛光5至50微米之间的微细平面。
除了上述方法，其它方法也可用于在该表面上获得所需要的氟原子层。一种此类方法是在C2F4环境中加热该刀。这诱发了C2F4在热表面上的聚合反应以形成氟原子层。
在该表面上的氟原子层也能够以其它方式施涂。例如，通过让化学活性基团连接于氟化烷烃基团上，该氟原子能够以化学键结合于金刚石表面上。此种氟化烷烃是其中氟原子取代(通常为线性的)碳链中氢原子的分子。这是惰性分子并且其一种聚合产品是以专用名“Teflon”公知的产品的基础。通过让化学活性基团连接于氟化烷烃上，它能够键接于金刚石表面上。此种化学活性基团的一个例子是含有SiOH的基团，它能够键接于羟基(-OH)封端的表面上。通过分裂出水分子，该SiOH基团能够键接到羟基封端的表面上，因此形成了氟化末端-Si-O-Si-表面键。这一类型涂料的例子是氟代脂族甲硅烷基醚，它的化学通式在下面给出。
RfA-Si(OH)3在下一页中提供这一反应的略图。 其中Rf是氟化烷基，A是C2H4，和Si(OH)3是活性键接基团。在这种情况下，OH基团中的一个键接于该表面上，而其它的则键接于其它氟代脂族甲硅烷基醚分子上，因而形成了网络。
氟代脂族甲硅烷基醚的一个实例是以商标名称FC405/60(3M公司)销售的产品。这里，氟代脂族甲硅烷基醚分子溶于溶剂如醇(例如异丙醇)中。通过进一步用异丙醇稀释该溶液以使所获得的氟代脂族甲硅烷基醚分子的浓度低于1％(例如将0.5ml涂布液加入到60ml异丙醇中)和添加乙酸以达到在4至5.5之间的pH值，则能够通过将金刚石刀片浸入该溶液中约3分钟而在刀片的表面上施涂氟原子层。建议该溶液进行超声波搅拌，以实现新鲜涂布液与刀片表面的良好接触。从涂布液中取出刀片，涂布溶液的残留层用异丙醇漂洗掉。该涂层然后在升高的温度下固化。虽然由氟代脂族甲硅烷基醚流体的制造者供应的产品介绍中指出固化应在110℃下进行5分钟，但是已经发现，通过使用235℃的温度经过约1小时能够获得具有较好的抗划伤性和耐摩擦性及对金刚石刀片表面有良好粘结性的涂层。
对于金刚石，使涂料以化学键结合于它的表面上还有另外的困难。这归因于以下事实一般而言，金刚石表面不具有结合于其表面上的羟基。实现羟基涂布的表面的方法因此是本发明的一部分。一种方法通过将金刚石刀片浸入熔融碱金属氢氧化物如氢氧化钠或氢氧化钾或这些与硝酸钠或硝酸钾的混合物的浴中达到至多1小时的时间来实现这一目的。另一(虽然效果较差)方法是在水蒸汽中对金刚石刀片表面进行微波放电。这会使水分子离解和形成蒸汽形式的OH基基团，它能够结合于该金刚石表面上。然而，该放电也会产生同样能够结合于表面上的其它基团，因此占据了一些键接位置，这些位置无法被羟基占据。这后一方法得到了部分羟基覆盖的表面。其它方法包括界面层如钛(Ti)，铬(Cr)的施涂。该层能够通过浸入稀NaOH来实现羟基封端。还有可能通过将新涂布的表面浸入涂布液中，直接将氟代脂族甲硅烷基醚结合于金属表面上。
羟基终端的Si层的形成也能够通过如下来实现在大约90-100℃下将金刚石刀片浸入NaOH在水中的稀(约10％)溶液中约3分钟，然后在去离子水中漂洗，浸入HCl在水中的浓(＞20％)溶液中，再次在去离子水中漂洗，在乙醇中漂洗和最终在异丙醇中漂洗，然后让刀片干燥。在这一步骤之后，将刀片浸入涂布液中，按以上所述涂该涂层。
让涂布用分子结合于金刚石表面上的优选方式是在金刚石表面上涂布硅(Si)的薄层。通过形成SiC，典型地低于50nm厚的这一层与金刚石形成化学键。更大厚度的Si层是不理想的，因为刀片对红外辐射的透射降低和辐射在刀片中的伴随吸收，导致在组织中降低的灼烧效果和/或刀片的受热以及组织或血液额外地粘附于刀片上。对于不要求光离开Si层的应用，则该涂层可以涂布得较厚或可施涂另一界面层。
本工艺适用的刀片是由硬质透明结晶材料形成。典型地，这一材料是天然的单晶合成或多晶合成金刚石或蓝宝石。然而，还可以使用其它材料，如硬质结晶的简单氧化物如氧化锆(ZrO2)，氧化钇(Y2O3)、石榴石，主要为钇铝石榴石，镥铝石榴石，钒酸盐和铝氧化物(如氧化钇铝)。也适合本工艺的其它硬质红外线透明晶体是原硅酸盐。
构成本发明主题的该方法能够适用于在激光波长范围内操作的许多刀片，如在南非临时专利申请No.99/4256中描述的那些。
权利要求
1.在外科器械的刀片上形成氟原子的保护层的方法，其中刀片是由硬质、透明、结晶材料形成，该方法包含以下步骤a)将刀片放入等离子体反应器中；b)等离子体清洗刀片；和c)在碳氟化物(CnFm)气体的等离子体中涂布刀片。
2.根据权利要求1的方法，其中刀片是由金刚石、蓝宝石或石榴石形成的。
3.根据权利要求1或2的方法，其中碳氟化物(CnFm)气体是C3F8、C2F4或C2F6。
4.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中该方法包括化学清洁刀片的步骤。
5.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中涂布是在0.01-2毫巴的压力下和在50-2000瓦的功率水平下进行30至180分钟的时间。
6.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中清洁是在空气、氧气、氩气或它们的混合物的等离子体中进行。
7.外科器械的刀片，该刀片是由硬质透明、结晶材料形成，在它的表面上提供有根据上述方法形成的氟原子的保护层。
8.根据权利要求7的刀片，其中刀片是由金刚石、蓝宝石或石榴石形成。
9.根据权利要求7的刀片，其中刀片是由天然单晶合成的或多晶合成的金刚石或蓝宝石形成。
10.在外科器械的刀上形成氟原子的保护层的方法，其特征在于该方法包含将刀片浸入氟代脂族甲硅烷基醚的溶液中的步骤。
11.根据权利要求10的方法，其中刀片是由金刚石形成。
12.根据权利要求10或权利要求11的方法，其中该方法包括在超过200℃的温度下固化该层的步骤。
13.根据权利要求10-12中任何一项的方法，其中该方法包括在将刀片浸入氟代脂族甲硅烷基醚的溶液中之前在刀片上形成羟基终端的表面的步骤。
14.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中该方法包括在将刀片浸入氟代脂族甲硅烷基醚的溶液中之前在刀片的表面上形成中间硅层的步骤。
15.根据权利要求14的方法，其中Si层具有低于50nm的厚度。
全文摘要
本发明涉及在外科器械的刀片上形成氟原子的保护层的方法,其中刀片是由硬质透明、结晶材料如金刚石、蓝宝石或石榴石形成的。根据该方法,刀片被放入等离子反应器中;刀片然后进行等离子体清洁和涂敷以碳氟化物气体的等离子体。本发明还涉及在外科器械的刀片上形成氟原子的保护层的方法,其中刀片被浸入氟代脂族甲硅烷基醚的溶液中。
文档编号C23C16/02GK1377246SQ00813549
公开日2002年10月30日 申请日期2000年7月31日 优先权日1999年7月30日
发明者H·P·戈德弗里德 申请人:德鲁克国际有限公司