一种抗血液粘附的手术刀及其制备方法与流程

本发明涉及医疗器械装置，更进一步的涉及一种抗血液粘附的手术刀及其制备方法。

背景技术：

1、手术刀是医疗上最基本的一种手术用器械；由于在手术过程中要用手术刀切开患者的皮肤、肌肉以及内脏器官等，这就不可避免的存在出血的现象；手术刀在与血液接触的过程中血液容易粘附在手术刀表面。外科手术刀接触时容易暴露于病原体患者的皮肤和血液，可能引起感染等多种不利因素、为了避免这样的不利影响，在手术刀表面形成超疏水表面可以提高手术刀的自清洁和抗粘附性能，这也是被科研工作者广泛研究的方向。

2、大多数研究集中在在刀具基体表面预处理形成微纳米结构和/或仿生结构，然后再采用低表面能物质进行涂覆以形成超疏水表面，从而达到手术刀的自清洁和抗粘附性能。然而这种方式低表面能物质形成的超疏水涂层与基体的结合强度非常弱，容易导致涂层不耐磨、不耐刮。华南理工的课题组对这方面做了不少的工作；其发表的专利cn109881192 a公开了一种仿生防粘表面及其制备方法，使得短切刀具和模具表面能够有效的减少或降低树脂和纤维的粘附量，并能够适用于其他防止高黏度液体粘连的应用场合。以自然界中具有“乳突”状微结构超疏性表面的荷叶为模仿对象，在钢材表面加工微纳米级“乳突”状结构，并利用化学法修饰降低钢材表面能，使得钢材表面具有树脂脱附性能。

3、还有不少研究是集中在采用物理气相沉积和/或化学气相沉积等方法在刀具基体表面形成比较牢固的功能性涂层。东南大学的课题组对这方面做了不少的工作；其发表的专利cn110284113a公开了一种金刚石薄膜手术器械，包括器械本体、沉积在器械本体表面的金刚石薄膜粘附层、以及沉积在粘附层表面的纳米金刚石薄膜层，其中，金刚石薄膜粘附层由磁控溅射物理气相沉积法沉积得到，纳米金刚石薄膜层由热丝化学气相沉积法沉积得到。制得的手术器械具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、高硬度、超光滑、生物相容性好，大大提高手术器械的性能同时提高金刚石薄膜手术器械的使用寿命。但是该手术刀并不能有效的抗血清粘附。华南理工的课题组对这方面做了不少的工作；其发表的专利cn 111020502 a公开了一种仿荷叶的疏水抗血清粘附表面及其制备方法，基于荷叶的微纳二级结构，利用激光在不锈钢表面刻蚀形成微米级“乳突”状结构以及附着的纳米级飞溅颗粒结构，然后沉积氮化铬涂层以模仿荷叶表面的蜡质层，最终制备一种仿荷叶结构的复合表面，实现疏水、抗血清粘附等效果。其表面涂层为氮化铬，尽管氮化铬具有良好的耐腐蚀性以及耐磨性；但是其抗血清粘附的效果仍有提升的空间，并且相较之下使用寿命并不算理想。

4、现阶段，追求手术刀的力学性能以及抗血清粘附的性能依然是研究工作者的重点。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的需求以及不足之处，本发明提供一种抗血液粘附的手术刀及其制备方法；能够保障手术刀的锋利程度、并且涂层具有优异的粘结强度和显微硬度，最为主要的是可以较大程度降低血液粘附的影响、并且使用寿命明显延长，进而可以减少手术刀的报废周期、节约成本。

2、为了解决本技术提出的技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种抗血液粘附的手术刀，包括不锈钢基体，铬离子注入层、微纳米结构金刚石涂层。

4、进一步地，所述不锈钢基体为316l不锈钢基体或440c不锈钢基体。

5、进一步地，所述铬离子注入层通过高能离子注入设备制备，铬离子注入层的厚度为1.5～3μm。

6、所述微纳米结构金刚石涂层通过微波等离子体化学气相沉积制备，包括20～30wt.％的微米金刚石以及70～80wt.％的纳米金刚石组成，微纳米结构金刚石涂层的厚度为10～20μm。

7、一种抗血液粘附的手术刀的制备方法，包括如下步骤：

8、(1)将不锈钢基体进行表面预处理，具体包括酸洗、逐级抛光至表面光滑、无水乙醇超声清洗、干燥；

9、(2)将预处理的不锈钢基体置于高能离子注入设备中，抽真空至腔室压力为2.0×10-3～3.0×10-3pa；开启电源，设置离子源加速电压为60～90kv进行铬离子注入，铬离子的注入剂量为1.0×1019～5.0×1019ions/cm2。

10、(3)取出不锈钢基体放入微波等离子体化学气相沉积设备中，抽真空至本底真空度并加热基体至850～900℃后通入流量为120～150sccm的氢气，调节微波功率为1200～1500w，氢气激发生产等离子体球对基体进行轰击处理3～5min；

11、(4)保持氢气流量、基体温度不变、同时通入流量为3～4sccm的甲烷和乙炔的混合气体；调节微波功率为2000～2500w、沉积时间为8～12h，反应结束后停止通入在不锈钢基体表面形成金刚石涂层。

12、(5)继续升温至850～900℃，通入通入流量为10～20sccm的氧气，调节微波功率为600～800w，部分氧气激发生产等离子体球对基体进行轰击处理10～15min。

13、(6)关闭电源、停止通入气体，随炉冷却至室温打开反应腔室并取出不锈钢基体，即得表面具有微纳米结构金刚石涂层的手术刀。

14、本技术中酸洗可以采用盐酸、硫酸等无机酸的溶液进行，只要能够实现去除不锈钢表面氧化膜即可。对于无机酸的选择、浓度以及酸洗的时长并无特别的限定。

15、本技术中逐级抛光至表面光滑可以依次采用800#、1200#金刚砂纸进行打磨抛光；更优选的是采用微米、纳米级氧化铝、金刚石粉等磨料进行研磨抛光。

16、进一步地，步骤(4)中甲烷和乙炔的体积比为1:1。

17、进一步地，在步骤(6)后还包括对不锈钢基体进行打磨以开锋步骤。

18、离子注入过程中，铬离子经过高能激发对不锈钢表面进行轰击，铬离子渗入表层，因而在表层形成1.5～3μm的铬离子注入层；铬离子的浓度随着深度的增加其含量逐渐降低，进而形成了铬离子浓度的梯度分布。

19、另外一方面，金刚石涂层与不锈钢基体之间得到热膨胀系数不匹配，导致膜/基界面存在教导残余应力，容易导致金刚石涂层脱离、失效。然而经过离子注入步骤处理，以及后续微波等离子体化学气相沉积过程的前期；在甲烷分解为碳离子，一部分也渗入至铬离子注入层，进而部分生成了铬的碳化物和/或者其他金属的碳化物，相当于在不锈钢与金刚石涂层之间形成了中间梯度过渡层，能够有效的降低膜/基界面的残余应力，大大的提高了涂层与基体的结合强度；此外，该过程也可以提高金刚石的形核密度，对后续金刚石涂层致密性有显著的提升。本发明采用离子注入技术，能有效控制铬离子注入的剂量和注入深度，进而控制梯度层的厚度，从而可最大限度的降低残余应力，为手术刀使用寿命的延长提供基本保障。

20、本发明步骤(5)中，在反应腔中有部分氧气分子，金刚石薄膜在该温度下发生氧化，金刚石晶粒部分尺寸变大至微米级；最终形成的金刚石薄膜为微米金刚石以及纳米金刚石的混晶结构，表面呈现处微纳米结构；这也是实现金刚石涂层具有超疏性质。另外采用较低的微波功率，部分的氧气被激发成为氧等离子体对金刚石表面进行的微纳结构可以进行一定的调控。

21、本发明制备的抗血液粘附的手术刀可应用于手术过程中组织的切割。

22、申请人在实验过程中发现，铬离子注入层的存在对抗血液粘附的影响也是较大的；未经铬离子注入处理的手术刀相比之下，水接触角和血液接触角都有所下降。

23、相对与现有技术，本发明的有益效果在于：

24、(1)通过离子注入、微波等离子体化学气相沉积以及高温氧化工艺在手术刀基体表面制备得到了微纳米结构金刚石涂层，具有优异的粘结强度、显微硬度以及耐磨性等性能，可使用手术刀的使用寿命明显延长，进而可以减少手术刀的报废周期、节约成本。

25、(2)申请人通过上述制备工艺以及涂层类型、形貌的选择和研究，避免了利用低表面能物质修饰形成超疏水表面来实现抗血清粘附存在的涂层易脱落、不耐磨的缺陷。

26、(3)通过控制微波等离子体化学气相沉积工艺步骤以及参数，能够有效提高金刚石的成核密度，并可降低金刚石晶粒尺寸，进而提高金刚石膜的致密性；在随后的高温氧化工艺中可以调控金刚石晶粒尺寸的增大形成微米金刚石，最终形成具有超疏的微纳米结构金刚石涂层并可以控制纳米金刚石和微米金刚石的比例，能够有效地实现抗血清粘附的效果。