一種醫(yī)用材料表面改性系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種醫(yī)用材料表面改性方法及裝置，具體為一種利用大氣壓下產(chǎn) 生的均勻介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體來改變醫(yī)用材料的表面性能的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)用生物材料長期與人體接觸時，必須充分滿足與生物體環(huán)境的相容性，即生物 體不與之發(fā)生任何毒性、致敏、炎癥、血栓等不良生物反應(yīng)。這些都取決于材料表面與生物 體環(huán)境的相互作用。因而，有效控制和改善生物材料的表面性質(zhì)，是改善和促進(jìn)材料表面與 生物體之間的有利相互作用、抑制不利的相互作用的關(guān)鍵途徑，這也是目前醫(yī)用材料研宄 在熱點(diǎn)。影響材料與生物體之間的相互作用的因素有生物材料表面的成分、表面形貌、表面 能量狀態(tài)、親（疏）水性、表面電荷等因素。
[0003] 目前，通過對材料表面進(jìn)行處理達(dá)到改善材料表面性能的常用方法有化學(xué)濕法處 理、光化學(xué)法處理、紫外輻射以及等離子體處理等。其中化學(xué)濕法實踐過程中多使用一些有 毒的化學(xué)試劑，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，對人體也有極大的危害。而光化學(xué)法以及紫外輻射法等 處理技術(shù)受射線能量限制，其處理效果較能控制。與其相比低溫等離子體表面處理技術(shù)對 材料表面的作用深度僅數(shù)百埃，不會影響基體材料的性質(zhì)，并且可以處理各種形狀的材料 表面，具有工藝簡單、操作簡便、易于控制、無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此低溫等離子體技術(shù)是較為理 想的醫(yī)用材料表面改性技術(shù)。
[0004] 等離子體是一種部分或全部電離的氣態(tài)物質(zhì)，含有亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)的原子、分子、 離子等粒子，可與材料表面相互作用，產(chǎn)生表面反應(yīng)，使表面發(fā)生物理化學(xué)變化而實現(xiàn)表面 改性。等離子體表面改性有三種類型，分別是等離子體表面處理、等離子體表面聚合以及等 離子體表面接枝。等離子體表面處理主要是用非聚合性的無機(jī)氣體產(chǎn)生的等離子體對材料 進(jìn)行處理。（如國內(nèi)申請?zhí)?00510126484. 5中公開的"射頻多電容耦合等離子體表面處理 設(shè)備"）是在真空腔內(nèi)惰性氣體在射頻功率源的作用下放電產(chǎn)生等離子體，激發(fā)態(tài)氣體分子 與放置于射頻電極上的材料表面相互作用，使材料表面實現(xiàn)消毒滅菌及表面改性的效果。 但具體實施中，由于真空系統(tǒng)的引入使得操作過程極為繁瑣，并且裸露的射頻電極在具體 實施過程中會對放電環(huán)境造成污染，實踐中對放電使用的射頻源也有較高的參數(shù)及負(fù)載匹 配性要求。等離子體表面聚合通常也是在射頻或微波激勵源激勵下，對有機(jī)氣態(tài)單體等離 子體化，使其產(chǎn)生各類基團(tuán)，這些活性基團(tuán)之間及活性基團(tuán)單體之間進(jìn)行加成反應(yīng)而形成 聚合膜從而達(dá)到材料改性的目的。等離子體表面接枝聚合的過程是材料表面經(jīng)等離子體處 理后產(chǎn)生活性基團(tuán)形成活性中心，與氣相或液相單體接觸引發(fā)單體與基體表面進(jìn)行接枝聚 合反應(yīng)（如國內(nèi)申請?zhí)?01110317878. 4公開是"一種高分子材料表面改性等離子體處理 方法"）。
[0005] 目前報道的應(yīng)用等離子體技術(shù)對醫(yī)用高分子材料進(jìn)行表面改性，主要還是集中在 真空系統(tǒng)內(nèi)的低壓輝光放電等離子體技術(shù)，如內(nèi)國內(nèi)申請?zhí)?00710026875.9中公開的"用 于細(xì)胞培養(yǎng)的高分子材料的表面處理技術(shù)"是將成品的細(xì)胞培養(yǎng)容器放入等離子體處理器 中，在真空或負(fù)壓狀態(tài)下引入氧氣、氮?dú)饣蚱渌入x子體氣體，在合適的工藝條件下放電， 在細(xì)胞培養(yǎng)容器內(nèi)表面形成等離子體層，從而改善高分子材料的生物相容性。這一過程的 實施不足之處在于，在整個處理過程中仍需要在真空系統(tǒng)中進(jìn)行，真空腔的存在，一方面使 得設(shè)備的制造和維護(hù)費(fèi)用大大增加，另一方面也限制了被處理工件的幾何尺寸，從而極大 地限制了其應(yīng)用范圍，并且真空系統(tǒng)中通入放電氣體后整個處理過程結(jié)束后才能更換其他 放電氣體，因而只能實現(xiàn)單一的等離子體聚合過程或等離子體表面處理過程，后期還需要 輔以其他反應(yīng)過程以達(dá)到實現(xiàn)材料的生物相容性。
[0006] 國內(nèi)申請?zhí)?00710090033. X中公開的"雙介質(zhì)阻擋放電處理薄膜材料表面的系 統(tǒng)"其特征在于，在空氣中由多組被玻璃管或陶瓷管包覆的金屬管電極，在放電進(jìn)行時電極 自身也在轉(zhuǎn)動，在電極之間可以穿過薄膜材料達(dá)到表面改性的目的。該處理系統(tǒng)在具體實 施過程中為了實現(xiàn)較為溫和的均勻準(zhǔn)輝光放電，只能在僅供薄膜穿過的極小電極間隙下放 電產(chǎn)生等離子體，極大的限制了可供處理材料的體積，同時需要馬達(dá)或薄膜材料帶動電極 自轉(zhuǎn)，避免電極的局部受熱不均勻。該方法只能局限于部分薄膜材料的表面處理應(yīng)用。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是提供一種醫(yī)用材料表面改性方法和裝置，采用本裝置，通過 調(diào)控工作氣體氣路，可以實現(xiàn)對醫(yī)用材料的表面改性以及表面聚合接枝等反應(yīng)的自由切 換。
[0008] 本實用新型系統(tǒng)特征在于，含有：氣源子系統(tǒng)、放電工作艙子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)， 其中：
[0009] 氣源子系統(tǒng)1，含有：多路供氣管道、混氣罐與氣管，其中：
[0010] 多路供氣管道11，用以提供便于自由切換的單路或多路混合的工作氣體，每一路 所述的供氣管道由用于控制所述工作氣體切換的針閥111、減壓閥112和氣瓶113串接而 成，
[0011] 混氣罐12,進(jìn)氣口與各個所述針閥111的出氣口通過氣管相連，所述混氣罐12的 出氣口依次與機(jī)殼背面的進(jìn)氣口 1511、機(jī)殼內(nèi)的流量計132通過氣管相連通，所述流量計 132的出氣口通過氣管與等離子體發(fā)生工作機(jī)構(gòu)里的氣體均流室1510的進(jìn)氣孔142相通， 以便所述氣體放電產(chǎn)生等離子體，
[0012] 放電工作艙子系統(tǒng)，是一個所述的等離子體發(fā)生工作機(jī)構(gòu)，含有：頂部固定翼 151、上電極152、滑動軌道153、下電極154、輸出電壓為IkV~30kV、頻率為5kHz~16kHz 等離子體激勵電源155以及絕緣擋板156,其中：
[0013] 下電極154,上表面緊密貼有厚度為1mm~3mm下絕緣介質(zhì)片157所述下電極154 通過導(dǎo)線與所述等離子體激勵電源155的低壓端共同與所述機(jī)殼相連并接地，所述下絕緣 介質(zhì)片157的左右兩側(cè)，分別緊密地嵌入在對應(yīng)的兩條所述的滑動軌道153內(nèi)，共同構(gòu)成了 一個載物臺，
[0014] 上電極152,下表面緊貼有厚度為0. 3mm~3mm的上絕緣介質(zhì)片158,所述上電極 152通過導(dǎo)線與所述等離子體激勵電源的高壓端相連，上電極152的上表面與所述頂部固 定翼151的下表面固定相貼，
[0015] 絕緣擋板156,左、右兩側(cè)各有一塊，左側(cè)的所述絕緣擋板在水平方向開有所述氣 體均流室1510的進(jìn)氣孔142,右側(cè)絕緣擋板在水平方向開有陣列式出氣孔，所述左、右兩塊 絕緣擋板156沿縱向從上到下緊貼于所述頂部固定翼151的外側(cè)和所述滑動軌道的外側(cè)，
[0016] 所述左、右兩塊絕緣擋板1561，1562的內(nèi)側(cè)，上絕緣介質(zhì)片158的下表面、下絕緣 介質(zhì)片157的上表面以及左右二條滑動軌道1531，1532的上表面之間的空間部分共同構(gòu)成 了所述的氣體均流室1510,形成了一個放電工作艙，
[0017] 控制子系統(tǒng)，至少含有控制電機(jī)17和微處理器18,其中：
[0018] 控制電機(jī)17,含有：第一控制電機(jī)171和第二控制電機(jī)172,其中：
[0019] 第一控制電機(jī)171，輸出軸和安裝在所述頂部固定翼151上表面的絲杠159同軸連 接，用于控制所述上絕緣介質(zhì)片158和下絕緣介質(zhì)片157之間的間隙，實現(xiàn)上下電極之間垂 直間距的控制，調(diào)節(jié)范圍為3mm~10mm，
[0020] 第二控制電機(jī)172,通過輸出軸同步控制左右兩條所述滑動軌道1531，1532的水 平滑動，實現(xiàn)所述載物臺進(jìn)出所述放電工作艙的控制，
[0021] 微處理器18,預(yù)設(shè)處理時間，單位為秒，以及流量控制范圍控制所述二個控制電 機(jī)，
[0022] 所述微處理器18還設(shè)有以下各輸入端：
[0023] 所述第一控制電機(jī)171的控制電壓輸入端以及所述絲杠159的上下位移量反饋輸 入端，
[0024] 所述第二控制電機(jī)172的控制電壓輸入端以及所述滑動軌道153的水平位移量反 饋輸入端
[0025] 所述等離子體激勵電源155的電壓控制值輸入端和頻率控制值輸入端，
[0026] 所述微處理器18還設(shè)有以下各輸出端：
[0027] 所述第一控制電機(jī)171的電壓值輸出端，所述第二控制電機(jī)172的電壓值輸出端，
[0028] 設(shè)定工作氣體的等離子體激勵電壓值輸出端和頻率值輸出端。
[0029] 設(shè)有：前面板、后面板和左右兩側(cè)面板，其中：
[0030] 前面板21上設(shè)有：工作艙門211和控制面板212 :
[0031] 工作艙門211，位于所述載物臺前端，
[0032] 控制面板212上，設(shè)有：
[0033] 所述等離子體激勵電壓源155的輸出電壓值的數(shù)顯表頭213和該輸出電壓的頻率 值數(shù)顯表頭214,以及相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)按鈕215和頻率調(diào)節(jié)按鈕216,其中：所述電壓調(diào)節(jié)按 鈕215輸出端和所述微處理器18上的等離子體激勵電壓控制值輸入端相連，所述頻率調(diào)節(jié) 按鈕216輸出端和對應(yīng)的所述頻率控制值輸入端相連，
[0034] 所述第一控制電機(jī)171的控制電壓調(diào)節(jié)按鈕217,輸出端與所述微處理器18上的 所述第一控制電機(jī)171的控制電壓輸入端相連，
[0035] 所述第二控制電機(jī)172的控制電壓調(diào)節(jié)按鈕218,輸出端與所述微處理器18上的 所述第二控制電機(jī)172的控制電壓輸入端相連，
[0036] 流量調(diào)節(jié)按鈕（219)用于調(diào)節(jié)流量計（132)的流量，并通過流量計表盤（221)顯 示，
[0037] 液晶顯示屏222,輸入端與固定在所述前面板21背面的CCD相機(jī)的輸出端相連，所 述CCD相機(jī)的光纖攝像頭插入到任意一塊所述的絕緣擋板156內(nèi)正對著所述放電工作艙內(nèi) 部處，
[0038] 左右兩側(cè)面板231，232上開有散熱孔2311，
[0039] 后面板24上，設(shè)有：電源開關(guān)241，進(jìn)氣口 1511及風(fēng)扇出風(fēng)口 242。
[0040] 本實用新型的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在（1)等離子體發(fā)生器裝置實現(xiàn)自動控制，可針對不同厚 度的待處理材料自動調(diào)節(jié)出合適的放電空間，不僅可以有效合理利用工作氣體，還可合理 優(yōu)化待處理材料的放電改性時間和放電參數(shù)；（2)待處理材料置于兩絕緣介質(zhì)層中間，避 免了電極對材料的污染，同時也有效延長了反應(yīng)裝置的工作壽命；（3)通過氣體均流室給 工作艙提供工作氣體，可使工作氣體均勻分布于工作艙內(nèi)，極大的提高了工作氣體放電產(chǎn) 生的等離子體的均勻性；(4)工作艙去掉了真空系統(tǒng)的包裹，極大的簡化了等離子體表面 改性的工作程序，極大的降低了