Спосіб виготовлення колючо-різального мікрохірургічного інструмента

Спосіб виготовлення колючо-різального мікрохірургічного інструмента, що включає електрохімічне травлення вольфрамової заготовки та наступну обробку її в електричному полі у середовищі сировини, яка стимулює польове випарування шляхом створення різниці потенціалів між заготовкою та електродом при позитивному потенціалі Винахід належить до медичної техніки, зокрема до способів виготовлення мікрохірургічного інструменту. Мікрохірургічний інструмент повинен бути атравматичним, тобто не погіршувати умови для швидкого загоювання післяопераційних ран. Істотним фактором, який визначає травматичність інструмента є рівень мікрошорсткості його поверхні. Використання в мікрохірургії інструментів з підвищеною шорсткістю ріжучої кромки веде до значного пошкодження тканин та клітин. Відомий спосіб виготовлення мікрохірургічних інструментів [А.И. Горбань, О.А. Джалиашвили. Микрохирургия глаза. Л.: Медицина, 1982. стр.228] [1] який полягає у шліфуванні та наступній поліровці за допомогою абразивних матеріалів ріжучого краю інструмента. Цей спосіб найбільш часто використовується у сучасній технології виготовлення мікрохірургічних інструментів. Але при механічному заточуванні металевих мікрохірургічних інструментів цим способом не вдається запобігти утворенню мікровиступів висотою 1-10мкм, що обумовлює підвищену травматичність інструмента. Відомий спосіб виготовлення колючерізального мікрохірургічного інструмента, заснований на явищі випарювання металів в сильних електричних полях [Ksenofontov V.A., Mikhailovskij I.M., Shulaev V.M. et al. Field evaporation phenomenon and its applications for nanostructure investigation of solids, in nanotechnology and nanosurgery // Physics, Chemistry and Application of Nanostructure eds by V.E. Borisenko, A.B. Filonov, S.V. Gaponenko, V.S. Gurin. Minsk: Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics Press. 1995. P.244245] [2]. Спосіб включає електрохімічне травлення металевої заготовки мікрохірургічного інструмента з голчатим або ножеподібним робочим краєм, та наступну обробку її в електричному полі у середовищі сировини, яка стимулює польове випарування, шляхом створення різниці потенціалів між заготовкою та електродом при позитивному потенціалі на заготовці. Цей спосіб дозволяє повністю усунути мікровиступи з поверхні ріжучого краю і досягти практично нульового рівня мікрошорсткості. Недоліком цього способу є низьке відтворення, яке пов'язане з руйнуванням частини заготовок інструментів під дією механічних сил електричного поля на оброблювану поверхню. вибирають за умовою: V на заготовці, яку 0,5E ln( 8L / R) (r R) , де: E - напруженість електричного поля випарування у середовищі речовини; r - радіус кривини робочого краю заготовки у площині перерізу, яка розміщена поперек робочого краю; R - радіус кривини робочого краю заготовки у площині перерізу, яка розміщена уздовж робочого краю; L - відстань від робочого краю заготовки до електрода, який відрізняється тим, що наступну обробку заготовки в електричному полі ведуть у середовищі рідкого азоту, а напруженість електричного поля випарування у середовищі речовини вибирають за умовою E (1... 2)Eп (2), (19) UA (11) 70650 (13) C2 де Eп - порогова напруженість електричного поля випарування у середовищі речовини. 3 Найбільш близьким до пропонованого способу є спосіб виготовлення колюче-різального мікрохірургічного інструмента, який включає електрохімічне травлення металевої заготовки та наступну обробку її в електричному полі шляхом створення різниці потенціалів між заготовкою та електродом при позитивному потенціалі на заготовці [патент України 40257А, А61В17/32, 2001] [3]. У цьому способі наступну обробку ведуть у середовищі газу, який стимулює польове випарування, причому значення різниці потенціалів обирають за умовою: V 0,5 Eп ln 8L / R r R , де Eп - порогова напруженість електричного поля, що стимулює польове випарювання у середовищі газу; r радіус кривини робочого краю заготовки у площині перерізу, яка розміщена упоперек робочого краю; R - радіус кривини робочого краю заготовки у площині перерізу, яка розміщена уздовж робочого краю; L - відстань від робочого краю заготовки до електрода. При виготовленні колюче-різального мікрохірургічного інструмента із вольфраму як газ, що стимулює польове випарування використовують азот. Цей спосіб характеризується вищим, ніж спосіб [2], відтворенням, нижчим рівнем руйнування заготовок при польовому випаруванні, що досягається за рахунок зменшення напруженості поля у парах газу, який стимулює процес польового випарування. Але кількість заготовок, що руйнуються при формуванні електричним полем залишається високою. Так при виготовленні за способом [2] вольфрамових мікрохірургічних інструментів за рахунок стимульованого випарування пари азоту при r R 200 нм доля інструментів, сформованих без руйнування, складає 70%. Як відомо, із збільшенням радіусу кривини робочого краю заготовки збільшується довговічність (ресурс роботи). Але із збільшенням радіусу кривини робочого краю заготовки рівень руйнування заготовок при польовому випарюванні ще збільшується. Таким чином, спосіб, обраним як прототип, при виготовленні мікрохірургічного інструменту з радіусом кривини робочого краю більше 200нм, буде характеризуватись низьким рівнем відтворення, який пов'язаний із руйнуванням заготовок під дією механічних сил електричного поля. В основу винаходу поставлено завдання створити такий спосіб виготовлення колючерізального інструмента, який у порівнянні із способом, обраним як прототип, дозволяв виготовляти інструмент з більшим рівнем відтворення та ресурсом роботи. Поставлене завдання вирішується у способі виготовлення колюче-різального мікрохірургічного інструмента, що включає електрохімічне травлення вольфрамової заготовки та наступну обробку її в електричному полі у середовищі сировини, яка стимулює польове випарування, шляхом створення різниці потенціалів між заготовкою та електродом при позитивному потенціалі на заготовці. Цю різницю обирають за 70650 4 умовою: V 0,5 E ln 8L / R r R (1), де: E напруженість електричного поля випарування у середовищі речовини; r - радіус кривини робочого краю заготовки у площині перерізу, яка розміщена упоперек робочого краю; R - радіус кривини робочого краю заготовки у площині перерізу, яка розміщена уздовж робочого краю; L - відстань від робочого краю заготовки до електроду. Згідно з винаходом наступну обробку заготовки в електричному полі ведуть у середовищі рідкого азоту, а напруженість електричного поля випарування у середовищі речовини обирають за умовою Е 1... 2 Еп (2), де Eп - порогова напруженість електричного поля випарування у середовищі речовини. Проведення обробки заготовки в електричному полі шляхом створення різниці потенціалів між заготовкою та електродом при позитивному потенціалі на заготовці сприяє формуванню атомно-гладкої поверхні робочого краю, що під час обробки у середовищі, яке стимулює польове випарування, суттєво знижує імовірність руйнування мікрохірургічного інструмента. Якщо значення різниці потенціалів відповідає умові (1) та з урахуванням умови (2), створюване електричне поле формує атомно-гладку поверхню робочого краю при низькій напруженості електричного поля, що обумовлює низькі механічні напруги на поверхні робочого краю інструмента та низький рівень її руйнування заготовок із радіусом кривини більше 100нм. При напруженості Eп електричного менше не відбувається утворення атомно-гладкої поверхні. При напруженості електричного більше 2Eп значно підвищується рівень механічних напружень на поверхні робочого краю заготовки, що веде до підвищення долі зруйнованих інструментів. При формуванні поверхні робочого краю заготовок польовим випаруванням у рідкому азоті зменшується напруженість електричного поля. Це веде до зниження механічних напружень, які виникають на поверхні робочого краю, навіть у заготовці із радіусом кривини робочого краю більше 200нм, та обумовлює низький рівень її руйнування, тобто більший рівень відтворення. На фігурі наведено тіньове електронномікроскопічне зображення вольфрамового мікрохірургічного інструмента після польової обробки у рідкому азоті, Х 30000. Приклад 1. Партію колюче-різального мікрохірургічного інструмента, яка складала 27 заготовок, виготовляли електрохімічним травленням дроту з вольфраму з осьовою текстурою [110] в однонормальному розчині їдкого натру. В результаті травлення були отримані вістряні заготовки з радіусами кривини 200-250нм. Обробку вістряних заготовок з метою формування атомно-гладкої поверхні мікрохірургічного інструмента здійснювали у ванні з рідким азотом при температурі 78К. Контроль топографії поверхні проводили за допомогою електронного мікроскопу. На вістряні заготовки подавали 5 70650 потенціал 1кВ (відносно електрода), який забезпечував напруженість електричного поля на вершині вістря величиною 5В/нм ( Eп ). При цьому, поверхня інструментів формувалась без мікровиступів (див.фіг). Зруйнованих інструментів не було. Польове іонно-мікроскопічне зображення вістря колюче-різального мікрохірургічного інструмента, виготовленого з вольфраму запропонованим способом ілюструє нульовий рівень мікрошорсткості і відсутність механічних пошкоджень інструменту. Приклад 2. Партію колюче-різального мікрохірургічного інструмента, яка складала 8 заготовок, виготовляли електрохімічним травленням дроту з вольфраму з осьовою текстурою [110] в однонормальному розчині їдкого 6 натру. В результаті травлення були отримані вістряні заготовки з радіусами кривини 200 -250 нм. Обробку вістряних заготовок з метою формування атомно-гладкої поверхні мікрохірургічного інструмента здійснювали у ванні з рідким азотом при температурі 78К. Контроль топографії поверхні проводили за допомогою електронного мікроскопу. На вістряні заготовки подавали потенціал 2,8кВ (відносно електрода), який забезпечував напруженість електричного поля на вершині вістря величиною 10В/нм ( 2 Eп ). При цьому, поверхня деяких інструментів мала мікровиступи. Доля зруйнованих інструментів складала 25%. У таблиці наведені дані щодо деяких параметрів пропонованого способу та способу, обраному як прототип. Таблиця № з/п 1 2 3 Кількість випробуваних інструментів 35 ( R 100 нм) 35 ( R 200 нм) 27 ( R 220 нм) Напруженість поля В/нм Кількість зруйнованих інструментів, Доля інструментів, сформованих без руйнування,% Примітка 16 10 71 За способом-прототипом 14 14 60 За способом-прототипом 5 0 100 4 5 4 5 7 7 1 86 6 8 10 2 75 7 10 14 4 60 рідкого азоту дорівнює 5В/нм. Порогова напруженість електричного поля випарювання у середовищі газоподібного азоту дорівнює 16В/нм. Внаслідок цього, частка вольфрамових заготовок зруйнованих при формуванні електричним полем, зніжується з 29% до нуля. Комп’ютерна верстка О. Чепелев За пропонованим способом За пропонованим способом. Поверхня не сформована За пропонованим способом За пропонованим способом За пропонованим способом Таким чином, у порівнянні із способом, обраним як прототип, запропонований спосіб має більш високий рівень відтворення, а також більш високий ресурс роботи. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7 70650 8