生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，包括以下步驟：步驟一，采用以純鐵或含鐵質(zhì)量比例高于99%的鐵合金為原材料加工成的預(yù)制部件；步驟二，清洗所述預(yù)制部件表面；步驟三，采用離子滲氮方法處理預(yù)制部件，所述預(yù)制部件的溫度為500?550°C，離子滲氮時(shí)間為30?100分鐘；步驟四，-采用離子刻蝕化合物層的方法處理預(yù)制部件，離子刻蝕時(shí)間為離子滲氮時(shí)間的80%?110%。本發(fā)明在離子滲氮步驟之后還采用了離子刻蝕步驟，這兩個(gè)步驟可用同樣的設(shè)備在原位進(jìn)行，只需要對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行很少的調(diào)整，具有較高的生產(chǎn)效率；在離子滲氮步驟和離子刻蝕步驟中，氮原子持續(xù)滲入醫(yī)療器械內(nèi)部，使可吸收醫(yī)療器械的被人體吸收時(shí)間、器械表面硬度和強(qiáng)度都達(dá)到要求。
【專利說明】生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物可吸收的醫(yī)療器械，尤其涉及經(jīng)過滲氮處理的生物可吸收的 鐵基醫(yī)療器械或其可吸收的部件的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] -些醫(yī)療器械需要被植入人體內(nèi)，但是可能很難再從人體組織中取出。如果醫(yī)療 器械永久存留于人體內(nèi)，不僅可能導(dǎo)致一些長期風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)影響后期診斷或治療?？杀簧?組織吸收的醫(yī)療器械，在完成修復(fù)人體組織的任務(wù)后就能被組織做吸收，避免前述的問題。 現(xiàn)有技術(shù)中的生物可吸收醫(yī)療器械，一般用鐵、鎂或高分子材料制作，還要滿足醫(yī)學(xué)上的安 全要求。生物可吸收醫(yī)療器械在心血管疾病治療領(lǐng)域中有很大的需求，例如，可吸收的鐵基 血管支架已成為技術(shù)進(jìn)步的重要方向。
[0003] 隨著人類生活水平的提高，飲食結(jié)構(gòu)改變，心血管疾病發(fā)病率越來越高，因心血管 狹窄引起的冠心病已成為危及人類健康的主要疾病；經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形術(shù)是治療冠 狀動(dòng)脈粥樣硬化心臟病的主要手段，冠心病介入治療始于1977年發(fā)展以來，經(jīng)過近30年 的不斷的發(fā)展完善，技術(shù)水平不斷的改進(jìn)提高，共經(jīng)歷了球囊擴(kuò)張時(shí)代（PTCA)、裸金屬支架 (BMS)時(shí)代和藥物洗脫支架（DES)時(shí)代。
[0004] 目前臨床常用的冠脈支架，分為裸金屬支架和藥物洗脫支架這兩大類。盡管DES 可減少再狹窄及再次血運(yùn)重建率，但現(xiàn)有的聚合物載體藥物支架仍有一定局限性，主要表 現(xiàn)為晚期及極晚期支架內(nèi)血栓問題，內(nèi)皮愈合延遲和管腔丟失的晚期追趕，而聚合物載體 引起的炎癥反應(yīng)是主要原因，這一問題和解決問題的有效手段一直為國際研究領(lǐng)域廣泛爭 論。當(dāng)出現(xiàn)再狹窄時(shí)，不能二次植入支架，對后期血管再成形手術(shù)不利；為此，人們尋找研究 開發(fā)完全生物可降解支架。
[0005] 目前生物可吸收的血管支架已經(jīng)成為研究開發(fā)的熱點(diǎn)，其中如以純鐵材料的血管 支架為例，通過對純鐵支架進(jìn)行表面合金化處理(滲碳、滲氮、碳氮共滲)，例如從表面向內(nèi) 滲氮而形成硬度較高而且容易被腐蝕的擴(kuò)散層，從而提高支架的強(qiáng)度，同時(shí)加快了支架的 腐蝕速度，縮短支架吸收周期。但支架在滲氮過程中極易在其表面形成含氮量較高的致密 的ε相或 Y'相的化合物層(俗稱白亮層)，該化合物層化學(xué)性能比較穩(wěn)定，可抵抗酸堿性 溶液的腐蝕，在人體組織內(nèi)也很難被腐蝕；如果在鐵基可吸收血管支架的制作過程中不能 有效的去除覆蓋在表面的化合物層，則會(huì)嚴(yán)重影響支架的腐蝕速度，進(jìn)而延長了支架的吸 收周期；在滿足生物可吸收支架所需的力學(xué)性能和加工精度要求的前提下，如何快速有效 地去除支架表面的化合物層，這是現(xiàn)有技術(shù)中尚未解決好的技術(shù)問題。
[0006] 去除化合物層，目前可以采用的方法有：機(jī)械拋光，電化學(xué)拋光，真空退氮，離子刻 蝕等。此外，還可以采用低氮?jiǎng)莸碾x子滲氮方法，避免在鐵材料的表面形成化合物層。但是， 已知的這些方法都存在一定的問題。
[0007] 現(xiàn)有的去除鐵材料表面的化合物層的方法有以下幾種：
[0008] 機(jī)械拋光(如：噴砂）：雖然機(jī)械拋光可以快速去除白亮層，但精細(xì)的植入式醫(yī)療器 械，(如：血管支架的支撐桿非常小)的尺寸要求非常嚴(yán)格（5 μ m精度)，如果使用機(jī)械拋光的 方法會(huì)導(dǎo)致這類醫(yī)療器械(如血管支架）的尺寸精度無法保證，因此，精細(xì)的醫(yī)療器械不能 使用這類的加工方法。
[0009] 電化學(xué)拋光：電化學(xué)拋光需要使用強(qiáng)酸等溶液，在去除表面的化合物層以后，極易 造成醫(yī)療器械的滲氮層表面腐蝕缺陷；同時(shí)，拋光去除量（醫(yī)療器械的厚度在拋光前后的差 值)達(dá)到40 μ m以上才能使精細(xì)醫(yī)療器械的擴(kuò)散層的表面光亮平整，不僅會(huì)去除最靠近表面 的化合物層（白亮層，也會(huì)去除部分?jǐn)U散層，剩余的擴(kuò)散層就會(huì)非常薄，不利于醫(yī)療器械的 薄壁部分(如血管支架的支撐桿）的質(zhì)量控制。
[0010] 真空退氮：改變環(huán)境壓強(qiáng)和溫度，促進(jìn)相結(jié)構(gòu)變化，使化合物層和擴(kuò)散層中的氮實(shí) 現(xiàn)退吸過程(吸附的逆作用）。如果保溫時(shí)間足夠長（6?9小時(shí))，可以使表面的氮濃度減低 從而使化合物層減少或消除。但實(shí)際上由于所需的保溫時(shí)間太長，氮原子的逸出會(huì)影響血 管支架的擴(kuò)散層以及降低表面硬度，而且血管支架表層仍然還會(huì)有少量的化合物層存在， 因此該方法無法真正有效的去除化合物層反而降低了支架的性能。
[0011] 離子刻蝕：現(xiàn)有技術(shù)提供了一類離子刻蝕方法，滲氮之后的樣品處在真空狀態(tài)下， 通入氬氣(最常用的氣壓范圍是200?600Pa)，并在高壓電場（600?800V)作用下輝光放 電產(chǎn)生氬離子，而高能氬離子轟擊樣品表面，使樣品表面原子發(fā)生彈性碰撞，當(dāng)樣品表面原 子能量增大至高于該原子的逸出功時(shí)，便發(fā)生原子（N、Fe等）濺射而飛離樣品；同時(shí)氬離子 的剩余能量轉(zhuǎn)化為熱能，使樣品表面溫度進(jìn)一步提高，在熱激活作用下，化合物層和擴(kuò)散層 中的氮原子的熱運(yùn)動(dòng)增加，還因?yàn)闈舛忍荻?氮原子濃度從表面向內(nèi)部是逐漸降低的）的影 響，這部分氮原子向樣品內(nèi)部擴(kuò)散；因此使樣品表面的化合物層（白亮層）不斷失去氮原子 從而達(dá)到分解化合物層的目的。該方法主要適用于重載荷機(jī)械零配件，這類的機(jī)械零配件 都要求比較厚的滲氮層（〇. 5?1. 0mm)，化合物層一般厚度達(dá)到10 μ m以上，這需要較強(qiáng)烈 的離子轟擊和較長的保溫時(shí)間（4?12小時(shí))，才能有效去除化合物層，因此需要較高的氣 壓。陰極濺射強(qiáng)度主要與電壓和電流密度有關(guān)，電壓和電流密度的大小主要取決于氣壓、陰 陽極距離和樣品表面溫度等。在陰陽極距離不變時(shí)，兩極間電壓越高，則電流密度增大，帶 電粒子的能量就越大，陰極濺射越強(qiáng)烈，樣品表面溫度隨之也升高，一般可以通過輔助加熱 系統(tǒng)控制樣品的溫度維持不變。但隨著氣壓加大，電流密度迅速增加，電壓難以升高，原因 是隨著電流密度的增大，導(dǎo)致工件極容易形成弧光打火，甚至?xí)霈F(xiàn)連續(xù)弧光放電現(xiàn)象，因 此，應(yīng)該避免電壓升高至800V以上。氬氣在相同電壓條件下￠00?800V)，氣體壓力影響 輝光放電特性，在氣壓高時(shí)（200Pa以上)，輝光收縮集中，被電離的粒子增多，濺射效率比較 強(qiáng)烈(樣品表面的電流密度為〇. 5?5mA/cm2);在氣壓低時(shí)（200Pa以下)，輝光漫散，被電離 的粒子少，濺射效率低（電流密度為〇. 5mA/cm2以下)，往往電壓加到最高限度時(shí)（800V)，電 流密度也不足以升高，因此，較低氣壓下的氬氣等離子刻蝕的濺射效率比較低。對于薄層滲 氮(層厚0. 1_以下）的鐵基可吸收的醫(yī)療器械（如鐵基血管支架)，加工尺寸都非常精細(xì)， 例如血管支架的支撐桿最小的寬度為0. 05?0. 1mm，表面的電場強(qiáng)度很不均勻而容易導(dǎo)致 尖端放電（電流密度劇烈變化)，在去除化合物層的過程中，應(yīng)該避免使用高氣壓（200Pa以 上)，否則極容易形成弧光打火而損壞樣品，因此，純氬氣的高氣壓的離子刻蝕方法不適于 處理精細(xì)的鐵基可吸收醫(yī)療器械的化合物層。根據(jù)前述的討論，現(xiàn)有技術(shù)中的純氬氣的低 氣壓（200Pa以下)的離子刻蝕方法也不適于這樣的化合物層，在低氣壓下的濺射效率很低， 而延長刻蝕的時(shí)間（2小時(shí)以上）會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散層中的彌散相聚集長大，降低彌散相帶來的硬 化作用和電偶腐蝕效應(yīng)，也就降低了鐵基可吸收醫(yī)療器械的基本性能。
[0012] 低氮?jiǎng)莸臐B氮方法：理論上，在滲氮過程中的實(shí)際氮?jiǎng)莶怀^特定檻值時(shí)，不會(huì)形 成化合物層；但這種方法大大抑制了氮原子的滲入速度，滲氮效率大幅降低，需要很長的保 溫?cái)U(kuò)散時(shí)間來形成所需的滲氮層，導(dǎo)致滲氮層中的彌散相聚集長大，使得彌散相的硬化作 用和電偶腐蝕效應(yīng)減弱，也就降低了鐵基可吸收醫(yī)療器械的基本性能。因此，該方法不適用 于精細(xì)的鐵基可吸收的醫(yī)療器械。
[0013] 因此，需要對現(xiàn)有技術(shù)加以改進(jìn)，使現(xiàn)有技術(shù)中的產(chǎn)品性能和制作方法的效率得 到兼顧，還不僅能快速有效地去除鐵基醫(yī)療器械在滲氮后形成的化合物層，還能滿足生物 可吸收鐵基醫(yī)療器械性能要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件 的制作方法，在滲氮過程中就能快速有效去除化合物層（白亮層)，以兼顧醫(yī)療器械的性能 要求和制作方法的效率。
[0015] 解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種生物可吸收的醫(yī)療器械或 其可吸收部件的制作方法，包括以下步驟：
[0016] 步驟一，采用以純鐵或含鐵質(zhì)量比例高于99%的鐵合金為原材料加工成的預(yù)制部 件；
[0017] 步驟二，清洗所述預(yù)制部件表面；
[0018] 步驟三，采用離子滲氮方法處理所述預(yù)制部件，所述預(yù)制部件的溫度為500? 550°C，離子滲氮時(shí)間為30?100分鐘；
[0019] 步驟四，采用離子刻蝕化合物層的方法處理所述預(yù)制部件，離子刻蝕時(shí)間為離子 滲氮時(shí)間的80%?110%。
[0020] 優(yōu)選地，在所述步驟四之后還增加步驟五，對離子刻蝕后的預(yù)制部件進(jìn)行拋光處 理。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟一采用的預(yù)制部件的表面硬度為165?175HV。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟一中的所述預(yù)制部件的初始厚度比所述步驟四之后的所述預(yù)制 部件的相應(yīng)厚度大20 μ m以上，在步驟五中，去除所述預(yù)制部件的15 μ m以上的表層厚度。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟一中的所述的預(yù)制部件的初始厚度比所述方法制作出的醫(yī)療器 械或醫(yī)療部件的相應(yīng)厚度大30?60 μ m。
[0024] 優(yōu)選地，步驟二中的清洗為常溫化學(xué)拋光清洗，其步驟為：將所述預(yù)制部件浸泡在 化學(xué)拋光液中，持續(xù)進(jìn)行約5-10秒；該化學(xué)拋光液的100組份的配方為：30%體積濃度的雙 氧水75-85份，40%體積濃度的氫氟酸3-7份，余量為純凈水或基本為水。
[0025] 優(yōu)選地，步驟三所述的離子滲氮方法采用氮?dú)馀c氫氣的混合氣體，所述氮?dú)夂蜌?氣的流量比為1 :2至1 :9,并且在40?150Pa氣壓和600?650V偏壓下維持氣體放電。
[0026] 優(yōu)選地，所述氮?dú)夂蜌錃獾牧髁勘葹? :3至1 :7,并且在50?lOOPa氣壓和600? 650V偏壓下維持氣體放電。
[0027] 優(yōu)選地，步驟四中的預(yù)制部件的溫度為500?550°C。
[0028] 優(yōu)選地，步驟四所述的離子刻蝕方法采用氬氣與氫氣的混合氣體，所述氬氣和氫 氣的流量比為1 :2至1 :9,并且在20?120Pa氣壓和650?800V偏壓下維持氣體放電。
[0029] 優(yōu)選地，所述氬氣和氫氣的流量比為1 :3至1 :7,并且在40?lOOPa氣壓和650? 750V偏壓下維持氣體放電。
[0030] 優(yōu)選地，步驟四之后的所述預(yù)制部件的表面粗糙度不超過0. 05 μ m。
[0031] 優(yōu)選地，步驟四之后的所述預(yù)制部件的表面沒有化合物層。
[0032] 優(yōu)選地，步驟五所述的拋光處理為常溫化學(xué)拋光，拋光處理時(shí)間為30-40秒，所述 常溫化學(xué)拋光采用的拋光液配方為：每100組分中，30%體積濃度的雙氧水75-85份，40%體 積濃度的氫氟酸3-7份，其余組份為純水或基本為水。
[0033] 優(yōu)選地，所述常溫化學(xué)拋光處理去除所述預(yù)制部件的15?30 μ m的外層厚度。
[0034] 本發(fā)明還提供了一種采用以上所述的方法制作的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可 吸收部件。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方 法在離子滲氮步驟之后還采用了離子刻蝕步驟，這兩個(gè)步驟可用同樣的設(shè)備在原位進(jìn)行， 只需要對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行很少的調(diào)整，具有較高的生產(chǎn)效率；在離子滲氮步驟和離子刻蝕步 驟中，氮原子持續(xù)滲入醫(yī)療器械內(nèi)部，使可吸收醫(yī)療器械的被人體吸收時(shí)間、器械表面硬度 和強(qiáng)度都達(dá)到要求；離子刻蝕步驟還可以有效去除離子滲氮步驟中產(chǎn)生的耐腐蝕的白亮 層，也保證了可吸收醫(yī)療器械被人體吸收的時(shí)間。此外，該方法還降低了后續(xù)拋光步驟的難 度，使得常溫化學(xué)拋光也容易達(dá)到鏡面拋光效果，更符合醫(yī)療和生產(chǎn)安全要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的制作方法在離子滲氮后的血管支架表面附近的橫截面示意圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例二中的離子刻蝕步驟之后血管支架表面附近的橫截面變 化的示意圖；
[0038] 圖3為離子刻蝕及化學(xué)拋光之后血管支架表面附近的橫截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0040] 本發(fā)明的鐵基醫(yī)療器械的制作方法包括離子滲氮步驟和離子刻蝕步驟，先采用氮 氫混合氣體進(jìn)行離子滲氮，然后采用氬氣和氫氣的混合氣體進(jìn)行離子刻蝕，在離子刻蝕步 驟中，醫(yī)療器械的表面附近的氮原子繼續(xù)向醫(yī)療器械的內(nèi)部擴(kuò)散。在離子刻蝕步驟中，維持 較低的氣壓和醫(yī)療器械的適當(dāng)溫度，利用高壓電場（600?800V)電離氬氫混合氣體產(chǎn)生氬 離子和氫離子，利用氬離子濺射來達(dá)到快速去除離子滲氮步驟中形成的化合物層的效果； 氫離子增加了氣體分子間的相互碰撞和電離反應(yīng)，在氣壓較低的條件下也能增加氬離子的 產(chǎn)率，提高了醫(yī)療器械的表面電流密度和表面原子濺射率，還避免了弧光放電；同時(shí)，氫離 子有很強(qiáng)的還原能力，促進(jìn)醫(yī)療器械表面層中的氧化物的分解(氮?dú)庠虾驼婵涨恢械暮?氧雜質(zhì)容易進(jìn)入到表面層中），分解析出的氮原子一部分?jǐn)U散進(jìn)醫(yī)療器械的擴(kuò)散層的內(nèi)部， 另一部分被氬離子濺射到周圍的氣體環(huán)境中；表面層的氮原子減少就會(huì)使高氮化合物轉(zhuǎn)變 為低氮化合物，快速減少化合物層的厚度，同時(shí)在適當(dāng)?shù)臏囟认吕^續(xù)改變擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)。
[0041] 本發(fā)明主要用于處理醫(yī)療器械的純鐵預(yù)制部件(如預(yù)制后的純鐵支架)，該預(yù)制部 件的表面硬度可為165?175HV。本發(fā)明的方法也能用于其他的可吸收的植入式器械(如封 堵器）或者植入式醫(yī)療器械上的可吸收部件，還可以采用鐵合金(鐵錳合金、鐵鎂合金等二 元或多元鐵合金）以優(yōu)化可吸收醫(yī)療器械的性能。
[0042] 基于本發(fā)明的方法，在離子刻蝕步驟中，氮原子繼續(xù)向內(nèi)部擴(kuò)散，離子滲氮步驟和 離子刻蝕步驟都有滲氮過程，因此滲氮時(shí)間是離子滲氮時(shí)間和離子刻蝕時(shí)間的疊加。以血 管支架的純鐵預(yù)制部件為例，根據(jù)可吸收的鐵基血管支架的性能要求，離子滲氮時(shí)間可以 在30?100分鐘之間選擇；離子刻蝕時(shí)間與化合物層的厚度有關(guān)，化合物層越厚，需要離 子刻蝕時(shí)間越長，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，離子刻蝕時(shí)間應(yīng)該根據(jù)離子滲氮時(shí)間（100分鐘以內(nèi)）的 80%?110%選擇，使支架表面殘留很薄(平均厚度小于1 μ m)不連續(xù)的化合物層或者完全去 除化合物層，以至于在后續(xù)只需采用常溫化學(xué)拋光步驟就可獲得鏡面拋光的醫(yī)療器械，就 能滿足生物可吸收支架所需的力學(xué)性能和加工精度要求，因此，實(shí)際滲氮時(shí)間可限制在四 小時(shí)以內(nèi)。對于表面粗糙度要求不很高的醫(yī)療器械，經(jīng)過離子刻蝕去除化合物層以后，后續(xù) 的拋光步驟是可以選擇的。
[0043] 偏壓電源的正極與設(shè)備真空腔體相連，或者，在夾持臺(tái)的附近設(shè)置一個(gè)基本不阻 礙氣流的正極，而預(yù)制部件與偏壓電源的負(fù)極相連。離子滲氮步驟的一般過程為，抽真空到 2Pa以下，緩慢地通入N2和H 2的混合氣體，氣壓維持穩(wěn)定，可在40?150Pa之間選擇，優(yōu)選 氣壓范圍如50?lOOPa。開啟偏壓電源，使支架表面維持異常輝光放電，混合氣體電離產(chǎn)生 的氮離子轟擊預(yù)制部件表面使其升溫。H 2與N2的流量比可在1:2?1:9范圍內(nèi)選擇，也可 以替換為NH3或者H 2和NH3的混合氣體，根據(jù)公知技術(shù)容易維持在大致相同的偏壓和相應(yīng) 的氣壓下的輝光放電。常用的離子滲氮溫度范圍為450?650°C，但鐵基醫(yī)療器械的滲氮溫 度太高會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散層中的彌散相聚集長大，降低彌散相帶來的硬化作用和電偶腐蝕效應(yīng)， 也就降低了鐵基可吸收醫(yī)療器械的基本性能。因此純鐵血管支架滲氮的最高溫度最好是限 制在550°C以下，而溫度過低（500°C以下)時(shí)，也不利于縮短離子滲氮時(shí)間，因此純鐵血管支 架滲氮最佳溫度為500?550°C ;為了使支架溫度快速升至500?550°C，可通過一個(gè)輔助 加熱裝置來加熱夾持臺(tái)以間接加熱整個(gè)支架，還可以在開啟偏壓電源之前預(yù)熱夾持臺(tái)。調(diào) 節(jié)輔助加熱裝置的功率，使預(yù)制部件溫度穩(wěn)定，氣體放電也達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)偏壓的優(yōu)選范圍 為 600 ?650V。
[0044] 在滲氮工藝完成后，預(yù)制部件表面一般會(huì)形成化合物層。此時(shí)，關(guān)閉氮?dú)忾y門，最 好也關(guān)閉偏壓電源，然后開始離子刻蝕步驟，緩慢地通入氬氣和氫氣的混合氣體，氣壓維持 穩(wěn)定，可在20?120Pa之間選擇，優(yōu)選氣壓范圍如40?lOOPa。開啟偏壓電源，此時(shí)偏壓 的優(yōu)選范圍為650?800V ;使支架表面輝光放電，氣體電離產(chǎn)生的氦離子和氫離子，在氦離 子轟擊、氫離子還原和熱擴(kuò)散的同時(shí)作用下，快速分解預(yù)制部件表面的化合物層，通過調(diào)節(jié) 輔助加熱裝置的功率，使預(yù)制部件最高溫度為500?550°C，氬與氫混合氣體流量比可在1 : 2?1 :9范圍內(nèi)選擇。
[0045] 實(shí)施例一
[0046] 根據(jù)公知的一種典型的支架網(wǎng)格設(shè)計(jì)，用激光雕刻純鐵管材的表面，預(yù)制成外徑 3. 6mm、原始壁厚220 μ m、長度18mm的純鐵血管支架。當(dāng)此支架被球囊擴(kuò)張到12mm時(shí)，支架 表面的金屬網(wǎng)格對支架側(cè)壁的覆蓋率約為9. 6%。然后，按照以下步驟處理該支架。
[0047] 首先，對預(yù)制的純鐵支架進(jìn)行清洗。優(yōu)選化學(xué)拋光清洗：將純鐵支架浸泡在化學(xué)拋 光液中，輕輕攪拌抖動(dòng)，持續(xù)進(jìn)行約5-10秒取出。該化學(xué)拋光液的100組份的配方為：30% 體積濃度的雙氧水75-85份，40%體積濃度的氫氟酸3-7份，余量為純凈水或基本為水，在 常溫20°C -30°C進(jìn)行拋光操作，優(yōu)選24°C _26°C，且該化學(xué)拋光液既無強(qiáng)酸也不含重金屬等 有害成分，很符合醫(yī)療和生產(chǎn)安全要求。拋光后的血管支架，經(jīng)過5%-10%質(zhì)量濃度的氫氧 化鈉的堿中和，后再經(jīng)兩次超聲波純水清洗，超聲清洗時(shí)間均為10秒，最后以無水乙醇脫 水保存。經(jīng)過所述的清洗步驟，純鐵支架的壁厚減少大約5μηι (內(nèi)外壁分別減薄3. 5μηι、 1. 5 μ m)，目的是完全清除純鐵支架表面的污染物(包括氧化物)，以保證后續(xù)處理步驟的效 果。實(shí)驗(yàn)證明，支架表面減薄1. 5?3 μ m，即可保證獲得一個(gè)新鮮干凈的表面，以使純鐵基 體材料的外表面完全暴露。
[0048] 經(jīng)過清洗的純鐵支架，送去進(jìn)行表面滲氮處理，將清洗之后用無水乙醇脫水的支 架置于離子滲氮設(shè)備的絕緣夾持臺(tái)上。離子滲氮時(shí)，支架表面形成一定厚度的致密而富氮 的白亮層50 (即化合物層)，高溫下的白亮層50中的氮原子向支架內(nèi)部擴(kuò)散而形成擴(kuò)散層 10,而且白亮層50的耐腐蝕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過含氮較少的擴(kuò)散層10,支架局部剖面如圖1所示， 經(jīng)過測試其表面粗糙度為0. 2 μ m左右。由于支架材料為多晶態(tài)的金屬，很不規(guī)則的晶界遍 布其中，白亮層50的外表面附近的氮原子(離子）較容易從晶界附近滲入擴(kuò)散層10而生成 氮化物，導(dǎo)致白亮層50與擴(kuò)散層10的界面向內(nèi)部推進(jìn)，所述界面呈丘陵?duì)钇鸱０琢翆?0 的氮原子濃度高，而擴(kuò)散層10之內(nèi)的氮原子濃度低很多，因此氮原子必然從白亮層50向擴(kuò) 散層10的內(nèi)部擴(kuò)散，氮原子的分布取決于化學(xué)勢、擴(kuò)散系數(shù)、溫度和時(shí)間。本實(shí)施例優(yōu)選以 下離子滲氮參數(shù)，支架溫度為535?545°C，偏壓600V左右，氮?dú)淞髁勘葹? :3,氣壓lOOPa， 離子滲氮處理30分鐘，在支架表面形成的白亮層50的平均厚度在2 μ m左右。
[0049] 經(jīng)離子滲氮步驟之后，關(guān)閉氮?dú)忾y門，開始離子刻蝕步驟。此時(shí)最好也關(guān)閉偏壓電 源，通入氦氣和氫氣混合氣體，流量比為1: 3。當(dāng)氦氣和氫氣的混合氣體基本穩(wěn)定時(shí)，開啟偏 壓電源，氣壓為l〇〇Pa，支架溫度為540?550°C，偏壓為650V ;在高電壓下將氣體電離，利 用氫離子還原能力和氬離子高能轟擊，支架表面的高含氮量的白亮層50 -部分被濺射或 者被分解，同時(shí)，由于支架表面溫度較高，而表面的氮原子濃度也高于內(nèi)部，白亮層50釋放 出的一部分氮原子繼續(xù)擴(kuò)散到材料的內(nèi)部，擴(kuò)散層10得到進(jìn)一步擴(kuò)展，使得白亮層50減少 得更快，在多種因素共同作用之下，最終達(dá)到快速去除白亮層50的目的。離子刻蝕步驟持 續(xù)進(jìn)行30分鐘左右，以保證白亮層50被完全去除；然后關(guān)閉偏壓，支架隨真空腔冷卻后，再 取出支架。經(jīng)過離子刻蝕的支架的表面粗糙度達(dá)到0. 05 μ m左右，比圖1所示的離子滲氮 后的白亮層50與擴(kuò)散層10之間的界面更加平整，而表面粗糙度越低則有利于表面拋光處 理，因此，離子刻蝕步驟使后續(xù)的拋光處理較容易達(dá)到鏡面拋光效果。
[0050] 下一步還需要拋光處理，主要目的是使支架表面平整光潔，采用現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī) 拋光方法也可以達(dá)到鏡面拋光效果，本實(shí)施例優(yōu)選常溫化學(xué)拋光方法。對離子滲氮和離子 刻蝕后的支架進(jìn)行拋光處理，由于耐腐蝕的白亮層基本已被清除，而且表面粗糙度達(dá)到了 一定條件，此時(shí)可以直接采用化學(xué)拋光方法。將支架放入前述的配方的化學(xué)拋光液中，例如 30%體積濃度的雙氧水、40%體積濃度的氫氟酸和純水按80 :5 :15的比例配置的化學(xué)拋光 液，在同樣的常溫條件下持續(xù)進(jìn)行大約30-40秒（s)取出支架，經(jīng)過前述的堿中和后，再經(jīng) 兩次超聲波純水清洗，超聲清洗時(shí)間均為10秒，最后以無水乙醇脫水保存。經(jīng)過所述的拋 光步驟，支架的壁厚減少大約25 μ m (內(nèi)外壁分別減薄15 μ m、10 μ m)，就能達(dá)到接近鏡面的 拋光效果，其表面粗糙度Ra低于0. 01 μ m，支架表面只剩下如圖3所示的擴(kuò)散層10。為了 保證常溫化學(xué)拋光達(dá)到鏡面效果，考慮到離子滲氮前的清洗表面的減薄以及去除平均厚度 為2 μ m左右的白亮層50,純鐵管材的壁厚只要比成品支架壁厚大32 μ m左右就能滿足要 求。
[0051] 本實(shí)施例中，在離子滲氮時(shí)選擇支架溫度約535?545°C、1 :3的氮?dú)淞髁勘?、氣?lOOPa和600V左右的偏壓，尚子滲氮30分鐘。然后再進(jìn)行尚子刻蝕，通入氦氣和氫氣，流量 比為1 :3,氣壓為lOOPa，支架溫度為540?550°C，偏壓650V，刻蝕30分鐘。測試表明，擴(kuò) 散層10的外表面的硬度值為250HV0. 01左右，其徑向強(qiáng)度為65KPa。支架表面的白亮層被 離子刻蝕而去除了，支架表面只需被化學(xué)拋光去除的總厚度(去除量）為25 μ m左右就能達(dá) 到接近鏡面的拋光效果，使表面粗糙度Ra低于0. 01 μ m，這種制作方法更易于控制產(chǎn)品質(zhì) 量和生產(chǎn)效率，滿足生物可吸收支架所需的力學(xué)性能和加工精度要求。
[0052] 實(shí)施例二
[0053] 根據(jù)公知的一種支架網(wǎng)格設(shè)計(jì)，用激光雕刻純鐵管材的表面，預(yù)制成外徑1. 6_、 原始壁厚110 μ m、長度18mm的純鐵冠脈支架。當(dāng)此支架被球囊擴(kuò)張到3mm時(shí)，支架表面的 金屬網(wǎng)格對支架側(cè)壁的覆蓋率約為13%。然后，按照以下步驟處理所述支架。
[0054] 采用實(shí)施例一所述的相應(yīng)步驟，制作同樣的純鐵冠脈支架，清洗之后進(jìn)行離子滲 氮處理。本實(shí)施例優(yōu)選以下離子滲氮參數(shù)，支架溫度為530?540°C，偏壓650V左右，氮?dú)?氣體流量比為1 :8,氣壓50Pa，離子滲氮處理60分鐘，在支架表面形成的白亮層50的平均 厚度在4-5 μ m左右。
[0055] 經(jīng)離子滲氮步驟后，關(guān)閉氮?dú)?，開始離子刻蝕步驟，關(guān)閉偏壓電源，通入氬氣和氫 氣混合氣體，流量比為1:7,氣壓為45Pa，當(dāng)氦氣和氫氣的混合氣體基本穩(wěn)定時(shí)，開啟偏壓 電源，偏壓為750V，支架溫度為535?545°C ;離子刻蝕處理50分鐘后關(guān)閉偏壓，支架充分 冷卻后移出真空腔。支架表面只剩下很薄(平均厚度小于1 μ m)不連續(xù)的白亮層50 (即化 合物層)，以及擴(kuò)散層10,支架局部剖面如圖2所示，其中畫斜線的部分為表面少量殘余的 不連續(xù)的高含氮的化合物，虛線包括的部分是已被離子刻蝕掉的擴(kuò)散層10的突出部分。圖 1中的白亮層50與擴(kuò)散層10之間的界面是很不平整的，而圖2中的經(jīng)過離子刻蝕的表面變 得相對更平整了，這也有利于實(shí)現(xiàn)鏡面拋光效果。
[0056] 下一步進(jìn)行拋光處理，本實(shí)施例中，拋光處理的設(shè)備及參數(shù)與實(shí)施例一相同。化學(xué) 拋光處理時(shí)，不僅擴(kuò)散層10的一部分會(huì)被腐蝕掉，支架表面的白亮層50的很少量的殘余部 分（圖2中的畫斜線的部分）也很容易被腐蝕掉，而連續(xù)的白亮層是很難通過常溫下的化學(xué) 腐蝕方法去除的。完成化學(xué)拋光后，支架表面變得更加平整，可以達(dá)到鏡面拋光效果，支架 表面只留下如圖3所示的擴(kuò)散層10。
[0057] 本實(shí)施例二得到的支架壁厚為75 μ m，比原始的純鐵管材的壁厚減少了 35 μ m，擴(kuò) 散層10的外表面硬度平均為260HV0. 01，化學(xué)拋光去除的總厚度(去除量)為26 μ m左右就 能達(dá)到接近鏡面的拋光效果，使表面粗糙度Ra低于0. 01 μ m ;此冠脈支架用球囊擴(kuò)張到3mm 后測試其徑向強(qiáng)度為140kPa，相對于同樣設(shè)計(jì)和尺寸的純鐵支架的徑向強(qiáng)度108KPa提高 了 30%。
[0058] 實(shí)施例三
[0059] 采用實(shí)施例二所述的相應(yīng)步驟，制作同樣的純鐵冠脈支架，清洗之后進(jìn)行離子滲 氮處理。本實(shí)施例的離子滲氮參數(shù)與實(shí)施例二基本一致，離子滲氮處理時(shí)間一樣為60分 鐘，在支架表面形成的白亮層50的平均厚度在4-5 μ m左右；經(jīng)離子滲氮步驟后，關(guān)閉氮?dú)猓?開始離子刻蝕步驟，本實(shí)施例的離子刻蝕參數(shù)與實(shí)施例二基本一致，只是將離子刻蝕時(shí)間 延長為60分鐘，后關(guān)閉偏壓，支架充分冷卻后移出真空腔。因離子刻蝕時(shí)間比實(shí)施例二延 長了 10分鐘，支架表面沒有白亮層50 (即化合物層)，更加有利于后續(xù)的拋光處理；下一步 進(jìn)行拋光處理，本實(shí)施例三中，拋光處理的設(shè)備及參數(shù)與實(shí)施例一相同。
[0060] 本實(shí)施例拋光后的支架壁厚為75 μ m，比原始的純鐵管材的壁厚減少了 35 μ m，擴(kuò) 散層10的外表面硬度平均為260HV0. 01，支架滲氮并經(jīng)過離子刻蝕后表面已無白亮層，在 后續(xù)的化學(xué)拋光去除的總厚度(去除量）為25 μ m左右就能達(dá)到接近鏡面的拋光效果，使表 面粗糙度Ra低于0. 01 μ m，滿足生物可吸收支架所需的力學(xué)性能和加工精度要求；此冠脈 支架用球囊擴(kuò)張到3mm后測試其徑向強(qiáng)度為140kPa，相對于同樣設(shè)計(jì)和尺寸的純鐵支架的 徑向強(qiáng)度l〇8KPa提高了 30%。
[0061] 從以上數(shù)據(jù)表明：在延長10分鐘離子刻蝕時(shí)間后，支架表面沒有殘余白亮層50， 而其表面粗糙度在〇. 05 μ m左右，說明支架離子刻蝕時(shí)間可根據(jù)白亮層厚度和致密性來選 擇，而白亮層厚度和致密性隨著離子滲氮時(shí)間而增加，白亮層越厚越致密，需要離子刻蝕時(shí) 間越長。一般情況下，離子刻蝕時(shí)間應(yīng)在離子滲氮時(shí)間的80%?110%范圍內(nèi)選擇，使支架 表面殘留很薄(厚度小于1 μ m)不連續(xù)的白亮層或者完全去除白亮層，以至于在后續(xù)只需用 常溫化學(xué)拋光就能到達(dá)鏡面拋光效果，就能滿足生物可吸收支架所需的力學(xué)性能和加工精 度要求。
[0062] 實(shí)施例四
[0063] 采用實(shí)施例二所述的相應(yīng)步驟，制作純鐵冠脈支架，清洗之后進(jìn)行離子滲氮處理。 本實(shí)施例優(yōu)選以下離子滲氮參數(shù)，支架溫度為510?520°C，偏壓600V左右，氮?dú)淞髁勘葹?1 :5,氣壓70Pa，離子滲氮處理100分鐘，在支架表面形成的白亮層50的平均厚度5 μ m左 右。
[0064] 經(jīng)離子滲氮步驟后，關(guān)閉氮?dú)?，開始離子刻蝕步驟，關(guān)閉偏壓電源，通入氬氣和氫 氣混合氣體，當(dāng)氦氣和氫氣的混合氣體基本穩(wěn)定時(shí)，開啟偏壓電源，流量比為1 :5,氣壓為 60Pa，支架溫度為515°C?525°C，偏壓為700V ;離子刻蝕100分鐘后關(guān)閉偏壓，支架冷卻后 移出真空腔；支架表面沒有化合物層的殘余，下一步進(jìn)行拋光處理，本實(shí)施例中，拋光處理 的設(shè)備及參數(shù)與實(shí)施例一相同。
[0065] 本實(shí)施例拋光后的支架壁厚為75 μ m，比原始的純鐵管材的壁厚減少了 35 μ m，擴(kuò) 散層10的外表面硬度平均為290HV0. 01，支架經(jīng)過離子滲氮并經(jīng)過離子刻蝕后表面已無白 亮層，在后續(xù)的化學(xué)拋光去除的總厚度(去除量）為25 μ m左右就能達(dá)到接近鏡面的拋光效 果，使表面粗糙度Ra低于0. 01 μ m，滿足生物可吸收支架所需的力學(xué)性能和加工精度要求。 此冠脈支架用球囊擴(kuò)張到3mm后測試其徑向強(qiáng)度為180kPa，相對于同樣設(shè)計(jì)和尺寸的純鐵 支架的徑向強(qiáng)度l〇8KPa提高了 67%。本發(fā)明提供的方法可以應(yīng)用于冠脈支架、外周支架和 非血管支架，或者包含可吸收部件的其它植入式醫(yī)療器械，所選用的原始管材材料為純鐵 或含鐵質(zhì)量比例高于99%的鐵合金。本發(fā)明的處理方法，在離子滲氮步驟之后還采用了離 子刻蝕步驟，這兩個(gè)步驟可用同樣的設(shè)備在原位進(jìn)行，只需要對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行很少的調(diào)整， 便于工業(yè)化應(yīng)用。在離子刻蝕步驟中，氮原子繼續(xù)滲入醫(yī)療器械內(nèi)部，還可以有效去除離子 滲氮步驟中產(chǎn)生的耐腐蝕的白亮層。該方法還降低了后續(xù)拋光步驟的難度，使得常溫化學(xué) 拋光也容易達(dá)到鏡面拋光效果，更符合醫(yī)療和生產(chǎn)安全要求，并且也保證了可吸收醫(yī)療器 械的被人體吸收時(shí)間、硬度和強(qiáng)度的要求。對于純鐵或鐵合金預(yù)制的相應(yīng)部件，只需要原材 料的厚度預(yù)留35 μ m左右的拋光去除量，能較好地控制產(chǎn)品質(zhì)量。
[0066] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一，采用以純鐵或含鐵質(zhì)量比例高于99%的鐵合金為原材料加工成的預(yù)制部件； 步驟二，清洗所述預(yù)制部件表面； 步驟三，采用離子滲氮方法處理所述預(yù)制部件，所述預(yù)制部件的溫度為500?550°C， 離子滲氮時(shí)間為30?100分鐘； 步驟四，采用離子刻蝕化合物層的方法處理所述預(yù)制部件，離子刻蝕時(shí)間為離子滲氮 時(shí)間的80%?110%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征 在于，在所述步驟四之后還增加步驟五，對離子刻蝕后的預(yù)制部件進(jìn)行拋光處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征 在于，所述步驟一采用的預(yù)制部件的表面硬度為165?175HV。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征 在于，所述步驟一中的所述預(yù)制部件的初始厚度比所述步驟四之后的所述預(yù)制部件的相應(yīng) 厚度大20 μ m以上，在步驟五中，去除所述預(yù)制部件的15 μ m以上的表層厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其 特征在于，所述步驟一中的所述的預(yù)制部件的初始厚度比所述方法制作出的醫(yī)療器械或醫(yī) 療器械部件的相應(yīng)厚度大30?60 μ m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征 在于，步驟二中的清洗為常溫化學(xué)拋光清洗，其步驟為：將所述預(yù)制部件浸泡在化學(xué)拋光液 中，持續(xù)進(jìn)行約5-10秒；該化學(xué)拋光液的100組份的配方為：30%體積濃度的雙氧水75-85 份，40%體積濃度的氫氟酸3-7份，余量為純凈水或基本為水。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征 在于，步驟三所述的離子滲氮方法采用氮?dú)馀c氫氣的混合氣體，所述氮?dú)夂蜌錃獾牧髁勘?為1 :2至1 :9,并且在40?150Pa氣壓和600?650V偏壓下維持氣體放電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征 在于，所述氮?dú)夂蜌錃獾牧髁勘葹? :3至1 :7,并且在50?lOOPa氣壓和600?650V偏壓 下維持氣體放電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特征 在于，步驟四中的預(yù)制部件的溫度為500?550°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特 征在于，步驟四所述的離子刻蝕方法采用氬氣與氫氣的混合氣體，所述氬氣和氫氣的流量 比為1 :2至1 :9,并且在20?120Pa氣壓和650?800V偏壓下維持氣體放電。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特 征在于，所述氬氣和氫氣的流量比為1 :3至1 :7,并且在40?lOOPa氣壓和650?750V偏 壓下維持氣體放電。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特 征在于，步驟四之后的所述預(yù)制部件的表面粗糙度不超過0. 05 μ m。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特 征在于，步驟四之后的所述預(yù)制部件的表面沒有化合物層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特 征在于，步驟五所述的拋光處理為常溫化學(xué)拋光，拋光處理時(shí)間為30-40秒，所述常溫化學(xué) 拋光采用的拋光液配方為：每100組分中，30%體積濃度的雙氧水75-85份，40%體積濃度的 氫氟酸3-7份，其余組份為純水或基本為水。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的生物可吸收的醫(yī)療器械或其可吸收部件的制作方法，其特 征在于，所述常溫化學(xué)拋光處理去除所述預(yù)制部件的15?30 μ m的外層厚度。
16. -種采用權(quán)利要求1至15任意一項(xiàng)所述的方法制作的生物可吸收的醫(yī)療器械或其 可吸收部件。
【文檔編號】A61F2/82GK104207866SQ201310210113
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】張德元, 王文彬, 劉自強(qiáng) 申請人:先健科技(深圳)有限公司