一种抗粘附防胰瘘的高频电刀手术电极及制备工艺的制作方法

1.本发明涉及高频电刀技术领域，特别是一种抗粘附防胰瘘的高频电刀手术电极及制备工艺。


背景技术：

2.高频电刀：是一种取代传统机械式手术器械进行组织切割的电外科手术器械，其工作原理是通过电极笔前端电极产生的高频交流电与组织接触时产生的巨大热量实现对组织的分离和凝固，从而达到切割和止血的目的。
3.高频电刀具备出色的止血效果和切割效率，形状多样的电极可以满足不同的临床需求，低成本、易操作的优点使其具有广泛应用和推广的巨大潜力。在胰腺外科手术中，高频电刀利用高频交流电流经胰腺组织，使得胰腺组织细胞内带电粒子剧烈震荡、相互摩擦，产生大量焦耳热，诱导细胞破裂汽化、蛋白质变性凝固，在胰腺断面形成焦痂组织，无需缝合就可以闭合血管和胰管，实现止血防胰瘘的手术效果。但是，高频电刀的手术电极作用胰腺时，手术电极表面不可避免地发生组织粘附，这会加剧电极和组织界面的电弧放电，进一步导致胰腺断面组织烧蚀损伤严重，防胰瘘效果不理想，这个问题严重制约了高频电刀在胰腺外科领域的临床应用。
4.通过抑制高频电刀手术电极表面组织粘附，可以提升高频电刀的防胰瘘效果。当前研究主要通过提高电极表面的耐电弧烧蚀性能和电极表面疏水化两个途径抑制组织粘附，进而提高防胰瘘效果。
5.付和林和万健飞利用金属钨制备电极，研究结果表明利用高熔点的钨材料开发抗粘附手术电极是一种有效途径。ceviker等发现在电极表面涂敷聚四氟乙烯涂层可以有效减少电极表面的组织粘附。cheng等仿照荷叶超疏水乳突结构，利用激光束照射技术在电极表面刻蚀出周期性分布的微纳米颗粒，利用结构间隙的空气降低表面润湿性能，达到减少粘附的效果。
6.单一的高熔点材料金属钨和钨合金材料，虽然耐烧蚀性能好，但无疏水效应，用于高频电刀电极材料，其抗组织粘附能力有限。此外，有机涂层例如聚四氟乙烯本身不具备耐电弧烧蚀的能力，在高频电刀和组织界面高温工况下，其抗粘功效减弱甚至失效。
7.单一的超疏水微结构，不具备耐电弧烧蚀的能力，在高温工况下易被破坏和失效，不适用于高频电刀电极表面。
8.由于存在上述问题，现有的技术均未能在临床中得到广泛的应用。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种抗粘附防胰瘘的高频电刀手术电极，通过在手术电极表面化学刻蚀形成微纳乳突结构以及整个电极表面电镀形成的ni
‑
w
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cu钨合金涂层，从而兼具超疏水特性以及耐电弧烧蚀特性。
10.本发明的目的是这样实现的，一种抗粘附防胰瘘的高频电刀手术电极，经打磨抛
光后，粗糙度ra≈0.1μm的304不锈钢手术电极表面具有由刻蚀剂浸泡处理后形成的周期性分布微纳超疏水乳突，且该整个电极表面上述覆盖有由电镀液处理形成的ni
‑
w
‑
cu钨合金涂层。
11.一种抗粘附防胰瘘的高频电刀手术电极，所述刻蚀剂组成为2mol/l三氯化铁溶液、1mol/l盐酸、10mol/l双氧水和15mol/l磷酸，四者体积比为15:1:1:1；所述电镀液由六组分组成：na3cit
·
2h2o、na2wo4·
2h2o、nh4cl、nabr、niso4·
6h2o、cuso4·
5h2o，用氨水或硫酸调节ph值至7.5，上述六组分在电镀液中的浓度分别为36.75g/l、98.94g/l、26.7g/l、20.4g/l、26.3g/l、2.5g/l。
12.本发明的又一目的是提供上述手术电极的制备工艺。
13.本发明的又一目的是这样实现的：一种高频电刀手术电极的制备工艺，包括以下步骤：
14.s1、手术电极表面预处理
15.使用商用标准刀形304不锈钢手术电极作为基体，制备系列涂层手术电极。为避免电极表面加工纹理的影响，试验前对电极前端工作部位表面进行打磨抛光和清洗预处理，粗糙度降至ra≈0.1μm；
16.s2、刻蚀法制备电极表面微纳结构
17.将预处理后的304不锈钢试样放入混合刻蚀剂中，4min后取出，清水冲洗后再用去离子水超声清洗5min，风干；刻蚀剂的配方为2mol/l三氯化铁溶液、1mol/l盐酸、10mol/l双氧水和15mol/l磷酸，体积比为15:1:1:1；随后，将304不锈钢电极试样放入1mol/l盐酸溶液中，反应20min后取出，用相同的方法清洗表面，干燥备用；
18.s3、电化学沉积处理
19.电化学沉积之前采用盐酸
‑
硫酸活化工艺法对304不锈钢手术电极表面进行预处理，具体方法如下：将打磨抛光后的手术电极放入10％hcl溶液中活化60s，取出后立即用去离子水冲洗干净；然后在300ml/l硫酸溶液中，使用循环伏安法进一步活化手术电极表面，电流密度为3.2a/dm2，阴极活化7min后取出，去离子水冲洗后迅速放入恒温镀液中进行电沉积处理，电化学沉积的电流密度为4.7a/dm2，阳极(铂片)与阴极(304不锈钢电极)表面距离约1cm，温度60℃，电镀时间2.7min；电镀液配制方法如下：将na3cit
·
2h2o用适量去离子水溶解，加入na2wo4·
2h2o搅拌均匀作为溶液a；将nh4cl、nabr、niso4·
6h2o、cuso4·
5h2o用适量去离子水充分溶解作为溶液b；将溶液a、b倒入容量瓶中充分混合，用氨水和硫酸调节ph值至7.5，然后定容，陈化12小时后备用；
20.电化学沉积完成后，将钨合金涂层表面依次进行清水冲洗、去离子水冲洗、风干和酒精清洗，然后放入真空干燥箱内保存备用。
21.一种高频电刀手术电极的制备工艺，上述电镀液中六组分na3cit
·
2h2o、na2wo4·
2h2o、nh4cl、nabr、niso4·
6h2o和cuso4·
5h2o的浓度分别为36.75g/l、98.94g/l、26.7g/l、20.4g/l、26.3g/l、2.5g/l。
22.一种高频电刀手术电极的制备工艺，所述手术电极的表面接触角为166.4
°
。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.首先在高频电刀手术电极表面制备微纳结构，使其具有超疏水特性。在此结构表面制备钨或钨合金涂层，获得同时具有超疏水和耐电弧烧蚀功能的手术电极涂层。超疏水：
原始手术电极表面接触角86.1
°
；刻蚀
‑
沉积处理后手术电极表面接触角166.4
°
，呈超疏水特性；
25.抗组织粘附：基于猪胰腺的高频电刀体外模拟试验结果，刻蚀
‑
沉积处理后手术电极的粘附量与原始手术电极表面相比降低20％以上。
26.防胰瘘效果提升：刻蚀
‑
沉积处理后手术电极作用下猪胰腺的主胰管有效封堵厚度提升84.5％，胰腺断面焦痂和组织界面结合强度增强，焦痂致密性提高。刻蚀
‑
沉积处理后手术电极作用下的胰腺残端组织损伤深度与原始手术电极降低了27.5％。刻蚀
‑
沉积手术电极防胰瘘的有效作用时间是8s，其耐久性与原始手术电极相比延长了一倍。
27.本发明采用电化学沉积法和化学刻蚀法具有工艺简单，且易于操作，成本较低。
28.本发明针对高频电刀的耐烧蚀和抗粘附需求出发，结合超疏水表面和钨合金耐电弧烧蚀的特点，实现抗组织粘附。创新性地结合电化学沉积和化学刻蚀技术，在304不锈钢电极表面设计制备系列超疏水ni
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cu钨合金涂层，实现电极表面高温工况下的疏水化，从而抑制组织粘附，提升防胰瘘效果。
附图说明
29.图1为本发明制备工艺流程图。
30.图2a为电极结构尺寸图。
31.图2b为304不锈钢电极表面形貌的扫描电镜图片。
32.图2c为抗粘附防胰瘘电极表面形貌的扫描电镜图片。
33.图3为电沉积试验装置示意图。1
‑
支撑架；2
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搅拌器；3
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阳极电极；4
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阴极电极；5
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热电偶；6
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直流稳压电源；7
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电镀槽槽盖；8
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数码温控仪；9
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电镀槽
34.图4为304不锈钢电极表面和抗粘附防胰瘘电极表面的接触角数据。
35.图5为304不锈钢电极表面和抗粘附防胰瘘电极的组织粘附量数据。
36.图6为304不锈钢电极表面和抗粘附防胰瘘电极胰腺闭合厚度的对比。双箭头线段表明闭合厚度，数值越大，防胰瘘效果越好。
具体实施方式
37.图2a示出，手术电极为宽2.35mm、厚0.50mm的304不锈钢板，手术电极固定于高频电刀手柄上。
38.一种抗粘附防胰瘘的高频电刀手术电极，经打磨抛光后，粗糙度ra≈0.1μm的304不锈钢手术电极表面具有由刻蚀剂浸泡处理后形成的周期性分布微纳超疏水乳突，且该整个电极表面上述覆盖有由电镀液处理形成的ni
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w
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cu钨合金涂层。钨合金涂层是以金属钨为基材，加入ni、cu、fe、mo等元素组成的合金，具有强度高、密度大、热膨胀系数小、良好的抗腐蚀性和耐电弧烧蚀等优点，并且ni、w、cu三种金属均具备良好的生物相容性。
39.(1)手术电极表面预处理
40.使用商用标准刀形304不锈钢手术电极作为基体，制备系列涂层手术电极。为避免电极表面加工纹理的影响，试验前对电极前端工作部位表面进行打磨抛光和清洗等预处理，粗糙度降至ra≈0.1μm，电极结构尺寸与表面形貌如图2所示。
41.(2)刻蚀法制备电极表面微纳结构
42.刻蚀工艺：将预处理后的304不锈钢试样放入混合刻蚀剂中，4min后取出，清水冲洗后再用去离子水超声清洗5min，风干。刻蚀剂的配方为2mol/l三氯化铁溶液(fecl3)、1mol/l盐酸、10mol/l双氧水和15mol/l磷酸，体积比为15:1:1:1。随后，将304不锈钢电极试样放入1mol/l盐酸溶液中，反应20min后取出，用相同的方法清洗表面，干燥备用。
43.(3)电化学沉积处理:
44.电化学沉积之前采用盐酸
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硫酸活化工艺法对304不锈钢手术电极表面进行预处理。具体方法如下：将打磨抛光后的手术电极放入10％hcl溶液中活化60s，取出后立即用去离子水冲洗干净；然后在300ml/l硫酸溶液中，使用循环伏安法进一步活化手术电极表面，电流密度为3.2a/dm2，阴极活化7min后取出，去离子水冲洗后迅速放入恒温镀液中进行电沉积处理，电沉积试验装置如图3。电化学沉积的电流密度为4.7a/dm2，阳极(铂片)与阴极(304不锈钢电极)表面距离约1cm。镀液成分见表1，配制方法如下：将na3cit
·
2h2o用适量去离子水溶解，加入na2wo4·
2h2o搅拌均匀(溶液a)；将nh4cl、nabr、niso4·
6h2o、cuso4·
5h2o用适量去离子水充分溶解(溶液b)；将溶液a、b倒入容量瓶中充分混合，用氨水和硫酸调节ph值至7.5，然后定容，陈化12小时后备用。
45.电化学沉积完成后，将钨合金涂层表面依次进行清水冲洗、去离子水冲洗、风干和酒精清洗，然后放入真空干燥箱内保存备用。
[0046][0047][0048]
抗粘附防胰瘘的高频电刀手术电极功能：
[0049]
(1)超疏水：原始手术电极表面接触角86.1
°
；刻蚀
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沉积处理后手术电极表面接触角166.4
°
，呈超疏水特性；
[0050]
(2)抗组织粘附：基于猪胰腺的高频电刀体外模拟试验结果，刻蚀
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沉积处理后手
术电极的粘附量与原始手术电极表面相比降低20％以上。
[0051]
(3)防胰瘘效果提升：刻蚀
‑
沉积处理后手术电极作用下猪胰腺的主胰管有效封堵厚度提升84.5％，胰腺断面焦痂和组织界面结合强度增强，焦痂致密性提高。刻蚀
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沉积处理后手术电极作用下的胰腺残端组织损伤深度与原始手术电极降低了27.5％。刻蚀
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沉积手术电极防胰瘘的有效作用时间是8s，其耐久性与原始手术电极相比延长了一倍。
[0052]
此外，考虑到电化学沉积法和化学刻蚀法工艺简单，制备的微纳双极结构表面具有超疏水性能，且易于操作，成本较低。
[0053]
本发明针对高频电刀的耐烧蚀和抗粘附需求出发，结合超疏水表面和钨合金耐电弧烧蚀的特点，实现抗组织粘附。创新性地结合电化学沉积和化学刻蚀技术，在304不锈钢电极表面设计制备系列超疏水ni
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cu钨合金涂层，实现电极表面高温工况下的疏水化，从而抑制组织粘附，提升防胰瘘效果。