Нанесение наноразмерных покрытий металлов на режущие хирургические инструменты методом CVD Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 546.05;546.72+546.74

Субчева А.Н.., Субчева Е.Н., Аверина Ю.М.

НАНЕСЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛОВ НА РЕЖУЩИЕ ХИРУРГИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ МЕТОДОМ CVD

Субчева Анна Николаевна, магистр кафедры защиты от коррозии металлов; Субчева Елена Николаевна, ведущий инженер Аверина Юлия Михайловна, к.т.н., доцент кафедры

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9

В работе, для снижения шероховатости поверхности и увеличения остроты режущей кромки, на поверхность режущих хирургических инструментов (скальпелей) осаждали наночастицы металлов газофазным методом (CVD). В качестве прекурсоров для получения тонких пленок были взяты органометаллические соединения металлов, обладающие летучестью при относительно невысоких температурах, а также их растворы. Контроль шероховатости проводили методом атомно-силовой микроскопии.

Ключевые слова: тонкие пленки, хирургические скальпели, шероховатость, химическое газофазное осаждение.

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION METAL NANOSIZE COATINGS ON CUTTING SURGICAL INSTRUMENTS

Subcheva A.N., Subcheva E.N., Averina U.M.

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

In this work, metal nanoparticles were deposited on the surface of cutting surgical instruments (scalpels) to reduce the surface roughness and increase the sharpness of the cutting edge (by CVD method). As precursors for the production of thin films, metal-metallic compounds of metals, which have volatility at relatively low temperatures, as well as their solutions, were taken. The roughness control was performed by atomic force microscopy. Keywords: thin films, surgical instruments, surface roughness, chemical vapor deposition.

Медицинские инструменты подвергаются сильному изнашиванию в результате взаимодействия с костными и мышечными тканями, влияния коррозионной среды, частых температурных колебаниях при дезинфекции и стерилизации [1]. Стойкость используемых на сегодняшний день инструментов недостаточна. Известно много способов упрочнения поверхностных слоев медицинских инструментов: нанесение защитно-декортаивных покрытий, модификация поверхности потоками плазмы, газовой детонацией, конденсацией в вакууме, комбинированных процессов упрочнения и многие другие. Однако все эти способы очень дорогостоящие и большая их часть недоступна для широкого и промышленного производства. Поэтому возникает необходимость увеличения

работоспособности медицинских инструментов путем совершенствования технологического процесса изготовления, а именно нового способа их поверхностного упрочнения.

Остроту режущих хирургических инструментов можно определить, как способность легко врезаться в ткани без значительных усилий. Еще одним условием является способность долго сохранять

требуемую остроту режущей кромки [2]. Разъединение мягких тканей и их последующее заживление с помощью скальпеля происходит тем легче, чем острее используется инструмент [3].

Проблему получения острой режущей кромки можно решить при использовании метода осаждения из газовой фазы (ОУВ). Метод имеет ряд существенных преимуществ: простое аппаратурное оформление, возможность масштабирования, небольшое количество используемых прекурсоров [4]. С помощью химического газофазного осаждения, возможно получение сверхчистой пленки металла на поверхности скальпеля, которая повысит его режущие свойства на несколько порядков (до 200-300 нм и менее) при малом расходе исходных веществ. К основным видам режущих медицинских инструментов являются хирургические ножи, медицинские долота, сверла, а также медицинские ножницы. Каждый из данных видов можно упрочнить с помощью нанесения покрытия методом CVD.

Для получения покрытий заданной толщины методом ОУО в первую очередь необходимо определить оптимальные режимы работы лабораторной установки (рис. 1), т.е. подобрать

температурные режимы в зонах испарения и деструкции, а также обеспечить контроль температуры в зоне деструкции реактора.

[_ 5

Рис. 1 Схема экспериментальной установки: 1 - печь сопротивления; 2 - индукционная печь; 3 - кварцевый реактор; 4 - кювета с прекурсором; 5 - подложка-мишень; 6 - пирометр.

В качестве прекурсоров для получения тонких пленок были взяты органометаллические соединения металлов, обладающие летучестью при относительно невысоких температурах, а также их растворы. В частности, ферроцен железа, карбонилы никеля и хрома. Для увеличения коррозионной стойкости также была опробована смесь соединений. Для координационных летучих соединений металлов температура сублемации находится в интервале 100-200°С, соответственно температура в зоне испарения реактора была установлена около 200°С, а в зоне деструкции 600°С. Равномерный нагрев и осаждение достигался при использовании индукционной печи («SP-15»). Таким образом, были получены пленки толщиной около 200 нм. Влияние температуры имеет наиболее важное значение, при установке температуры менее 150°С, сублимация происходит слишком медленно, что влияет на производительность установки в целом. Температура в зоне осаждения является определяющим параметром для получения пленок. При температурах менее 500°С разложение происходит не полностью, в полученных пленках наблюдается большое содержание углерода (до 5% согласно данным рентгеновского микроанализа).

Контроль толщины полученных соединений и шероховатость поверхности контролировались методом атомно-силовой микроскопии. Как показано на рисунке 2, шероховатость образцов после нанесения покрытия значительно снижается на участке 5х5 мкм.

Рис. 2 3Б визуализация микрофотографий атомно-силовой микроскопии поверхности режущей кромки хирургического скальпеля исходного (а) и после нанесения покрытия (б).

Таким образом, средняя шероховатость уменьшается практически вдвое, что может определять данный метод как перспективный в совершенствовании хирургических инструментов.

Список литературы

1. ГОСТ 30208-94 (ИСО 7153-1-88)/ГОСТ Р 50328.192 (ИСО 7153-1-88)

2. Семенов Г.М. Современные хирургические инструменты// СПб: Питер, 2006. 352 с.

3. Сабитов В.Х. Медицинские инструменты// Медицина, 1985. 175с.

4. Сыркин В.Г. СУБ-метод. Химическое парофазное осаждение// Изд.: Наука, 200, 379 с