一种基于多重物理屏蔽技术的选择性局部镀银抗菌植入器械及其制备方法与流程

本发明涉及医疗器械产品研发领域，具体涉及一种基于多重物理屏蔽技术的选择性局部镀银抗菌植入器械及其制备方法。

背景技术：

1、感染作为骨科、牙科最为高发的疾病之一，其治疗难度大、易复发，为患者和医生带来重大的压力和负担。目前常规的治疗手段为手术清创、使用抗生素等，但是其治疗效果并不理想，或者易引发细菌耐药性。近年来抗菌涂层技术凭借使用便捷性、高效性，从而获得了极大的关注。

2、目前抗菌涂层类型主要包括碘涂层、银涂层、抗生素涂层等，其中银涂层由于其广谱抗菌能力、长效抗菌能力、高效杀菌能力等特点，逐渐成为科学研究和产品转化方面的一颗新星。但是银质地较软，无法应对器械使用过程中导致的摩擦和磨损，涂层因为摩擦、磨损导致的掉落极易导致炎症的产生，对患者的生命安全带来隐患。

3、考虑到质地柔软是银单质本身的先天特性，直接对其进行改性难度较大，也易引入新的物质影响医疗器械产品安全性和增加产品注册难度。本发明考虑到并非需要器械完全覆盖银涂层才可发挥抗菌效果，如果只在器械需要起效的位置设置银涂层，即可规避磨损，又可以满足抗菌的要求。因此，本发明设计了一种基于多重物理屏蔽技术的选择性局部镀银抗菌植入器械及其制备方法以解决上述难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，以及结合各类材料和工艺的优点，提供一种基于多重物理屏蔽技术的选择性局部镀银抗菌植入器械及其制备方法，该方法基于分步屏蔽、分步镀银的理念，同时使用一次物理屏蔽、电弧离子镀银、二次物理屏蔽和电化学镀银等组合工艺制得选择性局部镀银抗菌植入器械。本发明中通过对植入器械局部镀银，首先赋予器械高效抗菌性能；同时无需对器械易发生磨损的区域进行镀银，提高器械安全性。

2、本发明采用以下技术方案实现：

3、一种基于多重物理屏蔽技术的选择性局部镀银抗菌植入器械的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)对待镀银器械进行预处理后，包括除油清洗、干燥等，使用模具对器械上无需镀银的区域进行一次物理屏蔽，然后对器械进行等离子体清洗；

5、(2)对等离子体清洗后的器械进行选择性电弧离子镀银；

6、(3)将器械上的模具更换为包括模具和光固化可剥离胶的组合式屏蔽模具，对器械进行二次物理屏蔽，即将光固化可剥离胶涂覆在所述模具边缘；

7、(4)将二次物理屏蔽后的器械转移至电镀液中进行局部电化学镀银，电化学镀银结束后对光固化可剥离胶进行撕脱，经处理后得到所述基于多重物理屏蔽技术的选择性局部镀银抗菌植入器械。

8、进一步的，所述待镀银器械的材料为医用钛或钛合金，为ta1eli、ta1、ta2、ta3、ta4、tc4、tc15、tc20、tc4eli中的一种或几种。

9、进一步的，无需镀银的区域为骨植入器械使用过程中会经历摩擦、螺纹旋入旋出的区域，主要分为表面和孔；所述模具为带有胶垫的弹性保护套或保护塞，所述保护套针对器械表面进行物理屏蔽，所述保护塞针对器械上的孔进行物理屏蔽；若所述模具为保护套，所述保护套的形状与器械需屏蔽的区域一致，尺寸略小于器械，若所述模具为保护塞，所述保护塞的尺寸略大于器械需屏蔽的孔径，优选大于孔径1.0-1.5mm，所述保护套或保护塞通过弹性和尺寸差实现固定。

10、进一步的，所述模具的材料需要耐受100℃以上的镀银温度，可为硅橡胶tpu、tpe、pvc、橡胶中的一种或多种。

11、进一步的，步骤(1)中，所述等离子体清洗为将器械转移至电弧离子镀膜设备中进行等离子体清洗；所述等离子体清洗的条件为：反应腔内真空度不低于0.005pa，温度50-70℃，氩气流量100-400sccm以保持腔内压力为0.05-0.25pa，靶电流0.5-1.5a，电极功率300-500w，负偏压150-300v，清洗时间30-300秒。

12、进一步的，所述电弧离子镀银的条件为：以99.99％纯度及以上的银块作为靶材，反应腔内真空度不低于0.003pa，通入氩气以保持腔内压力为0.5-1.5pa，偏压300-600v，靶电流40-60a，镀银时间800-1000秒。所述电弧离子镀银的镀银厚度为200-1000nm，作为基础镀银层。

13、进一步的，步骤(3)中，当所述模具为保护套时，所述保护套的长度小于器械未电弧离子镀银区域的长度，优选两端均短0.5cm，相比于步骤1)，此时保护套两端各有0.5cm未电弧离子镀银区域裸露，在未电弧离子镀银区域的裸露部分通过精细化点胶工艺涂覆光固化可剥离胶；当所述模具为保护塞时，在所述保护塞和器械孔边缘涂覆光固化可剥离胶。

14、进一步的，步骤(3)中，使用100-250w功率的405nm波长的紫外灯照射20-60min实现光固化可剥离胶的完全固化。

15、进一步的，所述光固化可剥离胶的组成成分为：2-7wt％疏水活性单体，20-30wt％丙烯酸酯聚合物，10-20wt％氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，1-5wt％光引发剂，0.2-0.4wt％消泡剂，1-2wt％纳米填料，其余为溶剂。

16、进一步的，所述疏水活性单体为带有长链烷基(c原子数大于6)或芳香基团的丙烯酸酯类单体，包括双环戊烯基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯丙烯酸-2-苯氧基乙基酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸金刚烷-1-基酯、丙烯酸异癸酯中的一种或几种；所述丙烯酸酯聚合物为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯中一种或几种的共聚物；所述氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的聚合度为1500-2500，醋酸乙烯酯含量为20-40％；所述光引发剂为二苯甲酮类、苯偶酰类、烷基硫鎓盐、磺酰氧基酮及三芳基硅氧醚、苯偶姻及衍生物、硫杂蒽酮类、铁芳烃盐、烷基苯酮类、酰基磷氧化物光引发剂中的一种或几种；所述消泡剂为月桂酸、棕榈酸、磷酸三丁酯、聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚等中的一种或几种；所述纳米填料为氧化石墨烯、laponite、蒙拓土、二氧化硅、碳纳米管、纳米纤维素中的一种或几种；所述溶剂为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、甲苯等中的一种或几种。

17、进一步的，步骤(4)中，所述电化学镀银的电镀液配方为：50-75g/l硝酸银，5-10g/l硫酸钠，5-12.5g/l柠檬酸钾，1-2.5g/l乙二胺，0.1-0.3g/l咪唑，0.25-0.5g/l色氨酸，0.05-0.15g/l十二烷基硫酸钠，2-4g/l碳酸钾。电镀工艺参数为：使用纯度大于99.99％的银板作为阳极，器械作为阴极，使用单脉冲电源进行电化学镀银操作，电流密度0.5-2.5a/dm2，电流脉宽1-2ms，水温45-50℃，电镀时间5-15min。

18、步骤(4)中，所述电化学镀银的的银涂层厚度约为5-14μm。进一步的，步骤(4)中，将器械上的光固化可剥离胶撕脱后，使用60℃超纯水超声清洗15min，清洗2遍，再使用常温超纯水超声清洗15min，清洗2遍，再进行烘干、包装和辐照灭菌。

19、一种基于多重物理屏蔽技术的选择性局部镀银抗菌植入器械，利用上述方法制得。

20、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

21、(1)本发明基于分步屏蔽，分步镀银的理念，同时使用一次物理屏蔽、电弧离子镀银、二次物理屏蔽和电化学镀银等组合工艺制备选择性局部镀银抗菌植入器械。

22、(2)本发明中的局部镀银区域的银涂层厚度分别为：第一层200-1000nm，第二层5-14μm。首先之所以使用分步镀银的技术，是因为在钛或钛合金表面极易形成氧化层，直接进行电镀得到的银镀银结合强度差，无法达到使用要求；但是如果只使用电弧离子镀银，虽然可以获得高结合强度的银涂层，但是加工成本过高，影响产品效益。之所以对涂层厚度进行分别的规范，第一层结合电弧离子镀的经验及厂家建议，故选择该厚度范围；抗菌骨植入器械产品需要长期的货架稳定性，实验表明银涂层厚度小于5μm稳定性不能达标，并且根据人体最高安全银浓度进行计算约为4-6g，以最大的骨植入器械的尺寸进行计算可以发现，银涂层的厚度需要控制在5-15μm之间。

23、(3)本发明在一次物理屏蔽的时候，在保护套两端做了垫圈设计，可以更好地对器械进行屏蔽，避免在电弧离子镀银和不镀银的界面产生镀层的越界。同时在二次物理屏蔽的时候，首先使用保护套对无需镀银的区域进行屏蔽，同时考虑到电化学镀银时电镀液容易从保护套与器械表面贴合性不好的位置发生渗漏，导致在无需镀银的区域发生银的沉积，因此缩短保护套的长度，在保护套两端预留一段空间用于光固化可剥离胶的包裹和物理屏蔽，通过点胶解决保护套与器械贴合不紧密的问题；如果使用的是保护塞，需要在二次物理屏蔽的时候，在保护塞与器械孔边缘进行点胶，防止电镀液的渗透造成局部镀银的失败，从而实现精准的区域镀银。

24、(4)本发明中一次物理屏蔽时使用的保护套可以是带有胶垫的弹性保护套，因为电弧离子镀银不会产生电镀液的渗漏问题，因此只需进行直线阻挡即可；而电化学镀银时，极易发生电镀液渗漏的现象导致局部镀银的失败，因此只能选择带有胶垫的弹性保护套或保护塞对器械进行严密的包裹，并且进一步使用可剥离胶对于两端的缝隙进行物理封堵，起到高效的物理屏蔽作用。本发明基于实际的工业问题，使用常规的物理屏蔽方法，并对其进行有机组合和协同，实现旧技术的创新应用。

25、(5)本发明基于器械表面涂胶的特点，自主设计制备了光固化可剥离胶配方，可以通过简单的光固化即可实现胶水的完全固化，无需热固化，达到填补保护套与器械之间缝隙的目的，保证电化学镀银涂层不发生越界。并且该胶水具有良好的内聚力，在镀银结束后即可完全剥离，不发生胶水残留，不影响器械的安全性。配方中使用了疏水性丙烯酸酯单体，可以使得可剥离胶具有一定的阻水能力，防止电解液渗透胶水后污染器械表面；同时配方中的氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物聚合时醋酸乙烯含量设定为20-40％，具有更好的可溶解性；在配方中添加消泡剂去除气泡，防治气泡位置电解液的渗透；更是添加纳米填料增强可剥离胶的内聚力，保证后续的高效剥离不残留；引入光引发剂，更适合器械表面包覆的场景，实现涂覆固化一体化操作，有助于摆脱高温固化等操作的繁琐以及高温对银涂层结合强度/涂层氧化的影响。

26、(6)本发明引入选择性局部镀银的设计理念，保证器械的良好抗菌性能，同时规避了器械在使用过程中可能遭遇的摩擦、磨损，确保银涂层不会在手术过程中发生掉落和引发炎症，保证了器械的安全性和有效性。

27、(7)本发明中的局部镀银操作基于临床实践经验，结合人体结构特点、感染高发的位点，以及器械的结构，需要针对每一款器械进行镀银区域的规划以及物理屏蔽模具的结构设计，从而获取所需的局部镀银抗菌植入器械。