CN104073868B - 一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法及辅助设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法，包括表面预处理和电解抛光，所述的预处理为：将镁合金介入器械在预处理水溶液中于40－70℃超声清洗5－30min，然后再置于无水乙醇中超声清洗5－20min；1L预处理水溶液组成为：磷酸钠5－50g，氢氧化钠5－40g，硅酸钠10－100g，余量为蒸馏水。本发明中选用的预处理水溶液，电解抛光液具有很好的生物相容性，表面处理效果较好，适用于大多数镁合金介入器械。而且相关的辅助设备夹持方式独到方便，能保证产品的均匀抛光，可同时夹持多个不同种类的样品，适用于网状，棒状，管状，板状等各种形状的介入器械的电化学抛光。

Description

一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法及辅助设备

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法及辅助设备。

背景技术

镁是人体必需的常量元素之一，是人体内居第四位的金属元素，主要分布于细胞内参与一系列新陈代谢过程，且镁的标准平衡电位较负（-2.37V），极易在人体环境中腐蚀降解，因此镁及镁合金具有发展生物可降解材料的天然优势，适合于制备可降解植入材料。

近年来，镁合金材料受到了人们的特别关注，被称为是一种革命性的医用金属材料，多个国家的研究者先后开展了大量的基础及应用开发研究，取得了令人瞩目的积极成果。目前，将镁合金用作医疗器械的研究开发十分迅速，其发展基本沿着“从体外到体内，从动物到人体”轨迹逐渐深入。德国Biotronik公司开发了以WE43为主要成分的可吸收镁合金血管支架产品，并率先在世界范围内的八个国际临床试验基地开展了相关的临床试验，正在进行欧盟 CE 认证，有望不久的将来在临床治疗中获得广泛应用。

但是，如果镁合金介入器械的表面处理不好，就会影响到医疗器械的载药和植入。尤其在镁合金介入器械的前期加工过程中，可能会出现管材、板材和丝材表面不平整光滑，在管材、板材的激光切割和丝材的焊接过程中，会出现毛刺和产物飞溅以及表面氧化，这些严重影响到镁合金介入器械的表面质量。因此很有必要对镁合金介入器械表面进行后期处理。限于镁合金介入器械的特殊形状，机械抛光无法发挥作用，因此开发一种简便、实用的镁合金介入器械的电化学抛光工艺和相关设备很重要。

在镁合金介入器械的电化学抛光、涂层和药物加载过程中，为保证镁合金介入器械得到充分均匀的表面处理，如何夹持和旋转则是另外一个需要解决的难题，因此，开发出一种简便易行的镁合金介入器械电化学抛光用辅助设备也很有必要。

当前，关于镁合金介入器械的电解抛光技术的相关论述较少，江阴法尔胜佩尔新材料科技有限公司陈庆福、沙贵淸公开了一种可生物降解镁合金血管支架体的加工制备方法，但是其抛光液中含有对人体有害物质，且在非常温下进行。上海交通大学章晓波、袁广银等公开了可降解镁合金血管内支架的电化学抛光方法，该方法健康环保，但是其抛光结果不稳定，且操作复杂。关于镁合金介入器械的电解抛光辅助设备的相关论述几乎没有，这种设备在实际生产过程中又具有很大意义。因此，迫切需要一种更加绿色高效的抛光技术和简便易行的辅助设备。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明目的在于提供一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法及辅助设备，该方法及设备操作简便，抛光效果好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法，包括表面预处理和电解抛光，所述的预处理为：将镁合金介入器械在预处理水溶液中于40－70℃超声清洗5－30min，然后再置于无水乙醇中超声清洗5－20min；1L预处理水溶液组成为：磷酸钠5－50g，氢氧化钠5－40g，硅酸钠10－100g，余量为蒸馏水。超声清洗机的功率可选择20－60Hz。

具体的，所述镁合金为镁锌系、镁铝系或镁稀土系镁合金。本发明中磷酸选用质量含量≥85%的溶液（分析纯）。

所述的电解抛光为：将表面预处理过的镁合金介入器械夹持好后置于电解液中，在常温下进行电解抛光；阴极材料为环形网状不锈钢电极，抛光电压为10－20V，抛光电流为0.10－0.20A，电极距离为60－100mm，抛光时间为1－5min。

所述的电解液由磷酸、柠檬酸、丙三醇和无水乙醇组成；1L电解液的成分比例为：磷酸100－500ml，柠檬酸2－8g，丙三醇10－100ml，余量为无水乙醇。

适用于上述镁合金介入器械电化学处理方法的辅助设备，该辅助设备包括传动装置和夹持装置，所述的传动装置是由太阳齿轮、行星齿轮组和内齿圈组成的行星轮系，行星齿轮组位于太阳齿轮和内齿圈之间，电机驱动太阳齿轮自转。行星齿轮组自转和公转。太阳齿轮的直径为20－200mm，太阳齿轮与行星齿轮的直径比为1－20，太阳齿轮转速为5－15转/分。夹持装置与传动装置中的行星齿轮轴相连。

所述的夹持装置包括连接管和与连接管固定连接的中间粗、两端细的柱形管；类似椭圆的柱形结构，椭圆短轴半径为3－10mm，长轴为15－40mm，夹持内径0.5－10mm。主要用以夹持呈中空柱形网状结构的介入器械，如血管支架等。

所述的夹持装置包括连接管和与连接管固定连接的倒U型夹具，该倒U型夹具的一侧内壁设有突锥和凹槽，另一侧与突锥和凹槽相对应的位置处分别设有紧固螺钉。倒U型夹具两侧的间距为5－40mm。主要用以夹持板状、螺钉等不同结构的介入器械。

所述的夹持装置包括连接管和与连接管固定连接的弧形夹具，该弧形夹具由不锈钢管半剖开的两片半圆组成（直径5－20mm，壁厚2－5mm），上端设有紧固螺纹和螺母，主要用以夹持棒状、管状等结构的介入器械。

和现有技术相比，本发明的有益效果：

采用本发明方法和设备，可以获得表面质量良好，光洁度极高，表面粗糙度Ra（干涉法）约为0.002－0.008μm的镁合金介入器械。本发明中选用的预处理水溶液，电解抛光液具有很好的生物相容性，表面处理效果较好，适用于大多数镁合金介入器械。而且相关的辅助设备夹持方式独到方便，能保证产品的均匀抛光，可同时夹持多个不同种类的样品，适用于网状，棒状，管状，板状等各种形状的介入器械的电化学抛光。此外，本发明方法及设备可操作性强，成本低，简便，效果好。处理后的介入器械表面质量较好且光亮。

附图说明

图1为本发明所述辅助设备的结构示意图；

图2为图1中传动装置的结构示意图；

图3为本发明辅助设备中夹持装置的一种结构示意图，用以夹持呈中空柱形网状结构的介入器械；

图4为本发明辅助设备中夹持装置的一种结构示意图，用以夹持呈板状或螺钉结构的介入器械；

图5为本发明辅助设备中夹持装置的一种结构示意图，用以夹持呈棒状或管状结构的介入器械。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例 1 ：对镁锌钇钕合金血管支架的电解抛光

一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法，包括表面预处理和电解抛光，所述的预处理为：将镁锌钇钕合金血管支架在预处理水溶液中于50℃超声清洗15min，然后再置于无水乙醇中超声清洗10min；1L预处理水溶液组成为：磷酸钠30g，氢氧化钠20g，硅酸钠80g，余量为蒸馏水。超声清洗机的功率选择50Hz。所述的电解抛光为：将表面预处理过的镁锌钇钕合金血管支架夹持好后置于电解液中，在常温下进行电解抛光；阴极材料为环形网状不锈钢电极，抛光电压为15V，抛光电流为0.10A，电极距离为80mm，抛光时间为3min。所述的电解液由磷酸、柠檬酸、丙三醇和无水乙醇组成；1L电解液的成分比例为：磷酸300ml，柠檬酸6g，丙三醇50ml，余量为无水乙醇。

如图1至3所示，一种适用于上述镁锌钇钕合金血管支架电化学处理方法的辅助设备，该辅助设备包括传动装置1和夹持装置，所述的传动装置是由太阳齿轮7、行星齿轮组8和内齿圈9组成的行星轮系，行星齿轮组8位于太阳齿轮7和内齿圈9之间，电机驱动太阳齿轮7自转。行星齿轮组8自转和公转。太阳齿轮7的直径为100mm，太阳齿轮7与行星齿轮的直径比为10，太阳齿轮7的转速为10转/分。所述的夹持装置包括连接管2和与连接管2固定连接的中间粗、两端细的柱形管3（类似椭圆的柱形结构，椭圆短轴半径为5mm，长轴为30mm，夹持内径5mm）。主要用以夹持呈中空柱形网状结构的血管支架4。夹持装置的连接管2与传动装置1中的行星齿轮的轴插接，夹持装置的数量与行星齿轮的数量相同，即每个行星齿轮的轴上插接一个夹持装置。如图中所示，该辅助设备可以同时处理六个血管支架。

使用该辅助设备进行电解抛光时，先将阴极材料6放入盛有电解液的电解槽5内，然后组装好传动装置1和夹持装置，将夹持有介入器械的夹持装置伸入电解槽5内，且位于环形网状不锈钢阴极的内部，调整好相应的抛光条件，即可开始抛光。抛光结束后，迅速取出介入器械并再次置于无水乙醇中室温超声清洗5min。

剖光后的锌钇钕合金血管支架表面粗糙度Ra 0.0031μm。

实施例 2 ：对镁锌钙骨板或骨钉的电解抛光

一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法，包括表面预处理和电解抛光，所述的预处理为：将镁锌钙骨板或骨钉在预处理水溶液中于60℃超声清洗10min，然后再置于无水乙醇中超声清洗10min；1L预处理水溶液组成为：磷酸钠20g，氢氧化钠30g，硅酸钠60g，余量为蒸馏水。超声清洗机的功率选择50Hz。所述的电解抛光为：将表面预处理过的镁锌钙骨板或骨钉夹持好后置于电解液中，在常温下进行电解抛光；阴极材料为环形网状不锈钢电极，抛光电压为10V，抛光电流为0.20A，电极距离为70mm，抛光时间为5min。所述的电解液由磷酸、柠檬酸、丙三醇和无水乙醇组成；1L电解液的成分比例为：磷酸150ml，柠檬酸8g，丙三醇30ml，余量为无水乙醇。

一种适用于上述镁锌钙骨板或骨钉电化学处理方法的辅助设备，该辅助设备包括传动装置和夹持装置，所述传动装置可参照实施例1。所述夹持装置（如图4所示）包括连接管2和与连接管2固定连接的倒U型夹具10，该倒U型夹具10的一侧内壁设有突锥11和凹槽12，另一侧与突锥11和凹槽12相对应的位置处分别设有第一紧固螺钉13和第二紧固螺钉14。倒U型夹具两侧的间距为20mm。

当介入器械为镁锌钙骨板时，将骨板垂直置于倒U型夹具内，依据骨板的厚度，适当调整拧紧第一紧固螺钉13，通过突锥11和第一紧固螺钉13的尖端顶住骨板，使骨板不移动不滑动。当介入器械为镁锌钙骨钉时，将骨钉水平放置，一端顶住凹槽12，另一端适当拧紧第二紧固螺钉14，通过凹槽12和第二紧固螺钉14 使骨钉不移动不滑动。

剖光后的镁锌钙骨板或骨钉表面粗糙度Ra 0.0044μm。

实施例 3 ：对 AZ31 合金丝材的电解抛光

一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法，包括表面预处理和电解抛光，所述的预处理为：将AZ31合金丝材在预处理水溶液中于70℃超声清洗5min，然后再置于无水乙醇中超声清洗15min；1L预处理水溶液组成为：磷酸钠45g，氢氧化钠10g，硅酸钠30g，余量为蒸馏水。超声清洗机的功率选择50Hz。所述的电解抛光为：将表面预处理过的AZ31合金丝材夹持好后置于电解液中，在常温下进行电解抛光；阴极材料为环形网状不锈钢电极，抛光电压为20V，抛光电流为0.10A，电极距离为60mm，抛光时间为3min。所述的电解液由磷酸、柠檬酸、丙三醇和无水乙醇组成；1L电解液的成分比例为：磷酸400ml，柠檬酸3g，丙三醇80ml，余量为无水乙醇。

一种适用于上述AZ31合金丝材电化学处理方法的辅助设备，该辅助设备包括传动装置1和夹持装置，所述传动装置可参照实施例1。所述夹持装置（如图5所示）包括连接管2和与连接管2固定连接的弧形夹具，该弧形夹具为不锈钢管半剖开的两片半圆16（直径10mm，壁厚3mm），上端设有紧固螺纹和螺母15，主要用以夹持棒状、管状等结构的介入器械。

将AZ31合金丝材***弧形夹具内，再拧动上端的紧固螺纹和螺母15，然后再将夹持装置装配到传动装置1上。

剖光后的AZ31合金丝材表面粗糙度Ra 0.0067μm。

以上所述仅是本发明的部分实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于镁合金介入器械的电化学处理方法，包括表面预处理和电解抛光，其特征在于，所述的预处理为：将镁合金介入器械在预处理水溶液中于40 － 70℃超声清洗5 －30min，然后再置于无水乙醇中超声清洗5 － 20min ；1L 预处理水溶液组成为：磷酸钠5 －50g，氢氧化钠5 － 40g，硅酸钠10 － 100g，余量为蒸馏水；

所述的电解抛光为：将表面预处理过的镁合金介入器械夹持好后置于电解液中，在常温下进行电解抛光；阴极材料为环形网状不锈钢电极，抛光电压为10 － 20V，抛光电流为0.10 －0.20A，电极距离为60 － 100mm，抛光时间为1 － 5min；

所述的电解液由磷酸、柠檬酸、丙三醇和无水乙醇组成；1L 电解液的成分比例为：磷酸100 －500ml，柠檬酸2 － 8g，丙三醇10 － 100ml，余量为无水乙醇。

2.如权利要求1 所述适用于镁合金介入器械的电化学处理方法，其特征在于，所述镁合金为镁锌系、镁铝系或镁稀土系镁合金。

3.适用于权利要求1 至2 任一所述镁合金介入器械电化学处理方法的辅助设备，其特征在于，该辅助设备包括传动装置和夹持装置，所述的传动装置是由太阳齿轮、行星齿轮组和内齿圈组成的行星轮系，行星齿轮组位于太阳齿轮和内齿圈之间；太阳齿轮的直径为20 － 200mm，太阳齿轮与行星齿轮的直径比为1 － 20：1。

4.如权利要求3 所述适用于镁合金介入器械电化学处理方法的辅助设备，其特征在于，所述的夹持装置包括连接管和与连接管固定连接的中间粗、两端细的柱形管。

5.如权利要求3 所述适用于镁合金介入器械电化学处理方法的辅助设备，其特征在于，所述的夹持装置包括连接管和与连接管固定连接的倒U 型夹具，该倒U 型夹具的一侧内壁设有突锥和凹槽，另一侧与突锥和凹槽相对应的位置处分别设有紧固螺钉。

6.如权利要求3 所述适用于镁合金介入器械电化学处理方法的辅助设备，其特征在于，所述的夹持装置包括连接管和与连接管固定连接的弧形夹具，该弧形夹具由不锈钢管半剖开的两片半圆组成，上端设有紧固螺纹和螺母。