微创手术器械高频电刀表面仿生脱附研究

发布时间：2019-09-04 16:08

【摘要】：高频电刀是应用最普遍的一种载能微创手术器械,通过电极(刀头)尖端产生的高频高压电流与肌体接触时对组织进行加热,实现肌体组织的分离和凝固,从而起到切割和止血的目的。但工作时电刀温度过高,手术时活体组织受到高温发生裂解、焦痂碳化,粘连在刀头表面,影响手术效果或引起组织撕裂。传统电刀防粘方法依靠简单涂层技术、牙口优化技术等,很难满足微创医疗器械高效防粘要求。因此,本文依靠典型植物叶表面优异特性,研究高频电刀表面仿生防粘设计和制造。本文选取苏子叶和玉米皮为生物模本进行表面表征。苏子叶表面具有拼图状版块拼接而成的表面形态,没有二级结构。玉米皮表面具有相间分布的顺向条状形态,上覆网格状,且有二级微纳结构,表面蜡质较多。苏子叶和玉米皮表面分别为亲水性和疏水性。植物叶表面粘附力由小到大排序为：新鲜玉米皮热处理玉米皮新鲜苏子叶热处理苏子叶。玉米皮表面脱附性能较苏子叶表面较好,新鲜叶表面较热处理后叶表面脱附性能好。即新鲜玉米皮具有良好的脱附性能和疏水性能,所以作为疏水、防粘、脱附的生物表面原型。以天然新鲜玉米皮为模板,采用二次转写法,制得具有玉米皮表面微结构的仿生PDMS模板,能够成功地在微米级的水平上真实地复制植物叶表面的微观形貌。玉米皮正、反结构PDMS膜接触角比光滑PDMS膜明显增加,说明玉米皮表面微结构对于材料疏水性有积极作用。用ANSYS软件对玉米皮表面微观形态进行实体建模,并进行稳态热传导分析。研究表明：宽条纹上表面相对于窄条纹温度稍高,热流在宽条纹上传递多与窄条纹。间隙凹陷处相对于条纹顶部稍高,热流流至间隙处时温度降低于流至条纹顶部时。表面形态会增加表面积,有助于散热。综合分析了玉米皮表面润湿性、表面形态与接触面积、应力、大气压强对防粘脱附的影响机理。玉米皮表面接触角大,润湿性差；具有表面复合非光滑形态结构；产生应力集中以及热应力；表面结构和内部吸附空气,都减弱了接触界面粘附力。设计了圆形和条形相间分布的电刀表面仿生形态,采取激光加工的方法,在刀头表面雕刻仿生形态。用高频电刀设备进行载能模拟电切测试,分析电刀头的粘附质量与表面形态关系。极差分析结果的最优组合为Z11Z22Z33,因素主次顺序为Z2Z3Z1。回归分析建立粘附质量与表面几何参数的回归方程为y=5.9325+0.03221-0.025122+0.003823。试验分析了不同功率和电切时间对组织的致热效应。在16-64W的电切功率和1-6s的电切时间下,刀头粘附质量逐渐减小。当电切功率过低或时间过短时,电流积累的热量达不到组织的变性温度；温度一定时,组织脱水固化；温度过高时,组织炭化。
【图文】：

液体弯月面,球面,平面

图 1.1 球面与平面间形成的液体弯月面面接触的微凸体看作半径为的球面，当接触点产生拉普拉斯力为： 2 1(-1 1-1 2) 体的接触角 1= 2= ，则表面张力的法向分量 = 2 13 3 ( ) 般较小，常可忽略不计，因此弯月面力可表示为 = = 4 1-1 的作用与接触面的尺度紧密相关，上述公式只有用。附状态

粗糙表面接触,毛细,接触区域,液体

图 1.2 表面间的湿性接触：(a)三维粗糙表面接触；(b)实际接触区域；(c)围绕粗糙点的毛细液体桥粗糙度的分布函数为 ( )服从 Gauss 分布，为峰顶与液体的接触角，，液体的表面张力为，液膜厚度为每个微凸体产生的弯月面力( ) 加和得到总弯月面力 = ∫( ) ( ) = 2 (1 -1 )∞ ∫ ( ) ∞ 为名义上发生接触的凸峰数。那么 = 为名义月面力、外部载荷与接触面间距的关系为： = =43 12 ∫ ( )32 ( ) ∞ 粘附的主要因素
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH777

【参考文献】