[发明专利]一种医用材料表面改性系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医用材料表面改性方法及装置，具体为一种利用大气压下产生的均匀介质阻挡放电低温等离子体来改变医用材料的表面性能的方法及装置。 

背景技术

医用生物材料长期与人体接触时，必须充分满足与生物体环境的相容性，即生物体不与之发生任何毒性、致敏、炎症、血栓等不良生物反应。这些都取决于材料表面与生物体环境的相互作用。因而，有效控制和改善生物材料的表面性质，是改善和促进材料表面与生物体之间的有利相互作用、抑制不利的相互作用的关键途径，这也是目前医用材料研究在热点。影响材料与生物体之间的相互作用的因素有生物材料表面的成分、表面形貌、表面能量状态、亲(疏)水性、表面电荷等因素。 

目前，通过对材料表面进行处理达到改善材料表面性能的常用方法有化学湿法处理、光化学法处理、紫外辐射以及等离子体处理等。其中化学湿法实践过程中多使用一些有毒的化学试剂，不仅严重污染环境，对人体也有极大的危害。而光化学法以及紫外辐射法等处理技术受射线能量限制，其处理效果较能控制。与其相比低温等离子体表面处理技术对材料表面的作用深度仅数百埃，不会影响基体材料的性质，并且可以处理各种形状的材料表面，具有工艺简单、操作简便、易于控制、无污染等优点，因此低温等离子体技术是较为理想的医用材料表面改性技术。 

等离子体是一种部分或全部电离的气态物质，含有亚稳态和激发态的原子、分子、离子等粒子，可与材料表面相互作用，产生表面反应，使表面发生物理化学变化而实现表面改性。等离子体表面改性有三种类型，分别是等离子体表面处理、等离子体表面聚合以及等离子体表面接枝。等离子体表面处理主要是用非聚合性的无机气体产生的等离子体对材料进行处理。(如国内申请号200510126484.5中公开的“射频多电容耦合等离子体表面处理设备”)是在真空腔内惰性气体在射频功率源的作用下放电产生等离子体，激发态气体分子与放置于射频电极上的材料表面相互作用，使材料表面实现消毒灭菌及表面改性的效果。但具体实施中，由于真空系统的引入使得操作过程极为繁琐，并且裸露的射频电极在具体实施过程中会对放电环境造成污染，实践中对放电使用的射频源也有较高的参数及负载匹配性要求。等离子体表面聚合通常也是在射频或微波激励源激励下，对有机气态单体等离子体化，使其产生各类基团，这些活性基团之间及活性基团单体之间进行加成反应而形成聚合膜从而达到材料改性的目的。等离子体表面接枝聚合的过程是材料表面经等离子体处理后产生活性基团形成活性中心，与气相或液相单体接触引发单体与基体表面进行接枝聚合反应(如国内申请号 201110317878.4公开是“一种高分子材料表面改性等离子体处理方法”)。 

目前报道的应用等离子体技术对医用高分子材料进行表面改性，主要还是集中在真空系统内的低压辉光放电等离子体技术，如内国内申请号200710026875.9中公开的“用于细胞培养的高分子材料的表面处理技术”是将成品的细胞培养容器放入等离子体处理器中，在真空或负压状态下引入氧气、氮气或其他等离子体气体，在合适的工艺条件下放电，在细胞培养容器内表面形成等离子体层，从而改善高分子材料的生物相容性。这一过程的实施不足之处在于，在整个处理过程中仍需要在真空系统中进行，真空腔的存在，一方面使得设备的制造和维护费用大大增加，另一方面也限制了被处理工件的几何尺寸，从而极大地限制了其应用范围，并且真空系统中通入放电气体后整个处理过程结束后才能更换其他放电气体，因而只能实现单一的等离子体聚合过程或等离子体表面处理过程，后期还需要辅以其他反应过程以达到实现材料的生物相容性。 

国内申请号200710090033.X中公开的“双介质阻挡放电处理薄膜材料表面的系统”其特征在于，在空气中由多组被玻璃管或陶瓷管包覆的金属管电极，在放电进行时电极自身也在转动，在电极之间可以穿过薄膜材料达到表面改性的目的。该处理系统在具体实施过程中为了实现较为温和的均匀准辉光放电，只能在仅供薄膜穿过的极小电极间隙下放电产生等离子体，极大的限制了可供处理材料的体积，同时需要马达或薄膜材料带动电极自转，避免电极的局部受热不均匀。该方法只能局限于部分薄膜材料的表面处理应用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种医用材料表面改性方法和装置，采用本装置，通过调控工作气体气路，可以实现对医用材料的表面改性以及表面聚合接枝等反应的自由切换。 

本发明系统特征在于，含有：气源子系统、放电工作舱子系统和控制子系统，其中： 

气源子系统1，含有：多路供气管道、混气罐与气管，其中：