表面改性射频消融针及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种表面改性射频消融针及在制备治疗肿瘤射频消融治疗仪器中的应用，所述射频消融针的针尖端表面形成厚度为4～5μm，表面孔径600～800nm的Ti/Ti-DLC多孔膜，在针杆端形成厚度为4～5μm，表面孔径600～800nm?Ti/DLC复合层；本发明利用碳膜低摩擦、高硬度、良好血液相容性的特点对射频消融针表面进行改性，通过对纳米表面改性材料的抗菌性及组织相容性进行研究，选用一种既可大幅降低射频消融针的表面阻力，又可减少针尖与周围组织的粘连和感染的纳米材料对射频针进行改性，进而大幅度地降低气胸、血气胸等并发症的发生率，提高射频针的总体性能，提高临床疗效。
【专利说明】表面改性射频消融针及其应用 (一）
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种纳米材料表面涂层改性射频消融治疗针，针尖部分沉积金属掺杂 DLC导电涂层，针杆部分沉积DLC绝缘涂层，并研究纳米材料的抗菌性、摩擦系数及组织相 容性的应用，从而将其应用于肿瘤治疗。 (二）
【背景技术】
[0002] 肺癌已成为我国癌症发病率和死亡率最高的恶性肿瘤。肺癌患者年龄大，往往合 并肺气肿等严重疾病，20?30%左右患者无法耐受手术、化疗、放疗，而且大量病例放疗、 化疗失败后放弃治疗，另有20 %恶性肿瘤会发生肺部转移，这些都需要局部微创治疗。射频 消融治疗（Radiofrequency Ablation, RFA)作为一种治疗肝脏等实质性脏器恶性肿瘤是安 全可行的，近年来将该技术试用于肺部恶性肿瘤的治疗，虽取得一定的临床疗效，但也存在 不少亟待解决的问题。如"热降效应"、肺泡内的大量气体引起"高电阻抗现象"、射频消融 过程中针尖与周围组织的粘连、术中不能同时向射频治疗肺部肿瘤区域注射药物等，这些 因素导致消融毁损范围不够，成为影响疗效的主要原因。本发明通过纳米材料表面改性新 技术，研制新型的射频消融针；减少术后并发症及不良反应，扩大肺部恶性肿瘤射频毁损范 围，具有重要的临床意义和经济、社会效益。
[0003] RFA是一种肿瘤热疗方法，其基本原理是利用热能损毁肿瘤组织，由电极发出射频 波使其周围组织中的离子和极性大分子振荡撞击摩擦发热，将肿瘤区加热至有效治疗温度 范围并维持一段时间以杀灭肿瘤细胞；射频热效应能使周围组织的血管凝固，形成一个反 应带，使之不能向肿瘤供血而防止肿瘤转移；射频的热效应可增强机体的免疫力，从而抑制 肿瘤的生长。但目前传统射频针材质、弹性、韧性较差，射频针表面光滑度差，摩擦阻力较 大；且国产射频针过粗，表面粗糙及治疗过程中易引起气胸、血气胸等并发症，严重影响医 疗安全性。
[0004] 采用具有良好生物医学兼容性、低摩擦系数、良好化学惰性的纳米非晶碳基薄膜 材料，对人体疾病治疗的使用器械和植入器件进行表面改性，被认为是解决上述射频消融 针表面粗糙、性能低的最理想途径之一。
[0005] 纳米非晶碳基薄膜是一大类非晶碳材料的统称，具有高硬度、低摩擦系数、良好耐 磨耐蚀性、极佳的生物相容性、表面光滑等综合优异特点。近年来作为现代医学工程技术和 碳材料领域中的重要分支和研究热点，已备受关注和重视。例如，在人体骨关节植入器件 (鹘关节、踝关节、肩关节、膝关节等）表面进行纳米碳膜的表面处理，发现器件表面的摩擦 磨损大幅降低，几乎无碎屑产生的局域组织严重反应，且有助于成骨细胞的增生和破骨细 胞活动的降低，极大地延长了器件的使用寿命和增强了器件的修复功能化。国内对于纳米 非晶碳膜材料的研究进行的也比较广泛，但对于生物医疗器械用的生物表面改性材料研究 还很少，与国外相比还需大力发展。而利用纳米材料对射频消融针进行表面改性，在国内外 还属于空白。
[0006] 采用纳米非晶碳膜新材料对射频消融针"穿上" 一层具有"抗菌作用"的薄外衣， 利用碳膜低摩擦、高硬度、良好血液相容性的特点对射频针进行表面改性，不仅可大幅降低 进针时的表面阻力，减少针尖与周围组织的粘连和感染，降低气胸、血气胸等并发症的发生 率，可进一步提1?射频针的总体性能，提1?疗效。
[0007] 因此，针对以上存在问题，对传统射频针采用纳米碳基涂层材料进行表面改性，进 行工艺优化，并进而研制开发高性能的新型射频消融针。并对其纳米材料改性进行抗菌性 及组织相容性进行研究，改善其性能。 (三）
【发明内容】
[0008] 传统射频针存在着以下几个方面的不足：如材质、弹性、韧性较差，射频针表面光 滑度差，摩擦阻力较大；表面粗糙及治疗过程中易引起气胸、血气胸等并发症，严重影响医 疗安全性等。本发明的技术目的是针对现有射频消融治疗针的不足，利用碳膜低摩擦、高硬 度、良好血液相容性的特点，采用纳米非晶碳膜新材料对射频消融针表面改性，从而大幅降 低射频消融治疗针的表面阻力、减少针尖与周围组织的粘连和感染，降低气胸、血气胸等并 发症的发生率，提高射频针的总体性能，并提高疗效；同时对纳米表面改性材料的抗菌性及 组织相容性进行研究。
[0009] 本发明采用的技术方案是：
[0010] 本发明提供一种表面改性射频消融针，所述表面改性射频消融针按如下方法制 备：（1)导电层（即沉积金属掺杂DLC导电层）：将射频消融针的针尖端（通常针尖长度为 针长度的18% )置于磁控与离子束复合溅射沉积系统（即双弯曲磁过滤阴极电弧复合磁控 溅射镀膜装置，中科院宁波材料所提供）的中空腔室，抽真空，然后通过离子源向放置射频 消融针针尖的中空腔室内通入流量为2〇 SCCm的乙炔气体，离子源电流为0. 10?0. 15A，然 后以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为40?5〇SCCm，氩气溅射电流为2A，偏 压-100V，沉积至射频消融针的针尖端表面形成厚度为2?3 μ m，表面孔径400?600nm的 Ti多孔膜（通常沉积时间为20min);接着通过离子源向放置射频消融针针尖的中空腔室内 通入流量为30?4〇SCCm的乙炔气体，离子源电流为0. 20?0. 25A，然后以钛为溅射靶材， 向溅射靶内通入氩气，氩气流量为70?8〇SCCm，氩气溅射电流为3A，向射频消融针基体施 加脉冲偏压-200V，在射频消融针针尖端的Ti多孔膜表面形成Ti-DLC层（通常沉积时间 为60min)，沉积至射频消融针的针尖端表面形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm 的Ti/Ti-DLC多孔膜；（2)非导电层：取出步骤（1)制备的针尖端形成Ti/Ti-DLC多孔膜的 射频消融针，将形成Ti/Ti-DLC多孔膜的针尖部分铝箔纸包覆遮挡后，将针杆端置于离子 束复合磁控溅射沉积系统的中空腔室中，抽真空，然后通过离子源向放置射频消融针针杆 的中空腔室内通入流量为2〇 SCCm的乙炔气体，离子源电流为0. 1?0. 15A，再以钛为溅射 靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为40?5〇SCCm，氩气溅射电流为2A，偏压-100V，沉 积至射频消融针的针杆端表面形成厚度为2?3 μ m，表面孔径400?600nm的Ti多孔膜 (通常沉积时间为20min);接着通过离子源向放置射频消融针针杆的中空腔室内通入流量 为30?40sccm的乙炔气体，离子源电流为0. 20?0. 25A，同时施加-200V的脉冲偏压，从 而在射频消融针针杆端的Ti多孔膜表面形成DLC层（通常沉积时间为60min)，沉积至针杆 端形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm Ti/DLC复合层，获得表面改性的射频消融 针。
[0011] 进一步，优选步骤（1)所述Ti多孔膜的沉积条件为：乙炔气体的流量为2〇SCCm， 离子源电流为〇. 1A，氩气流量为4〇SCCm，氩气溅射电流为2A，偏压-100V，沉积时间为 20min，在射频消融针的针杆端表面形成厚度为2?3 μ m，表面孔径400?600nm的Ti多孔 膜过渡层。
[0012] 进一步，优选步骤（l)Ti-DLC多孔膜沉积条件为：通入流量为4〇SCCm的乙炔气体， 离子源电流为〇. 2A，然后以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为7〇SCCm，氩气 溅射电流为3A，同时施加-200V的脉冲偏压，沉积时间为60min，从而在射频消融针的针杆 端表面形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm Ti/DLC层。
[0013] 进一步，优选步骤（2)Ti多孔膜形成条件为：乙炔气体的流量为2〇SCCm，离子源 电流为0. 1A，以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为4〇SCCm，氩气溅射电流为 2A，偏压-100V，沉积时间为20min，在射频消融针的针杆端表面形成厚度为2?3 μ m，表面 孔径400?600nm的Ti多孔膜过渡层。
[0014] 进一步，优选步骤（2)所述DLC层形成的条件为：乙炔气体的流量为40sccm，离子 源电流为0. 2A，偏压-200V，沉积时间为60min ;在射频消融针的针杆端的Ti多孔膜表面形 成DLC层，从而在射频消融针的针杆端表面形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm的 Ti-DLC复合层。
[0015] 本发明还提供一种所述表面改性射频消融针在制备治疗肿瘤射频消融治疗仪器 中的应用。
[0016] DLC(Diamond like carbon,类金刚石膜）薄膜材料，DLC类金刚石薄膜具有与高硬 度的金刚石相似的物性，是一种含有聚合氢的非晶体碳膜（a_C:H)。由于具有耐磨和低摩擦 系数，而成为固体润滑薄膜材料。成分由SP3键合的四面体金刚石结构、SP2键合的平面石 墨结构以及聚合氢的混合构成。为了解决此问题，人们提出多种解决手段，包括掺杂（非金 属如N、P、Si等；金属如Ti等）。Ar作为常用辅助气体，可看做掺杂方式的一种。因此对 射频消融针表面改性不仅要抑制有害金属离子的溶出，而且要促进组织的再生和加强材料 与组织结合。
[0017] DLC薄膜具有良好的生物相容性，对射频消融针的表面改性。本发明采用离子注入 改性法，是将所需的元素在离子气化室中进行气化，通过高频放电使其离子化，以外加电场 导出、聚束和加速，使其形成高能细小的离子束而打入作为靶的固体材料表面，从而达到改 变材料表层性能的方法。关键在于在针尖部分沉积金属Ti掺杂DLC导电层（Ti/Ti - DLC 层）；而针杆部分沉积纯DLC绝缘DLC涂层（Ti/DLC层）。Ti靶清洗：50sccm，2A，5min ;Ar 离子刻蚀：〇. 2A，lOmin，偏压100V。
[0018] 非导电层，射频针针杆部分纳米材料改性：采用离子注入改性法，是将所需的元 素在离子气化室中进行气化，通过高频放电使其离子化，以外加电场导出、聚束和加速，使 其形成高能细小的离子束而打入作为靶的固体材料表面，从而达到改变材料表层性能的方 法。Ti-DLC薄膜层的厚度为4?5 μ m，表面孔径为600?800nm。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：利用碳膜低摩擦、高硬度、良好 血液相容性的特点对射频消融针表面进行改性，通过对纳米表面改性材料的抗菌性及组织 相容性进行研究，选用一种既可大幅降低射频消融针的表面阻力，又可减少针尖与周围组 织的粘连和感染的纳米材料对射频针进行改性，进而大幅度地降低气胸、血气胸等并发症 的发生率，提高射频针的总体性能，提高临床疗效。 (四）
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1表面改性射频消融针的模式图。
[0021] 图2为实施例2制备的Ti多孔膜摩擦性能的变化曲线。
[0022] 图3为实施例2制备的Ti多孔膜表面应力变化曲线。
[0023] 图4为实施例2制备的Ti多孔膜表面平均摩擦系数变化图。
[0024] 图5为实施例1对射频消融针表面改性的S-4800型场发射扫描电镜（FESEM)图， A为步骤（2)制备的针杆端表面Ti/DLC纳米表面涂层的表面形貌；B为步骤（1)制备的针 尖端Ti/Ti-DLC纳米表面涂层的表面形貌。
[0025] 图6为实施例1步骤（1)制备的纳米表面改性射频消融针针尖部分Ti-DLC膜的 扫描电子显微镜（SEM)衍射图。
[0026] 图7为实施例3将涂层涂于不锈钢柱表面的示意图，A为未喷涂的对照组，B为喷 涂厚度4?5 μ m，表面孔径600?800nm的Ti/DLC复合层，C为喷涂厚度4?5 μ m，表面 孔径600?800nm的Ti/Ti-DLC多孔膜。
[0027] 图8为实施例4表面改性材料的抑菌性能图。
[0028] 图9为实施例5中表面改性材料的生物相容性显微图（*400倍）。
[0029] 图10为实施例5中表面改性材料的生物相容性显微图（*400倍）。 (五）
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于 此：
[0031] 实施例1
[0032] (1)导电层：采用离子注入改性法对射频消融针的针尖部分进行钠米材料改性。
[0033] 将射频消融针的针尖端（长度16. 65cm，直径18G，针杆长度12. 45cm，针尖长度 3cm)置于双弯曲磁过滤阴极电弧复合磁控溅射镀膜装置（购自中科院宁波材料所）的中空 腔室内，抽真空，然后通过离子源向放置射频消融针针尖的中空腔室内通入流量为2〇 SCCm 的乙炔气体，离子源电流为0. 10A，然后以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为 4〇SCCm，氩气溅射电流为2A，偏压-100V，沉积时间为20min，在射频消融针的针尖端表面形 成厚度为2 μ m，表面孔径400?600nm的Ti多孔膜（检测Ti多孔膜的四面体非晶碳膜结 构和摩擦性能，膜应力，以及平均摩擦系数，方法同实施例2);接着通过离子源向放置射频 消融针针尖的中空腔室内通入流量为4〇 SCCm的乙炔气体，离子源电流为0. 2A。然后以钛为 溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为7〇SCCm，氩气溅射电流为3A，偏压-200V，沉积 时间为60min ;在射频消融针的针尖端的Ti多孔膜表面形成Ti-DLC层（采用场发射扫描 电子显微镜（SEM)对表面涂层的表面形态进行衍射扫描，如图6所示），从而在射频消融针 的针尖端表面形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm的Ti/Ti-DLC多孔膜，纳米表面 涂层的表面形貌如图5中B所不。
[0034] (2)非导电层：采用离子注入改性法对射频针针杆部分进行纳米材料改性。
[0035] 将表面形成Ti/Ti-DLC多孔膜的射频消融针的针尖端用铝泊纸包覆后，将射频消 融针（长度16. 65cm，直径18G，针杆长度12. 45cm，针尖长度3cm)的针杆端置于双弯曲磁过 滤阴极电弧复合磁控溅射镀膜装置（购自中科院宁波材料所）的中空腔室中，抽真空，然后 通过离子源向含射频消融针的针杆的中空腔室内通入流量为2〇 SCCm的乙炔气体，离子源 电流〇. 1A，然后以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为4〇SCCm，氩气溅射电流 为2A，偏压-100V，沉积时间为20min，在射频消融针的针杆端表面形成厚度为2?3 μ m，表 面孔径400?600nm的Ti多孔膜；接着通过离子源向含射频消融针的针杆的中空腔室内通 入流量为4〇 SCCm的乙炔气体，离子源电流为0. 2A，同时施加-200V的脉冲偏压，沉积时间为 60min。从而在射频消融针的针杆端表面形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm Ti/ DLC复合层，纳米表面涂层的表面形貌如图5中A所示。
[0036] 实施例2
[0037] 将实施例1步骤（1)中Ti/DLC多孔膜形成过程的氩气流量分别改为20、50、 100ml/min，其他操作同实施例1，获得了厚度4?5 μ m，表面孔径600?800nm Ti/DLC多孔 膜层，检测不同Ar流量条件下制备的Ti/DLC多孔膜的四面体非晶碳膜结构和摩擦性能的 变化（图2)，膜应力的变化（图3)，以及平均摩擦系数的变化（图4)。
[0038] (1)四面体非晶碳膜结构和摩擦性能
[0039] 薄膜的粗糙度及厚度通过表面轮廓仪（KLaTencor Alpha-Step IQ, Scientech Co. , USA)进行表征。摩擦性能从20ml/min Ar流量的9. 5nm/min逐渐下降到100ml/min Ar 时的8. 2nm/min,且随着Ar流量增加，薄膜表面粗糙度随之下降，薄膜趋于光滑。
[0040] ⑵膜应力
[0041] 应力是制约四面体非晶碳膜厚度范围的主要因素之一，应力大小可通过Stoney 方程计算获得。
【权利要求】
1. 一种表面改性射频消融针，其特征在于所述表面改性射频消融针按如下方法制备： (1)导电层：将射频消融针的针尖端置于磁控与离子束复合磁控溅射沉积系统的中空腔室 内，抽真空，然后通过离子源向中空腔室内通入流量为2〇SCCm的乙炔气体，离子源电流为 0. 10?0. 15A，然后以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为40?5〇SCCm，氩气 溅射电流为2A，偏压-100V，沉积至射频消融针的针尖端表面形成厚度为2?3μπι，表面孔 径400?600nm的Ti多孔膜；接着通过离子源向中空腔室内通入流量为30?4〇 SCCm的乙 炔气体，离子源电流为〇. 20?0. 25A，然后以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流 量为70?8〇SCCm，氩气溅射电流为3A，向射频消融针基体施加脉冲偏压-200V，沉积至射频 消融针针尖端形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm的Ti/Ti-DLC多孔膜，获得针尖 端表面形成Ti/Ti-DLC多孔膜的射频消融针；（2)非导电层：取出步骤（1)制备的针尖端形 成Ti/Ti-DLC多孔膜的射频消融针，将针杆端置于离子束复合磁控溅射沉积系统的中空腔 室中，抽真空，然后通过离子源向中空腔室内通入流量为2〇 SCCm的乙炔气体，离子源电流 为0. 1?0. 15A，再以钛为溅射靶材，向溅射靶内通入氩气，氩气流量为40?5〇SCCm，氩气 溅射电流为2A，偏压-100V，沉积至射频消融针的针杆端表面形成厚度为2?3μπι，表面孔 径400?600nm的Ti多孔膜；接着通过离子源向中空腔室内通入流量为40?5〇 SCCm的乙 炔气体，离子源电流为〇. 20?0. 25A，脉冲偏压-200V，沉积至射频消融针针杆的针杆端表 面形成厚度为4?5 μ m，表面孔径600?800nm的Ti/DLC复合层，获得表面改性的射频消 融针。
2. 如权利要求1所述表面改性射频消融针，其特征在于步骤⑴所述Ti多孔膜的沉积 条件为：乙炔气体的流量为2〇SCCm，离子源电流为0. 1A，氩气流量为4〇SCCm，氩气溅射电流 为2A，偏压-100V，沉积时间为20min。
3. 如权利要求1所述表面改性射频消融针，其特征在于步骤（1)所述Ti-DLC多孔膜沉 积条件为：通入流量为4〇SCCm的乙炔气体，离子源电流为0. 2A，氩气流量为7〇SCCm，氩气溅 射电流为3A，偏压-200V，沉积时间为60min。
4. 如权利要求1所述表面改性射频消融针，其特征在于步骤（2)所述Ti多孔膜形成条 件为：通入流量为2〇SCCm的乙炔气体，离子源电流为0. 1A，氩气流量为4〇SCCm，氩气溅射电 流为2A，偏压-100V，沉积时间为20min。
5. 如权利要求1所述表面改性射频消融针，其特征在于步骤（2)所述DLC层形成的条 件为：乙炔气体流量40sccm，离子源电流为0. 2A，偏压-200V，沉积时间为60min。
6. -种权利要求1所述表面改性射频消融针在制备治疗肿瘤射频消融治疗仪器中的 应用。
【文档编号】C23C14/46GK104046948SQ201410226662
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】方勇, 王章桂, 韩卫东, 潘宏铭 申请人:浙江大学