一种医用材料表面改性系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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】
[0002] 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宄 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。
[0003] 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。
[0004] 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"）。
[0005] 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。
[0006] 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。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型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。
[0008] 本实用新型系统特征在于，含有：气源子系统、放电工作舱子系统和控制子系统， 其中：
[0009] 气源子系统1，含有：多路供气管道、混气罐与气管，其中：
[0010] 多路供气管道11，用以提供便于自由切换的单路或多路混合的工作气体，每一路 所述的供气管道由用于控制所述工作气体切换的针阀111、减压阀112和气瓶113串接而 成，
[0011] 混气罐12,进气口与各个所述针阀111的出气口通过气管相连，所述混气罐12的 出气口依次与机壳背面的进气口 1511、机壳内的流量计132通过气管相连通，所述流量计 132的出气口通过气管与等离子体发生工作机构里的气体均流室1510的进气孔142相通， 以便所述气体放电产生等离子体，
[0012] 放电工作舱子系统，是一个所述的等离子体发生工作机构，含有：顶部固定翼 151、上电极152、滑动轨道153、下电极154、输出电压为IkV~30kV、频率为5kHz~16kHz 等离子体激励电源155以及绝缘挡板156,其中：
[0013] 下电极154,上表面紧密贴有厚度为1mm~3mm下绝缘介质片157所述下电极154 通过导线与所述等离子体激励电源155的低压端共同与所述机壳相连并接地，所述下绝缘 介质片157的左右两侧，分别紧密地嵌入在对应的两条所述的滑动轨道153内，共同构成了 一个载物台，
[0014] 上电极152,下表面紧贴有厚度为0. 3mm~3mm的上绝缘介质片158,所述上电极 152通过导线与所述等离子体激励电源的高压端相连，上电极152的上表面与所述顶部固 定翼151的下表面固定相贴，
[0015] 绝缘挡板156,左、右两侧各有一块，左侧的所述绝缘挡板在水平方向开有所述气 体均流室1510的进气孔142,右侧绝缘挡板在水平方向开有阵列式出气孔，所述左、右两块 绝缘挡板156沿纵向从上到下紧贴于所述顶部固定翼151的外侧和所述滑动轨道的外侧，
[0016] 所述左、右两块绝缘挡板1561，1562的内侧，上绝缘介质片158的下表面、下绝缘 介质片157的上表面以及左右二条滑动轨道1531，1532的上表面之间的空间部分共同构成 了所述的气体均流室1510,形成了一个放电工作舱，
[0017] 控制子系统，至少含有控制电机17和微处理器18,其中：
[0018] 控制电机17,含有：第一控制电机171和第二控制电机172,其中：
[0019] 第一控制电机171，输出轴和安装在所述顶部固定翼151上表面的丝杠159同轴连 接，用于控制所述上绝缘介质片158和下绝缘介质片157之间的间隙，实现上下电极之间垂 直间距的控制，调节范围为3mm~10mm，
[0020] 第二控制电机172,通过输出轴同步控制左右两条所述滑动轨道1531，1532的水 平滑动，实现所述载物台进出所述放电工作舱的控制，
[0021] 微处理器18,预设处理时间，单位为秒，以及流量控制范围控制所述二个控制电 机，
[0022] 所述微处理器18还设有以下各输入端：
[0023] 所述第一控制电机171的控制电压输入端以及所述丝杠159的上下位移量反馈输 入端，
[0024] 所述第二控制电机172的控制电压输入端以及所述滑动轨道153的水平位移量反 馈输入端
[0025] 所述等离子体激励电源155的电压控制值输入端和频率控制值输入端，
[0026] 所述微处理器18还设有以下各输出端：
[0027] 所述第一控制电机171的电压值输出端，所述第二控制电机172的电压值输出端，
[0028] 设定工作气体的等离子体激励电压值输出端和频率值输出端。
[0029] 设有：前面板、后面板和左右两侧面板，其中：
[0030] 前面板21上设有：工作舱门211和控制面板212 :
[0031] 工作舱门211，位于所述载物台前端，
[0032] 控制面板212上，设有：
[0033] 所述等离子体激励电压源155的输出电压值的数显表头213和该输出电压的频率 值数显表头214,以及相应的电压调节按钮215和频率调节按钮216,其中：所述电压调节按 钮215输出端和所述微处理器18上的等离子体激励电压控制值输入端相连，所述频率调节 按钮216输出端和对应的所述频率控制值输入端相连，
[0034] 所述第一控制电机171的控制电压调节按钮217,输出端与所述微处理器18上的 所述第一控制电机171的控制电压输入端相连，
[0035] 所述第二控制电机172的控制电压调节按钮218,输出端与所述微处理器18上的 所述第二控制电机172的控制电压输入端相连，
[0036] 流量调节按钮（219)用于调节流量计（132)的流量，并通过流量计表盘（221)显 示，
[0037] 液晶显示屏222,输入端与固定在所述前面板21背面的CCD相机的输出端相连，所 述CCD相机的光纤摄像头插入到任意一块所述的绝缘挡板156内正对着所述放电工作舱内 部处，
[0038] 左右两侧面板231，232上开有散热孔2311，
[0039] 后面板24上，设有：电源开关241，进气口 1511及风扇出风口 242。
[0040] 本实用新型的优点体现在（1)等离子体发生器装置实现自动控制，可针对不同厚 度的待处理材料自动调节出合适的放电空间，不仅可以有效合理利用工作气体，还可合理 优化待处理材料的放电改性时间和放电参数；（2)待处理材料置于两绝缘介质层中间，避 免了电极对材料的污染，同时也有效延长了反应装置的工作寿命；（3)通过气体均流室给 工作舱提供工作气体，可使工作气体均匀分布于工作舱内，极大的提高了工作气体放电产 生的等离子体的均匀性；(4)工作舱去掉了真空系统的包裹，极大的简化了等离子体表面 改性的工作程序，极大的降低了