一种钨针针尖制备方法和医用微创钨针

技术领域

本发明属于钨针针尖制备技术领域，具体涉及一种钨针针尖制备方法和医用微创钨针。

背景技术

医疗行业传统机械手术刀宽钝，在切割治疗疾病的同时，也给病人带来了较大的创伤，主要表现为创口大、出血多、手术时间长、恢复慢。微创外科，就是应用当代先进的切割技术，在手术治疗过程中只对患者造成微小创伤，术后只留下微小创口。最初使用的是高频电刀，高频电刀是一种取代传统机械手术刀进行组织切割和凝血的电外科器械。

但在高频电刀普及过程中仍存在一些问题亟待解决：(1)刀针粗，高频电刀刀针为扁平状，输出电流的集中程度较低，使用功率较高，对肌体组织造成的热损伤大，且手术过程中烟雾大，手术视野不清晰。(2)高频电刀在临床上不能用于切割皮肤，需要借助手术刀或手术剪切割。(3)高频电刀刀头的作用面积较大，对微细血管出血点进行电凝的针对性不强，不能精确止血，出血量大，而且需额外进行止血，操作复杂。(4)高频电刀采用钢材质，易烧蚀，在长时间的大型手术中不耐用。

为克服以上不足，因此需要提供一种能实现精细切割、精确止血、使用功率低、组织热损伤小、能独立完成某组织的全部切除工作、操作灵活的新型高频电极。医用微创钨针应运而生，它主要借助高频电源，利用工作电极尖端电弧放电产生的大量热量实现对肌体组织的切割和凝血作用，具有切割出血量少、切割精准、杀菌、损伤小、术后疤痕小等优点渐渐地成为微创手术用主流产品。实现上述效果医用钨针针尖曲率半径越小，切割伤口越细，术后恢复越快。

然而，钨属于难熔金属硬而脆，且医用微创钨针直径仅0.7mm，如果采用机械磨削的方式，在磨削的过程中针尖容易断裂、尖端不尖、磨削后表面粗糙，如图6和图7所示，在使用切割过程中容易粘连肌肉组织，机械磨削法磨削后的钨针尖曲率半径大于50μm，很难实现精细切割。而如果采用碳棒作为阴极，对钨棒进行电化学腐蚀，当钨针插入腐蚀液后，钨棒是整体腐蚀，腐蚀后液位以下部分同步变细，最终腐蚀出带台阶的钨棒，越靠近碳棒的一侧腐蚀严重，而背离碳棒的一侧腐蚀较轻，最终形成扁状，很难形成针尖状。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的钨针针尖曲率半径较大而无法实现精细切割，且针尖表面粗糙、易断裂的缺陷，提供一种钨针针尖制备方法和医用微创钨针，该制备方法制得的钨针针尖曲率半径小，可达20μm，表面光洁，不容易断裂，可实现精细切割。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种钨针针尖制备方法，包括以下步骤：

(1)将具有圆台形内腔的阴极台放入电化学池中，然后倒入电解液，使得电解液流入阴极台内腔且电解液液面不低于阴极台的整体高度；

(2)将待腐蚀钨棒插入阴极台的圆台形内腔中部且延伸至电解液中；

(3)以所述阴极台、所述待腐蚀钨棒分别作为阴极和阳极，进行电化学腐蚀；

其中，所述圆台形内腔的径向尺寸由上到下逐渐减小，且所述圆台形内腔的锥角θ

θ

其中，a为腐蚀因子，D为阴极台的整体高度，H为电解液液面高度，L为待腐蚀钨棒插入内腔电解液的深度。

在一些优选实施方式中，步骤(1)中，所述阴极台整体位于电化学池内电解液的液面以下，且阴极台上表面与电解液液面之间的距离为1-2cm。

本发明优选地，步骤(1)中，所述阴极台为圆台状，阴极台的外锥角与内腔的锥角相同。

优选地，所述阴极台的内腔上下开口。

在一些优选实施方式中，步骤(1)中，所述阴极台为碳台或铂台。

在一些优选实施方式中，步骤(1)中，所述电解液为质量浓度为5％-10％的碱液，所述碱液中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

在一些优选实施方式中，步骤(2)中，所述待腐蚀钨棒为纯钨材质或掺杂钨材质，所述待腐蚀钨棒的直径为0.5-1.2mm。

在一些优选实施方式中，步骤(3)中，所述电化学腐蚀的条件包括：电压范围为2-14V、优选2-10V。

在一些优选实施方式中，步骤(3)所述电化学腐蚀采用电压递减的方式，且电压递减幅度为1-3V。

更优选地，步骤(3)中，所述电压分三级以上递减。

更优选地，步骤(3)中，所述电压递减的方式包括：依次将电压调节到8-10V条件下腐蚀10-15min，6-7V条件下腐蚀8-10min，4-5V条件下腐蚀2-4min，2-3V条件下腐蚀1-2min。

本发明第二方面提供第一方面所述制备方法制得的医用微创钨针，所述医用微创钨针针尖的曲率半径为20-50μm。

本发明的发明人经过大量实验研究发现，腐蚀钨针针尖的尖端夹角同阴极结构件的结构以及尺寸(例如本发明采用的阴极台的内腔锥角和整体高度)和待腐蚀钨棒插入阴极结构件的深度等有关，且经过大量实验研究和推算发现，上述各参数的拟合曲线对应上述特定的锥角公式，可根据所需的腐蚀后钨针针尖的锥角、阴极台高度以及上述公式确定阴极台内腔锥角，进而进行电化学腐蚀，所得钨针针尖的锥度与前述预设的所需钨针针尖锥角基本相同，偏差小。基于此，进一步研究提出本发明。

具体的，本发明通过采用具有特定结构的阴极台，配合电化学腐蚀方法，能够实现钨棒在电化学腐蚀过程中360度同步腐蚀，且阴极台的内腔尺寸由上到下逐渐减小，故能快速将圆柱形钨棒腐蚀成所需锥度和曲率半径的钨针；并且，根据本发明的上述特定锥度公式确定阴极台内腔锥角，能依据阴极台内腔的锥度腐蚀出不同尖锐程度且表面光洁的钨针，依据实际需求，锥度可任意调节，应用范围广。其中，根据上述锥度公式实际获得的钨针针尖锥角与预设的所需钨针针尖锥角基本相同，偏差小(一般在11°以下)，曲率半径小，能够满足市场使用要求。

采用本发明的方法制备的钨针针尖尖端曲率半径小，可达20μm，表面光洁，不容易断裂；由于制备过程中不使用机械磨削，因此不存在掉边掉角等缺陷，是制备医用微创钨针及其他钨针针尖的理想方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明钨针针尖制备方法所采用的一种制备装置结构示意图。

图2是本发明实施例1所得钨针针尖的电镜照片。

图3是本发明实施例2所得钨针针尖的电镜照片。

图4是本发明实施例3所得钨针针尖的电镜照片。

图5是本发明实施例4所得钨针针尖的电镜照片。

图6是现有技术采用机械磨削的一种钨针针尖的电镜照片。

图7是现有技术采用机械磨削的另一种钨针针尖的电镜照片。

附图标记说明

1、电化学池，2、阴极台，201、内腔，202、第一接线柱，3、钨棒，4、交流电源。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供了一种钨针针尖制备方法，包括以下步骤：

(1)将具有圆台形内腔的阴极台放入电化学池中，然后倒入电解液，使得电解液流入阴极台内腔且电解液液面不低于阴极台的整体高度；

(2)将待腐蚀钨棒插入阴极台的圆台形内腔中部且延伸至电解液中；

(3)以所述阴极台、所述待腐蚀钨棒分别作为阴极和阳极，进行电化学腐蚀；

其中，所述圆台形内腔的径向尺寸由上到下逐渐减小，且所述圆台形内腔的锥角θ

θ

其中，a为腐蚀因子，D为阴极台的整体高度，H为电解液液面高度，L为待腐蚀钨棒插入内腔电解液的深度。

a为0.2-0.6，具体可以为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6。在该范围下的腐蚀因子a，能够使得所得钨针针尖的锥角偏差小，表面光洁度较高，曲率半径小。而在相同条件下，a若不在前述范围，根据公式所得圆台形内腔的锥角进行电化学腐蚀，所得钨针针尖的锥角偏差大，表面光洁度低，无法满足使用要求。

在一些优选实施方式中，步骤(1)中，所述阴极台整体位于电化学池内电解液的液面以下，且阴极台上表面与电解液液面之间的距离为1-2cm。

本发明优选地，步骤(1)中，所述阴极台为圆台状，阴极台的外锥角与内腔的锥角相同。

优选地，所述阴极台的内腔上下开口。

在一些优选实施方式中，步骤(1)中，所述阴极台为碳台、铂台或其他惰性金属。

在一些优选实施方式中，所述电解液为质量浓度为5％-10％的碱液。

更优选地，所述碱液中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾等。

在一些优选实施方式中，步骤(2)中，所述待腐蚀钨棒为纯钨材质或掺杂钨材质，所述待腐蚀钨棒的直径为0.5-1.2mm。可以理解的是，待腐蚀钨棒整体是圆柱形。

本发明所述待腐蚀钨棒可以为使用磨床磨削成所需的任一尺寸的钨棒，或采用其他方式获得的钨棒。

在一些优选实施方式中，步骤(3)中，所述电化学腐蚀的条件包括：电压范围为2-14V、优选2-10V。本发明电化学腐蚀的电压可以控制为恒压，也可以分级控制电压。在前者情况下，优选电压为2-8V、进一步优选2-6V。在后者情况下，可以分两级、三级及以上控制电压以递减方式实现电化学腐蚀。

在本发明的电化学腐蚀过程中，可以看到在待腐蚀钨棒周边有气泡产生，腐蚀开始。在一些优选实施方式中，步骤(3)所述电化学腐蚀采用电压递减的方式。本发明的优选方案中，随电压递减，腐蚀不断进行，更利于提升钨针的表面光洁度。

本发明的具体实施方式中，电压递减幅度可以为1-8V。

更优选地，电压递减幅度为1-3V。本发明的优选方案中，更利于提升钨针的表面光洁度，更利于获得小曲率半径且偏差较小的钨针针尖。

更优选地，步骤(3)中，所述电压分三级以上递减。更优选地，每级电压腐蚀的时间为1-15min。

更优选地，步骤(3)中，所述电压递减的方式包括：依次将电压调节到8-10V条件下腐蚀10-15min，6-7V条件下腐蚀8-10min，4-5V条件下腐蚀2-4min，2-3V条件下腐蚀1-2min。该优选方案下，能够在腐蚀初始阶段腐蚀液浓度高，腐蚀速度快同时由于快速的腐蚀导致表面突起不平，逐渐降低腐蚀液浓度可降低腐蚀速率，更利于提高最终钨针的表面光洁度。

本发明中，可以理解的是，步骤(3)中，所述阴极台上带有第一接线柱，以与电源的阴极接线处连接，所述待腐蚀钨棒上连接第二接线处，以与电源的阳极接线处连接。优选地，先将阴极台与电源的阴极连接后再放入电化学池中；并将待腐蚀钨棒与电源的阳极连接后再插入阴极台内腔中电解液内，再经固定好后进行所述电化学腐蚀。对于待腐蚀钨棒的固定结构，本领域技术人员可以根据需求自由选择，只要能将待腐蚀钨棒固定且不影响电化学腐蚀即可。

在一些优选实施方式中，本发明所述制备方法还包括：在所述电化学腐蚀结束后，将电源关闭，取下钨针，用酒精清洗表面。

本发明第二方面提供第一方面所述制备方法制得的医用微创钨针，所述医用微创钨针针尖的曲率半径为20-50μm。

本发明的医用微创钨针表面光洁，不容易断裂。

下面结合具体实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例钨针针尖制备方法所采用的制备装置如图1所示，制备方法如下：

1、使用磨床磨削成直径为1.0mm的纯钨棒3作为待腐蚀的钨棒3；

2、取交流电源4一台，电压可调节，电压调节范围2-14V；

3、在烧杯(即电化学池1)中倒入质量浓度为8％的氢氧化钠腐蚀液；

4、制备圆锥形碳台(即阴极台2)带第一接线柱作为阴极，其内具有上下开口的圆台形内腔201(其锥度与阴极台2外锥度相同)，圆台形内腔201的径向尺寸由上到下逐渐减小。根据所需钨针针尖的锥角θ

且所述圆台形内腔201的锥角θ

θ

其中，θ

5、将圆锥形碳台放入烧杯中，在烧杯中倒入氢氧化钠腐蚀液，腐蚀液液位高于圆锥形碳台2cm，将交流电源4阴极用导线同圆锥形碳台的第一接线柱202相连接，将交流电源4阳极用导线同钨棒3的第二接线处相连接，然后将钨棒3放入圆锥形碳台内腔201的中央并伸入氢氧化钠腐蚀液内的深度为5mm，固定好后开始电化学腐蚀；

6、打开交流电源4开关，可以看到在钨棒3的下端周边有气泡产生，腐蚀开始，腐蚀过程中采用电压递减的方式进行腐蚀，将交流电源4开关依次调节到8V腐蚀12min，6V腐蚀9min，4V腐蚀3min，2V腐蚀2min。

7、腐蚀结束后将交流电源4关闭，取下钨针，用酒精清洗表面。

所得钨针针尖的电镜图如图2所示，可以看出其表面光洁，钨针针尖的曲率半径为20μm，经测量所得钨针针尖的θ

实施例2

参照实施例1的方法进行，不同的是，没有采用电压逐步递减方式，而是使用采用6v电压恒压直接腐蚀20min。

所得钨针针尖的电镜图如图3所示，可以看出其表面光洁，钨针针尖的曲率半径为35μm，经测量所得钨针针尖的θ

实施例3

参照实施例1的方法进行，不同的是，没有采用电压逐步递减方式，而是在腐蚀过程中采用恒压8V腐蚀20min。

所得钨针针尖如图4所示，表面光洁且光洁程度低于实施例1，钨针针尖的曲率半径为43μm，经测量所得钨针针尖的θ

实施例4

参照实施例1的方法进行，不同的是，电压递减幅度较大，腐蚀过程中采用先恒压12V腐蚀10min，再恒压4v腐蚀10min。

所得钨针针尖表面光洁且光洁程度低于实施例1，钨针针尖的曲率半径为85μm，经测量所得钨针针尖的θ

对比例1

采用机械磨削的方式，制备医用微创钨针，其曲率半径大于50μm。

本对比例在磨削的过程中针尖容易断裂、尖端不尖、磨削后表面粗糙，结构如图5、图6或图7所示。在使用切割过程中容易粘连肌肉组织，机械磨削法磨削后的钨针尖曲率半径大，很难实现精细切割。

通过上述实施例和对比例可以看出，采用本发明特定锥角公式的实施例，能够得到与所需锥角相近的钨针针尖，锥角偏差较小，且其曲率半径更小，表面光洁度更高。进一步的，通过实施例1和实施例2-4可以看出，采用本发明优选电压递减的实施例1方案，所得钨针针尖表面光洁度更高，曲率半径更小，锥角偏差更小。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。