微创手术器械高频电刀表面仿生脱附研究

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1、微创手术器械高频电刀表面仿生脱附研究BiomimeticAnti-adhesiveSurfaceofMinimally-invasiveElectrosurgicalElectrode作者姓名：曹会娜专业名称：仿生科学与工程指导教师：韩志武教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年63月日摘要微创手术器械高频电刀表面仿生脱附研究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

2、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

3、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

4、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

5、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?11?22?33，因素主次顺序I为?2>?3>?1。回归分析建立粘附质量与表面几何参数的回归方程为?̂=5.9325+0.032?1−0.0251?2+0.0038?3。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，

6、组织炭化。关键词：植物叶，高频电刀，防粘脱附，仿生制备，热传导，微观形貌IIABSTRACTBiomimeticAnti-adhesiveSurfaceofMinimally-invasiveElectrosurgicalElectrodeHigh-frequencyelectrotomeisthemostcommonenergy-carryminimallyinvasivesurgicalinstruments.Itcontactandheatthebodytissuebythehigh-fre

7、quencyandhigh-voltagecurrentthroughtheelectrodetip，toachievetheseparationandsolidificationofbodytissues，andthusplayacuttingandhemostasispurposes.However，theworkingelectrodetemperatureistoohighinoperation，soleadingthebiopsytopyrolysis，carbonizationtoes

8、charandstickingtotheknifesurface，impactingtheeffectofoperationorcausetissuetearing.Traditionalmethodsforanti-stickingonelectrodesrelyonsimplecoatingtechnologyoredgeshapeoptimizationtechnology，whichisdifficulttosatisfytherequirementsofminimally