Результат интеллектуальной деятельности: ЛЕЗВИЕ ОФТАЛЬМОХИРУРГИЧЕСКОЕ

Изобретение относится к хирургическим режущим инструментам, для создания которых используются достижения современных нанотехнологий, и может быть использовано для проведения микрохирургических операций в офтальмологии.

Известны лезвия из нержавеющей стали, предназначенные для проведения большинства хирургических и микрохирургических операций [1].

Преимущества стальных лезвий перед другими типами заключается в простоте механической обработки и придании им необходимой геометрической конфигурации, сравнительной дешевизне и присущей им контрастности относительно оперируемых биологических тканей. К недостаткам этих лезвий относятся большая толщина режущей кромки и быстрая затупляемость, обусловленная малой твердостью стали.

Известно лезвие, которое содержит корпус с крепежной частью и режущую кромку, покрытую слоем аморфного диоксида кремния толщиной не менее 0,7 мкм, а основание корпуса и клинообразная режущая кромка выполнены из пластины монокристаллического кремния [2].

Недостатком данного технического решения является недостаточная прочность, недостаточная твердость, низкая износостойкость.

Низкая механическая прочность связана с использованием аморфных пленок диоксида кремния, сформированных на поверхностях клинообразной режущей кромки. При этом величина твердости монокристаллического кремния не превышает 7 единиц по шкале Мооса и также величина твердости для аморфных пленок диоксида кремния не превышает 7 единиц по шкале Мооса. Это приводит к тому, что не обеспечивается необходимая механическая прочность лезвий.

Низкая износостойкость также непосредственно связана с твердостью покрытия аморфных пленок диоксида кремния, сформированных на поверхностях клинообразной режущей кромки.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочности, повышение твердости, увеличение износостойкости инструмента. Для достижения этого в лезвие офтальмохирургическом, содержащем корпус с основанием из монокристаллического кремния и режущую кромку, корпус с основанием из монокристаллического кремния и режущая кромка имеют покрытие в виде слоя нитрида кремния толщиной 100-1000 Å и слоя нитрида титана 500-700 Å, расположенного на поверхности слоя нитрида кремния.

Признаком, отличающим предложенное лезвие офтальмохирургическое, является то, что основание корпуса и клинообразная режущая кромка покрыты поочередно слоями нитрида кремния (Si₃N₄) толщиной 100-1000 Å и нитрида титана (TiN) 500-700 Å, расположенного на поверхности слоя нитрида кремния

Толщина слоя нитрида кремния не может быть менее 100 Å, так как при меньшей толщине наблюдается резкое уменьшение твердости лезвия офтальмохирургического из-за нарушения неравномерности покрытия.

Толщина слоя нитрида кремния не может быть более 1000 Å, так как при больших толщинах пленки нитрида кремния в физической структуре, состоящей из пластины монокристаллического кремния покрытого слоями нитрида кремния и нитрида титана, возникают большие механические напряжения, приводящие к снижению механической прочности лезвия. Кроме того, увеличение толщины покрытия приводит к увеличению радиуса скругления (R) режущей кромки, что отрицательно влияет на остроту режущей кромки.

Толщина слоя нитрида титана 500 Å достаточна для обеспечения необходимой прочности и износостойкости. Так, твердость по Моосу у нитрида титана составляет 9 ед. А это в 4 раз выше в переводе на абсолютные единицы, чем у монокристаллического кремния и диоксида кремния. Конструкция лезвия офтальмохирургического на основе пластины монокристаллического кремния характеризуется наибольшей остротой режущей кромки, которая не может быть достигнута ни одним из известных в настоящее время способов обработки, так как в этом случае величина радиуса скругления R режущей кромки ограничена всего постоянной решетки а=5,431 Å. У нитрида титана 4,235 Å.

Толщина слоя нитрида титана не может быть более 700 Å, так как увеличение толщины покрытия приводит к увеличению радиуса скругления (R) режущей кромки, что отрицательно влияет на остроту режущей кромки.

Прочность основания и клинообразных режущих кромок физической структуры лезвия офтальмохирургического, выполненных из пластины монокристаллического кремния со сформированным армирующим покрытием, выполняющим функции каркаса прочности, зависит от физических свойств армирующего покрытия, твердости материала, из которого выполнено указанное покрытие, толщины покрытия и формы каркаса прочности, а также от применяемых в технологическом цикле изготовления лезвий методов создания покрытия. В предлагаемой конструкции, когда на поверхностях монокристаллического кремния, ограничивающих основание и клинообразную режущую кромку, сформировано армирующее покрытие на основе пленок нитрида титана, прочностные характеристики лезвия составят 138÷146% по отношению к лезвию, изготовленному из пластины монокристаллического кремния, учитывая более высокую твердость аморфных по структуре пленок нитрида титана по отношению к пластине монокристаллического кремния и пленкам нитрида кремния, имеющим аморфную структуру.

Таким образом, изобретение позволяет повысить механическую прочность лезвий в 4 раза за счет формирования внешнего армирующего слоя из нитрида титана, создать прочный каркас лезвия, выполненного из слоев нитрида кремния и нитрида титана, за счет уменьшения величины механических напряжений, возникающих в системе монокристаллический кремний-нитрид кремний-нитрид титана.

Повысить износостойкость лезвия за счет использования внешнего покрытия, выполненного из нитрида титана, обладающего большей твердостью.

Повысить износостойкость лезвия за счет уменьшения радиуса скругления режущей кромки, так как суммарная толщина меньше в 4 раза и постоянная решетки у нитрида титана меньше, которая также непосредственно оказывает влияние на остроту режущей кромки, так и на износостойкость лезвия.

На фиг.1 изображено лезвие офтальмохирургическое,

где:

1 - основание корпуса;

2 - клинообразная режущая кромка;

3 - слой нитрида кремния;

4 - слой нитрида титана.

Изобретение выполнено следующим образом.

На пластине монокристаллического кремния групповыми методами, применяемыми в производстве полупроводниковых приборов и микросхем с использованием методов термического окисления пластин монокристаллического кремния, фотолитографической обработки, а также оборудования фотохимической обработки пластин монокристаллического кремния, травления пластин в реакционных камерах оборудования линии химической обработки, а также с использованием газофазного осаждения пленок и магнитронного осаждения формируются структуры лезвий офтальмохирургических в количестве не менее 100 штук на одной пластине монокристаллического кремния диаметром 100 мм, отвечающим требованиям ЕТО 035.240 ТУ.

Применение в технологическом цикле изготовления лезвий офтальмохирургических групповых методов обработки, применяемых при создании полупроводниковых приборов и микросхем, позволяет в значительной мере снизить себестоимость изготовления и позволяет использовать лезвия офтальмохирургические в качестве инструментария одноразового применения.

Использование предложенного изобретения позволяет обеспечить повышение прочности, твердости, износостойкости.

Источники информации

1. Каталог медицинских инструментов, выпускаемых ОАО «Нижнетагильский медико-технический завод». Нижний Тагил, 1997 г.

2. Патент РФ №2331377 - прототип.