一種應用於普通外科手術器械中的抗菌不鏽鋼的製作方法
2023-12-02 06:29:26
本發明涉及金屬材料材料及抗菌材料技術領域，具體涉及一種應用於普通外科手術器械中的抗菌不鏽鋼。
背景技術：
抗菌不鏽鋼是指一類依靠不鏽鋼自身發生的輕微腐蝕導致如Cu、Ag和輕稀土元素等抗菌元素的微量釋放已達到抑菌、殺菌目的金屬材料和抗菌材料。上世紀90年代末，日本川崎制鐵株式會社在國際上率先公布開發出含銀抗菌不鏽鋼R304-AB、R430-AB和R430LN-AB，其對大腸桿菌的殺菌率達到99％以上，表現出優異的抗菌性能。隨後日本日新制鋼公司開發出具有良好製造加工性能和抗菌性能的三種系列含銅抗菌不鏽鋼NSSAM1、NSSAM和NSS3，其對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、沙門氏菌等常見細菌都有很強的殺滅作用。
現有技術在普通外科手術器械應用存在的主要局限在於:
(1)目前，抗菌不鏽鋼抗菌性能的檢測方法一般均採用標準的方法，如日本的JISZ2801、國際標準ISO22196以及我國GB21551.2。這些標準所述的抗菌方法，其共同特徵在於，測試單一細菌的抑菌或抗菌情況，且初始細菌濃度較高。它的局限在於，無法真實反映實際需要抗菌的環境的抑菌或殺菌效果。實際環境往往是較為複雜的，多種細菌互相寄生共存,細菌濃度與實驗環境比較一般較低,而且一般均需要較快速的抗菌效果訴求。
(2)現有不鏽鋼材料的抗菌設計一般是基於控制抗菌元素化學成分百分含量(如Cu、Ag和稀土元素)和抗菌熱處理出發的。因此適量的抗菌元素和抗菌熱處理是兩個不可或缺的必要條件。該方法是基於抗菌不鏽鋼是離子溶出型原理的材料設計。而離子溶出型由於需要抗菌離子從材料基體表面是通過自擴散來實現，擴散速率可以想像是很慢的，一般達到抗菌要求的作用時間至少要超過12小時，而一般手術時間較短，需要抗菌材料及時發揮作用。另外，普通外科手術器械所面臨的術中環境往往是乾燥的且溼度較小的，要求材料的抗菌原理應該是接觸殺菌型。接觸殺菌型對材料的表面能是有要求的，而同一種材料的表面能又與粗糙度等級直接相關。粗糙度Ra越小，表面能越小，越不利於抗菌材料的殺菌處理。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術的缺陷和不足，提供一種應用於普通外科手術器械中的抗菌不鏽鋼,該抗菌不鏽鋼具有獨特的廣譜抗菌性能，明確了其作為普通外科手術器械這一特定產品形式應具有的用法和使用條件，有效降低由於手術時間較長而因外部環境細菌繁殖帶來的感染風險，可廣泛應用於術中環境為抗震救災等苛刻的野外環境。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：將抗菌不鏽鋼做成普通外科手術器械，所述抗菌不鏽鋼的合金成分中含有Cu元素、Ag元素和稀土元素中的一種或多種，表面抗菌元素按原子百分比含量計，應≥10％；且抗菌不鏽鋼外科手術器械材料表面粗糙度Ra≥0.4。
優選的，所述手術器械包括一類或二類抗菌不鏽鋼手術器械。
優選的，所述表面抗菌元素原子百分比即可以通過現有抗菌不鏽鋼的長時時效獲得，也可以通過材料表面離子濺射的方法獲得。
優選的，所述抗菌不鏽鋼長時時效時間≥15小時。
採用上述技術後，本發明具有以下有益效果：
1、本發明將抗菌不鏽鋼作為普通外科手術器械，開拓了抗菌不鏽鋼的用途，對於抗菌不鏽鋼材料的發展具有較好的推動作用。
2、本發明中抗菌不鏽鋼作為普通外科手術器械，針對其手術環境的特殊性，以實際環境的特點為基礎，提出抗菌不鏽鋼材料表面抗菌元素原子百分比和表面粗糙度的要求，具有更準確的指向性。
3、本發明中抗菌不鏽鋼在普通外科手術器械的應用，為不同環境中的應用所需的抗菌不鏽鋼的材料設計，提供了值得借鑑的方法學研究思路。
附圖說明
圖1是本發明實施例中材料設計和抗菌檢測結果示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例：抗菌不鏽鋼材料選擇為2Cr13Cu不鏽鋼。
本具體實施方式採用以下技術方案：2Cr13Cu不鏽鋼化學成分按重量百分比計算為：C：0.25％，Cr：13.5％，Cu：3.0％，餘量為Fe；樣片尺寸為50×50×2mm。
熱處理工藝為：在980℃±10℃固溶處理1小時，空冷至室溫，然後在升溫至400℃分別保溫14、15和20小時，空冷至室溫。利用X射線光電子能譜分析技術測試樣品表面抗菌元素Cu的原子百分比。
表面粗糙度：分別設計Ra為0.2、0.4和0.8表面狀態的抗菌不鏽鋼樣片。
所用細菌環境：金黃色葡萄球菌和大腸桿菌混合菌，濃度分別為2×104CFU/mL。抗菌性能借鑑「JIS Z 2801-2000《抗菌加工製品－抗菌性試驗方法和抗菌效果》、GB/T 2591-2003《抗菌塑料抗菌性能實驗方法和抗菌效果》」等相關標準規定。其中細菌與樣片作用時間固定為2小時。當殺菌率大於90％時被判定為具有抗菌性能。
參看圖1，實施例結果表明，採用本發明提出的抗菌不鏽鋼當同時滿足時效時間大於15小時和表面粗糙度大於0.4的條件下，在兩小時的作用時間裡，保證殺菌率均能超過90％。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。