[發明專利]一種微創切割生物軟組織的金屬絲刀具

在審

• 申請號: 201510066828.1
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104634609A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 張偉;馮亮亮;吳樊;馬建立;馬國軍;吳承偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞;梅洪玉

技術領域

本發明屬于軟物質和實驗力學技術領域，涉及到生物軟組織切割，特別涉及到一種微創切割生物軟組織的金屬絲刀具。

背景技術

日常生活中磕碰、跌落、車禍等很多事故都可能對人體組織器官(如大腦、肝臟、腎臟等)造成不同程度上的創傷甚至危及生命，為能夠研發出有效可靠的預測方法和防護措施，需要準確的測試人體軟組織的力學性能，建立合適的力學模型，為實驗驗證和數值模擬提供的參考數據。另外，獲得人體軟組織準確的力學性能對醫療診斷、制定手術方案等均具有重要的實踐指導意義。由于豬、牛等部分軟組織器官力學性能與相應人體軟組織相似，實驗中常用其來代替人體組織。要對生物軟組織樣品進行力學性能測試，需要切割制備一定規格尺寸的樣品。一種常用的方法是通過設計制造一定規格形狀、尺寸的模具，通過直接用力壓入生物軟組織的方法切割得到樣品。但是，生物軟組織的質地柔軟，且有較強的粘附性。使用該方法在壓入過程中通常會導致軟組織產生較大的變形，而且當模具前端進入生物軟組織之后隨著兩者接觸面積增加，粘附力不斷增大，施加的切割力也需相應的增加；當取出模具和將切割樣品與模具分離時，為克服軟組織與模具間粘附力，也需要施加較大的外力。切割過程中切割力的大小、取樣時外加力對軟組織的破壞及其對軟組織粘彈性力學性能的影響都難以預測和評估。此外，由于粘附力的存在，樣品在切割過程中會產生較大的變形，難以獲得精確幾何尺寸的樣品。在切割前使用生理鹽水潤濕模具或在切割過程中噴灑生理鹽水，可在一定程度上減小樣品與模具間粘附作用，但該方法效果有限、可控性差、操作繁瑣。

發明內容

本發明提供了一種微創切割生物軟組織的金屬絲刀具，該刀具利用化學刻蝕或機械加工方法在金屬絲表面形成微納織構，結合直線振動切割方式，降低切割過程中的粘附力作用，有效減少切割力，降低切割過程對樣品力學性能產生的影響，實現微創切割，同時能使切割面平整，切取出精確幾何尺寸的樣品。

本發明的微創切割生物軟組織的金屬絲刀具包括振動裝置和弓形金屬絲刀兩部分。

振動裝置用來提供往復直線運動效果，使弓形金屬絲刀做前進-切割-后退-切割的往復運動，將切割軟組織的主切割力變為切割面上的切向力，法向力較靜態切割大幅度減小，由于往復運動頻率較大，切向力方向改變較快，幾乎不會對軟組織切向上造成破壞，使用微納織構表面金屬絲結合振動切割方式能有效減少需要施加的切割力，軟組織變形也較小。

所述振動裝置的振幅需大于3mm，振動頻率不小于30Hz。所述振動裝置可以采用醫用往復鋸來實現。

弓形金屬絲刀包括刀柄、弓形夾片、墊片、螺栓、螺母和金屬絲。刀柄用來連接往復振動裝置和弓形金屬絲刀，通過螺栓和螺母在弓形夾片的兩端張緊金屬絲；弓形夾片需要使用剛度大的材料來制備，防止其在裝配過程中發生變形。墊片夾在螺栓和弓形夾片之間，墊片應具有一定的彈性、韌性和機械強度，可加大螺母的調動范圍，更好控制預緊力，同時確保在緊固金屬絲時不對金屬絲產生破壞作用。

所述的墊片可以采用紅鋼紙墊片。

所述的金屬絲可以采用鉬絲、銅絲等，金屬絲要有合適的直徑，直徑過大，易導致切割力增加，直徑過小，安裝和切割過程中金屬絲易發生斷裂。所述金屬絲直徑范圍：0.08mm-0.3mm。

所述金屬絲需具有合適的表面粗糙度，在切割接觸時，過小、過大粗糙度的都不容易引起應力集中從而減弱切割效果。所述金屬絲表面的粗糙度Ra范圍：20nm-800nm。

所述金屬絲表面微納織構可采用化學刻蝕方法(如FeCl_3、HCl、H₃PO₄、H₂O₂等組成溶液)獲得，也可采用機械加工方法(如噴砂、拋丸、電火花加工等)進行表面處理獲得。

所述金屬絲可采用低表面能氟硅烷(如十七氟癸基三甲氧基硅烷,十三氟辛基三乙氧基硅烷)處理，通過硅羥基與金屬表面羥基間脫水縮合反應將氟碳鏈嫁接到金屬表面，形成同時具有強疏水性、強疏油性表面，降低切割時與生物軟組織間粘附力。