本发明涉及用于在室温或接近室温下，给多种能因此而受益的材料 提供导电性不粘涂层(conductive non-stick coating)的方法。更具 体地说，本发明涉及这样的方法与设备，用来将导电性不粘涂层涂布到 不同的材料上，同时用来提供各种实施形式得以利用种种涂层性质，包 括生物匹配性、挠性、不透射线性、抗扩散性、抗磨与抗侵蚀性、硬性、 疏水能力或亲水能力、对多种材料的粘附性、灭菌能力以及化学惰性与 稳定性。

本发明的开发溯源于为了改进用于烧灼法和其他医疗方法的电手术 器械，以及为长寿命的可植入血泵提生物匹配涂层，例如已发布有这样 的先有美国专利，它们涉及到种种电手术刀，而其刀刃涂有不粘涂层， 这样的刀片会因不粘涂层中的小孔带来不利影响，而这些小孔有时则是 有意形成的，用以确保沿着刀刃有导电性。但刀片金属表面的暴露是不 利的，会造成烧焦的组织粘到这样的区域上。结果使刀片很快地成为不 导电的，最后报废。

为了改进这种刀片，授予Blonch的美国专利No.4785807(以后简称 ’807专利)公开了一种电手术刀，它的刀刃经过研磨或腐蚀处理，而在此 腐蚀处理过的刀刃上涂有不粘的氟代烃涂料涂层。不粘材料的涂层覆盖 此刀片的表面区，用以消除或减少烧焦的组织粘附到刀片上。通过消除 先有技术刀片上不粘涂层中的小孔，这样的刀片能较好地抑制烧焦组织 的堆聚。但’807专利的一个主要缺点是这种不粘涂层并非特别耐用，经 重复使用后将磨耗掉。实际上，这部分是由于此种不粘和非导电的涂层 具有绝缘性，同时必须很薄以使射频能量可通过不粘涂层而到达组织以 进行切除或烧灼。

’807专利所述刀片中的另一缺点是这种不粘涂层不具挠性。电手术 刀片这样就不能弯曲而严重地限制了外科医生在使用此种刀片作外科手 术时的随意性，此外，这种电手术刀的弯曲会造成不粘涂层碎裂。于是 此电手术刀就会很快地由于其腐蚀处理过的金属暴露而堆集上烧焦的组 织，从而丧失掉此不粘涂层的任何优点。

’807专利的不粘涂层还具体描述为是特氟隆(TM)。特氟隆(TM)的性 质使之在切割或烧灼中需要用高的电流，这是由于必须让电流通过特氟 隆(TM)到过组织。但让电流不断地流通最终将击穿特氟隆(TM)而在其涂 层上留下小孔或其他缺陷。然后，烧焦的组织便开始粘附到特氟隆(TM) 之下的暴露金属表面上。此外，电流由于常会集中到金属已暴露的位置 处而不再均匀地流过刀片。

利用特氟隆(TM)的现有技术的电手术刀的另一问题是，加热中会不 利地击穿特氟隆而释放出气体氟。这种气体危害着病人与外科作业人员。

上面的信息还引出了其他不粘涂层的一些问题，但这些问题却具体 关系到在把不粘涂层用于外科器械上时所涉及的组织。事实上，本发明 有众多的其他实施形式能够有利于原先开发的导电不粘涂层的特征，来 解决关系到电手术器械、血泵与其他医疗装置等的问题。

对于由不能良好或理想地与人体组织起反应的材料制得的现有医疗 装置，还存在其他的问题。例如，移植片固定物会造成感染与血栓形成 的问题，同时还会有润滑的问题。移植片固定物经过一段时间后还会结 块，而人体会在移植片固定物周围形成疤痕组织。生物匹配的涂层具有 更大的润滑性，使用时具有足够的挠性以随移植片固定物伸展。移植片 固定物还会粘附到用来插入它们的导管上。

导管本身也有润滑问题，它们有可能很难插入，特别是在其很长时。 它们还会由于会变得胶粘而难以取出。用于导管上的现有涂层常不会保 持于导管上，或具有生物匹配性或具有润滑性，但不具备两者，生物不 匹配涂层常常是非挠性的，不能应用于挠性的塑料件如导管上。插入时 的摩擦还会去掉生物上的聚合物涂层，而当暴露于流动中的流体如血液 中时也会冲洗掉这种涂层。导管的前端和插入点也常会是血凝块的位置。 这类问题对于气囊式导管尤为严重，这时的气囊会粘附到组织或裂开的 部位上，将潜在有危险的气体释入人体内。

同样重要的问题是，应知绝大多数导管采用不透射线的金属等以由X 射线图像来指明导管位置。这种金属带会不利地造成导管卷曲。此金属 带已知会沿导管的长向滑动，导致对体内导管位置的误读。提供了不透 射线性的金属带通常很大，会给导管的插入和取出带来问题，这样的金 属带还会刺激和损伤导管插过的血管内表面。

用来插入导管的导引线也有润滑问题，因为导引线会形成摩擦面而 阻碍插过组织。

脉管分流器的插入由于组织的摩擦是一个痛苦的过程。此外，现有 技术的脉管分流器由于其存在的生物匹配性问题而限制了它们的使用寿 命。

用于透析和糖尿病患者的针头是大直径的，常会在插入时造成剧痛 和显著损伤组织。

硅酮基的医疗装置如吸入式密封器、喉头切除术补偿体以及鼻用止 血拴都有一些大的问题。固体硅酮发粘且有如橡胶，因而上述这类装置 由于润滑有问题而难以插入和撤出。某些这类装置还会造成感染与形成 血栓。

套管针这种医疗装置会因具有高度润滑性的生物匹配涂层而受益。 套管针是用来引入大尺寸植入物和/或外科器具的，特别是用于最小侵入 的外科器具，例如针头，它们也有摩擦问题而会在插入处造成损伤。

软组织植入物，如胸腔、阴茎与睾丸的植入物以及脉动式机械型血 泵之类的装置，都会苦于扩散问题。在胸腔植入物的情形，由于硅酮的 泄漏而带来很大的危害，对身体造成潜在的系统性伤害。在血泵情形， 它们泵入的气体与流体漏出时会带来有害的副效应，同时会由于附带植 入的硬件来取代损失的流体而带来不便，而且对于必须重复地到医院的 病人增加了费用和麻烦。此外，流体的流入会侵蚀部件，最后导致装置 失效。这类侵蚀问题也会是植入的电极、导线与起博器和电震发生器之 类传感器所面临的问题。药剂容器也有侵蚀和化学反应问题，特别是那 些较新的和较烈性的药剂，还有药剂通过容器扩散，包括通过用作某些 药剂容器盖的橡胶塞扩散的问题。

还应指出，注射器部件例如柱塞常会在引入流体时变得发粘或被揪 住。通常在排出流体时要用过大的力。这些情况综合到一起由于加大了 伤害的危险而减少了病人的安全性。

对于避孕和OB/GYB装置也有类似的问题，这些问题是感染、形成血 拴、组织增生以及摩擦造成的刺激而随后会在周围组织造成损伤。同样， 移植与反摺，例如脉管移植与曲张静脉的反摺都有感染和形成血栓的问 题。电极，特别是用于食道变窄、胎儿监控、脊椎硬膜以及用于切除方 面的电极都有要确保对皮肤导电性的问题。

电气压疗装置还会由于不适当的电磁干扰(EMI)屏蔽而造成失效。通 常，这种失效涉及到将塑料和其他非金属部件用于难以屏蔽的电气组件 中的结果。

非医疗装置会有其他的问题，它们同样能用前述的涂层解决。例如 磁铁会有氢蚀致脆而导致变质的问题。这类问题在新的高强稀土磁铁(例 如钕铁硼)中是十分严竣的。这发生于氢扩散到这种材料内而导致其失 效。氢蚀致脆在用到了钛和其他结构材料的飞机工业中也是问题。

另一个能用上述涂层解决的问题是模具内的粘附问题。模具当前主 要是由金属或陶瓷制成，使得它的制造很昂贵。

盘驱动器也可从本发明中受益。特别是利用本发明的涂层可以消除 EMI问题和摩擦问题。

另一种可得益于这种涂层的工业是鞋袜等。聚氨酯基的足球鞋会受 到高温条件造成聚合物降解最后使水蒸汽通过鞋中所用膜片而扩散的害 处。

集成电路苦于潮气和铁侵入而造成电路失效的问题。另一个问题是 金/钛欧姆接点中所用的金的扩散问题。

磁性介质也可从这种涂层中显著受益。与读/写磁头接触的材料的高 温条件和物理磨损常会造成经时变质。

纤维光学导管也会从这种涂层中得益，它们会因气体和其他流体的 扩散而导致其光性下降。超导性与光电二极管也苦于这种扩散阻挡问题。

流体阀与螺线管同样有粘滞问题。它们的运动部件常会粘附到其静 止部件时，导致脉动的或终端部件失效。

所有上述问题通过使用下述涂层可以得到某种程度的减轻，甚至在 许多情形中可以全部消除，这种涂层是导电的，具有高度的润滑性，提 供了生物匹配性、挠性、不透射线、抗扩散、耐磨与耐侵蚀、硬实、能 疏水或亲水、可粘附到多种材料上、有杀菌性、化学惰性和稳定性。

本发明第一目的在于提供能涂布到材料上使之因表现出具有类似润 滑功能表面性质而受益的导电性不粘涂层。

本发明的第二目的在于提供这样的导电性不粘涂层，它在重复暴露 于热，摩擦和锐利的刀刃下不会烧掉、磨掉或刮去。

本发明的第三目的在于提供这样的导电性不粘涂层，它能随涂布有 它的材料弯曲。

本发明的第四目的在于提供导电性的不粘的陶瓷涂层。

本发明的第五目的在于提供采用导电陶瓷作为不粘涂层的导电不粘 涂层。

本发明的第六目的在于提供这样的导电不粘涂层，它是无定形陶瓷 涂层，能够弯曲而不断裂和从涂有它的基片上脱开。

本发明的第七目的在于提供能涂布到能形成EMI和射频干扰(RFI)屏 蔽的温度敏感部件上的涂层。

本发明的第八目的在于应用能够弯曲到足以防止在弯曲物体上扩散 的涂层来增加对流体与气体的扩散阻力。

本发明的第九目的在于提供能粘附到一个组件的多种不同材料而形 成均匀保护的涂层。

本发明的第十目的在于提供化学惰性和稳定的涂层，以用于重要的 是涂层为非活性的环境。

本发明的第十一目的在于提供使用过渡金属的氮化物、碳化物和氧 化物作为陶瓷涂层的导电性不粘涂层。

本发明的第十二目的在于这样的导电性不粘涂层，它具有通过溅射 法产生的无定形陶瓷涂层涂布的陶瓷涂层。

本发明的第十三目的在于提供这样的导电不粘涂层，它能以低成本 生产和简单有效地涂布到各种基片表面上，包括涂布到金属、塑料、复 合材料、陶瓷、磁铁与组织之上。

本发明的第十四目的在于提供具有不透射线、生物匹配、抗扩散、 抗侵蚀、杀菌与有粘附性的导电性不粘涂层。

本发明的第十五目的在于提供在室温或接近室温下的导电性不粘涂 层，可允许此涂层涂布到许多热敏材料与基片上，如塑料、半导体、磁 铁与组织。

根据本发明的上述目的和其他目的，通过下面的描述与权利要求书 可以较全面地了解本发明的优点，或可以通过实施本发明认识本发明的 种种优点。

本发明在一最佳实施例中提供了一种导电性和可弯曲的陶瓷涂层， 同时提供了一种起到类似于经润滑处理的表面。用有关的制造方法在所 需基片表面上产生出氮化钛涂层。此涂层为无定形的，需要时能使基片 弯曲。

本发明的一个方面是显著地改进了上述陶瓷涂层的耐用性。与其他 的涂层不同，本发明的涂层在重复暴露于热和锐利刃口的磨损下不会烧 掉、剥落或破碎。

考虑下面接合附图的详细描述，内行的人将能理解本发明上述的和 其他的目的、特征、优点与其他可能的方面。

图1是用于本发明直接溅射制造法中溅射室的示意图。

图2是脉动式血泵的部件的示意图，表明了在发生有气体和流体的 扩散处将导致此泵的失效和性能减弱，以及对病人健康的可能影响。

图3是用于医疗装置的扩散阻挡层的当前最佳实施例的横剖图。

现在参看附图，其中对本发明的各个部件给予数字标号，并据附图 讨论本发明使内行的人得以应用本发明。应知下面的描述只是对本发明 的原理例释，而不应视之为对后附权利要求书的限制。

本发明包括在室温或接近室温下涂布导电性不粘涂层的方法以及在 一般使用条件下能得益于这种涂层的具体材料。换言之，种种装置、仪 器与设备都可以利用涂层。这些装置包括那些可从导电耐磨涂层中受益 的装置，而这种导电涂层也可提供导电性和无定形性(因而有易弯性)的 优点。

确切地说，这种导电性不粘涂层是陶瓷涂层。在此最佳实施例中， 此陶瓷涂层是用任何合适的例如稍后讨论的方法涂布到基片上的氮化钛 (TiN)构成。

本发明的涂层最好以较薄的层，通常是A级厚的涂层，涂布到基片 上。

对本发明最重要的是TiN构成的陶瓷涂层的性质。应该指出，虽然 此最佳实施例是把TiN用作陶瓷涂层，但来自已知为过渡金属氮化物的 陶瓷族的其它陶瓷，也可用于本发明。这类陶瓷涂层料包括以TiN为首 的以及其他种种陶瓷材料。这些材料根据硬度、抗侵蚀性、颜色与高的 光谱反射率(光滑性)分类。对本发明这一最佳实施例为重要的是，选用 于陶瓷涂层的材料具有所需的TiN的性质，在电手术器械中。应知这些 性质最重要的是这种陶瓷：(a)是导电的、(b)在涂布到电手术器械上后 具有无定形性质以及(c)具有高度的润滑性而由此能平滑地通过被切割/ 烧灼的组织。还应认识到，TiN可以单独使用或可以与具有所需特性的其 他材料组合。这样的其他材料还可以包括其他的导电(过渡金属氮化物) 或不导电陶瓷。

尽管其他的人没有用任何将描述的室温涂布方法进行过TiN这种无 定形形式的涂布，但TiN这种陶瓷的结晶形式则是周知的，它有有利的 硬度、耐磨、惰性、润滑性、生物匹配(相容)性、抗扩散性和热稳定性， 以用于需要运动部件免于磨损的低摩擦界面。虽然导电与导热性质结合 润滑性才能使之有吸引力用作电手术刀的合适涂层，但在本发明的其他 实施例中则常常只是用到这种涂层的一或两种性质。

将这种涂层涂布到不同基片上的最佳方法是溅射。但在这种溅射阶 段最好是知道TiN可以在显著简化制造过程的室温或接近室温下用溅射 进行涂布。TiN还能以高的尺寸精度涂布来沿整个表面上获得均匀的涂层 厚度。由于TiN能以A级的厚度，涂布被涂布部分的尺寸不会受到实质 性的影响。此外，TiN显示出很高的负载本领与韧性。TiN还具有优越的 粘附性，使它即使在表面有塑性变形下也不会剥落，这样的高韧性与优 越的粘附性是由于某些基片与TiN涂层之间的冶金键合。特别是，TiN涂 层能与其他金属如钢和不锈钢良好地键合。

但最为重要的是TiN有利地具有高的硬度和低的摩擦系数(即所谓润 滑性)。这种润滑性能使此导电性不粘涂层在清洁之间的长时间内滑过组 织。但与特氟隆(TM)涂层不同，TiN不会由于反复使用而快速地烧掉或磨 掉而留剩暴露的基片，陶瓷TiN或是没有磨损，或是比先有技术所用的 例如特氟隆(TM)磨损得显著地少，这是因为特氟隆(TM)要被烧掉和自基 片剥离。因此，本发明的涂层具有较长的使用寿命。

最为有利的是，本发明的TiN陶瓷涂层还具有很大的可弯性。这里 的涂层方法允许将TiN涂到通常不能接受这种涂层的表面上。这类表面 材料例如包括塑料、磁铁、半导体以及，包括铝在内的其他热敏材料。 本发明在基础金属基片及其陶瓷涂层之间具有较强的键合力。这种键合 力向下扩展到分子级。具体地说，在金属基片与TiN涂层间存在着冶金 键合。所形成的结果是由基础金属基片和TiN陶瓷涂层组成的界面的毫 微米层。这一界面是当TiN溅射到此基础金属基片上时的涂层过程第一 阶段中形成的。换言之，可以精确地说，能将TiN陶瓷涂层视作为无定 形键合。由于断裂而无结晶结构结果。因此，这种无定形TiN陶瓷涂层 可以整体地随它所附着的基础金属基片弯曲。

考察本发明的这种不粘涂层的潜在应用。下面的表会给人以很深的 印象，其范围从简单装置到高技术设备。下面的表只是作为应用例子提 供的，包括剪刀、刀片、钻头、扩孔钻、锯片、立铣刀、钢丝钳、精密 压印模、辊、销、螺旋、孔径规、冲压金属成形工具、挤压模、纺纱卷 轴用卷筒凸缘、埋头孔、丝锥铰孔器、齿轮铣刀、轴承套、齿轮、齿条、 致动器、推杆、凸轮、凸轮轴、毂、冲孔器、阀杆、镂铣刀具、发动机 部件、下料模、电阻焊电极、刮板、凿出的槽、埋头钻、平头钻、硅片 与晶片、泵塞、锈花针、VLSI半导体、压缩机叶片/翼、宝石、门的零件、 书写工具、眼镜器、轴与密封件、船只零件、管道装置、切刀、航天工 程部件、塑料模具、牙科器械、食品加工设备、配钥匙器、成形模、切 削工具、制粒机刀片、粉末金属模、卷封滚轮、磨光器、雕刻器、铸币 器、剃须刀片、玩具部件、伞、光纤、集成电路、视频/声频磁头、录像 /录音带、计算机软盘、包装器、太阳能电池、厨房用具、窗板、高尔夫 球杆、自行车部件、反射器、火花塞、灯罩、钥匙链、活塞环、流体泵、 超导薄膜、光电二极管、发光二极管、二极管激光器、电极、电化学电 池、热解冷却器、核燃料芯块、磁记录媒体与磁头、流体阀、螺线管、 盘驱动器、板、带、鞋、UV粘合剂、管道、小脚轮、过滤装置、纸产品、 致动器、钓鱼设备，等等。

由这种陶瓷涂层提供的某些具体优点包括生物匹配性、连续涂层、 光滑涂层、不粘涂层(减少摩擦和消除擦伤与卡塞)，这种陶瓷有悦目的 外观、抗侵蚀、耐疲劳、杀菌、普通地不透射线、能用于可弯曲的表面 上、可粘附到包括复合材料在内的不同材料的表面上、适于室温下处理、 不引入残余应力、导电、仿形、很薄且能用作扩散阻挡层。

其他的用途包括将这种涂层用于集成电路。具体地说，集成电路当 前对电路采用钛含两步处理。这种涂层则能用一步处理来取代两步处理， 提高了产率而有更好的纯度、更高的扩散阻挡作用，同时降低了作业费 用。

对于声频/视频记录设备以及媒体。潜在的优点是增加了磁头寿命同 时使媒体经久耐用、改进了声音或图像的重显性、减少了对媒体的磨损， 且能涂布到塑料上而可由此代替金属磁头。

至于厨房用具如锅与盆等，这种陶瓷涂层所涂到铝上而特氟隆(TM) 则不能，这样能更好地抗划伤与碎裂，使得锅与盆有较长的寿命，它是 不粘的，同时金属杓、铲以及其他金属用具都可使用而不必担心损伤这 种涂层。

对于塑料齿轮，潜在的优点是改进了耐磨性、轻量、低成本、保持 了尺寸精度和长寿命。

对于剃须刀片，能减少刺激皮肤、降低生产成本、改进质量和有显 著的市场效益。

对于火花塞，这种涂层会延长寿命、减少污塞和改进性能，特别是 在二冲程油混合领域。

总之，本发明的TiN陶瓷涂层提供了许多优于先有技术的优点。这 种TiN陶瓷涂层不会显著地磨损或烧掉，因而能改进可靠性和耐用性且 不会释出副产物气体。有利的是，TiN陶瓷还能重复清洗，使得涂有它的 装置能多次使用。此外可以采用多种不同的杀菌技术而不会伤及TiN陶 瓷。

本发明提出，所述基片可以是不锈钢，但是也可采用其他材料。这 些其他材料还可以是导电金属如钛，但也可包括不导电材料如塑料。

上述这些非医疗应用的决定性的优点涉及到此陶瓷涂层的涂布方 法。在一最佳实施形式中，TiN陶瓷涂层是用室温直接溅射法涂布到不锈 钢刀片上。溅射是室温或较低温度下的方法，使TiN的受控薄膜均匀地 沉积于不锈钢刀片或任何其他基片上。

溅射法本身较简单，对本发明来说有众多的优点。例如，溅射法不 会改变基础金属基片或TiN陶瓷涂层的性质。其他的优点可通过考察溅 射方法来了解。

这里描述两种溅射形式。第一种形式称之为直接溅射，意指直接从TiN源进行溅射。TiN原料有市售，可以在不反应气氛下用射频源将纯TiN涂 层涂布到基础金属基片上。

另一种将TiN涂布到基础金属基片上的方法是通过反应溅射工艺进 行。钛与氮气氛反应形成TiN。此TiN然后涂布到不锈钢表面上。

上述直接与反应这两种溅射法涉及到大致相同的如图1所示的设备。 溅射是在不锈钢室10中进行。在此最佳实施例中，室10的尺寸是直径 约18英寸，高约12英寸，用大致位于室10顶部的溅射枪12来实现实 际的溅射功能。溅射枪12能据需要沿水平与垂直两个方向运动。

上述溅射系统是用可直接购制的标准设备进行。直接溅射法的一例 如下。不锈钢室10经抽气口14抽出环境空气，然后通过进气口16给室 10送入惰性气体如氩气。此氩气用阴极18和阳极20电离，产生撞击TiN24的离子流22。离子流22的撞击将弹射出TiN的溅射流26，后者进到并 粘附于基片30上。重要的是应知还有内行的人周知的其他溅射方法同样 运用于涂布TiN陶瓷涂层26。

溅射时间虽可变化，但根据试验测定，在基础金属基片30上产生TiN陶瓷涂层26至约0.5μm厚的溅射时间通常为1～1.5小时。一般发现， 涂布TiN陶瓷涂层26的溅射法遵循线性函数，因而易于根据所需厚度调 节涂布时间，这样，0.5μm厚的TiN涂层对应于每秒增加约1A。厚TiN沉积率。

上述过程说明了将陶瓷涂层涂布到金属基片上的方法。总之，重要 的是应知溅射是动量传递过程。在此过程中，材料的原子组份由于与高 能粒子轰击有关的动量交换而自靶面弹射出。轰击的类属一般是重惰性 气体，通常是氩气体的离子。溅射可以用于表面蚀刻和/或涂层两个方面。 溅射的原子流可以与工作气体原子在其到达基片之间反复碰撞，而于基 片上冷凝成靶料的涂层。

在金属上与在塑料上涂层的关键差别是，在塑料上要比在金属上用 等离子体来调节和/或预处理塑料表面呈更大的范围。对于涂层某些塑料 如硅酮时，可以由分开的盒作等离子体处理，或采用同一涂层用溅射机 在形成等离子体但不含发生成最少发生溅射的较低能量水平下进行等离 子体处理。这种预处理有助于涂层更好地粘附到塑料基片上。在对待涂 层的塑料作预处理时，使此塑料的表面与等离子体接触，在此表面上的 等离子体的离子轰击通过等离子侵蚀调节了塑料表面，使其更具导电性 来接收靶原子。取决于处理条件如压力与功率，促进了在此表面上形成 细粒度的无定形结构。这种轰击效应将给靶原子以足够的能量使之进到 塑料的表面层内，由此可使涂层与基片得以作优异的结合。留于靶上的 溅射材料流在组成上与靶的组成一致。

涂层的质量取决于溅射方向，气相传输以及组份的基片粘附系数。 由于涂层的靶料是由机械方法(动量传输)而不是由化学或热过程将涂层 材料传输到汽相，因而通过仔细地调节相应条件(保持溅射能量水平因而 可使温度低)可以控制基片的加热。这样的调节能够在室温或接近室温下 对塑料表面涂层而不损伤基片。

尽管这里用来将陶瓷涂布到基片上的当前最佳的方法是通过溅射， 但应知还存在其他方法，包括例如CVD法与等离子体沉积法。为此，不 应把本发明视之为限于应用溅射法。

应该指出，TiN与现有技术对基础金属的涂层不同之处还在于它不释 出危险气体。TiN在加热时不会释出任何气体。

虽热本发明的这一当前最佳实施例着重于基础金属基片上陶瓷的无 定形涂层，但应该认识到也可采用结晶涂层。

在其上涂布本发明的陶瓷涂层的材料一般是那些在非医疗应用中具 体见到的那些。但是应该仔细地考察本发明对医疗工业的明显优点，因 为这能获得显著的益处。

简单地列出可以由本发明陶瓷涂层涂布的医疗装置、植入物与器械， 可以更清楚地理解本发明的优点。首先，可以受益于本发明的机械装置 包括血泵，如心室辅助装置、人造心脏、主动脉内气囊泵与压缩器。这 种涂层涂布到绝大多数塑料、金属与陶瓷部件上，包括磁铁，后者可以 在室温或接近室温下涂层而不会影响磁性。此外，这种涂层提供了这样 一些优点如生物匹配性包括无毒性，甚至当基础材料未必是生物匹配的 时，这种涂层可以起到抗侵蚀作用，甚至能用作扩散阻挡层。

本发明的涂层不仅能用于与血液接触的表面，而且还能用于插入装 置的外部。这类装置包括气囊例如取向附生、导管、颤器主动脉内等气 囊以及血管整复术用气囊。这种涂层也可设置在膜片、容积流量计的室 腔以及塑料管的有关流道中。

在马达中，这种涂层也可用在轴承与轴承部件上。这些部件包括滚 珠、枢轴以及医疗装置的致动器中所用内、外座圈上。结果能减少磨耗， 因而延长了医用装置的使用期。

其他能受益的医疗装置是导管，特别是用于长时期体内手术中的导 管，心切开术与脑血管用导管，以及那些需要更安全和更可靠的不透射 线的覆盖件或标志件。软组织的植入物则包括阴道内的以及结肠切开术 的钻孔器、胸腔植入物、阴茎与睾丸植入物。

心脏中用的这种阀瓣也可以通过在盘和支杆上设置涂层而改进。由 金属、陶瓷与塑料制的既有的以及用于环腔修复环件的移植片固定物都 可以涂层，以提供所需的可弯曲的和生物匹配的外盖。

脉管分流器、如透析分流器、A-V分流器、中枢神经系统分流器、内 淋巴液分流管、腹膜分流器以及脑水胜分流器等，都可以涂层。

硅酮基医疗装置包括吸入器密封件，喉头切开修复术用阀瓣、鼻止 血塞以及管状器官都可涂层。

本发明还可对任何植入的电动装置如起搏器、去纤颤器、心脏正位 器、双电位电极与导线、神经刺激器如小脑的、脑的、头颅的、神经与 脊髓用的器件等所用的覆盖导电载荷的塑料套以及导线本身、连接器与 穿通线进行涂层。上述植入装置也可以是在本质上是光学的或蜗形的。

其他受益的装置包括动脉过滤器、脉管移植、曲张的静脉反卷以及 心脏内、小拭子、心包与心外膜的修补件。避孕与Ob/Gyn装置，包括插 入物假体、管道堵塞装置(带、卡、插件与阀)、尿道装置如移植片固定 物、扩张器与导管、IUD与隔膜。其他装置包括血管造影术的导线与其他 的导线。

属于可植入领域与不植入的短期领域中的传感器与传送器也可以涂 层，其中包括用于测量血流、血压以及脉管通入装置、可以涂导电层保 护的装置、导管梢端压力传送器以及可侵入的葡萄糖传感器。这种涂层 本身可以用作传感材料，探测其性质变化，例如作为所测对象函数的导 电率的变化。

咬合器1包括用于专利动脉导管中的那些。气管造口用管也可涂层。

最后，具有塑料基衬底的热密封罐头，及其他封闭容器包括用于封 装任何类型电子装置的，用于致动器、传感器与流体的，都可以涂层。

外科器械与装置也可涂层。这类装置包括各种类型的导管、针头、 套管计、送气/呼气管、输血管、剪、外科钉、电手术器械、泵/以及刀、 解剖刀、夹、止血器、扩张器、牵引器、检查手套、不吸收缝线与绷带、 切片机、外科用网件、扁桃腺切开器以及血管夹、趋异体性器械与附件 和换热器。

还有可以涂层的各种整形外科装置，如合成的韧带和腱、输卵管替 换件、耳假体、Stiennman销、骨板与头盖骨板。

测量与分析装置包括血液测量与计算装置、血液收集系统、血与其 他敏感流体容器、内衬、管、试验室仪器与血液接触面，以及用于EEG、 ECG等的导线的涂层。

其他能够涂层的装置是注射器、柱塞、眼内透镜、药剂的容器与运 装物。

应该认识到前几页的描述中并未代表本发明所涉及的所有可能的医 疗器械、装置以及本发明的用途，它们只是用来提示多种用途。

本发明特别重要的一种医疗方面的用途是扩散阻挡层。许多可植入 装置如血泵以及软组织植入物(胸腔、阴茎与睾丸)都有包含流体的扩散 阻挡层。这种扩散阻挡层是设想用来防止工作流体(如润滑油)从医疗装 置流入体内。同样，并未设想体液(血液)会进到医疗装置内的。但真正 的情形是，扩散阻挡层是软膜，无利于气体与流体的透过。本发明的涂 层能起到扩散阻挡层的作用，可防止或至少减少气体与流体流过这种可 渗透膜的可能性。

为了理解此问题的本质，观察脉动式血泵的图解是有帮助的。图2 示明一血泵40。此血泵40有泵室42，其中设有聚氨酯膜44起到隔膜作 用。膜44的一侧是血液46，另一侧是工作流体48。泵室42通过能量转 换器50与容积流量计室52通连。室52内是血泵40的工作流体48。

箭头54表明扩散是通过泵室中的血液46与工作流体48之间的以及 工作流体48与围绕室52的组织56之间的膜44发生的。应该指出，血 泵40中的工作流体48通常是某种润滑油如硅酮油。显然，要求阻止血 液46和工作流体48通过挠性膜44。

当前，既有的脉动式泵接收扩散的血液与工作流体，且仅仅是试图 处理这种问题的病象。换言之，这种脉动式泵常设有注入口用来接收气 体或工作流体。

允许扩散会有害于脉冲泵，理由如下：首先，设置注入口会使污染 物进到装置内，这样会增加感染机会。其次，将血液通入泵吸机构中会 加大内部工作的侵蚀速度，因而会加大装置失效的几率。

还存在有关硅酮长期健康影响问题。据报导，结缔组织疾病与乳腺 癌是其结果之一。但显然应谨慎地减少将硅酮油引入血流中。

根据试验测定，某些脉动血泵装置每年将损失10～15cc硅酮油进入 人体内。这样多的体积的工作流体的损失同样有害于装置的作业，因为 这会减少例如15％～25％的行程容积。这样的行程容积损失可能是不能接 收的高损失。但是，电动液压泵并非是其性能受到扩散危害的唯一的一 类泵。推杆-板式泵也同样易因此失效。

参考容积流量计室，这些室中所用的膜也会让体液流入装置中。这 些体液中所含的离子与水气会造成血泵能量转换器的侵蚀与磨损，这样， 由于短络和侵蚀将导致泵的最终失效。

以前所企图的来减少这种膜的透过率已不能中止扩散。例如曾尝试 使用过多层膜或不同的膜料。不幸的是，这些管试没有一个成功。

本发明通过用可弯的生物匹配的抗侵蚀涂层涂膜，有利地减少了工 作流体与血液通过所涂的膜。

图3是拟用于泵吸机构的膜60的当前最佳实施例的横剖面图。在这 一当前最佳的实施例中，在膜60的两个层64与66之间设有陶瓷涂层62。 在此实施形式中，把聚氨酯用于膜层64与66。陶瓷涂层62的厚度经试 验测定约为5000～10000A。陶瓷涂层62经真空成形或溶液浇注之后形成 于聚氨酯膜层64或66之一之上。在溅射中，此聚氨酯表面由氩等离子 体供能。因此，陶瓷涂层料的离子将有效地与此表面结合，这样就形成 了无定形的扩散层。

第二层聚氨酯在真空成形中加热时形成了活性表面。在溶液浇注中， 此聚合物将取液相，可使聚氨酯进入陶瓷浇注面的微不规则区中。这样 的结合可阻止表面分层。

由于无定形TiN的介入，可以抗疲劳、生物匹配、抗侵蚀与轻量。 此外，TiN是疏水的，因而能阻止任何流体通过其表面扩散。也能够通过 适当的表面等离子体处理。扩散主要是沿晶粒界面发生。但TiN涂层的 无定形性质，它不会有任何晶粒界面，因而大大减少了通过TiN陶瓷层62 的扩散。

考察其他材料用作聚氨酯膜层间的扩散阻挡层时，观察到金能够被 溅射。但在血泵中上过膜的弯曲与伸展条件下，金可能会由于它的低耐 疲劳性而破裂。此外，金比TiN价2P昂。银与铜是侵蚀性的，不宜供医 疗应用。

但TiN族的其他陶瓷则有可能用作阻挡层，它们包括氧化铝、碳化 钛、碳化硅、氮化硅、氮化硼与氧化锆。这些陶瓷的优点类似TiN，能用 溅射提供无定形涂层，可抑制气体与流体透过，能在室温或接近室温下 沉积，可涂布到多种材料上因而可在所述泵的不同部分与不同材料形成 同一涂层，且都是生物匹配的。

应知上述实施例只是用来阐明本发明的应用。内行的人在不偏离本 发明的精神与范围的前提下，是可以作出种种改型与其他装置形式的。