Способ изготовления электретов

(57) Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления электретов, и может быть использовано в медицине для изготовления костных имплантатов, применяемых в хирургии для лечения переломов костей и артрозов суставов. Предложенный способ изготовления электретов обеспечивает зарядку наружной поверхности изделия-электрета сложной конфигурации, основа которого изготовлена из тантала, со всех сторон покрытого тонким слоем оксида тантала, путем создания разности потенциалов между проводящей основой и наружной поверхностью изделия через жидкостной контакт, для чего указанное изделие при разности потенциалов погружают в емкость с жидкостью и затем извлекают из нее. Также в заявленном способе предусмотрено изменение величины разности потенциалов при извлечении изделия из жидкости и изменение уровня жидкости относительно изделия, при этом указанная жидкость представляет собой смесь воды и этилового спирта. Предложенный способ позволяет получать на поверхности имплантата сложной формы электретный слой при заданном распределении потенциала по всей поверхности изделия за один проход, т.е. при одном извлечении изделия из жидкости, что является техническим результатом предложенного изобретения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к способам изготовления электретов, и может быть использовано в медицине, в частности для изготовления костных имплантатов для погружного остеосинтеза, применяемых в хирургии для лечения переломов костей и артрозов суставов.

Характеристика аналогов

Известны различные способы электризации диэлектриков (см. Электреты, под ред. Г.Сесслера, М., Мир, 1983 г., 486 с.), включающий создание разности потенциалов между проводящей основой и наружной поверхностью изделия через контакты, один из контактов выполнен в виде газового контакта и его перемещают относительно наружной поверхности. Более конкретно: над заряжаемой поверхностью изделия устанавливают заостренный на конце электрод. К нему подключают минус от источника питания, а к основе материала изделия подключают плюс источника питания. Между заостренным электродом и изделием образуется разность потенциалов, из-за которой газовая среда в зазоре между электродом и наружной поверхностью ионизируется и становится электропроводной. В результате между электродом и поверхностью изделия образуется коронный разряд, через который происходит стекание заряда на наружную поверхность изделия. В результате наружная поверхность изделия заряжается в форме заряженного пятна, а за счет перемещения заостренного электрода вдоль поверхности изделия образуется полоса заряженного электрета. Однако заряжается изделие не по всей наружной поверхности изделия, а полосой и только на стороне, обращенной к электроду. Противоположная сторона изделия также остается незаряженной. Для зарядки изделия по всей поверхности необходимо делать несколько проходов.

Недостатком аналога является невозможность зарядки изделия по всей наружной поверхности за один проход вдоль наружной поверхности изделия.

Характеристика прототипа

Ближайшим из аналогов является способ получения электретов (см. патент США №2904431, НКИ 96-1) включающий создание разности потенциалов между проводящей основой и наружной поверхностью изделия через контакты, один из которых выполнен в виде жидкостного контакта и его перемещают относительно наружной поверхности изделия.

Причем жидкостной контакт получают за счет того, что перемещают относительно заряжаемой поверхности пропитанную жидкостью эластичную губку, закрепленную в металлическом держателе, который перемещают относительно изделия, осуществляя зарядку наружной поверхности изделия. Заряжается поверхность изделия только в месте контакта поверхности со смоченной губкой и представляет собой по форме заряженное пятно на поверхности изделия, копирующее форму жидкостного контакта смоченной губки с наружной поверхностью изделия. При перемещении держателя с влажной губкой вдоль поверхности изделия заряженное пятно контакта превращается в заряженную полосу. Для получения заряженной наружной поверхности (электрета) изделия необходимо смещать держатель с губкой и повторять операцию зарядки, пока губка не обработает всю поверхность. Это чрезвычайно важно в костных имплантатах (погружного остеосинтеза), устанавливаемых в тело больных, где требуется зарядка всей поверхности имплантата, соприкасающейся с жидкими средами организма со всех сторон.

Недостатком прототипа, так же как и у аналога, является невозможность зарядки изделия по всей наружной поверхности за один проход. Особенно большие сложности будут при изготовлении электретов в изделиях сложной формы, т.к. потребуется точное отслеживание движения металлического держателя в соответствии с формой изделия. В противном случае это может привести к нарушению электрического контакта смоченной жидкостью губки и наружной поверхностью изделия и, соответственно, браком изделия из-за неполучения электрета в местах нарушения контакта.

Кроме того, способом-прототипом невозможно получить электретной поверхности в сквозном отверстии изделия.

Техническая задача

Технической задачей, вытекающей из уровня техники, является возможность зарядки изделия сложной формы по всей наружной поверхности за один проход.

Поставленная задача решается за счет того, что заявляемый способ получения электрета включает создание разности потенциалов между проводящей основой и наружной поверхностью изделия через контакты, один из которых выполнен в виде жидкостного контакта и его перемещают относительно наружной поверхности изделия.

Причем изделие погружают в емкость с жидкостью, а потом извлекают из нее. При этом наружная поверхность изделия электризуется. А потенциал в конкретной точке диэлектрической наружной поверхности получается равным значению потенциала жидкости в момент разрыва контакта между ней и диэлектрической поверхностью в этой точке, что особенно ценно для погружаемых в тело больного костных имплантатов сложной формы в отличие от прототипа, где контакт с жидкостью осуществляется только вместе контакта смоченной губки и поверхности изделия. Кроме того, в заявляемом способе не происходит усложнение в способе изготовления изделий сложной формы, т.к. не требуется отслеживать форму изделия - электрический контакт жидкости с поверхностью изделия обеспечивается автоматически за счет погружения изделия в жидкость.

В процессе извлечения изделия из жидкости меняют величину разности потенциалов между проводящей основой и жидкостью, что позволяет получать на поверхности изделия заданный закон распределения потенциала.

Опускают уровень жидкости относительно изделия, что является другим вариантом извлечения изделия из жидкости.

Уровень жидкости опускают за счет опускания емкости, что является одним из вариантов опускания уровня жидкости относительно изделия.

Уровень жидкости опускают за счет удаления жидкости из емкости, что является еще одним вариантом опускания уровня жидкости относительно изделия.

Заявляемый способ изготовления электретов является новым техническим решением поставленной задачи, т.к. он не известен из уровня техники.

На чертеже схематически изображена схема реализации заявляемого способа изготовления электретного слоя на костном имплантате сложной формы - скобы (вид сбоку и вид сверху). Здесь же показана форма закона распределения потенциала вдоль наружной поверхности изделия. Также здесь показано направление извлечения изделия из жидкости (вверх).

Пример конкретного исполнения

Берем заготовку костного имплантата в форме скобы (см. чертеж), основа которой изготовлена из тантала, со всех сторон покрытую тонким слоем оксида тантала. Сначала скобу погружают в электризующую жидкость (например смесь воды и этилового спирта), находящуюся в емкости (на чертеже обозначены только уровни m, n, p, q жидкости относительно скобы, которую извлекают из жидкости). Создают разность потенциалов U_э между материалом основы (из тантала) и жидкостью, смачивающей скобу по всей поверхности скобы. На уровне m разность потенциалов равна нулю. По мере извлечения скобы из жидкости до уровня разность потенциалов повышается до U_э1. Далее при извлечении скобы до уровня жидкости p разность потенциалов уменьшается до нуля. На заключительном участке извлечения p разность потенциалов вновь повышалась до U_э2. В результате такой электризации было получено необходимое распределение потенциала вдоль поверхности скобы, соответствующее закону изменения разности потенциалов между основой скобы и электризующей жидкостью. Причем заданное распределение потенциала было получено по всей поверхности скобы и за один проход (при одном извлечении изделия-скобы из жидкости).

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе решается полностью поставленная техническая задача, вытекающая из уровня техники и, следовательно, он соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение находится на стадии опытно-промышленного освоения. Проведены клинические испытания в Военно-Медицинской Академии (около 100 операций), 3-й городской больнице СПб, госпиталях Министерства обороны РФ, доказавшие высокую эффективность электретных покрытий, получаемых на костных имплантатах (изготовленных по заявляемому способу), используемых для ускорения лечения травмированной костной ткани. Планируется зарубежное патентование, серийное использования заявляемого способа в отечественной и зарубежной медицинской практике.

1. Способ получения электрета, включающий создание разности потенциалов между проводящей основой и наружной поверхностью изделия через контакты, один из которых выполнен в виде жидкостного контакта и его перемещают относительно наружной поверхности изделия, отличающийся тем, что жидкостной контакт формируется за счет того, что изделие погружают в емкость с жидкостью, а потом извлекают из нее.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе извлечения изделия из жидкости меняют величину разности потенциалов между проводящей основой и жидкостью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что опускают уровень жидкости относительно изделия.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что уровень жидкости опускают за счет опускания емкости.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что уровень жидкости опускают за счет удаления жидкости из емкости.