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等离子体表面处理技术在医疗器械领域的应用2

等离子体如何改变表面的性能？

图 2：作为表面处理工具的等离子体大多数情况下是在一个低压真空腔室内产生。随着技术的进步在大气压力下产生等离子体已经开始普及，并且被越来越多的应用。图 2a是PVA Tepla公司的台式低压等离子体系统。这种类型的系统具有先进的性能，很适合于单元式工业以及实验室中适用。图 2b是 PVATepla公司的大气压等离子体笔的特写。这种设计把电压和电流安全的控制在等离子体笔体内部，它可用于在线式应用或者选择性的局部处理。

假设一个固体的表面吸附了碳氢污染物。这些污染物很容易与等离子化的氧元素反应。氧攻击吸附的碳氢化合物，从而转变成CO2 和 H2O。图3是一个简单的反应机理。对于易氧化的表面，可以选择用等离子化的氢气进行表面清洁。氢不仅可以把表面的部分有机物变成挥发性的烃，还可以减少铜、镍、银等金属的氧化。

等离子体的化学特性几乎取决于原料气体。例如，O2, N2, N2O, CO2等可产生氧化性等离子体。这些气体用于把表面对于极性溶液变得更加浸润，或者亲水。这是通过等离子体诱导共价的氧键变为羰基、羧基、羟基等官能团来实现的。这些极性官能团可增加表面的能量，因此，可使组织细胞更好的黏附，或者使分配到诊断平台上的分析物可以更容易的流过微流体通道。

Ar/H2，NH3等可产生还原性的等离子体。这些气体已证实可有效的活化碳氟化合物，如PTFE。因为PTFE的惰性和生物相容性，它是制造体内医疗器械的理想材料。但这些特点又是加工PTFE的不利因素，比如需粘附到合成支架上以促进体内装置上的组织生长。还原性的等离子体可通过降低整个表面的氟浓度，用羟基等官能团置换氟原子来解决这些问题。表面的羟基可提供支撑这些合成支架的定位点。

一些应用需要将主材料进行侵蚀。NF3，SF6，CF4等含氟的气体很适合用来刻蚀碳氢聚合物、硅以及氧化硅、氮化硅等材料。等离子体除了很强的化学作用之外，直接性的作用也扮演了很重要的角色，带有动能的粒子撞击表面可以去除更多的表面惰性污染物（例如金属氧化物以及其他无机污染物），以及在适当的位置使聚合物交联来保持等离子体处理的效果。

可以通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺来生长聚合物涂层。PECVD是通过在等离子体中活化单体等核素，并诱导它们在工件的基面发生聚合来工作的。PECVD涂层具有防护层、防粘、防划等一些性能。另外有些涂层含有一些特殊的官能团，例如-NH3，-OH，-COOH。这些官能团为后续的接枝提供了合适的接合位置（例如为生物材料而固定蛋白质或传感剂），或者可以提高官能团涂层的结合力（例如抗凝血酶原、润滑、IV型胶原质等）。沉积涂层的表面化学性决定于几十纳米深度的外表面。

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