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摘 要：医用超声设备在临床应用过程中，硅橡胶控制面板不可避免地接触到各类溶剂，部分溶剂可能会使控制面板的硅橡胶按键膨胀，导致按键卡紧而使操作失效。本文基于材料特性、结构特征及实验数据，探讨硅橡胶膨胀的解决方案，并通过分析得出目前合适的方案。
关键词：医用超声设备，硅橡胶，膨胀，表面处理
0 引言
超声检查是一种无放射性损伤的检查，得到越来越广泛的临床应用。随着医用超声设备的发展，对于设备控制面板的要求也越来越高。对操作者而言，简洁、耐用的控制面板是病情诊断的保证。
医用级硅橡胶是制备人工器官、医疗器械及其配件的基本原料，硅橡胶除了可满足医用高分子材料的基本要求外，还具有耐热、耐寒、无毒、耐生物老化、对人体组织反应极小、较好的物理和机械性能等特点，成为医用高分子材料中最为典型的有机硅高分子材料。【1】
硅橡胶材料应用于超声设备控制面板，在临床使用中又不可避免地接触到如润滑剂、耦合剂等化学溶剂，其中部分溶剂将使硅橡胶产生膨胀，严重时将导致按键卡紧，从而影响操作延误诊断。
1 控制面板结构及硅橡胶材料
1.1 硅橡胶控制面板的结构
一般情况下，控制面板由外壳、硅橡胶按键面板及印制板三部分组成，硅橡胶面板主要由表面层、按键层、弹性壁、基片等组成。如图1所示：
图1硅橡胶控制面板结构示意图
1.2 硅橡胶材料特性
硅橡胶为一特种合成橡胶，它是由二甲基硅氧烷单体及其它有机硅单体，在酸或碱性催化剂作用下，聚合成的一类线形高聚物，经过混炼、硫化，可以相互交联成为橡胶弹性体。【2】化学结构式为：mSiO2·nH2O，主链均由Si-O组成，化学性能稳定。但由于酸盐易切断其分子链，因此存在一定风险。
1.3 硅橡胶的表面处理
对于医用超声设备的控制面板，硅橡胶材料常用的表面处理有以下几种：
a） PU油喷涂
PU油属热固型单组分高性能聚氨酯油墨，适用于硅橡胶制品，具有附着力强、透明、耐用等特点。PU油采用静电喷涂的方式，均匀附着在硅橡胶面板表面，形成保护层。
b） 喷漆镭雕
镭雕属于目前先进的加工技术，它主要利用高效激光对材料进行雕刻和切割。几乎可对任何材料进行雕刻切割，采用非接触式加工，不对硅橡胶材料造成机械挤压或机械应力。【3】该工艺先在硅橡胶面板上粘接硬质透明塑料，并喷涂油漆，干固后利用高效激光雕刻形成文字或图案。最后喷涂PU油。
c） 环氧树脂滴塑
环氧树脂是含有多于一个环氧基团的有机化合物。具有良好的物理、化学性能，能牢固附着在多种材料的表面，尺寸稳定，硬度高。该工艺将定量的环氧树脂液体经过针管压至按键顶面自然扩散固化，成水滴型。按键四周喷涂PU油。
2 硅橡胶面板的测试
2.1 测试情况
由于硅橡胶对少数化学药品存在风险，但又经常接触。因此需进行溶剂测试。测试分阶段进行，分别在三款PU油喷涂的硅橡胶（以下简称硅橡胶1、2、3）面板按键外表面涂抹润滑剂。第一阶段测试使用X品牌润滑剂；第二、三阶段测试使用Y品牌的润滑剂。测试频率均为每日2次，结果如下：
测试过程中，润滑剂短暂停留在按键表面后，快速渗透进入硅橡胶按键。
2.2 硅橡胶膨胀的危害
第一阶段的按键尺寸无变化，可知并非所有的润滑剂都能使硅橡胶膨胀；第二、三阶的按键尺寸随着接触时间的增加而变化，膨胀的按键可以观察到顶部大底部小，顶面向上拱。
由上述的测试看出，硅橡胶存在膨胀风险，按键在膨胀之后，将与塑料面板产生摩擦，膨胀至一定尺寸后导致按键卡紧。材料的细微缺陷造成设备的瘫痪，导致诊断延误及制造企业的维修、采购成本增加。
2.3 解决方案
在以上测试中，PU油喷涂的硅橡胶面板存在膨胀风险，避免风险的关键在于阻断材料直接接触溶剂。对此，有另外三种方案，以下进行讨论。
3 避免膨胀的方案及分析
3.1 增加保护层
该方案为控制面板上每个硅橡胶按键制作有机玻璃保护层，有机玻璃材料具有耐腐蚀及密封性，易加工成型。但也存在不足：部件增多使装配过程繁琐。经过长时间的使用，材料变脆易开裂，此时硅橡胶仍存有接触溶剂的风险。
3.2 喷漆镭雕
该工艺由于按键面粘接了硬质透明的塑料层，又喷涂多层油漆。塑料层阻断了硅橡胶材料与润滑剂接触，不存在膨胀风险，镭雕使按键的内容清晰易识别。
该工艺也存在加工成本高企的现状，超声医疗设备需要一定操作空间以保证舒适、准确地操作，因而面积也较大。在目前条件下，多次喷漆使按键弹力难以控制，成品率很低。
3.3 环氧树脂滴塑
该工艺在按键面形成硬质透明的保护层，为验证其效果，采用2.2小节中Y品牌润滑剂及方式，对两片环氧树脂滴塑的硅橡胶面板进行为期2周的测试。结果发现：所有尺寸均无变化。
从测试中观察到，润滑剂停留在按键表面约5-6小时，环氧树脂滴塑层有效阻断了硅橡胶与润滑剂的接触。虽然按键侧面喷PU油保护，但在正常情况下，侧面接触的剂量微弱，且顶部受固化的环氧树脂收拢。因此，为按键预留合理的行程及装配空间，能保证在整个产品生命周期内，硅橡胶按键不会卡紧在控制面板上。
3.4 小结
有机玻璃结构件保护全面，但由于成本和耐用性均不理想，因此，相关产品的控制面板已很少采用这种方式。
喷漆镭雕工艺对于小面积的硅橡胶面板存在优势，但医用超声设备控制面板的现状导致该工艺低成品率及高成本。该工艺一般应用于少数高端的设备控制面板上。
环氧树脂滴塑固化后与硅橡胶面板一体，既节约模具成本又方便安装，成品率高，按键操作舒适。对于大多数实用性的医疗设备而言，是最理想的表面工艺。
4 结束语
由于我国的地域经济发展不均衡，在医用超声设备领域，各地区的条件及使用的辅助品也不尽相同，欠发达地区所使用的辅助品质量较不稳定。如何有效硅橡胶面板避免膨胀，解决的方案虽有多种，但都必须面对不发达地区购买力有限的事实。因此，大幅增加成本的解决方案（或工艺）并不是最合适的。
综上所述，采用环氧树脂滴塑工艺的硅橡胶面板是目前最合理的解决方案。
参考文献
[1]张承焱. 硅橡胶在生物医学领域的应用. 有机硅材料[J]2002， 16（6）：14-17
[2]赵成如，夏毅然，史文红. 医用高分子材料在医疗器械中的应用. 中国医疗器械信息[J] 2006， 12（5）：9-16
[3]潘光泉编著. Pro/ENGINEER手机结构设计手册.[M].北京；人民邮电出版社，2007.3
关键词：医用超声设备，硅橡胶，膨胀，表面处理
0 引言
超声检查是一种无放射性损伤的检查，得到越来越广泛的临床应用。随着医用超声设备的发展，对于设备控制面板的要求也越来越高。对操作者而言，简洁、耐用的控制面板是病情诊断的保证。
医用级硅橡胶是制备人工器官、医疗器械及其配件的基本原料，硅橡胶除了可满足医用高分子材料的基本要求外，还具有耐热、耐寒、无毒、耐生物老化、对人体组织反应极小、较好的物理和机械性能等特点，成为医用高分子材料中最为典型的有机硅高分子材料。【1】
硅橡胶材料应用于超声设备控制面板，在临床使用中又不可避免地接触到如润滑剂、耦合剂等化学溶剂，其中部分溶剂将使硅橡胶产生膨胀，严重时将导致按键卡紧，从而影响操作延误诊断。
1 控制面板结构及硅橡胶材料
1.1 硅橡胶控制面板的结构
一般情况下，控制面板由外壳、硅橡胶按键面板及印制板三部分组成，硅橡胶面板主要由表面层、按键层、弹性壁、基片等组成。如图1所示：
图1硅橡胶控制面板结构示意图
1.2 硅橡胶材料特性
硅橡胶为一特种合成橡胶，它是由二甲基硅氧烷单体及其它有机硅单体，在酸或碱性催化剂作用下，聚合成的一类线形高聚物，经过混炼、硫化，可以相互交联成为橡胶弹性体。【2】化学结构式为：mSiO2·nH2O，主链均由Si-O组成，化学性能稳定。但由于酸盐易切断其分子链，因此存在一定风险。
1.3 硅橡胶的表面处理
对于医用超声设备的控制面板，硅橡胶材料常用的表面处理有以下几种：
a） PU油喷涂
PU油属热固型单组分高性能聚氨酯油墨，适用于硅橡胶制品，具有附着力强、透明、耐用等特点。PU油采用静电喷涂的方式，均匀附着在硅橡胶面板表面，形成保护层。
b） 喷漆镭雕
镭雕属于目前先进的加工技术，它主要利用高效激光对材料进行雕刻和切割。几乎可对任何材料进行雕刻切割，采用非接触式加工，不对硅橡胶材料造成机械挤压或机械应力。【3】该工艺先在硅橡胶面板上粘接硬质透明塑料，并喷涂油漆，干固后利用高效激光雕刻形成文字或图案。最后喷涂PU油。
c） 环氧树脂滴塑
环氧树脂是含有多于一个环氧基团的有机化合物。具有良好的物理、化学性能，能牢固附着在多种材料的表面，尺寸稳定，硬度高。该工艺将定量的环氧树脂液体经过针管压至按键顶面自然扩散固化，成水滴型。按键四周喷涂PU油。
2 硅橡胶面板的测试
2.1 测试情况
由于硅橡胶对少数化学药品存在风险，但又经常接触。因此需进行溶剂测试。测试分阶段进行，分别在三款PU油喷涂的硅橡胶（以下简称硅橡胶1、2、3）面板按键外表面涂抹润滑剂。第一阶段测试使用X品牌润滑剂；第二、三阶段测试使用Y品牌的润滑剂。测试频率均为每日2次，结果如下：
测试过程中，润滑剂短暂停留在按键表面后，快速渗透进入硅橡胶按键。
2.2 硅橡胶膨胀的危害
第一阶段的按键尺寸无变化，可知并非所有的润滑剂都能使硅橡胶膨胀；第二、三阶的按键尺寸随着接触时间的增加而变化，膨胀的按键可以观察到顶部大底部小，顶面向上拱。
由上述的测试看出，硅橡胶存在膨胀风险，按键在膨胀之后，将与塑料面板产生摩擦，膨胀至一定尺寸后导致按键卡紧。材料的细微缺陷造成设备的瘫痪，导致诊断延误及制造企业的维修、采购成本增加。
2.3 解决方案
在以上测试中，PU油喷涂的硅橡胶面板存在膨胀风险，避免风险的关键在于阻断材料直接接触溶剂。对此，有另外三种方案，以下进行讨论。
3 避免膨胀的方案及分析
3.1 增加保护层
该方案为控制面板上每个硅橡胶按键制作有机玻璃保护层，有机玻璃材料具有耐腐蚀及密封性，易加工成型。但也存在不足：部件增多使装配过程繁琐。经过长时间的使用，材料变脆易开裂，此时硅橡胶仍存有接触溶剂的风险。
3.2 喷漆镭雕
该工艺由于按键面粘接了硬质透明的塑料层，又喷涂多层油漆。塑料层阻断了硅橡胶材料与润滑剂接触，不存在膨胀风险，镭雕使按键的内容清晰易识别。
该工艺也存在加工成本高企的现状，超声医疗设备需要一定操作空间以保证舒适、准确地操作，因而面积也较大。在目前条件下，多次喷漆使按键弹力难以控制，成品率很低。
3.3 环氧树脂滴塑
该工艺在按键面形成硬质透明的保护层，为验证其效果，采用2.2小节中Y品牌润滑剂及方式，对两片环氧树脂滴塑的硅橡胶面板进行为期2周的测试。结果发现：所有尺寸均无变化。
从测试中观察到，润滑剂停留在按键表面约5-6小时，环氧树脂滴塑层有效阻断了硅橡胶与润滑剂的接触。虽然按键侧面喷PU油保护，但在正常情况下，侧面接触的剂量微弱，且顶部受固化的环氧树脂收拢。因此，为按键预留合理的行程及装配空间，能保证在整个产品生命周期内，硅橡胶按键不会卡紧在控制面板上。
3.4 小结
有机玻璃结构件保护全面，但由于成本和耐用性均不理想，因此，相关产品的控制面板已很少采用这种方式。
喷漆镭雕工艺对于小面积的硅橡胶面板存在优势，但医用超声设备控制面板的现状导致该工艺低成品率及高成本。该工艺一般应用于少数高端的设备控制面板上。
环氧树脂滴塑固化后与硅橡胶面板一体，既节约模具成本又方便安装，成品率高，按键操作舒适。对于大多数实用性的医疗设备而言，是最理想的表面工艺。
4 结束语
由于我国的地域经济发展不均衡，在医用超声设备领域，各地区的条件及使用的辅助品也不尽相同，欠发达地区所使用的辅助品质量较不稳定。如何有效硅橡胶面板避免膨胀，解决的方案虽有多种，但都必须面对不发达地区购买力有限的事实。因此，大幅增加成本的解决方案（或工艺）并不是最合适的。
综上所述，采用环氧树脂滴塑工艺的硅橡胶面板是目前最合理的解决方案。
参考文献
[1]张承焱. 硅橡胶在生物医学领域的应用. 有机硅材料[J]2002， 16（6）：14-17
[2]赵成如，夏毅然，史文红. 医用高分子材料在医疗器械中的应用. 中国医疗器械信息[J] 2006， 12（5）：9-16
[3]潘光泉编著. Pro/ENGINEER手机结构设计手册.[M].北京；人民邮电出版社，2007.3