飛秒級(jí)激光加工在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的運(yùn)用
碟式飛秒級(jí)激光器的工業(yè)級(jí)強(qiáng)健性需要與同等系統(tǒng)搭配使用,達(dá)到醫(yī)療設(shè)備行業(yè)所要求的日?煽啃。
投資回報(bào)方面的開發(fā)考慮 采用飛秒級(jí)激光器對(duì)金屬和塑料材料加工可以達(dá)成優(yōu)秀的邊緣質(zhì)量,使得這種激光器可以出色地應(yīng)用于心臟、大腦和眼睛支架(鎳鈦合金和鈷鉻合金兩種材質(zhì))、導(dǎo)管、心臟瓣膜和聚合物管子。這種幾乎為冷切割的工藝意味著,可以在最輕薄的材料上切割出非常精細(xì)的外表特征尺寸,同時(shí)保持機(jī)械和材料上的完整性。即使用于加工最小直徑的鎳鈦合金管也無需管內(nèi)水冷。 質(zhì)量改進(jìn)以及減少后續(xù)加工的前景一直以來都讓飛秒級(jí)激光器技術(shù)在理論上處于可能的地位,但是直至6年前,對(duì)于其在醫(yī)療設(shè)備方面的應(yīng)用仍然基本不存在商業(yè)的興趣,因?yàn)轭檻]到與其他技術(shù)相比的費(fèi)用和緩慢加工速度。 圖3 左圖所示為3個(gè)Nitinol支架,右圖所示為一個(gè)100mm厚Nitinol支架的放大圖。 邊緣表現(xiàn)出與材料表面相同的光潔度 以通用型冠狀動(dòng)脈支架為例,這種支架是頭一個(gè)采用光纖激光器制造的設(shè)備。首先,這個(gè)部件必須進(jìn)行機(jī)加工,然后使用機(jī)械工具進(jìn)行修磨,或進(jìn)行內(nèi)部清理,最終磨光毛刺。隨后,必須執(zhí)行一項(xiàng)化學(xué)蝕刻工序以清理邊緣周圍,然后執(zhí)行電解拋光工序。這些步驟不僅耗時(shí)長(zhǎng)久,而且還有可能造成部件易碎和變形,并能夠產(chǎn)生微裂紋。良品率處于70%的范圍內(nèi),這意味著有相當(dāng)多份額的最終產(chǎn)品成為損失。相比之下,飛秒級(jí)激光器屬于干式加工,不向部件導(dǎo)入水或熱量。工序數(shù)量得到了極大幅度的削減,部件接受加工,隨后執(zhí)行一項(xiàng)電化學(xué)工序讓邊緣變圓。部件的完整性得到了改進(jìn),消除了多項(xiàng)耗時(shí)長(zhǎng)的工序,良品率可以接近95%。 飛秒級(jí)激光器還能加工采用新型生物吸收型聚合物的醫(yī)療產(chǎn)品。這種聚合物可以安全植入體內(nèi)并控制時(shí)間長(zhǎng)度,隨后吸收,并且不會(huì)造成有害或不利的交互作用?缮镂招途酆衔铮ㄒ卜Q為Aspirants)為傳統(tǒng)聚合物或金屬部件提供了替代材料,并在設(shè)計(jì)上能夠滿足精密的降解速度要求和其他規(guī)格要求。 可生物吸收型材料可以加工成可用于支架的任意形狀。但是,這種材料的加工方式必須正確,且不得引入熱量。如果不能達(dá)到上述要求,就會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)出現(xiàn)晶化現(xiàn)象,這種現(xiàn)象會(huì)使材料的結(jié)構(gòu)降級(jí),影響其使用期限和以正確速度緩釋藥物的能力。而且,由于可生物吸收型材料會(huì)溶解,所以無法像絕大多數(shù)塑料一樣接受清潔,而且也不能接觸任何液體溶劑,這也是飛秒級(jí)激光器技術(shù)是一種更適合這種材料的原因。 可生物吸收型材料已經(jīng)在歐盟用于冠狀動(dòng)脈支架,盡管目前還未收到美國(guó)食品藥物管理局(FDA)對(duì)其在美國(guó)使用的批準(zhǔn)。這種材料絕大多數(shù)由聚酯構(gòu)成,主要為聚乳酸和聚乙醇酸的均聚物和共聚物。此材料在各種應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出光明的前景,包括已經(jīng)多次置入支架并因而無法耐受傳統(tǒng)固定支架治療的患者用心血管支架。這種材料目前還用于在插入器官后向身體器官輸送藥物,能以恒定的速率將藥物釋入,且材料最終在預(yù)先制定的時(shí)間內(nèi)溶解。圖4所示為一個(gè)飛秒級(jí)激光器切割可生物降解型支架的示例。 圖4.這張放大圖顯示出碟式飛秒級(jí)激光器對(duì)生物吸收型支架的切割效果 |
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