飛秒級激光加工在醫(yī)療設備行業(yè)的運用
碟式飛秒級激光器的工業(yè)級強健性需要與同等系統(tǒng)搭配使用,達到醫(yī)療設備行業(yè)所要求的日?煽啃。
投資回報方面的開發(fā)考慮 采用飛秒級激光器對金屬和塑料材料加工可以達成優(yōu)秀的邊緣質量,使得這種激光器可以出色地應用于心臟、大腦和眼睛支架(鎳鈦合金和鈷鉻合金兩種材質)、導管、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的外表特征尺寸,同時保持機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。 質量改進以及減少后續(xù)加工的前景一直以來都讓飛秒級激光器技術在理論上處于可能的地位,但是直至6年前,對于其在醫(yī)療設備方面的應用仍然基本不存在商業(yè)的興趣,因為顧慮到與其他技術相比的費用和緩慢加工速度。 圖3 左圖所示為3個Nitinol支架,右圖所示為一個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 以通用型冠狀動脈支架為例,這種支架是頭一個采用光纖激光器制造的設備。首先,這個部件必須進行機加工,然后使用機械工具進行修磨,或進行內(nèi)部清理,最終磨光毛刺。隨后,必須執(zhí)行一項化學蝕刻工序以清理邊緣周圍,然后執(zhí)行電解拋光工序。這些步驟不僅耗時長久,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),這意味著有相當多份額的最終產(chǎn)品成為損失。相比之下,飛秒級激光器屬于干式加工,不向部件導入水或熱量。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)行一項電化學工序讓邊緣變圓。部件的完整性得到了改進,消除了多項耗時長的工序,良品率可以接近95%。 飛秒級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)并控制時間長度,隨后吸收,并且不會造成有害或不利的交互作用。可生物吸收型聚合物(也稱為Aspirants)為傳統(tǒng)聚合物或金屬部件提供了替代材料,并在設計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。如果不能達到上述要求,就會導致材料內(nèi)出現(xiàn)晶化現(xiàn)象,這種現(xiàn)象會使材料的結構降級,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,這也是飛秒級激光器技術是一種更適合這種材料的原因。 可生物吸收型材料已經(jīng)在歐盟用于冠狀動脈支架,盡管目前還未收到美國食品藥物管理局(FDA)對其在美國使用的批準。這種材料絕大多數(shù)由聚酯構成,主要為聚乳酸和聚乙醇酸的均聚物和共聚物。此材料在各種應用領域表現(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,且材料最終在預先制定的時間內(nèi)溶解。圖4所示為一個飛秒級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激光器對生物吸收型支架的切割效果 |
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