飞秒级激光加工在医疗设备行业的运用

投资回报方面的开发考虑 

采用飞秒级激光器对金属和塑料材料加工可以达成优秀的边缘质量，使得这种激光器可以出色地应用于心脏、大脑和眼睛支架（镍钛合金和钴铬合金两种材质）、导管、心脏瓣膜和聚合物管子。这种几乎为冷切割的工艺意味着，可以在最轻薄的材料上切割出非常精细的外表特征尺寸，同时保持机械和材料上的完整性。即使用于加工最小直径的镍钛合金管也无需管内水冷。 

质量改进以及减少后续加工的前景一直以来都让飞秒级激光器技术在理论上处于可能的地位，但是直至6年前，对于其在医疗设备方面的应用仍然基本不存在商业的兴趣，因为顾虑到与其他技术相比的费用和缓慢加工速度。 

图3 左图所示为3个Nitinol支架，右图所示为一个100mm厚Nitinol支架的放大图。 边缘表现出与材料表面相同的光洁度

以通用型冠状动脉支架为例，这种支架是头一个采用光纤激光器制造的设备。首先，这个部件必须进行机加工，然后使用机械工具进行修磨，或进行内部清理，最终磨光毛刺。随后，必须执行一项化学蚀刻工序以清理边缘周围，然后执行电解抛光工序。这些步骤不仅耗时长久，而且还有可能造成部件易碎和变形，并能够产生微裂纹。良品率处于70%的范围内，这意味着有相当多份额的最终产品成为损失。相比之下，飞秒级激光器属于干式加工，不向部件导入水或热量。工序数量得到了极大幅度的削减，部件接受加工，随后执行一项电化学工序让边缘变圆。部件的完整性得到了改进，消除了多项耗时长的工序，良品率可以接近95%。 

飞秒级激光器还能加工采用新型生物吸收型聚合物的医疗产品。这种聚合物可以安全植入体内并控制时间长度，随后吸收，并且不会造成有害或不利的交互作用。可生物吸收型聚合物（也称为Aspirants）为传统聚合物或金属部件提供了替代材料，并在设计上能够满足精密的降解速度要求和其他规格要求。 

可生物吸收型材料可以加工成可用于支架的任意形状。但是，这种材料的加工方式必须正确，且不得引入热量。如果不能达到上述要求，就会导致材料内出现晶化现象，这种现象会使材料的结构降级，影响其使用期限和以正确速度缓释药物的能力。而且，由于可生物吸收型材料会溶解，所以无法像绝大多数塑料一样接受清洁，而且也不能接触任何液体溶剂，这也是飞秒级激光器技术是一种更适合这种材料的原因。 

可生物吸收型材料已经在欧盟用于冠状动脉支架，尽管目前还未收到美国食品药物管理局（FDA）对其在美国使用的批准。这种材料绝大多数由聚酯构成，主要为聚乳酸和聚乙醇酸的均聚物和共聚物。此材料在各种应用领域表现出光明的前景，包括已经多次置入支架并因而无法耐受传统固定支架治疗的患者用心血管支架。这种材料目前还用于在插入器官后向身体器官输送药物，能以恒定的速率将药物释入，且材料最终在预先制定的时间内溶解。图4所示为一个飞秒级激光器切割可生物降解型支架的示例。

图4.这张放大图显示出碟式飞秒级激光器对生物吸收型支架的切割效果