當前，激光在醫(yī)療行業(yè)中主要用于診斷和手術，如眼部手術、紋身去除和治療靜脈曲張。在這些應用中，激光器本身往往是最重要的。然而在激光技術的醫(yī)療應用中，還不止這些。近年來，激光越來越多地用于醫(yī)療設備制造，例如設備部件（通常在微觀尺度上）或用跟蹤數據標記它們，以確保它們符合最新法規(guī)。

　　特別是超快激光器——持續(xù)時間在皮秒（10-12 秒）和飛秒（10-15 秒）量級的脈沖——正成為此類微加工和打標任務的首選激光器。這篇文章中將重點關注飛秒激光的當前應用。

　　支架制造

　　神經和心血管支架是目前使用飛秒激光制造醫(yī)療設備的一個典型案例。NKT Photonics 的超快戰(zhàn)略營銷總監(jiān)HusainImam 博士分享了這一點。他解釋說，飛秒激光器能夠在支架上精確加工無毛刺的微米級結構，這對于防止支架插入體內時的不良影響極其重要。他補充道，一些支架是由鎳鈦合金制成，而這種合金不易用機械加工，因此飛秒激光器在這里被證明是如此有效。

　　支架和其他醫(yī)療器械也可以由生物可降解聚合物制成，但同樣也需要精密加工。根據Imam 的說法，盡管這種材料通常使用納秒紫外激光器和準分子激光器加工，但制造商們現在正轉向短脈沖飛秒激光工藝。

　　與納秒（10-9 秒）甚至皮秒脈沖相比，使用飛秒脈沖的主要優(yōu)點之一是光束與工件接觸的時間更短，這將最小化工件上的熱影響區(qū)，從而減少過度加熱造成的任何有害影響。對于某些醫(yī)療器械包括支架，對于保持植入材料的生物相容性至關重要。

　　波蘭超快激光器制造商Fluence Technology 的銷售和營銷總監(jiān)Dariusz wierad 博士解釋說，支架制造是公司推出的Jasper X0系列1030nm高功率飛秒激光器的主要目標市場之一。這些激光器可提供高達100μJ 的脈沖能量和高達60W 的平均功率，具體取決于型號，并且通過諧波產生模塊可在三個波長下工作：515nm（綠色）、343nm（UV）和258nm（紫外）。

　　“制造血管支架時，如果使用連續(xù)波激光或脈沖納秒/ 皮秒激光而不是飛秒激光，那么當生物聚合物材料加熱并改變化學成分時，它可能會產生毒性。所以，如果想限制這些熱效應，其中一種方法就是使用飛秒激光加工。這種技術提供了無熱微加工能力，可以將最小的熱量傳遞到材料上。”

　　“其次，飛秒激光器很有吸引力，因為可以創(chuàng)造出非常精確的材料表面特征，”他繼續(xù)說道。“你可以想象支架很小，直徑約為2.5-4mm，長度約為8-48mm。有些廠商使用納秒或皮秒激光器。雖然這些激光器比飛秒激光器便宜，但如果想要高質量的細節(jié)和邊緣，并且不想讓生物聚合物有毒或金屬氧化，那么就需要用到飛秒激光器。”

　　“就整個支架的制造過程而言，飛秒激光器的另一個優(yōu)勢是切割支架后的后處理”，立陶宛飛秒激光器制造商LightConversion 大客戶經理Aivaras Urnie?ius 表示。他解釋說，使用超過飛秒范圍的脈沖持續(xù)時間可以在處理鎳鈦諾、不銹鋼和鎂材料制成的支架時會導致結構損壞。這些結構碎片必須以某種方式清除，要么通過清洗要么使用酸。而如果使用飛秒激光，你切開支架將其放入超聲波浴中，幾乎可以立即將其植入人體。”因此，飛秒激光器省去了大量的加工步驟，從而節(jié)省了生產時間，Urnie?ius 繼續(xù)說道：“雖然飛秒激光器的成本比納秒激光器高出5 倍，但在生產中節(jié)省的步驟值得企業(yè)投資。”

　　流體輸送裝置

　　飛秒激光器也是制造需要精確輸送流體的醫(yī)療設備的理想加工設備，例如環(huán)形腔、導管和針頭。如前所述，當這些器件由金屬制成時，飛秒脈沖防止了表面的再熔化和隨后的結構變化。將飛秒激光應用于聚合物加工，也可以避免潛在毒性和結構損傷問題。

　　Urnie?ius 說：“塑料材料帶來了諸多挑戰(zhàn)。”因此，一些為藥物輸送的特殊導管需要創(chuàng)建槽或孔。如果通過這些導管實現氣體或藥物輸送，它們必須具有高度可控和可重復的尺寸。所以當鉆一個小孔時，需要高度可控。”

　　例如，直徑從12μm 到20μm 以上的玻璃活檢探針需要鉆取端口——在探針尖端附近的側壁上鉆有鋒利邊緣的孔——尺寸從5μm到10μm以上。Light Conversion有兩種飛秒激光器，Pharos 和Carbide，適合這種應用。Pharos 提供100fs-20ps可調脈沖寬度、4mJ 最大脈沖能量和20W 最大平均功率，而Carbide 提供190fs-20ps 的可調脈沖長度、2mJ 最大脈沖功率和80W 最大平均能量。

　　由于這兩種激光器能夠通過諧波產生模塊提供1030nm、515nm、343nm 和257nm 的波長，因此它們可以用于各種不同的材料和器件加工。

　　與客戶合作

　　根據Urnie?ius 的說法，對于Light Conversion，為醫(yī)療組件制造提供激光器占其收入的很大一部分。他解釋說：“當你有一家公司在制造一些特殊的東西時，他們并不總是把激光當作解決方案。因此，你會與他們的工程師會面，與負責研發(fā)的人交談，向他們展示圖片并傾聽遇到的問題。然后你會提供激光解決方案。”

　　Fluence 已經建立了一個專門的應用實驗室，以便與客戶更緊密地合作，展示激光器的能力并開發(fā)定制流程。這使得該公司能夠演示樣品組件的制造，或與工業(yè)或學術合作伙伴合作開展特定激光參數的研究。他們向我們表示，希望為醫(yī)療器械焊接塑料或為微流體鉆一些孔，然后我們可以開發(fā)一種工藝來實現這一點。”

　　加工每一種材料所需的激光參數都是不同的。需要找到合適的脈沖能量、波長、重復頻率和脈沖的重疊——所謂的間距。然后也可以對脈沖進行時間整形，并使用單脈沖或脈沖串模式。后一種模式產生飛秒脈沖串，其中每個脈沖可以具有最佳影響，以最大化消融效率。對于任何給定的材料，需要大量的知識和經驗才能找到最佳的參數集。

　　NKT Photonics 還與客戶密切合作開發(fā)應用程序。Imam說：“我們可以開發(fā)定制設備以滿足客戶對設計和材料有特殊要求。然而，在同一醫(yī)療器械中加工不同材料時，現在需要更高的加工精度和更好的選擇性。”

　　為了滿足這些挑戰(zhàn)性的需求，NKT Photonics 還通過諧波產生模塊（除了標準紅外波長之外）在Origami 和AeroPulse飛秒激光系列之間提供綠光（515nm）和紫外（343nm）波長。Imam 解釋道：“在較短波長下進行處理可以提高處理分辨率，并進一步減少任何不必要的熱效應。”

　　預期增長領域：可追溯性標記

　　目前，根據Urnie?ius 的說法，生產支架是激光技術最大的醫(yī)療器械制造應用。然而，他補充道，飛秒激光用于微焊接其他類型的醫(yī)療設備，或用于打開和清潔可植入設備上的金屬線接觸，也在增長。不過總體而言，對于Urnie?ius 來說，用獨特的識別碼標記醫(yī)療部件可能會成為未來飛秒激光器的最大增長領域。

　　“所有進入人體的東西都需要可追溯性，”conffrmsUrnie?ius 說，“例如，如果你有一個起搏器，其中有一些部件如微小的微機械可能需要以特殊的方式進行標記。因此，對于許多此類應用，只有像飛秒激光器才能產生精確的標記，而不會影響設備或部件的功能。”

　　Urnie?ius 繼續(xù)說道，在不銹鋼手術器械方面，飛秒激光器正在慢慢被接受為唯一的標記解決方案。這是因為其他類型的激光器會改變金屬的成分和表面形狀，導致在滅菌過程中標記部位可能發(fā)生腐蝕。Fluence 的wierad 補充道，飛秒激光器的能力，特別是對部件的識別能力以及用獨特的識別碼進行標記的能力，將在醫(yī)療設備制造中得到更廣泛的應用。

　　預期增長領域：芯片實驗室

　　除了在醫(yī)療機構中使用的設備外，當然還有一整套醫(yī)療監(jiān)控設備在家庭中使用。這是一個不斷增長的市場——我們中的許多人都在努力改善健康狀況，隨著人口的老齡化，人們越來越多地轉向技術來幫助管理健康狀況和健身。Imam 認為，這一普遍趨勢將在未來五年內導致激光加工的增長。

　　他說：“未來市場會出現更個性化的健康測試和監(jiān)測的需求。我們今天已經可以看到，有傳感器用于持續(xù)血糖監(jiān)測、血氧含量、血壓等。這些生物傳感器將變得越來越重要，因為醫(yī)療服務提供商將依靠持續(xù)的實時數據來改善患者的健康狀況。”

　　此外，芯片實驗室傳感器的發(fā)展也很快，這種傳感器可以在醫(yī)療保健提供者，甚至在家里進行本地測試和診斷，而不是將血液樣本送到實驗室。Imam 繼續(xù)說道：“這些傳感器需要在一個微型芯片平臺上實現多種模態(tài)功能：微流體、化學混合和光導。由于這些不同的功能需要在一個芯片上使用不同的結構和不同的材料，預計這些芯片的激光加工將變得越來越重要。”

　　Imam 補充道：“我們已經看到，醫(yī)療公司更喜歡用激光技術制作這些復雜傳感器的原型。這是因為使用傳統機械技術制作原型需要一定數量的樣品，如果一個傳感器由于芯片上的功能不同而需要多種不同的技術，那么就需要大量樣品?；诩す獾墓に嚹軌蛲ㄟ^改變激光參數或激光源來處理多種材料，從而使原型周轉更快、成本更低。”

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