由于植入介入式醫(yī)療器械需要進(jìn)入人體的原因，所以安全且有效是植入介入式醫(yī)療器械的核心指標(biāo)。無放射性、無毒、無污染以及與人體良好兼容性是其材料的一般選擇，這便要求在植入介入式醫(yī)療器械的加工過程中，需要保證材料的本征特性，這意味著不能對材料的物理、化學(xué)，以及結(jié)構(gòu)性質(zhì)造成不良的變化。因此，在人體介入式醫(yī)療器械的加工制備過程中，加工質(zhì)量是至關(guān)重要的因素。

器件的加工

目前植入介入式醫(yī)療器械的主流的加工技術(shù)包括：傳統(tǒng)的接觸式機械加工和特種非接觸的激光加工。兩者各有其優(yōu)點和缺點，但目前激光加工和制備已經(jīng)逐步在替代機械加工的部分技術(shù)，成為器件加工的首選技術(shù)。

主要是由于以下的重要因素：

◆非接觸式激光加工能夠最大程度降低加工工具可能導(dǎo)入的污染；

◆隨著器件尺寸微型化和精密化，由于機械加工頭尺寸的限制，接觸式機械加工越來越受限于微米尺寸的加工制約，而激光可以實現(xiàn)從厘米量級到納米量級的加工；

◆與生物相容和可降解的聚合物材料使用使得機械加工變得無能為力，激光可以通過光物理或者化學(xué)的過程實現(xiàn)材料分解或者氣化，從而實現(xiàn)完美的器件制備；

◆在過去的10-20年中激光及應(yīng)用技術(shù)發(fā)展和成熟，尤其是激光精密減材制造和增材技術(shù)，可以按照治療的需要設(shè)計形狀和尺寸，然后通過激光減材或者增材的方式直接完成器件的制備。

因此，激光加工技術(shù)可為植入介入式醫(yī)療器械的加工提供有效的解決方案。本文主要介紹在人體植入性器件的加工中如何選擇合適的激光光源。

激光光源的選擇

主要的醫(yī)療器件的材料有兩大類：金屬和聚合物。根據(jù)激光與材料作用的機理來考慮，這兩種材料由于電子能帶結(jié)構(gòu)完全不相同，所以加工主要通道是不同的。與材料直接接觸的機械加工不同，激光加工需要把光子能量耦合到材料晶格通過熱解離或者光解離實現(xiàn)材料的去除。通過控制這個加工的通道，實現(xiàn)對加工質(zhì)量的控制。一般在激光加工領(lǐng)域內(nèi)，通常接受一個解釋：低質(zhì)量的“熱加工”和高質(zhì)量的“冷加工”。

圖 1: 實現(xiàn)有效金屬和聚合物 “冷加工”主要通道圖

圖1總結(jié)出實現(xiàn)有效金屬和聚合物“冷加工”主要通道圖。

由此看出，對于金屬加工，最佳方案是使用短脈寬激光。這是由于金屬結(jié)構(gòu)中有大量的自由電子，所以材料去除（氣化）主要通過電子把能量轉(zhuǎn)移晶格來是實現(xiàn)。所以電子-晶格能量轉(zhuǎn)移的時間對于熱效應(yīng)的產(chǎn)生起著關(guān)鍵的作用。根據(jù)理論分析，這個時間尺度大約若干皮秒。表1列出幾種金屬（Ni,Fe,Ti,Pt）的臨界脈寬閾值，以及建議激光光源。鑒于絕大多數(shù)皮秒激光的脈寬都在10-20皮秒之間，所以對醫(yī)療應(yīng)用的金屬加工，本著質(zhì)量至上的原則，建議使用飛秒激光。

所有醫(yī)療用聚合物屬于高帶隙（很寬的電子能帶結(jié)構(gòu)，沒有自由的載流子）的絕緣體，所以大多數(shù)聚合物在可見光甚至紫外波段都是透明的。所以，需要一定能量的光子激發(fā)載流子從價帶到導(dǎo)帶實現(xiàn)化學(xué)鍵的解離（材料的分解）。因此，選擇高光子能量的激光成為聚合物的激光加工最初的選擇，如266nm的深紫外固體激光器。

表 1：不同金屬臨界脈寬閾值

圖 2: 英諾飛秒紅外 (1030nm) 和飛秒綠光（515nm）激光加工 PLA 的對比

使用超短脈沖激光（皮秒/飛秒）通過多光子非線性吸收/多光子解離。由于非線性吸收系數(shù)很小與波長相關(guān)，因此即使使用皮秒/飛秒激光，人們還是選用盡可能短的波長（綠光或者紫外等等）。另外，更由于聚合物的低熔點特性（<300℃）,必須冷加工才能保證材料特性不改變。圖2給出了英諾飛秒紅外(1030nm)和飛秒綠光（515nm）激光加工PLA的對比。飛秒紅外加工會有微量的熔融，而飛秒綠光加工保持材料的本征特性。

近十年來英諾激光一直耕耘激光在醫(yī)療器件應(yīng)用的技術(shù)開發(fā)層面，有豐富的實驗數(shù)據(jù)積累，根據(jù)聚合物器件的質(zhì)量要求，總結(jié)出有效的光源選擇。

表 2：聚合物類介入式醫(yī)療器件加工的光源的建議

表2總結(jié)出對已一般常用的聚合物類介入式醫(yī)療器件加工的光源的建議。

延伸閱讀

激光技術(shù)的最新進(jìn)步為精密加工注入了更強的能力，導(dǎo)管、心瓣膜和醫(yī)用支架，牙科植入物陶瓷材料的3D結(jié)構(gòu)制造等，多種核心醫(yī)療設(shè)備的制造上都離不開激光工藝的應(yīng)用。憑借加工精度高、速度快、靈活性高、表面處理效果優(yōu)異等特點，激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備加工行業(yè)，對常規(guī)的材料進(jìn)行焊接、切割和打標(biāo)等處理。