由於(yu) 植入介入式醫療器械需要進入人體(ti) 的原因，所以安全且有效是植入介入式醫療器械的核心指標。無放射性、無毒、無汙染以及與(yu) 人體(ti) 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，以及結構性質造成不良的變化。因此，在人體(ti) 介入式醫療器械的加工製備過程中，加工質量是至關(guan) 重要的因素。

器件的加工

目前植入介入式醫療器械的主流的加工技術包括：傳(chuan) 統的接觸式機械加工和特種非接觸的激光加工。兩(liang) 者各有其優(you) 點和缺點，但目前激光加工和製備已經逐步在替代機械加工的部分技術，成為(wei) 器件加工的首選技術。

主要是由於(yu) 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入的汙染；

◆隨著器件尺寸微型化和精密化，由於(yu) 機械加工頭尺寸的限製，接觸式機械加工越來越受限於(yu) 微米尺寸的加工製約，而激光可以實現從(cong) 厘米量級到納米量級的加工；

◆與(yu) 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(wei) 力，激光可以通過光物理或者化學的過程實現材料分解或者氣化，從(cong) 而實現完美的器件製備；

◆在過去的10-20年中激光及應用技術發展和成熟，尤其是激光精密減材製造和增材技術，可以按照治療的需要設計形狀和尺寸，然後通過激光減材或者增材的方式直接完成器件的製備。

因此，激光加工技術可為(wei) 植入介入式醫療器械的加工提供有效的解決(jue) 方案。本文主要介紹在人體(ti) 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

主要的醫療器件的材料有兩(liang) 大類：金屬和聚合物。根據激光與(yu) 材料作用的機理來考慮，這兩(liang) 種材料由於(yu) 電子能帶結構完全不相同，所以加工主要通道是不同的。與(yu) 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材料的去除。通過控製這個(ge) 加工的通道，實現對加工質量的控製。一般在激光加工領域內(nei) ，通常接受一個(ge) 解釋：低質量的“熱加工”和高質量的“冷加工”。

圖 1: 實現有效金屬和聚合物 “冷加工”主要通道圖

圖1總結出實現有效金屬和聚合物“冷加工”主要通道圖。

由此看出，對於(yu) 金屬加工，最佳方案是使用短脈寬激光。這是由於(yu) 金屬結構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移晶格來是實現。所以電子-晶格能量轉移的時間對於(yu) 熱效應的產(chan) 生起著關(guan) 鍵的作用。根據理論分析，這個(ge) 時間尺度大約若幹皮秒。表1列出幾種金屬（Ni,Fe,Ti,Pt）的臨(lin) 界脈寬閾值，以及建議激光光源。鑒於(yu) 絕大多數皮秒激光的脈寬都在10-20皮秒之間，所以對醫療應用的金屬加工，本著質量至上的原則，建議使用飛秒激光。

所有醫療用聚合物屬於(yu) 高帶隙（很寬的電子能帶結構，沒有自由的載流子）的絕緣體(ti) ，所以大多數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載流子從(cong) 價(jia) 帶到導帶實現化學鍵的解離（材料的分解）。因此，選擇高光子能量的激光成為(wei) 聚合物的激光加工最初的選擇，如266nm的深紫外固體(ti) 激光器。

表 1：不同金屬臨(lin) 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

使用超短脈衝(chong) 激光（皮秒/飛秒）通過多光子非線性吸收/多光子解離。由於(yu) 非線性吸收係數很小與(yu) 波長相關(guan) ，因此即使使用皮秒/飛秒激光，人們(men) 還是選用盡可能短的波長（綠光或者紫外等等）。另外，更由於(yu) 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(hui) 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療器件應用的技術開發層麵，有豐(feng) 富的實驗數據積累，根據聚合物器件的質量要求，總結出有效的光源選擇。

表 2：聚合物類介入式醫療器件加工的光源的建議

表2總結出對已一般常用的聚合物類介入式醫療器件加工的光源的建議。

延伸閱讀

激光技術的最新進步為(wei) 精密加工注入了更強的能力，導管、心瓣膜和醫用支架，牙科植入物陶瓷材料的3D結構製造等，多種核心醫療設備的製造上都離不開激光工藝的應用。憑借加工精度高、速度快、靈活性高、表麵處理效果優(you) 異等特點，激光已經廣泛應用在醫療設備加工行業(ye) ，對常規的材料進行焊接、切割和打標等處理。