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超快激光器在医疗制造中的应用

本文摘要:第一代超快激光器用于掺入钛蓝宝石作为激光有源材料,于20世纪90年代早期被商业化发售。 1999年,诺贝尔化学奖被颁发AhmedZewail教授,以表扬他在非同时间化学反应分析工作上获得的成就。在十年之内,从一种新技术发展到应用于该技术且取得诺贝尔奖,这展出了超快激光器为科学领域带给的革命性变化。 在这十年间,尽管当时的激光器没能符合各种工业对它们在性能、成本、规格和可靠性方面的拒绝,但是超快激光器在新的工业或医疗应用于中的潜力早已显而易见。

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第一代超快激光器用于掺入钛蓝宝石作为激光有源材料,于20世纪90年代早期被商业化发售。  1999年,诺贝尔化学奖被颁发AhmedZewail教授,以表扬他在非同时间化学反应分析工作上获得的成就。在十年之内,从一种新技术发展到应用于该技术且取得诺贝尔奖,这展出了超快激光器为科学领域带给的革命性变化。

  在这十年间,尽管当时的激光器没能符合各种工业对它们在性能、成本、规格和可靠性方面的拒绝,但是超快激光器在新的工业或医疗应用于中的潜力早已显而易见。  2000年左右,使用掺入镱激光材料和电信级半导体的新一代二极管泵浦超快激光器推向市场。这些紧凑型高功率、高度可靠性以及性价比低的超快暴光源为较慢拓展的市场扩展了工业应用于。结果是,过去十年中,加装数量大幅翻番。

  如今,业界已能获取商业工业超快激光器,具备从飞秒到皮秒级的大范围脉长,平均功率范围几十瓦,需要用作严苛的工业和医疗环境。  应用于背景  超快激光器在极短时间内挤满脉冲能量,构成极高功率密度。紧凑型台式超快激光器获取的功率甚至可打破核电站。由于具备如此之低的功率,其激光可以加工完全任何类型的材料,还包括传统的、很难加工的材料,例如金属、陶瓷和玻璃。

  另外,由于脉长大于,加工期间完全不产生多余的热量,这种无热加工的效果和质量极好。另外,在展开微机械加工时,会产生熔融、裂开、汽化或者其它危害风扇。  超快激光器现被用作执着高质量加工效果的工业应用于,例如:  ●选择性融蚀,用作加工半导体、显示屏或光伏产业用的薄膜;  ●无形变内雕,用作制药和奢侈品行业中的防伪应用于;  ●眼睛屈光手术,还包括视力矫正和白内障手术;  ●微电子工业的高质量微机械加工应用于;  ●医疗设备生产。

  医疗设备生产  医疗设备是具备高附加值的产品,在质量方面拒绝严苛,一般来说拒绝使用挑战性的工业生产工艺。基于这些原因,超快激光器在医疗设备生产领域取得大量应用于。  最知名的应用于是支架生产。

支架是一种由金属或聚合物生产而出的假体。它可用作扩展法术,使得在血管或腔体狭小或道岔的情况下血液需要流向道岔的动脉。激光切割成支架的质量优良且功能多样,现今是支架及其辅助工具的主要生产工艺。

  典型的支架是使用激光束切割成其框架的小型管道,因此管道的性能与弹簧相近,可以避免手术之后动脉膨胀。各不相同型号和制造商而以定,支架的直径从1.2毫米至3.5毫米平均,壁薄为0.10毫米至0.25毫米。可以考虑到三种有所不同的支架:  ●使用金属、不锈钢(80%)或镍钛合金(即所含镍和钛金属的、可以记忆形状的合金,20%)生产的非常简单支架。

  ●金属支架再加某些活性物质,防止地下通道现身狭小的情况。使用几步洗刷在支架上加到活性物质,以提升支架的耐用性。通过支架上的微型储液囊或者涂层来继续执行洗刷。

这些支架占有了每年实际支架手术的主要份额(小于75%)。  ●最近经常出现的生物可吸收支架,一般使用PLLA(聚乳酸)聚合物生产。这些产品也可加到活性物质。用于时,支架较慢水解并在动脉伤口之后渐渐融会血液之中,这一过程必须几个月或者多达一年或两年的时间。

近来,生物可吸收聚合物支架早已通过CE证书,可在欧洲用于。  由于生物可吸收支架使用聚合物生产,这种材料对于热效应极为脆弱,使用宽脉冲激光展开机加工时,无法确保充足好的质量,而且切割成工艺不会产生热量,因此必须使用超快激光加工工艺生产这些支架,以超过优质的生产效果。  另一方面,如今使用宽脉冲激光加工金属支架,脉长一般来说为s或ns级别。

  激光切割成技术的应用于始自管道,意味着是支架生产工艺中的一部分。其它工艺还包括修边、机械延伸和热处理、电抛光、消毒和杀菌以及纸盒。根据激光的用途,激光切割成期间在管道内用于水流做到滑切割成。

辅助气体也可以提升整体的切割成质量。一般来说,切割成宽度为10至20m,精确度为5m,切割成速度为5mm/s。  后期加工步骤占有着生产总成本中的大部分。

由于超快激光器光束切割成金属的质量高于宽脉冲激光,因此,后期加工阶段成本大幅度减少。  生产总成本还包括摊销激光器投资、激光器工作成本以及后期加工成本。超快激光器的投资成本一般低于其它技术。

但是,它们的工作成本低,还可以大幅度减少后期加工成本。另外,由于激光器功率和重复率持续改良,这将大幅度减少加工产量。  所有这些因素推展了超快激光器在支架生产中的应用于大量快速增长,这种趋势在未来几年中还将之后。

  概括地说,医疗设备生产中工业工艺的日益发展,获益于超快激光器可实现高质量加工,还包括激光切割成脉管设备(阀门、神经支架);在导管或针上展开激光微钻孔;以及对可移植的生物兼容元件做到表面微处置。  新兴应用于  新兴应用于将渐渐寻找其更加普遍的用武之地。

例如,超快激光器的必要激光打印机容许将活性细胞准确沉积到生物基板上,精确度低,细胞死亡率较低,对于的组织工程或重构具有令人兴奋的前景。  超快激光器也用于微型超薄切片机,准确手术或缝合的组织或生物样本。这些技术目前于是以被伸延到纳米级,容许在细胞内积极开展纳米解剖学。在其它领域,超快激光器于是以沦为生产生物芯片的一种最重要工具,这种生物芯片构建了机械、光学和微流体功能。

欧盟赞助商的Femtoprint项目是一家多合作伙伴协作项目,目的研发微型和纳米级打印机,以便需要用于先进设备的紧凑型超快激光器来生产微系统。  结论和未来发展  使用工业超快激光器,可以展开高质量加工,用作医疗设备生产等应用于极为理想。

动态科学与工业领域推展了新型工业应用于日益发展。  超快激光器技术的更进一步发展将促成其平均功率更高、重复率更高以及尺寸更加小,这意味著更加多的新应用于将具备经济竞争力,在未来的生产工艺中充分发挥最重要的起到。


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