醫(yī)療可植入式支架的制造精度要求極為嚴(yán)苛，激光切割，特別是飛秒激光切割是最理想的加工工具。

醫(yī)療可植入式支架是醫(yī)療領(lǐng)域最常用的治療器械之一，它們能通過微創(chuàng)手術(shù)的方式植入人體內(nèi)，發(fā)揮重要治療功能，挽救生命。

醫(yī)用支架分為血管支架和非血管支架，其中血管支架占大多數(shù)。隨著我國人口老齡化速度加快，心血管患者數(shù)量持續(xù)增長，未來對PCI手術(shù)（經(jīng)皮冠狀動脈介入治療）的潛在需求隨之增加，這也將促使心臟支架需求的不斷增長。

因為要植入體內(nèi)，所以支架必須滿足多種要求。首先，它們必須由不會與組織和血液發(fā)生反應(yīng)的生物相容材料制成。其次，由于支架植入體內(nèi)時間較長，因此必須具有彈性和耐用性。最后，支架需要高精密加工，以便它們在滿足醫(yī)療功能的同時，不會積聚雜物。

醫(yī)用支架的常用材料不銹鋼、鎳鈦合金（一種具有形狀記憶的鎳鈦合金）或鈷鉻合金。這些材料具有高耐磨性、高沖擊強度和延展性。這類支架是不可生物吸收的。另一種是生物可吸收支架，它們的材質(zhì)為鎂合金或聚乳酸（PLA）等聚合物材料。

從支架制造所要求的高精度而言，激光切割，特別是超短脈沖激光切割，是最能滿足要求的制造方法。

飛秒切割PLA支架

飛秒脈沖激光與物質(zhì)的相互作用時間，比熱量擴散需要的時間短得多。因此，飛秒脈沖切割的一個主要優(yōu)點是，切割過程中幾乎沒有熱量產(chǎn)生，這就避免了切割過程中在金屬中形成熱影響區(qū)（HAZ）或是熱敏聚合物的熔化。飛秒切割能夠?qū)崿F(xiàn)一種冷切割，切割質(zhì)量更精細，切割面更清潔。

Fluence Technology公司的Jasper X0飛秒激光器，結(jié)合了短脈沖、高峰值能量和可定制的重復(fù)頻率，成功實現(xiàn)了最具挑戰(zhàn)性的熱敏可生物降解的PLA支架的切割。

（1）激光劃片切割

在切割PLA這樣的熱敏可生物降解材料時，F(xiàn)luence Technology使用了“劃片和分離”（dice and break）技術(shù)。通過將<250fs的超短脈沖持續(xù)時間與創(chuàng)新的光束整形技術(shù)相結(jié)合，首先用飛秒脈沖在材料上打上一排非常細的孔（直徑1~2μm），然后再通過施加機械力分離，邊緣非常光滑，沒有熔化和切口粗糙現(xiàn)象。

這種方法實現(xiàn)了<1μm的切口寬度（切口幾乎可以忽略），切口無錐度，也沒有HAZ，并且在幾乎沒有材料損耗失的情況下，實現(xiàn)了高達1m/s的切割速度。這種基于激光劃片和機械分離力的切割方法，能使材料保持原狀，從而確保了生物相容性。

圖1：使用飛秒脈沖和精密光學(xué)器件從PLA片材上切割元件。實現(xiàn)了切口<1μm的超細切口分離。（圖片來源：Fluence Technology）

（2）激光燒蝕切割

Fluence Technology還通過常見的激光燒蝕切割方法，制造了PLA支架。

在紫外光譜范圍內(nèi)，非常強的局部吸收與多光子電離相結(jié)合，能提供極高的切割精度，大大減小熱影響區(qū)，同時提高自由形狀聚合物切割的產(chǎn)量。還有一個非常重要的優(yōu)勢素是：激光切割后所需要的后續(xù)處理非常少。

這些支架支柱經(jīng)過精確加工，邊緣光滑，有利于身體安全，降低了血管組織損傷的風(fēng)險。

圖2：用飛秒激光器Jasper X0燒蝕切割的PLA支架。（圖片來源：Fluence Technology）

這項技術(shù)也適用于目前占據(jù)整個市場絕大多數(shù)的金屬支架。超快激光用于金屬支架制造，其中毛刺和熱影響區(qū)的減少，為支架支柱提供了光滑的表面，將不再需要去毛刺（使用較長脈沖切割鎳鈦諾支架，通常會出現(xiàn)毛刺）。對周圍材料的最小影響對金屬材質(zhì)也非常有利，能夠使材料的物理屬性基本保持不變。

光纖激光切割鎳鈦合金支架

鎳鈦合金或“記憶金屬”具有超彈性和形狀記憶等特殊性質(zhì)，也是支架的一種常用材料。

臺灣高雄的里特材料科技公司（NIT），是一家卓越的鎳鈦記憶合金線供應(yīng)商，也是醫(yī)療器械等應(yīng)用領(lǐng)域成品部件的合同制造商。NIT不但能提供直徑3~6mm的常見鎳鈦合金管狀材料，并且還開始提供直徑小至0.56mm的鎳鈦合金管。

為了向客戶提供具有卓越精度和邊緣質(zhì)量的零件，NIT引入了Coherent高意公司的StarCut Tube激光切割系統(tǒng)。這套切割系統(tǒng)可以配置為提供兩種不同的激光源：一種是脈沖寬度可在10~50μs間調(diào)節(jié)的光纖激光器，另一種是脈沖寬度小于 350fs的Monaco激光器。兩種激光器均輸出近紅外激光，適用于加工大多數(shù)金屬材料（如不銹鋼、鎂、鉑、鎳）和多種非金屬材料。用戶可以根據(jù)需求選擇需要使用的激光源。NIT使用光纖激光切割實現(xiàn)了很好邊緣切割質(zhì)量和切割吞吐量。

圖3：激光切割的鎳鈦合金支架。（圖片來源：NIT Co. Ltd）

飛秒激光切割鎳鈦諾支架

NKT Photonics公司也利用其Origami XP飛秒激光器，成功實現(xiàn)了鎳鈦諾支架的冷燒蝕切割，并實現(xiàn)了非常高的切割質(zhì)量。

Origami XP是一款一體式飛秒激光器，它將激光頭、控制器和空氣冷卻系統(tǒng)都集成在一個小巧堅固的封裝中，體積緊湊。它基于緊湊的單片啁啾脈沖放大平臺，能夠在1030 nm、5 W平均功率和低于400fs的脈沖持續(xù)時間下，提供高達70μJ的脈沖能量。

圖4：NKT Photonics的Origami XP飛秒激光器實現(xiàn)鎳鈦諾支架的高質(zhì)量切割。（圖片來源：NKT Photonics）

小結(jié)

血管支架和非血管支架能夠通過微創(chuàng)手術(shù)治療嚴(yán)重的疾病，并且由耐用的生物相容材料制成，需要精確的激光加工才能制造。超快脈沖激光器利用精確的脈沖串來平滑地切割支架，并達到極高的精度。飛秒激光既可用于制造金屬支架，也可用于制造非金屬的聚合物支架。飛秒激光實現(xiàn)了高吞吐量切割和最大的加工靈活性，使其成為支架制造商的首選工具。

作者：Rossie