数十年来，支架、人工晶状体和假肢等植入型医疗器械已改变了整个医疗界。例如，每年全世界范围内有数以百万计的支架被用于治疗各种由血管变窄和阻塞引发的血管和血管内疾病。同样，每年有数百万人工晶状体被用于修复白内障患者的视力。
激光器在加工植入型医疗机械中起着关键作用。激光器可以进行精确控制，从而高效地将多种精选材料精准地微加工成植入型医疗器械所需的复杂几何体。在制造冠状动脉支架时，激光切割从一开始应用就取得了成功。早先的支架由不锈钢制成，体积相对较大，零件的几何特征公差在±25µm上下。使用纳秒脉冲红外激光器进行激光切割，就能轻易地满足这一层次的加工精确度要求。
但是纳秒激光器脉冲与材料的热作用通常会导致金属零件表面光洁度不理想，从而需要去毛刺、熔融和重铸等。此外，材料中的热量沉积将会在切割边缘旁边产生狭窄的热影响区域。在热影响区域内，材料属性或成分会发生变化。这意味着激光切割技术只能局限于大量生产支架，之后需要进行数个昂贵而费时的后期处理措施来移除粗糙边缘。通常要进行清洁、去毛刺、蚀刻和精抛光等步骤来让支架表面达到植入型器械所需的水平和一致性。
飞秒激光器的改进
近年来，植入型医疗器械日益复杂，所使用材料的加工难度也在加大。例如，应用于外周动脉血管的小型支架。另外一种趋势是给支架和假肢增加一层可控的表面构造或几何结构来提升生物相容性，降低术后再狭窄的风险。新型生物可吸收材料则给加工这些医疗器械提出了另外一种挑战。
飞秒激光器是一种使能技术，可以微处理新一代植入型医疗器械极端精细的结构和新型材料。飞秒激光器脉冲持续时间比传统纳秒激光器要短100,000倍。通过这些超短脉冲，激光能量进入材料，并带着膨胀等离子在热量进入材料之前离开。这通常被称作“冷”或“非热”激光消融。其突出特性在于可以显著清洁微型加工形状，通常不再需要进行去毛刺、熔融、重铸，也不会产生热影响区域。
飞秒激光器已有数十年的历史。但直到最近，它们依然造价昂贵，操作复杂，需要经常进行性能优化以满足生产车间的需求。但是， Spectra-Physics公司的Spirit飞秒激光器是一种可靠度高，坚固耐用性产品，在全世界范围内被广泛应用于医疗领域。
为了展示Spirit飞秒激光器的性能，我们微加工了超精细镍钛诺金属支架，如图1所示。管子直径只有4.25mm，壁厚45µm，支柱宽度为35µm。我们发现这一精巧的格架结构加工公差小，未产生热影响区域，未发生热变形，边缘轮廓极其鲜明。
生物可吸收支架
大多数商用支架都由金属制成，在植入后会永久存留在动脉中，存在引发严重医疗并发症的风险。避免这类并发症的一个解决方案是使用由生物可吸收材料支撑的支架，这种支架在完成使命后能溶解入人体。但是，加工这种生物可吸收材料是一项极具挑战性的任务。
生物可吸收支架常用的材料有PLLA（聚左旋乳酸）和PLGA（乳酸羟基乙酸共聚物）。这些材料熔点低，因此无法经受传统纳米激光加工的热影响。飞秒激光器的非热消融通过提供一种可行的制造方案，从根本上使得生物可吸收支架技术变得可行。需要注意的是，在这些高灵敏度材料中，即使是飞秒激光器也会留下受热导致的损害。但是，通过细致的性能优化激光输出参数，还是可以实现非热消融。这对于脉冲更长的激光器就不适用了。例如使用皮秒激光器加工这些材料，就只能实现热加工，从而导致PLLA材料大量融化和起泡。图2展示了使用Spirit工业激光器进行加工的成果。材料是80µm厚的PLLA，支柱为100µm宽。
小结
飞秒激光器技术让下一代植入型医疗器械进入商用变得可行。随着这些工艺的日趋成熟，特征尺寸缩小，公差也变小，几何形状和表面纹理更为新奇，加上出现新的生物可吸收材料，飞秒激光器的应用日益重要。牢固可靠的工业等级飞秒激光器对于制造出质量更好、后处理步骤最少、产量更高的复杂医疗器械至关重要。
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