Wie ermöglicht ultraschnelle Laser die Präzisionsbearbeitung von Medizingeräten?

Die COVID-19-Pandemie hat zu einem sprunghaften Anstieg der Nachfrage nach medizinischer Behandlung, Medikamenten und medizinischem Bedarf geführt. Die Nachfrage nach Masken, fiebersenkenden Mitteln, Antigen-Nachweisreagenzien, Pulsoximetern, CT-Filmen und anderen verwandten Medikamenten und medizinischen Geräten wird voraussichtlich anhalten. Da das Leben unbezahlbar ist und die Menschen bereit sind, ohne Zögern Geld für medizinische Behandlungen auszugeben, ist ein medizinischer Markt im Wert von Hunderten von Millionen entstanden.

Ultraschneller Laser ermöglicht Präzisionsbearbeitung von Medizinprodukten

Ultrakurzpulslaser sind Laserpulse mit einer Pulsdauer von 10⁻¹² Sekunden oder weniger. Dank ihrer extrem kurzen Pulsdauer und hohen Energiedichte ermöglichen sie die Überwindung herkömmlicher Bearbeitungsprobleme, wie beispielsweise die Bearbeitung von Oberflächen mit hoher, feiner, scharfer, harter oder schwieriger Oberfläche. Ultrakurzpulslaser finden breite Anwendung in der Präzisionsbearbeitung, unter anderem in der Biomedizin, der Luft- und Raumfahrt.

Die größte Herausforderung beim medizinischen Laserschweißen liegt in der Schwierigkeit, unterschiedliche Werkstoffe zu verschweißen. Dies ist auf die Unterschiede in Schmelzpunkten, Ausdehnungskoeffizienten, Wärmeleitfähigkeit, spezifischer Wärmekapazität und Materialstruktur zurückzuführen. Das Produkt zeichnet sich durch geringe Abmessungen, hohe Präzisionsanforderungen und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Vergrößerung aus.

Die größte Herausforderung beim Laserschneiden in der Medizintechnik besteht darin, dass sich ultradünne Materialien (Dicke < 0,2 mm) leicht verformen, die Wärmeeinflusszone zu groß wird und die Schnittkanten stark verkohlen. Es entstehen Grate, große Schnittspalte und die Präzision ist gering. Biologisch abbaubare Materialien haben einen niedrigen Schmelzpunkt und reagieren empfindlich auf Temperaturschwankungen. Spröde Materialien neigen beim Schneiden zu Ausbrüchen, Mikrorissen und Eigenspannungen, was die Ausbeute an fertigen Produkten verringert.

In der Materialbearbeitungsindustrie ermöglicht der Ultrakurzpulslaser höchste Präzision und eine extrem kleine Wärmeeinflusszone. Dies bietet Vorteile bei der Bearbeitung wärmeempfindlicher Materialien, beispielsweise beim Schneiden, Bohren, Abtragen und in der Fotolithografie. Er eignet sich auch für die Bearbeitung spröder, transparenter Materialien, superharter Werkstoffe und Edelmetalle. Für medizinische Anwendungen wie Mikroskalpelle, Pinzetten und mikroporöse Filter kann der Ultrakurzpulslaser präzise schneiden. Auch Glas, Linsen und mikroporöses Glas für medizinische Instrumente lassen sich mit dem Ultrakurzpulslaser bearbeiten.

Die Bedeutung interventioneller und minimalinvasiver Geräte für die Beschleunigung von Behandlungen, die Linderung von Patientenleiden und die Förderung der Heilung ist unbestritten. Die Herstellung dieser Instrumente und Bauteile mit traditionellen Techniken wird jedoch zunehmend schwieriger. Neben der erforderlichen geringen Größe, um empfindliches Gewebe wie menschliche Blutgefäße zu passieren, komplexe Eingriffe durchzuführen und Sicherheits- und Qualitätsanforderungen zu erfüllen, zeichnen sich diese Geräte durch eine komplexe Struktur, dünne Wände, wiederholtes Klemmen, extrem hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität und einen hohen Automatisierungsgrad aus. Ein typisches Beispiel ist der Herzstent, dessen Herstellung eine extrem hohe Präzision erfordert und der daher lange Zeit sehr kostspielig war.

Aufgrund der extrem dünnen Wandstärke von Herzstents wird die Laserbearbeitung zunehmend anstelle des herkömmlichen mechanischen Schneidens eingesetzt. Sie hat sich als bevorzugte Methode etabliert, jedoch kann die herkömmliche Laserbearbeitung durch Ablationsschmelzen zu einer Reihe von Problemen führen, wie z. B. Graten, ungleichmäßigen Nutbreiten, starkem Oberflächenabtrag und ungleichmäßigen Rippenbreiten. Glücklicherweise hat die Entwicklung von Pikosekunden- und Femtosekundenlasern die Bearbeitung von Herzstents deutlich verbessert und exzellente Ergebnisse erzielt.

Anwendung von ultraschnellen Lasern in der medizinischen Kosmetik

Die nahtlose Integration von Lasertechnologie und medizinischen Dienstleistungen treibt den kontinuierlichen Fortschritt in der Medizintechnik voran. Ultrakurzpulslaser werden in anspruchsvollen Bereichen wie Medizintechnik, medizinischen Dienstleistungen, Biopharmazeutika und Arzneimitteln umfassend eingesetzt und spielen dort eine zentrale Rolle. Darüber hinaus finden ultrakurzpulslaser zunehmend Anwendung in der Humanmedizin, um die Lebensqualität von Patienten zu verbessern. Im Hinblick auf Anwendungsgebiete werden ultrakurzpulslaser in der Biomedizin eine Vorreiterrolle einnehmen, beispielsweise in der Augenchirurgie und bei kosmetischen Laserbehandlungen wie Hautverjüngung, Tattooentfernung und Haarentfernung.

Die Lasertechnologie findet in der ästhetischen Medizin und Chirurgie seit Langem breite Anwendung. Früher wurde der Excimerlaser häufig zur Myopiekorrektur eingesetzt, während der fraktionierte CO₂-Laser zur Entfernung von Sommersprossen bevorzugt wurde. Mit dem Aufkommen ultraschneller Laser hat sich dieses Gebiet jedoch rasant verändert. Die Femtosekundenlaser-Chirurgie hat sich unter den Korrekturoperationen zur Standardmethode für Myopie entwickelt und bietet gegenüber der traditionellen Excimerlaser-Chirurgie mehrere Vorteile, darunter hohe chirurgische Präzision, minimaler Schmerz und exzellente postoperative Sehschärfe.

Darüber hinaus werden ultraschnelle Laser zur Entfernung von Pigmenten, natürlichen Muttermalen und Tätowierungen, zur Verbesserung des Hautbildes und zur Förderung der Hautverjüngung eingesetzt. Die Zukunftsaussichten ultraschneller Laser im medizinischen Bereich sind vielversprechend, insbesondere in der klinischen Chirurgie und minimalinvasiven Eingriffen. Der Einsatz von Lasermessern zur präzisen Entfernung nekrotischer und schädlicher Zellen und Gewebe, die sich manuell mit einem Skalpell nur schwer entfernen lassen, ist nur ein Beispiel für das Potenzial dieser Technologie.

TEYU ultraschneller Laserkühler Die CWUP-Serie zeichnet sich durch eine Temperaturregelungsgenauigkeit von ±0,1 °C und eine Kühlleistung von 800 W bis 3200 W aus. Sie eignet sich zur Kühlung von medizinischen Ultrakurzpulslasern mit einer Leistung von 10 W bis 40 W, verbessert die Geräteeffizienz, verlängert die Lebensdauer der Geräte und fördert deren Anwendung im medizinischen Bereich.

Abschluss

Die Marktanwendung von Ultrakurzpulslasern im medizinischen Bereich steht noch ganz am Anfang und birgt ein immenses Potenzial für die weitere Entwicklung.