超高速レーザーは医療機器の精密加工をどのように実現するのか？

COVID-19パンデミックは、医療、医薬品、医療用品の需要を急増させました。マスク、解熱剤、抗原検出試薬、酸素濃度計、CTフィルムなど、関連する医薬品や医療機器の需要は今後も続くと予想されます。命はかけがえのないものであり、人々は医療に惜しみなくお金を使うことを厭いません。このことが、数億ドル規模の医療市場を生み出しました。

超高速レーザーが医療機器の精密加工を実現

超高速レーザーとは、出力パルス幅が10⁻¹²以下、ピコ秒レベル以下のパルスレーザーを指します。超高速レーザーの極めて狭いパルス幅と高いエネルギー密度により、従来は実現が困難であった、高精度、微細、鋭利、硬質、難度の高い加工といった加工のボトルネックを解消することが可能になります。超高速レーザーは、バイオメディカル、航空宇宙などの産業における精密加工に広く応用されています。

医療機器＋レーザー溶接の問題点としては、主に異種材料の溶接の難しさ、融点、膨張係数、熱伝導率、比熱容量、異種材料の材料構造の違いなどが挙げられます。製品は微細なサイズ、高い精度が求められ、高倍率の補助視野が必要となります。

医療用レーザー切断の主な問題点は、極薄材料（一般的に厚さ0.2mm未満）の切断において、材料が変形しやすく、熱影響部が大きすぎるため、切断端面が著しく炭化してしまうことです。バリが発生し、切断ギャップが大きく、精度が低くなります。生分解性材料は熱融点が低く、温度に敏感です。脆性材料の切断では、欠け、表面の微小亀裂、残留応力の問題などが発生しやすく、完成品の歩留まりが低くなります。

材料加工業界において、超高速レーザーは高精度と極めて小さな熱影響部を実現できるため、切断、穴あけ、材料除去、フォトリソグラフィーなど、一部の熱に弱い材料の加工に有利です。また、脆い透明材料、超硬材料、貴金属などの加工にも適しています。マイクロメス、ピンセット、微多孔フィルターなどの医療用途では、超高速レーザーによる精密切断が可能です。超高速レーザーによるガラス切断は、一部の医療機器に使用されるガラス板、レンズ、微多孔ガラスに適用できます。

治療の迅速化、患者の苦痛の軽減、そして治癒促進における介入および低侵襲デバイスの役割は、決して軽視できません。しかしながら、これらの器具や部品を従来の技術で加工することはますます困難になっています。これらのデバイスは、人間の血管などの繊細な組織を通過できるほど小型であること、複雑な処置を行えること、安全性と品質要件を満たすことに加え、複雑な構造、薄い壁、繰り返しのクランプ、極めて高い表面品質要件、そして自動化への高い要求といった共通の特性を備えています。その典型的な例が心臓ステントであり、加工精度が非常に高く、長年にわたり高価なものでした。

心臓用ステントの管壁は非常に薄いため、従来の機械切断に代わるレーザー加工がますます普及しています。レーザー加工は一般的に好まれる方法となっていますが、アブレーション溶融による従来のレーザー加工では、バリ、溝幅の不均一、深刻な表面アブレーション、リブ幅の不均一など、一連の問題が発生する可能性があります。幸いなことに、ピコ秒レーザーとフェムト秒レーザーの登場により、心臓用ステントの加工は大幅に改善され、優れた結果が得られています。

医療美容における超高速レーザーの応用

レーザー技術と医療サービスのシームレスな統合は、医療機器業界の継続的な進歩を牽引しています。超高速レーザー技術は、医療機器、医療サービス、バイオ医薬品、医薬品といったハイエンド技術分野で広く活用され、極めて重要な役割を果たしています。さらに、超高速レーザーは、患者の生活の質を向上させるために、医療の分野においても直接利用されることが増えています。応用分野においては、眼科手術、肌の若返り、タトゥー除去、脱毛といったレーザー美容治療など、バイオメディカル分野をリードしていくことが期待されています。

レーザー技術は、長年にわたり医療美容や外科手術に広く利用されてきました。かつては、近視眼科手術にはエキシマレーザー技術が、そばかす除去にはCO2フラクショナルレーザーが主流でした。しかし、超高速レーザーの登場により、この分野は急速に変化しました。フェムト秒レーザー手術は、多くの矯正手術の中でも近視治療の主流となり、従来のエキシマレーザー手術に比べて、高い手術精度、最小限の不快感、優れた術後視覚効果など、多くの利点を備えています。

さらに、超高速レーザーは、色素沈着、ほくろ、タトゥーの除去、肌の老化の改善、若返りの維持にも利用されています。医療分野における超高速レーザーの将来性は、特に臨床外科手術や低侵襲手術において有望です。メスによる手作業での除去が困難な壊死性細胞や有害細胞、組織をレーザーメスで正確に除去することは、この技術の可能性を示すほんの一例です。

TEYU 超高速レーザーチラーCWUPシリーズは、温度制御精度±0.1℃、冷却能力800W～3200Wを誇ります。10W ～40Wの医療用超高速レーザーの冷却に使用でき、機器効率の向上、機器寿命の延長、医療分野における超高速レーザーの応用促進に貢献します。

結論

医療分野における超高速レーザーの市場応用はまだ始まったばかりであり、さらなる発展の大きな可能性を秘めています。