CN112512740B - 用于制造植入物的方法以及通过所述方法制造的植入物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造植入物，特别是支架的方法，包括以下步骤：提供由可降解材料，特别是镁合金形成的植入物毛坯，特别是支架预成型件，通过激光束烧蚀将凹部引入到植入物毛坯，特别是支架预成型件中，其中根据本发明，通过脉冲束(PB)形式的激光辐射照射植入物毛坯，特别是支架预成型件，以便引入凹部，其中，每个脉冲束(PB)包括至少两个脉冲(P)。

Description

用于制造植入物的方法以及通过所述方法制造的植入物
技术领域
本发明涉及一种由可降解材料，特别是由镁合金制造植入物，特别是支架的方法，以及一种通过所述方法由这种材料，特别是这种合金制造的植入物，特别是支架。主要基于由镁合金制造支架的方法的示例描述本发明。然而，本发明不限于该应用，而是适用于由任何可降解材料制造植入物。在本申请范围内的可降解材料应理解为是指在体内分解(降解)的材料。由可降解材料形成的植入物(可生物降解的植入物)在数小时/天、数月至数年的时间内保持其结构完整性，然后被身体分解(吸收)。这种可降解材料是本领域技术人员已知的，例如一些金属合金，比如镁、铁或锌合金，或者可降解聚合物，比如聚丙交酯。
背景技术
在这种制造过程中，经常使用激光辐射来切割支架，其中特别是使用脉冲激光辐射来进行材料去除/切割。
脉冲由脉冲持续时间及其脉冲能量描述。脉冲持续时间通常指定为半峰全宽(FWHM)，其中脉冲宽度是在半脉冲高度处测量的。对于脉冲持续时间在几飞秒到几皮秒范围内的超短脉冲，可以将脉冲形状视为时间对称的
脉冲能量是通过脉冲功率(脉冲形状)随时间变化的时间过程积分来正式计算的，并以焦耳(J)、毫焦耳(mJ)或微焦耳(μJ)指定。也可以根据平均功率和重复率的商将其计算为平均值。
重复率或脉冲序列频率定义了激光器每单位时间发射多少个单独的脉冲。其以赫兹(Hz)、千赫兹(kHz)或兆赫兹(MHz)指定。
代替单独脉冲，在某些激光束源的情况下，可以以给定的重复率将单独脉冲的脉冲能量分成单独脉冲序列，或者称为脉冲束或脉冲群。
脉冲束或脉冲群(PB)是由至少两个连续的单独脉冲(P)构成的单独脉冲序列，其中脉冲束的单独脉冲的时间间隔(B)短于两个脉冲束的时间间隔(C)，即激光的重复率的倒数(图1)。在脉冲束的情况下，脉冲束的每两个相邻脉冲之间的时间间隔比一脉冲束的最后一个脉冲与下一脉冲束的第一个脉冲之间的时间间隔短。在本申请的范围内，术语脉冲束和脉冲群是同义词。
根据激光器的结构，在超短脉冲激光束源的情况下，要在主振荡器-功率放大器(MOPA)系统和再生放大器(Regen)系统之间进行区分。MOPA系统的脉冲束是在所谓的脉冲拾取器中生成的，该脉冲拾取器不仅允许单独脉冲通过，而且允许具有选定重复率的多个脉冲(通常为2到10个)通过。因此，脉冲束中的脉冲之间的时间间隔对应于激光振荡器(主振荡器)的频率的倒数，通常在20MHz至100MHz的范围内。如今，此类激光源已经达到GHz范围内的频率。因此，振荡器频率远远高于目前用于加工的典型重复率(小于1MHz)。简而言之，激光源产生高频率的脉冲激光辐射。脉冲拾取器从连续脉冲序列中选择具有所需激光重复率的单独脉冲束及脉冲束的单独脉冲。因此，脉冲拾取器定义了激光的重复率(脉冲束的时间间隔)和脉冲束的脉冲数。
然后在放大器(功率放大器)中放大单独脉冲或脉冲束。在现代的超短脉冲激光系统中，可以针对脉冲束的每个脉冲单独调整放大系数。因此，特别地，也可以将脉冲的放大率设置为零，从而混合出脉冲。因此，控制单独脉冲数和脉冲束的单独脉冲之间的时间间隔。原则上，每个脉冲束因此可以单独形成。
超短脉冲激光系统通常用于材料去除(烧蚀)。在这种情况下，烧蚀率表示每单位时间的烧蚀体积，通常以立方毫米每分钟(mm3/min)的形式指定。
烧蚀效率或比烧蚀率应理解为是指基于引入的平均激光功率的烧蚀率，即每能量单位的烧蚀体积。因此，它以mm3/(min W)或μm3/(μJ)来指定。
在以选定的重复率对具有单独脉冲的激光辐射进行加工时，除其他外，最大烧蚀效率由工件表面上的区域和坑洼创建限制，这些区域和坑洼对激光辐射的吸收产生负面影响。在最坏的情况下，烧蚀过程可能会完全停止。
在中等功率和重复率不太高的情况下使用单独脉冲通常会在几乎所有被检查的材料中获得最佳的表面质量。
通常，在这种激光烧蚀过程的情况下，期望在保持恒定的表面质量的同时增加烧蚀率。另外，同时不降低或甚至不增加烧蚀效率是有利且期望的。
然而，只有在相应地提高激光的重复率及其平均功率的前提下，才能实现更高的烧蚀率以及恒定质量。这种增加特别受到两个因素的限制。一方面，在通常使用的商业超短脉冲激光束源的情况下，平均功率被限制为约100W，另一方面，许多测试表明，当重复率增加时，随后的脉冲例如通过所谓的屏蔽(即脉冲的激光辐射与先前脉冲的已经烧蚀材料的相互作用或部分屏蔽)受到越来越多的影响，因此烧蚀效率降低。
发明内容
因此，本发明的目的是创造一种由可降解材料，特别是镁合金制造植入物，特别是支架的方法，其具有提高的烧蚀效率。
该问题通过本发明的方法解决。本发明的有利实施例在下文中进行描述。
根据本发明，公开了一种用于制造植入物，特别是支架的方法，具有以下步骤：
-提供由可降解材料，特别是镁合金形成的植入物毛坯，特别是支架预成型件，
-通过激光束烧蚀将凹部引入到植入物毛坯，特别是支架预成型件中，特别是从而形成植入物，特别是支架，其具有多个单元，其每个都特别地由支架的相互连接的支柱界定，
-其中根据本发明，通过脉冲束形式的激光辐射照射植入物毛坯，特别是支架预成型件，以便引入凹部，其中，每个脉冲束包括至少两个脉冲。
在本申请的框架内，激光束烧蚀是指使用激光束在工件中形成凹部。由此，通过凹部减小了工件的厚度。这与激光束切割相反，在激光束切割中，激光束用于切割工件。
通常，支架包括具有各种曲折支柱的普通圆柱体。如果使用激光束切割来从圆柱形工件制造这种支架，则在圆柱形工件中制成多个切开通口。剩余材料形成支架的支柱。激光束切穿圆柱形工件。如果使用激光束烧蚀来制造这种支架，则在圆柱形工件中会产生一系列凹部。激光束烧蚀在第一位置处提供第一凹部。由此，在第一位置处减小了工件的厚度。在稍后的时间点，在相同的第一位置处设置第二凹部，这进一步减小了第一位置处的厚度。逐层重复该过程，直到在第一位置处没有其他材料。由此产生切开通口。圆柱形工件的剩余材料形成支柱。
令人惊奇地发现，关于镁合金的烧蚀，特别有可能响应于连续单独脉冲的相互作用，这表明通过使用脉冲束(脉冲群)降低了烧蚀效率或降低了加工质量。脉冲束内的单独脉冲可以根据其幅度(即每个单独脉冲的能量)和时间间隔(以激光振荡器频率的倒数的倍数为单位)进行单独设置，以便不仅负面影响得到补偿，而且可以提高烧蚀效率。此外，由于不必将重复率提高到与单独脉冲的情况相同的程度，因此可以减小或甚至完全避免单独脉冲束之间的相互作用。
由于在使用超短脉冲激光辐射(特别是金属)的烧蚀过程中对脉冲束的适应性使用，可以增加比烧蚀率(也称为烧蚀效率)，即每单位时间烧蚀的体积和引入的平均激光功率。
在使用超短脉冲激光辐射进行烧蚀的情况下，在工件表面处以及在所述表面上会发生各种效果并影响烧蚀过程。这些特别可以是被烧蚀的颗粒对表面或屏蔽的修改。通过以与负面影响烧蚀过程的机制相反的配置来选择性使用脉冲群，可以提高镁合金情况下的烧蚀效率，甚至超过单独脉冲的值。
用其他可降解材料，特别是用可降解聚合物，比如聚丙交酯，或者其他金属合金，比如铁或锌合金，可以产生类似的效果。
根据一优选实施例规定，用于烧蚀的激光辐射的每个脉冲束具有三个脉冲，特别是精确地或仅三个脉冲。在这方面，已经证明，与单独脉冲相比，在镁合金的情况下，使用具有三个脉冲的脉冲束将烧蚀效率从0.19mm3/(min·W)增加68％至0.32mm3/(min·W)。
根据另一优选实施例规定，用于烧蚀的激光辐射的每个脉冲束具有四个脉冲，特别是精确地或仅四个脉冲。在这方面，已经证明，与单独脉冲相比，在镁合金的情况下，使用具有四个脉冲的脉冲束将烧蚀效率从0.19mm3/(min·W)增加142％至0.46mm3/(min·W)。
根据另一优选实施例规定，用于烧蚀的激光辐射的每个脉冲束具有五个脉冲，特别是精确地或仅五个脉冲。在这方面，已经证明，与单独脉冲相比，在镁合金的情况下，使用具有五个脉冲的脉冲束将烧蚀效率从0.19mm3/(min·W)增加195％至0.56mm3/(min·W)。
此外，根据本发明一实施例规定，脉冲束的每两个相邻脉冲之间的时间间隔在从10ps到100ns的范围内，优选为10ns至50ns(100MHz到20MHz)，特别是12ns。
使用脉冲束(其中脉冲束的相邻脉冲具有约12ns的时间间隔)有利地导致植入物毛坯，特别是支架预成型件的材料表面的局部熔化(深度有限)，因此已经补偿了第一不均匀度和非均匀性，并防止形成圆锥和凹坑。
此外，根据本发明一实施例规定，脉冲束的脉冲的脉冲持续时间在0.200ps至20ps的范围内，特别是10ps。脉冲束的脉冲的脉冲持续时间同样有利地在0.2-0.5ps、0.8-0.9ps、6-12ps或约20ps的范围内。
此外，根据本发明一实施例规定，脉冲束的重复率在0.1MHz至20MHz的范围内，特别是500kHz。脉冲束的重复率同样有利地在0.1-1MHz、2MHz或8MHz的范围内。
此外，根据本发明一实施例规定，激光辐射的波长在1000nm至1500nm的红外范围内，特别是1026-1090nm。然而，在一些实施例中，使用激光辐射在513-545nm或342-363nm范围内的激光源也是有利的。
此外，根据一实施例，植入物毛坯，特别是支架预成型件可以是管状的并且沿着纵向轴线或圆柱体轴线延伸。
根据本发明一实施例，植入物毛坯，特别是支架预成型件在其受到激光辐射作用以形成凹部时沿纵向轴线的方向旋转和/或移动。
根据本发明一实施例，为了形成凹部的激光辐射沿着纵向轴线移动(例如，发射激光的切割工具的头部可以沿着植入物毛坯，特别是支架预成型件的纵向轴线移动)也是可能的(特别是作为植入物毛坯，特别是支架预成型件沿着其纵向轴线的运动的替代方案)。
根据本发明的另一方面，公开了一种植入物，特别是支架，其已经通过根据本发明的方法制造。
本发明特别适用于切割和构造血管支撑件/支架。由于该加工是通过材料烧蚀逐层进行的，因此原则上可以有利地加工任何几何形状。
关于血管支撑件/支架的加工，与常规的热激光束切割相比，根据本发明的效率的提高导致加工持续时间的决定性减少，同时增加了柔性。
附图说明
参考附图，本发明的其他特征和优点将在描述本发明示例性实施例的所述附图说明中进行解释，其中：
图1示出了具有三个脉冲的脉冲束(脉冲群)的示意图；以及
图2示出了在根据本发明的镁合金的情况下以及在与单独脉冲相比具有三个、四个和五个脉冲的脉冲束的情况下，通过照射到每单位面积φ0的材料中的能量的烧蚀效率。
具体实施方式
图1示出了具有三个脉冲P的脉冲束(PB)的示意图，可用于切割由本文所述类型的镁合金形成的支架预成型件。用于烧蚀/切割的激光的脉冲束操作的特征在于，脉冲束PB的两个相邻脉冲P的时间间隔B短于一脉冲束PB的最后一个脉冲P与后一个脉冲束PB的第一个脉冲P之间的时间间隔C。
根据本发明，具有这种脉冲束PB的激光束被引导至支架预成型件，并且从支架预成型件切出或烧蚀多个凹部，支架预成型件特别是管状的，以便特别获得具有多个单元的支架，单元由支架的支柱界定。
如图2所示，当具有三个、四个或五个脉冲而不是单独脉冲的脉冲束的激光辐射用于烧蚀支架材料(在此例如是镁合金)时，可以提高Y轴或纵坐标上绘制的烧蚀效率(照射到每面积φ0的支架材料中的能量绘制在横坐标上)。
这里用于脉冲束PB的脉冲P的脉冲持续时间A为A＝10ps。脉冲B的间隔B＝12ns，脉冲束PB的间隔C为C＝2μs。这对应于500kHz的脉冲束PB的重复率(脉冲序列频率)。使用波长为λ＝1064nm的激光辐射(参见图1)。
原则上，可以使用诸如LUMENTUM、振幅系统或相干之类的商业激光系统来产生根据本发明的脉冲束PB。

Claims (19)

1.一种用于制造植入物的方法，包括以下步骤：
- 提供由可降解材料形成的植入物毛坯，
- 通过激光束烧蚀将凹部引入到植入物毛坯中，
其特征在于，
通过脉冲束（PB）形式的激光辐射作用于所述植入物毛坯，以便引入所述凹部，其中，每个脉冲束（PB）包括至少两个脉冲（P）,
其特征在于，脉冲束（PB）的每个脉冲（P）的脉冲持续时间（A）在从0.200ps至20ps的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲束（PB）的每个脉冲（P）的脉冲持续时间（A）是10ps。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个脉冲束（PB）由三个脉冲（P）形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个脉冲束（PB）由四个脉冲（P）形成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个脉冲束（PB）由五个脉冲（P）形成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲束（PB）的每两个相邻脉冲（P）之间的时间间隔（B）在从10ps至100ns的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲束（PB）的每两个相邻脉冲（P）之间的时间间隔（B）在10ns和50ns之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复率在从0.1MHz至20MHz的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复率在从500kHz至5MHz的范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光辐射的波长在从1000nm至1500nm的红外范围内。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光辐射的波长在从1026nm至1090nm的红外范围内。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植入物毛坯是管状的，并且沿着纵向轴线延伸。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述植入物毛坯在其被用所述激光辐射照射以形成所述凹部时沿所述纵向轴线的方向旋转和/或移动。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述激光辐射沿着所述纵向轴线移动以便形成所述凹部。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述植入物是支架。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述可降解材料是镁合金。
17.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述植入物毛坯是支架预成型件。
18.一种植入物，通过根据权利要求1至17中任一项所述的方法制造。
19.根据权利要求18所述的植入物，其特征在于，所述植入物是支架。
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