Биомедицинские технологии, развитие которых связано непосредственно со здоровьем человека, наиболее динамично развивающаяся область, которая используют фемтосекундные лазеры. Одной из наиболее важных задач биомедицинских технологий является создание коронарных стентов для лечения болезней коронарных артерий. Стент – трубка из металлической или полимерной сетки, которая располагается в пораженной коронарной артерии для обеспечения плавной циркуляции крови. Первый изготовленный при помощи лазера стент, одобренный для клинической практики, появился в 1994 году в США. За последнее десятилетие лазерная технология получения трубчатых материалов помогла создать большое количество коммерческих коронарных стентов.
С тех пор лазерная техника сделала значительный скачок, но производство миниатюрных устройств по-прежнему требует высокоточных инструментов. Это привело к использованию лазеров ультракоротких импульсов в различных областях технической науки, а также и в производстве стентов.
В тоже время проводятся работы по решению практических задач. Так, неоднородность геометрии может привести к плохому раскрытию стента при его имплантации пациенту. Тепловые искажения, которые могут быть созданы зоной теплового воздействия (heat affected zone – HAZ), приводят к появлению трещин вследствие увеличения хрупкости материала. Необходимо повысить качество поверхностей стента, чтобы избежать подобные случаи.
Новым, быстро развивающимся направлением в коронарной имплантации является использование биоразлагаемых полимерных материалов. Использование биодеградируемых составов позволяет снизить риск рестеноза и при необходимости установить новый стент сразу на место старого.
Применение полимерных материалов налагает дополнительные требования на качество стентов сразу после резки, так как большинство используемых процессов в последующей обработке в данном случае неприменимы. Использование фемтосекундного лазера позволяет получить срезы высокого качества, без области теплового воздействия, расплава и выброса материала.
Студент кафедры «Лазерная физика» Даниил Ганин совместно с Центром физического приборостроения ИОФ РАН г. Троицк разработали технологию и создали прототип установки прецизионной резки прозрачных материалов, в том числе и полимерных коронарных стентов.
В настоящее время прозрачные материалы режут методом послойной лазерной абляции. При этом невозможно добиться ширины реза менее 30 мкм. Материал может плавиться, срезы имеют значительную конусность, веществом поглощается малая часть лазерной энергии. Кроме того, без изменения оптической системы довольно сложно добиться изменения параметров резки.
В созданной технологии используются процессы филаментации лазерного излучения (Керровская самофокусировка, различные типы сферических аберраций) в объеме прозрачных диэлектриков. В этом случае в объеме образца создается нить излучения длиной несколько сотен микрометров и диаметром порядка двух микрометров. Длинной лазерной нити можно управлять, изменяя параметры лазерного излучения. Сканируя образец данной нитью, за один проход можно прорезать образец толщиной более 100 мкм. При этом ширина реза не превышает 5 мкм. Энергоэффективность в несколько раз выше по сравнению с технологиями, использующими послойную лазерную абляцию.
Новый подход можно реализовать незначительными изменениями оптической схемы существующих фемтосекундных лазерных установок.
На данном этапе разработанная технология успешно применяется при обработке таких материалов, как кварц, стекло, сапфир, различные прозрачные полимеры. Кроме этого были вырезаны полимерные стенты из материала, предоставленного крупнейшим российским производителем стентов. Произведенные имплантаты по оценкам этой компании весьма высокого качества.