Avicenna Technology, Montevideo, Minnesota, USA 聚醚嵌段酰胺(PEBA)已成功應(yīng)用于各種導(dǎo)管設(shè)計(jì)中。本文說明PEBA與激光加工的兼容性如何能夠簡化導(dǎo)管制造過程，例如，與其它制造方法相比，它更容易將單硬度擠出物轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N硬度軸。 有價(jià)值的材料特性 聚醚嵌段酰胺(PEBA)又稱為Pebax，是一種可用于醫(yī)用導(dǎo)管的熱塑彈性體，兼具熱塑材料和橡膠彈性材料的優(yōu)點(diǎn)。PEBA的熱塑特性意味著在高溫下更易加工、擠出和成型，而彈性使之在拉伸、壓縮或變形后經(jīng)過冷卻即可恢復(fù)原來的長度或形狀。 PEBA由于重量輕，能提供各種柔性和硬度，能量歸還率更高，抗疲勞特性更佳且在物理和熱學(xué)應(yīng)力作用下具有更好的尺寸穩(wěn)定性（參見表1），因此在同類熱塑彈性體中性能突出。該材料對各種化學(xué)物質(zhì)都具有較強(qiáng)的耐受性，且不易被鹽或硫酸腐蝕。它符合美國藥典VI級認(rèn)證要求，可采用各種方法（包括伽馬輻射、高壓蒸汽和環(huán)氧乙烷）進(jìn)行滅菌。醫(yī)療器械行業(yè)中的管件擠壓商和導(dǎo)管制造商報(bào)告稱PEBA在很多方面都是一種模型材料。它具有較寬的熱學(xué)工作域，根據(jù)硬度的不同，其熔點(diǎn)介于134 °C 至174 °C之間。PEBA可與熱塑性聚氨酯共擠出，使設(shè)計(jì)者制造出復(fù)合管件。PEBA通過加熱或環(huán)氧化物易與其它材料結(jié)合。這一特性使得PEBA成為復(fù)合球囊導(dǎo)管的理想軸材料。 PEBA的剛度范圍、各種硬度下的穩(wěn)定密度及易于溶融加工的特性也使其成為制造由熔融PEBA部件組成的多硬度導(dǎo)管軸的首選材料。采用這種設(shè)計(jì)的導(dǎo)管通過高硬度近端部分提供極佳的推動能力和扭矩，在低硬度遠(yuǎn)端部分則能提供靈活的操控性。為了更好地將軸上的扭力傳遞至末端，通常采用不銹鋼織帶進(jìn)行強(qiáng)化。 激光加工的優(yōu)點(diǎn) FIGURE 1: Laser drilling PEBA catheters accommodates fluid aspiration or drug delivery.許多導(dǎo)管設(shè)計(jì)需要孔和槽等加工特征，有時(shí)是凹槽和錐體。機(jī)械法（如鉆孔、研磨和刮削）可用于實(shí)現(xiàn)上述特性，但可能會在特征邊緣留下毛刺，并可能給導(dǎo)管材料施加不希望的熱和應(yīng)力。此外，導(dǎo)管壁上的不銹鋼織帶可能妨礙利用鉆頭或刀片的接觸加工法。采用激光能量進(jìn)行非接觸式導(dǎo)管加工無需施加應(yīng)力或熱即可將聚合物材料從嵌入的織帶上切除，因此成為一種有吸引力的替代方法（圖1和2）。此外，如有需要，特定形式的激光能量還可以同時(shí)切除聚合物和編帶。 FIGURE 2: Laser marking PEBA catheters embeds product data and creates permanent traceability.工序 激光能量是高度相干的，即激光僅在唯一特定波長下發(fā)射能量。激光能量還是高度定向的，這意味著激光束的光子緊密成簇且平行傳輸。這種特性使得激光束的能量可以通過光纖或透鏡和鏡面光束傳輸系統(tǒng)進(jìn)行控制（遮蔽、聚焦和改變方向）。 在激光加工工序中，激光燒蝕是通過將材料的吸收特性與合適的激光波長相匹配，然后以正確的能量密度和時(shí)間將選擇的波長應(yīng)用于特定的材料上，從而汽化材料。當(dāng)合適設(shè)置功率、脈沖、焦距和持續(xù)時(shí)間等工序變量時(shí)，激光能量即可破壞材料的分子鍵，引起材料蒸發(fā)。真正的激光燒蝕并不依靠熱量來熔化或燒掉材料，因此激光燒蝕具有清潔和精加工的特性，不會對周圍區(qū)域產(chǎn)生熱效應(yīng)。 PEBA是一種對紫外光(UV)敏感的材料，經(jīng)紫外線輻射后易降解。在為PEBA設(shè)計(jì)激光燒蝕工序時(shí)，應(yīng)首先考慮上述材料特性。UV能譜的波長范圍從接近紫色的400 nm近紫外光到接近X光的10 nm極紫外光。商用激光發(fā)出的UV波長范圍從第三代Nd:YAG固態(tài)激光器的355 nm到氟氣準(zhǔn)分子激光器的157 nm。由于PEBA在長波長UV輻射下的燒蝕效果不佳，對PEBA執(zhí)行激光加工時(shí)實(shí)際UV波長一般越短越好。 追求短UV波長通常會使激光加工商使用氬氟氣準(zhǔn)分子激光器的193 nm波長。但這種選擇也不無挑戰(zhàn)。193 nm波長屬于能譜的真空紫外區(qū)段，可被空氣中的氧氣迅速吸收。因此，采用193 nm波長UV的激光燒蝕必須在真空或惰性無氧環(huán)境下進(jìn)行。 撇去上述基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)不談，氬氟準(zhǔn)分子激光器波長和所有準(zhǔn)分子激光器波長產(chǎn)生的激光束尺寸確具吸引力。準(zhǔn)分子激光器的原始光束達(dá)12 mm高 × 24 mm寬。經(jīng)過遮蔽和聚焦后，原始光束仍可形成較大的工作光束，使激光加工商能夠在工作場地應(yīng)用寬度超過2.5 mm的高階能量，并在相對較短的時(shí)間內(nèi)切除大量PEBA材料。例如，每分鐘可以切除0.084 mm3的PEBA材料，相當(dāng)于每分鐘切除長100 mm、深0.051 mm的材料。增加激光脈沖率可進(jìn)一步加快批量切除工序。表1：PEBA的特性（來源：Arkema） 這可能是激光加工給PEBA導(dǎo)管制造商帶來的最大優(yōu)勢。激光加工可以切除導(dǎo)管軸上的大段PEBA，形成直徑較小的區(qū)域，作為低硬度PEBA的最佳結(jié)合位置。可以想象，與將PEBA分立部件與內(nèi)軸和熱收縮外殼熔合的制造方法相比，這種方法更容易將單硬度擠出物轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘤捕容S，從而簡化導(dǎo)管制造過程。 精度和效率 PEBA的品質(zhì)使之成為理想的導(dǎo)管材料。它與激光加工的兼容性進(jìn)一步促使其成為適用于醫(yī)療器械應(yīng)用領(lǐng)域的材料。這一方法可以避免機(jī)械加工中常見的多余瑕疵，同時(shí)可以高效且精確地切除大量材料以獲得特定導(dǎo)管部件。 Chad Carson是 Avicenna Technology 總裁 Ronald Sik是 Avicenna Technology 新產(chǎn)品開發(fā)協(xié)調(diào)員