一种改善医用植入物表面细胞粘附性的激光纹理化方法与流程

本发明涉及一种改善医用植入物表面细胞粘附性的激光纹理化方法。可将该方法广泛应用于特定用途的医用植入物，使植入物的表面获得更好的细胞粘附性能，提高植入物的医疗效果，属于材料表面加工技术领域。

背景技术：

短脉冲激光技术以其超高峰值功率密度、超快时间分辨和高聚焦能力的特征，在医学、微电子学、微/纳加工和材料科学等多个领域得到了广泛的应用。短脉冲激光微/纳加工技术凭借其极高的加工分辨率、极小的热影响区和较高的加工质量等显著优势，逐渐取代传统的加工技术成为固体材料微/纳加工最有效的方法之一。短脉冲激光表面微/纳米纹理化是短脉冲激光微/纳制造的重要应用领域，是制备具有特殊表面性能的功能材料的重要方法。表面形貌是控制固体材料表面光学、润湿、化学、生物、力学等性能的重要因素。采用短脉冲激光表面微/纳米结构化技术可在材料表面制备多种微米、纳米尺度结构，从而改变材料表面光学、润湿等性能，制备诸如超高光吸收、超疏水、自清洁、防蚀、防冻、防菌、低流阻等表面，在传感器、太阳能吸收器、涡轮叶片、机翼、雷达通讯等领域有重要应用前景。

医用材料、聚合物等材料表面微观形貌已被证明能够影响细胞在其表面的生长情况，具体影响机制尚不完全明确，但已有实验证实：相对于平整的表面，表面凹凸不平的微观结构能够影响某些细胞在材料表面生长时的方向取向，生长形状，覆盖率等方面。利用短脉冲激光烧蚀的方法，可对材料表面实现精确的纹理化处理，使处理后的材料实现特定要求的细胞粘附效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改善医用植入物表面细胞粘附性的激光纹理化方法。该方法可广泛应用于医用植入物的表面处理，使医用植入物具有特定要求的细胞粘附效果。

本发明一种改善医用植入物表面细胞粘附性的激光纹理化方法的流程如图1所示，主要包括如下步骤：

(1)对医用材料表面依次进行化学清洗去油，机械打磨抛光或激光抛光后再次清洗；

(2)将步骤(1)清洗后的医用材料置于激光加工系统的工作台上，设定激光参数，启动激光加工系统，利用振镜扫描使激光在医用材料表面以一定速度扫射，最终在表面获得激光烧蚀得到的纹理化表面，加工过程在惰性气体保护下进行；

(3)对加工后的医用材料进行清洁。

其中，所述的医用材料可以为镁合金，钛合金，钢，高分子聚合物；

其中，步骤(2)中设定的激光参数为：激光波长为193nm～1070nm，激光脉宽为50fs～100ns，激光功率为1W～50W，激光脉冲频率为1kHz～1MHz；

其中，步骤(2)中利用振镜扫描使激光在医用材料表面以一定速度扫射，其速度为0.2mm/s～3m/s。

其中，如图3所示，步骤(2)中利用振镜扫描使激光在医用材料表面烧蚀得到的纹理化表面的微观形貌可以为一定深度的凹坑阵列、平行排列凹槽结构、以一定角度交错排列的凹槽结构三者之一，凹槽宽度为1～500μm，凹槽间距为0～500μm，凹坑直径可为1～500μm，凹坑间距为0～500μm，凹槽和凹坑深度为1～100μm。

本发明公开的一种改善医用植入物表面细胞粘附性的激光纹理化方法，开辟了一种新的医用材料表面处理方法，相对于原有的材料表面，利用激光使材料表面局部区域在瞬间被加热到相当高的温度而烧蚀，使材料表面按照预先设计形成特定的纹理化形貌，以达到改善医用植入物材料表面的细胞粘附性能，相比于未处理的医用植入物表面或机械刻划的表面刻痕，本发明的优点在于：

(1)：该方法利用激光直写系统，可以通过改变激光参数如频率、扫描速度、功率对医用材料表面烧蚀深度、轨迹等进行精确控制，能得到加工精度和加工范围远大于现有的强化工艺。

(2)：该方法利用激光直写系统，硬化基于材料高温烧蚀，且热影响小，被处理材料基体不发生化学变化，可应用于多种医用材料材料。

(3)：该方法加工速度更快，有望在实际生产中提高生产效率。

附图说明：

图1所示为本发明方法流程图。

图2所示为激光加工系统示意图。

图3a、图3b、图3c所示为激光表面化后材料表面形貌示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图所示，本发明公开的一种改善医用植入物表面细胞粘附性的激光纹理化方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

1.对医用材料材料表面依次进行化学清洗去油，机械打磨抛光或激光抛光再次后清洗；

2.将步骤1清洗后的医用材料置于激光加工系统的工作台上，设定激光参数，启动激光加工系统，利用振镜扫描使激光在医用材料表面以一定速度扫射，最终在表面获得激光烧蚀得到的纹理化表面，加工过程在惰性气体保护下进行；

3.对加工后的医用材料进行清洁。

其中，所述的医用材料可以为镁合金，钛合金，钢，高分子聚合物；

其中，步骤(2)中设定的激光参数为：激光波长为193nm～1070nm，激光脉宽为50fs～100ns，激光功率为1W～50W，激光脉冲频率为1kHz～1MHz；

其中，步骤(2)中利用振镜扫描使激光在医用材料表面以一定速度扫射，其速度为0.2mm/s～3m/s。

其中，如图3所示，步骤(2)中利用振镜扫描使激光在医用材料表面烧蚀得到的纹理化表面的微观形貌为一定深度的凹坑阵列、平行排列凹槽结构、以一定角度交错排列的凹槽结构三者之一，凹槽宽度为1～500μm，凹槽间距为0～500μm，凹坑直径可为1～500μm，凹槽和凹坑深度为1～100μm。

实施例1：

(1)：取2mm厚度的TC4钛合金片，置于无水酒精中清洗，机械打磨抛光后再次清洗。

(2)：将样品置于如图2所示的皮秒激光加工系统(使用1060nm波长的光纤激光器，脉宽300ps)的工作台上，设置激光功率为15W，频率为500KHz，扫描速度为200mm/s，扫描线间距为40μm，设置扫描区域大小为15mm×15mm，扫描重复次数为5次，启动激光加工系统开始加工。

(3)：从工作台上取下加工后钛合金块，用无水酒精擦拭清理。

实施例2：

(1)：取2mm厚度的316L不锈钢片，置于无水酒精中清洗，机械打磨抛光后再次清洗。

(2)：将样品置于如图2所示的皮秒激光加工系统(使用1060nm波长的光纤激光器，脉宽300ps)的工作台上，设置激光功率为20W，频率为100KHz，扫描速度为3000mm/s，扫描线间距为70μm，设置扫描区域大小为15mm×15mm，扫描重复次数为5次，启动激光加工系统开始加工。

(3)：从工作台上取下加工后钛合金块，用无水酒精擦拭清理。

实施例3：

(1)：取2mm厚度的Ni-Ti合金片，置于无水酒精中清洗，激光抛光后再次清洗。

(2)：将样品置于如图2所示的纳秒激光加工系统(使用532nm波长的Nd:YAG激光器，脉宽34ns)的工作台上，设置激光功率为30W，频率为10KHz，扫描速度为500mm/s，扫描线间距为100μm，设置扫描区域大小为15mm×15mm，扫描重复次数为5次，启动激光加工系统开始加工。

(3)：将样品转置90度后重复步骤2。

(4)：从工作台上取下加工后合金片，用无水酒精擦拭清理。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。