Используя лазерную сварку, ученые Empa оптимизировали технику вваривания электроники имплантируемых кардиостимуляторов и дефибрилляторов в титановый корпус. Медтехнологическая компания Medtronic теперь использует этот метод по всему миру для производства этих устройств.
В Толоченазе (кантон Во) американская медицинская компания Medtronic производит один из пяти кардиостимуляторов, доступных на мировом рынке, и один из четырех дефибрилляторов. Электроника этих имплантируемых устройств размещена в титановых корпусах, которые до сих пор герметично сваривались твердотельным импульсным лазером. Однако лазеры требуют сложного обслуживания и часто являются источником неисправностей. К тому же они требуют водяного охлаждения и занимают много места.
На помощь пришел новый тип лазера, выпущенный в 2015 году американской компанией IPG Photonics: этот волоконный лазер энергоэффективно охлаждается за счет использования воздуха вместо воды, требует меньшего обслуживания, работает более стабильно и более компактен. Однако первоначальные испытания, проведенные Medtronic, показали, что сварные швы теперь имеют черные края, которые очень похожи на сажу, что крайне проблематично для имплантатов. Поэтому Себастьян Фавр из Medtronic обратился к специалистам по материалам Empa Патрику Хоффманну и Марку Лепару из Лаборатории передовой обработки материалов в Тун, которые инициировали проект по оптимизации нового лазера для использования с титаном. Проект финансировался Innosuisse, бывшей Комиссией по технологиям и инновациям (CTI).
Наночастицы титана выглядят черными
Чтобы моделировать производственные процессы в Medtronic, Empa построила собственный «завод» для точного анализа поведения лазера в контролируемой среде. Результаты показали, что взаимодействие с парами титана мешает процессу: черные края на швах оказались наночастицами титана. В последующих экспериментах исследователи Empa продемонстрировали, что черный край исчезает, если лазер работает на другой длине волны. Производитель лазеров IPG Photonics впоследствии построил волоконный лазер, адаптированный к спецификациям исследователей Empa, и предложил его для дальнейших испытаний. Как подтвердили эти эксперименты, регулировка частоты лазера действительно решила проблему.
Между тем, Empa, Medtronic и IPG Photonics совместно владеют патентом на оптимизированный волоконный лазер. Medtronic извлекает выгоду из усовершенствованных процессов производства имплантатов при значительно меньших затратах. А Швейцария может подтвердить свой статус ведущего технологического центра в рамках глобальной транснациональной корпорации США. В конце концов, специальные лазеры, «сделанные в Швейцарии», сейчас используются на заводах Medtronic в Пуэрто-Рико, Сингапуре и США.
