突破瓶頸

聚焦醫(yī)療激光前沿領(lǐng)域

中紅外飛秒激光是前沿的科研領(lǐng)域，早在30年前科研界已經(jīng)提出基于中紅外波長的分子強(qiáng)共振進(jìn)行微創(chuàng)切割治療的想法，但相關(guān)技術(shù)長期受限于6-9μm高功率中紅外飛秒激光波段的缺失和組織共振消融的機(jī)理不明，導(dǎo)致中紅外飛秒激光應(yīng)用于微創(chuàng)切割手術(shù)時(shí)存在功率不足、無法調(diào)諧等技術(shù)瓶頸而未能實(shí)現(xiàn)。

面對(duì)30年來未曾突破的科研難題，海目星團(tuán)隊(duì)在近十年的理論研究基礎(chǔ)上，歷經(jīng)一年半時(shí)間完成相關(guān)工程化技術(shù)攻克和集成封裝開發(fā)以及測試，順利研制出“高功率寬帶可調(diào)諧長波紅外激光系統(tǒng)”。該系統(tǒng)在核心光路設(shè)計(jì)、關(guān)鍵非線性晶體材料生長、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、集成封裝設(shè)計(jì)等諸多方面均取得了原創(chuàng)性的技術(shù)成果。

本次評(píng)審會(huì)上，專家組一致認(rèn)為海目星“高功率寬帶可調(diào)諧長波紅外激光系統(tǒng)”項(xiàng)目的技術(shù)資料符合科技成果評(píng)審要求，其技術(shù)成果主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

1、提出了“強(qiáng)近紅外寬帶預(yù)放大和基于薄晶體的中紅外主放大”相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了5-11μm長波紅外寬帶可調(diào)諧飛秒脈沖輸出；

2、采用了新型大能帶隙的中紅外非線性晶體，克服了傳統(tǒng)晶體的強(qiáng)雙光子吸收效應(yīng)，將長波紅外飛秒激光產(chǎn)品的平均功率由百毫瓦量級(jí)提升至瓦量級(jí)；

3、基于自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光系統(tǒng)的波長、功率等關(guān)鍵參數(shù)的智能控制。

該項(xiàng)目已獲得國家級(jí)及省部級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目10項(xiàng)資助，申請發(fā)明專利10項(xiàng)，其中授權(quán)2項(xiàng)；申請實(shí)用新型專利5項(xiàng)，其中授權(quán)1項(xiàng)；外觀設(shè)計(jì)專利授權(quán)1項(xiàng)；發(fā)表相關(guān)SCI、EI學(xué)術(shù)論文7篇；培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才10余名。

十年厚積，一朝薄發(fā)。海目星“高功率寬帶可調(diào)諧長波紅外激光系統(tǒng)”項(xiàng)目積累的多項(xiàng)學(xué)術(shù)成果，已在NC、NP、LPR等頂級(jí)國際期刊上發(fā)表，得到了國際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。本次科技成果評(píng)審將進(jìn)一步為海目星在中紅外飛秒激光技術(shù)及其在醫(yī)療應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)上的成果轉(zhuǎn)換提供權(quán)威學(xué)術(shù)認(rèn)證與專業(yè)背書。

展望未來

解鎖醫(yī)療激光應(yīng)用新場景

基于在中紅外飛秒激光領(lǐng)域的重大技術(shù)突破，海目星已成功研發(fā)出“長波紅外可調(diào)諧的臺(tái)式飛秒激光器（LWIRFS）”。該激光器多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均達(dá)到國際領(lǐng)先水平，其調(diào)諧范圍為5-11μm，最大輸出功率>1W，最大脈沖能量>2μJ，脈寬<300fs，重復(fù)頻率為500kHz，屬于全球尚無對(duì)標(biāo)競品的開創(chuàng)性產(chǎn)品。其醫(yī)療適用范圍和應(yīng)用前景主要為：角膜微創(chuàng)切割和移植、動(dòng)脈粥樣硬化微創(chuàng)消融、胰腺腫瘤選擇性消融、皮膚剝脫式和非剝脫式微創(chuàng)治療、膠原再生類年輕化醫(yī)美應(yīng)用和毛發(fā)再生治療等。

目前，海目星研發(fā)團(tuán)隊(duì)正持續(xù)開展與中紅外飛秒激光技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及臨床應(yīng)用，并已取得階段性成果驗(yàn)證：

1、利用特殊中紅外飛秒激光對(duì)角膜進(jìn)行消融，可以得到切口邊緣光滑平整的切口，同時(shí)實(shí)驗(yàn)證明該技術(shù)的使用在術(shù)后三天角膜上皮層愈合，七天恢復(fù)至基線水平。精準(zhǔn)高效的對(duì)角膜后續(xù)損傷極小的中紅外飛秒消融激光技術(shù)有望成為未來眼科治療和角膜移植手術(shù)中的新型手術(shù)工具； 

2、實(shí)驗(yàn)證明利用特定中紅外波長選擇性消融正常胰腺組織和胰腺腫瘤時(shí)，對(duì)胰腺腫瘤可以做到更高效的消融效率和對(duì)腫瘤組織的縮小作用；

 3、針對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化，實(shí)驗(yàn)證明利用膽固醇油酸酯（動(dòng)脈粥樣硬化斑塊主要成分）和動(dòng)脈壁在5.75μm吸收峰的差異進(jìn)行了選擇性消融實(shí)驗(yàn)比較：膽固醇油酸脂在5.75μm飛秒激光作用下實(shí)現(xiàn)了迅速的消融，而動(dòng)脈血管沒有觀察到明顯損傷，這一差異性為臨床動(dòng)脈粥樣硬化的實(shí)施提供了更有利的治療工具； 

4、實(shí)驗(yàn)證明中紅外特異性的共振峰可以使得生物組織膠原蛋白再生效果顯著，且由于飛秒脈沖時(shí)間遠(yuǎn)小于皮膚組織的熱弛豫時(shí)間，將該過程的附帶損傷控制到最小； 

5、實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過中紅外飛秒激光強(qiáng)照射，其與毛囊腺體周圍各類組織形成強(qiáng)共振，使毛囊腺體受到刺激從而改變毛囊的內(nèi)部環(huán)境，促進(jìn)毛發(fā)的再生和生長。且在中紅外飛秒激光的照射下毛發(fā)的生長速度明顯加快，毛發(fā)粗度顯著增加，毛發(fā)密度也顯著增加；

6、實(shí)驗(yàn)證明特殊的中紅外飛秒激光通過強(qiáng)共振刺激皮下筋膜層，可達(dá)到高效而顯著的皮膚提拉的效果；

7、波長在（5-11μm）的長波紅外，大大降低產(chǎn)生隧穿電離的能量閾值，同時(shí)長波紅外幾乎不產(chǎn)生多光子吸收，這將極大地提升材料的損傷閾值； 

8、5-11μm的長波中紅外波段相較市面中的2-4μm波長，具有更多的分子指紋峰，吸收光譜也更尖銳和精細(xì)，是進(jìn)行分子激發(fā)和氣體探測的理想波長； 

9、單個(gè)光譜寬度為100-1000nm，利于同時(shí)探測多組分氣體和分子，是窄帶調(diào)諧激光器不具備的功能；

 10、脈沖寬度在300fs范圍，可提供高達(dá)10mW的峰值功率，利于激發(fā)固體材料的隧穿電離和產(chǎn)生高效的非線性頻率轉(zhuǎn)換（如激發(fā)固體高次諧波和太赫茲產(chǎn)生），是其他產(chǎn)品所不具備的; 

 11、100-300fs輸出也是進(jìn)行中紅外超快泵浦探測和二維/多維紅外光譜分析的理想脈沖寬度；

12、嚴(yán)格的飛秒脈沖寬度和優(yōu)良的飛秒脈沖形貌可大幅提高醫(yī)療器件和航空精密器件的加工精度，其他中紅外產(chǎn)品不具備此特點(diǎn)；

13、W量級(jí)的中紅外平均功率可大幅提升強(qiáng)場物理的產(chǎn)出通量和分子探測的信噪比，這是mW級(jí)別的中紅外激光所不能提供的，配合mW量級(jí)的峰值功率，是強(qiáng)場光學(xué)和物化實(shí)驗(yàn)的理想工具；

14、W量級(jí)的中紅外平均功率也為研究分子解離提供了足夠的局部動(dòng)力，以及保障了高分子聚合物精密加工（如生物可降解支架）的加工速度；

15、載波包絡(luò)相位（CEP）被動(dòng)鎖定，具有長期穩(wěn)定的相位特性，這是電離激發(fā)、強(qiáng)場探測、場分辨光譜測量、阿秒光學(xué)、超快電子開關(guān)嚴(yán)格要求的參數(shù)指標(biāo)，是其他中紅外激光所不具備的；

16、近紅外泵浦和中紅外輸出一體機(jī)集成，無需分體式調(diào)試、安裝和維護(hù)，也為長期穩(wěn)定輸出提供了保障。

海目星在中紅外飛秒激光技術(shù)及在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的重大突破，充分體現(xiàn)了公司的自主研發(fā)及持續(xù)創(chuàng)新能力，為公司向醫(yī)療激光、醫(yī)療大健康以及醫(yī)療美容領(lǐng)域布局提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

公司將持續(xù)開展高功率中紅外飛秒激光器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用場景探索，同時(shí)推動(dòng)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的臨床實(shí)驗(yàn)以獲得相關(guān)產(chǎn)品的二類及三類醫(yī)療許可證，并爭取用三到五年，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化布局和規(guī)模化生產(chǎn)。

撰稿 | 秦佳萍

編輯 | 秦佳萍

設(shè)計(jì) | 周 甜

審核 | 任銀哲、馮鈿