用于修整對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)的經(jīng)表面改質(zhì)材料的制作方法
【專利摘要】一種物質(zhì)組合物包含襯底材料(M)，所述襯底材料(M)具有塊體部分及整合到所述塊體部分的外表面。所述外表面包含經(jīng)改質(zhì)表面層。所述經(jīng)改質(zhì)表面層從所述外表面延伸到至少1nm的深度。所述經(jīng)改質(zhì)表面層包含M及為金屬或金屬合金的至少一種其它材料(X)。所述經(jīng)改質(zhì)表面層具有高于或低于M的所述塊體部分中的25℃導(dǎo)電率至少2.5％的25℃導(dǎo)電率。所述物質(zhì)組合物可為包含基于頻率選擇性表面的超材料的物件，且多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分可為提供共振頻率的多個(gè)周期性表面元件。
【專利說明】用于修整對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)的經(jīng)表面改質(zhì)材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所揭示實(shí)施例涉及包含具有經(jīng)改質(zhì)表面的粒子及物件的材料，所述經(jīng)改質(zhì)表面提供與所述材料的塊體相比經(jīng)修改的對(duì)入射電磁場(chǎng)的總體響應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振成像(MRI)是通常用于在人體內(nèi)部成像的醫(yī)療成像技術(shù)。一股來說，向患者施加強(qiáng)磁場(chǎng)(例如，1.5T)以對(duì)準(zhǔn)患者的所調(diào)查組織的水中的氫原子的核磁化向量。同時(shí)，施加RF (例如，63.86MHz)磁場(chǎng)(~0.14y T)以擾亂對(duì)準(zhǔn)的磁化，從而致使氫原子核發(fā)射可由MRI系統(tǒng)中的掃描儀檢測(cè)的能量標(biāo)志特征。
[0003]MRI信號(hào)用于構(gòu)造圖像。對(duì)不同的組織進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)楦鞣N組織中的質(zhì)子以不同速率返回到其平衡核磁化狀態(tài)。此效應(yīng)用于在不同類型的組織當(dāng)中形成對(duì)比。也可以此方式檢測(cè)患病的組織，例如腫瘤。
[0004]時(shí)變磁場(chǎng)在任何導(dǎo)電材料內(nèi)均形成電場(chǎng)，且所述電場(chǎng)又感應(yīng)出電流，稱為“渦電流”。一股來說，電磁場(chǎng)穿透到金屬中多達(dá)特定深度，其通常相關(guān)聯(lián)地稱為“趨膚深度”。進(jìn)入傳導(dǎo)表面的電磁波經(jīng)阻尼使得電流密度在接近導(dǎo)體的表面處最大且在由下式給出的距表面的距離5處在振幅上減少到因子I / e:
[0005]8 = [2 / (co U 0 O ) ]1/2
[0006]其中co為輻射的角頻率，且O為金屬的導(dǎo)電率。距離S稱為導(dǎo)體的趨膚深度，且可看出如果導(dǎo)電率(O)增加，那么趨膚深度(S)減小。舉例來說，在銅中于60Hz下，趨膚深度為大約8.5_。在高頻率下，趨膚深度可小(淺)得多。
[0007]渦電流可通過焦耳效應(yīng)加熱`導(dǎo)電材料且此過程稱作電感加熱。電感加熱可在為佩戴具有引線的植入體(例如在脊柱融合刺激器、心臟起搏器及神經(jīng)刺激系統(tǒng)中)的患者進(jìn)行MRI掃描時(shí)導(dǎo)致對(duì)組織的熱損壞。已針對(duì)深腦刺激植入體報(bào)告在起始MRI之后不久達(dá)
25.38°C的最大溫度改變。在金屬尖端處加熱可更嚴(yán)重。已報(bào)告在起始MRI的90s內(nèi)已在起搏電極(未附接到心臟起搏脈沖產(chǎn)生器)的尖端處發(fā)生63.18°C的溫度升高。
[0008]因此，需要提供產(chǎn)生減少的MRI誘發(fā)電感加熱的表面的新材料。雖然常規(guī)高導(dǎo)電率金屬材料的選擇可通過減少經(jīng)由趨膚效應(yīng)實(shí)際引入到材料中的能量的量而稍微減少M(fèi)RI誘發(fā)電感加熱，但所得MRI誘發(fā)電感加熱對(duì)于某些應(yīng)用來說仍可為過高的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]所揭示實(shí)施例認(rèn)識(shí)到植入體的MRI誘發(fā)電感加熱及周圍組織的后續(xù)加熱不僅受材料的導(dǎo)電率影響，而且可受其它熱物理及電磁性質(zhì)(例如，介電常數(shù)、透磁率、吸收性、透射性、反射率、密度、比熱容及導(dǎo)熱率、從經(jīng)加熱材料到周圍組織的熱轉(zhuǎn)移)顯著影響。舉例來說，可存在磁場(chǎng)到材料中的極少的滲透，但所述有限的滲透仍可導(dǎo)致在小體積上的大量加熱，此可損壞人類組織。相反地，可存在磁場(chǎng)到材料中的實(shí)質(zhì)滲透，但加熱可在較大體積上散布使得總體地減少加熱且因此存在對(duì)人類組織的較少的損壞。就這一點(diǎn)來說，所揭示實(shí)施例認(rèn)識(shí)到熱物理性質(zhì)(例如，密度、比熱容及導(dǎo)熱率)除材料的導(dǎo)電率以外還可與MRI誘發(fā)電感加熱相關(guān)。材料的熱物理及電磁性質(zhì)又可影響其機(jī)械性質(zhì)(剛度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度
坐、
寸/ o
[0010]舉例來說，比熱容指示將材料的單位質(zhì)量的溫度提升l°C需要多少磁性能量，而導(dǎo)熱率指定多快地將熱從經(jīng)加熱材料轉(zhuǎn)移到周圍組織。此外，機(jī)械性質(zhì)(例如，彈性模數(shù)、抗屈強(qiáng)度、疲勞/斷裂性質(zhì)等)也可為重要的。另一方面，機(jī)械性質(zhì)可提供材料的壽命的度量，即，裝置在患者中將多久地為安全的。
[0011]所揭示實(shí)施例包含包括與常規(guī)高導(dǎo)電率金屬材料、來自其的物件及裝置相比提供減少的MRI誘發(fā)電感加熱的粒子及物件的物質(zhì)組合物。舉例來說，對(duì)于醫(yī)療裝置(包含對(duì)于用于可植入醫(yī)療裝置的心臟及神經(jīng)刺激器引線)，提供增強(qiáng)的MRI兼容性。對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用，對(duì)表面進(jìn)行改質(zhì)以使得醫(yī)療組件的表面對(duì)迅速時(shí)變的電磁場(chǎng)(例如MRI及磁共振斷層成像(MRT)中的RF磁場(chǎng))更具反射性減少由于渦電流所述組件在身體內(nèi)的電感加熱，因?yàn)榕c材料的塊體(未改質(zhì)部分)相比入射磁場(chǎng)被此類反射表面更強(qiáng)地反射。對(duì)于一些應(yīng)用，還可使得如本文中所揭示的經(jīng)改質(zhì)表面成為與材料的塊體相比具更高吸收性的表面。所揭示實(shí)施例還可用于除MRI以外的多種醫(yī)療應(yīng)用及使用具較高吸收性的經(jīng)改質(zhì)表面的非醫(yī)療應(yīng)用，包含傳感器、檢測(cè)器及能量相關(guān)應(yīng)用(包含太陽(yáng)能電池及能量采集器)。
[0012]一個(gè)實(shí)施例包括整體物質(zhì)組合物(例如粒子及整體物件),其包括襯底材料(M)，所述襯底材料(M)具有塊體部分及與所述塊體部分整合的外表面。所述外表面包括經(jīng)改質(zhì)表面層。所述經(jīng)改質(zhì)表面層包含M及至少一種其它材料(X)。X通常為金屬或金屬合金。
[0013]如本文中所使用，“整合式結(jié)構(gòu)”及“整合式物件”指代在組成上在塊體部分與外表面之間具有平滑轉(zhuǎn)變、因此其中缺少分界(例如在各自具有不同組成的兩個(gè)層之間具有粘合劑的物件的情況中)的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，M呈結(jié)晶晶格的形式，且X為M的晶格中的取代或填隙原子。在一些實(shí)施例中，還存在整合到經(jīng)改質(zhì)表面層(包括M及X)且在所述經(jīng)改質(zhì)表面層上的X的薄包覆層(例如，5nm到500nm厚)。
[0014]經(jīng)改質(zhì)表面層從外表面延伸到至少Inm的深度，通常延伸到至少IOnm的深度，例如IOnm到500nm。所述經(jīng)改質(zhì)表面層具有高于或低于M的所述塊體部分中的25°C導(dǎo)電率至少2.5%的25°C導(dǎo)電率。體現(xiàn)為物件，所述物件可包含包括多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分的基于頻率選擇性表面(FSS)的超材料，且所述多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分可經(jīng)布置以提供共振頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1展示根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例用于激光處理導(dǎo)線的實(shí)例性氣密饋通材料處理系統(tǒng)的描繪，所述氣密饋通材料處理系統(tǒng)包含密封室，所述密封室包括包含激光處理隔室的五個(gè)隔室。
[0016]圖2A到2C描繪根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例由在導(dǎo)線上制作多種超材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的物件。圖2A描繪沿著導(dǎo)線的圓周及長(zhǎng)度的經(jīng)激光改質(zhì)矩形及/或正方形片，圖2B描繪沿著導(dǎo)線的長(zhǎng)度的經(jīng)激光改質(zhì)圓環(huán)，且圖2C描繪沿著導(dǎo)線的長(zhǎng)度的經(jīng)激光改質(zhì)的一個(gè)螺旋或多個(gè)螺旋。
[0017]圖3A描繪根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例來自在具有平面表面的材料中制作超材料結(jié)構(gòu)的結(jié)果(例如矩形幾何形狀超材料結(jié)構(gòu)的材料)。[0018]圖3B展示根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例的具有包括材料M的塊體部分及整合到所述塊體部分的包括具有M及X的經(jīng)改質(zhì)表面層的外表面的經(jīng)表面改質(zhì)粒子。
[0019]圖4展示具有包含層狀納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)的經(jīng)改質(zhì)表面層的所揭示物件的掃描圖像，所述結(jié)構(gòu)可用于形成具有經(jīng)修改電阻、電容及/或電感的經(jīng)改質(zhì)表面層以便基于共振器電路的原理而減少電感電流。
[0020]圖5展示具有在金屬中包含玻璃化納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)的經(jīng)改質(zhì)表面層的所揭示物件的掃描圖像，所述結(jié)構(gòu)可控制材料中的結(jié)晶程度且以與變壓器芯中幾乎一樣的方式減少電感電流。
[0021]圖6A是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有通過對(duì)材料進(jìn)行所揭示表面改質(zhì)而形成的用于修整對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)的經(jīng)改質(zhì)表面層的醫(yī)療物件的部分的示意性橫截面圖。
[0022]圖6B是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有通過對(duì)材料進(jìn)行所揭示表面改質(zhì)而形成的用于修整對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)的經(jīng)均勻改質(zhì)表面層的醫(yī)療物件的部分的示意性橫截面圖。
[0023]圖7是包含由所揭示醫(yī)療物件提供的所展示載流導(dǎo)線且任選地還包含由所揭示醫(yī)療物件提供的電極引線系統(tǒng)的醫(yī)療裝置的簡(jiǎn)化框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]參考附圖來描述本發(fā)明中所揭示的實(shí)施例，其中在所有各圖中使用相似參考編號(hào)來標(biāo)示類似或等效元件。所述各圖未必按比例繪制且其僅提供來圖解說明所揭示實(shí)施例。下文參考用于圖解說明的實(shí)例性應(yīng)用來描述數(shù)個(gè)方面。應(yīng)理解，陳述眾多特定細(xì)節(jié)、關(guān)系及方法來提供對(duì)所揭示實(shí)施例的完全理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的一股技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到本文中所揭示的標(biāo)的物可在沒有所述特定細(xì)節(jié)中的一者或一者以上的情況下或借助其它方法來實(shí)踐。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)展示眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作以避免使并非眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作模糊。本發(fā)明并不受所圖解說·明的動(dòng)作或事件次序限制，因?yàn)橐恍﹦?dòng)作可以不同次序發(fā)生及/或與其它動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。此外，實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法并不需要所有所圖解說明的動(dòng)作或事件。
[0025]盡管陳述本發(fā)明的廣泛范圍的數(shù)值范圍及參數(shù)為近似值，但盡可能精確地報(bào)告在特定實(shí)例中陳述的數(shù)值。然而，任何數(shù)值固有地含有必然由存在于其相應(yīng)測(cè)試測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)偏差產(chǎn)生的某些誤差。此外，本文中所揭示的所有范圍應(yīng)理解為涵蓋其中所包含的任何及所有子范圍。舉例來說，“小于10”的范圍可包含在最小值0與最大值10之間(且包含最小值0及最大值10)的任何及所有子范圍，也就是說，具有等于或大于0的最小值及等于或小于10的最大值的任何及所有子范圍，例如，I到5。
[0026]所揭示實(shí)施例包含通過擴(kuò)散處理進(jìn)行的反射表面制作。在一個(gè)所揭示實(shí)施例中，通過對(duì)醫(yī)療級(jí)材料(M)的外表面進(jìn)行改質(zhì)以通過在所述外表面中并入另一材料(包括到M中的金屬(X))形成經(jīng)改質(zhì)表面層來形成物件。X通常為金屬或金屬合金。
[0027]所述材料可包括粒子，或物件可呈導(dǎo)線、薄片、板及棒的形式。在物件的情況中，X在材料的外表面中的并入可經(jīng)局部化以形成圖案，或跨越外表面為全局的。X可經(jīng)選擇使得物件的經(jīng)改質(zhì)表面層具有與M的塊體部分的25°C導(dǎo)電率相比高2.5%或低2.5%的25°C導(dǎo)電率。所揭示材料及物件可用于醫(yī)療植入體、支架及手術(shù)工具以及其它物件及裝置的引線。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，醫(yī)療組件具有提供更具電阻性的表面的經(jīng)改質(zhì)表面層，使得迅速變化的磁場(chǎng)在所述組件中形成渦電流的能力減小，因?yàn)樵诖祟愲娮璨牧现须娮颖痪o緊束縛到原子核?！搬t(yī)療組件”在本文中界定為由生物兼容材料形成且為醫(yī)療植入體的一部分，例如起搏器的引線或醫(yī)療工具。醫(yī)療工具可包含針、刀、鉗子及具有在MRI環(huán)境中用于手術(shù)應(yīng)用的潛力的其它物項(xiàng)。雖然M—股包括金屬或金屬合金，但在某些實(shí)施例中M可包括非金屬，例如包括包含合金的復(fù)合材料的陶瓷或聚合物或者這些材料的組合。
[0029]當(dāng)M包括金屬時(shí)，M —股包括非磁性金屬或非磁性金屬合金，例如在關(guān)于金屬的情況中為Ti或Ta，或者在金屬合金的情況中為(舉例來說)MP35N。MP35N(或Co-Cr-N1-Fe-Mo-Mn 合金)稱為I':丨.GlLOY.!.:...來自埃爾吉有限公司(ElgiloyjLtd)0 MP35N為非磁性的，且擁有超高抗張強(qiáng)度(高達(dá)300ksi [2068MPa])、良好耐久性及堅(jiān)韌性與優(yōu)越耐腐蝕性的獨(dú)特組合。MP35N通常用于醫(yī)療引線導(dǎo)體，例如用于心臟起搏器。
[0030]如上所述，X可包含金屬或金屬合金。舉例來說，X可包括Pt、Pd、Au、Ag、Cu或Al中的一者或一者以上。
[0031]可使用一個(gè)或多個(gè)激光束(由于其因可用小光斑大小的經(jīng)局部化加熱能力)對(duì)M進(jìn)行表面改質(zhì)以提供高達(dá)所要深度(例如大約趨膚深度)的經(jīng)改質(zhì)表面層。激光允許對(duì)將能量遞送到工件(包括材料M)的精確控制，且因此可在不顯著加熱整個(gè)(塊體部分)工件的情況下用激光加熱所述工件的表面下方的小厚度?？捎媒?jīng)聚焦或未聚焦激光束輻照所述工件。
[0032]所揭示金屬前驅(qū)物(其一股為包含金屬X的金屬有機(jī)化合物)可用于將X并入到M中以形成經(jīng)改質(zhì)表面層，如下文所描述。所述前驅(qū)物分子可由于熱解分解或光解分解或者其組合而在經(jīng)激光加熱的點(diǎn)處化學(xué)分解以形成X的原子。X原子中的一些或全部可隨后擴(kuò)散到M中以增加(或減小)包含M的表面針對(duì)所關(guān)注入射磁場(chǎng)的反射率。X通常在經(jīng)改質(zhì)表面層的0.05到10原子％的范圍中。X的濃度可足夠低使得已滿足FDA要求、如本文中所揭示而進(jìn)行改質(zhì)以包含X的材料(M)將不需要經(jīng)受另一 FDA核準(zhǔn)。
[0033]由于可用激光以受控制方式將工件`(粒子或物件)局部加熱到極高溫度(接近其熔化溫度)，因此已意外地發(fā)現(xiàn)溶質(zhì)原子(X)的擴(kuò)散系數(shù)比在熱平衡加熱條件下獲得的擴(kuò)散系數(shù)高多達(dá)大約五個(gè)數(shù)量級(jí)。如本文中所界定，“熱平衡加熱條件”指代其中整個(gè)工件處于相同溫度且所述溫度不會(huì)隨時(shí)間在工件內(nèi)在空間上變化的情形。因此，所揭示激光表面擴(kuò)散工藝使得能夠?qū)⒈仍诔Ｒ?guī)平衡加熱工藝中可實(shí)現(xiàn)的更多的X原子引入到M中，包含每單位體積更多的X且在一些情況中更深的擴(kuò)散深度。因此，與常規(guī)平衡加熱工藝相比，可通過所揭示的激光擴(kuò)散工藝對(duì)應(yīng)更多地增加M的反射率。
[0034]激光偏振是可用于增強(qiáng)X在M中的擴(kuò)散率的另一參數(shù)。本文中所描述的偏振表示由來自激光器的輻射的電場(chǎng)向量的尖端在垂直于輻射的傳播方向的平面上追跡的線或曲線。X的擴(kuò)散率取決于M原子的振動(dòng)頻率。在常規(guī)加熱中且甚至在未偏振激光加熱中，原子隨機(jī)地振動(dòng)，從而產(chǎn)生具有隨機(jī)變化的能量的聲子。此外，聲子在材料內(nèi)部無條理地且沿隨機(jī)方向傳播。M中的這些隨機(jī)移動(dòng)的無條理聲子可阻礙X在M中從一個(gè)點(diǎn)遷移到另一點(diǎn)且因此減小X的擴(kuò)散率。在此實(shí)施例中，偏振可用于控制聲子的運(yùn)動(dòng)方向且借此影響X在M中的擴(kuò)散率，一股來說，增加X在M中的擴(kuò)散率。
[0035]所述激光束一股為經(jīng)偏振束且可為線性、圓形或橢圓形偏振的或者其組合。一股來說，從激光系統(tǒng)發(fā)射的束是未偏振的。可使用一個(gè)或一個(gè)以上偏振器(例如基于包含渥拉斯頓(Wollastom)棱鏡、洛匈(Rochon)棱鏡及塞拿蒙(S6narmont)棱鏡的雙折射材料)或者使用其它基于各向異性材料的光學(xué)元件(例如普克爾斯盒)從未偏振束形成經(jīng)偏振束。取決于M的微米結(jié)構(gòu)性質(zhì)(例如晶粒大小、晶體結(jié)構(gòu)、晶格參數(shù)及結(jié)晶平面的優(yōu)選定向)以及X的性質(zhì)(例如機(jī)電、熱機(jī)械、電磁及物理性質(zhì))，可使用適當(dāng)偏振來增強(qiáng)擴(kuò)散率。
[0036]所揭示實(shí)施例還包含提供對(duì)工件(例如包括金屬襯底材料的粒子或?qū)Ь€材料，所述金屬襯底材料具有塊體部分及外表面)的激光處理的新材料處理設(shè)備，其中所述處理通過形成通過相對(duì)于塊體部分(M)將另一(些)材料X添加于外表面的至少一部分上而改質(zhì)的經(jīng)改質(zhì)表面層來對(duì)所述外表面進(jìn)行改質(zhì)。
[0037]圖1展示用于激光處理展示為導(dǎo)線112的物件的實(shí)例性氣密饋通材料處理系統(tǒng)100的描繪，氣密饋通材料處理系統(tǒng)100包含包括五個(gè)密封隔室101-105的室，在相應(yīng)隔室之間具有真空密封件117。由于所實(shí)施的工藝一股利用可能有毒及/或自燃的金屬有機(jī)化合物作為前驅(qū)物，因此處理系統(tǒng)100經(jīng)設(shè)計(jì)以安全地執(zhí)行激光擴(kuò)散工藝且包括密封室，在一個(gè)實(shí)施例中，所述密封室包括圖1中所描繪的五個(gè)密封隔室。未展示真空泵，但其存在以提供展示為從各個(gè)隔室101-105向外的排放流。
[0038]導(dǎo)線饋送卷軸111在隔室101中，且在導(dǎo)線112通過兩個(gè)填充有惰性氣體的緩沖隔室102及104以及激光處理隔室103之后，借助隔室105中的卷取卷軸119來收集導(dǎo)線112。導(dǎo)線112包括材料M且一股在放置于隔室101中之前受到處理以移除表面雜質(zhì)，例如移除薄金屬氧化物層。
[0039]導(dǎo)線112 (或其它正處理的材料)可包括單一材料M或包括襯底包層(包括在支撐件上的M)的材料。下文所描述的激光處理可在已從至少兩種材料(例如包括在包括另一材料的支撐件上且與所述支撐件成整體的M的襯底包層)共擠制導(dǎo)線的導(dǎo)線擠制之后。在激光處理隔室103中，前驅(qū)物氣體或蒸氣與載體氣體(例如，氬氣)114 一起經(jīng)由入口 113遞送到前驅(qū)物噴嘴115，且待引入到導(dǎo)線112中的X的原子一股通過使用包括包含X的金屬有機(jī)化合物的前驅(qū)物氣體來提`供。金屬有機(jī)化合物一股為有毒且自燃的。激光處理隔室103允許在惰性或反應(yīng)性條件下含有經(jīng)預(yù)處理材料M及經(jīng)后處理材料M兩者，且因此使得能夠?qū)⒉牧螹與周圍空氣完全隔離。處理系統(tǒng)100還使得能夠分批或連續(xù)處理例如導(dǎo)線112或粒子等材料。
[0040]在激光處理隔室103中形成經(jīng)改質(zhì)表面層。在一些實(shí)施例中，所述經(jīng)改質(zhì)表面層上還形成有主要為X的原子(界定為>原子的50% )的薄包覆層，例如，其為5nm到500nm厚。前驅(qū)物氣體的激光輻照及/或分壓可用作控制是否在經(jīng)改質(zhì)表面層上形成主要為X的薄包覆層以及其厚度的變量。舉例來說，前驅(qū)物氣體的較低分壓(例如大約< 100毫托)可僅形成經(jīng)改質(zhì)表面層，而前驅(qū)物氣體的較高分壓(例如大約500毫托或更大)可用于也形成在經(jīng)改質(zhì)表面層上且與其整合的主要為X的原子的薄包覆層。舉例來說，主要為X的原子的薄包覆層可包含80到100原子％的X (其中如果有，那么差額為M)，而經(jīng)改質(zhì)表面層可包含5到10原子％的乂，其中剩余部分為M。
[0041]當(dāng)無前驅(qū)物或載體氣體在流動(dòng)時(shí)，所提供的真空泵在隔室101-105中一股提供至少粗略真空(例如，大約I毫托)。在前驅(qū)物氣體或蒸氣與載體氣體114 一起流動(dòng)的情況下，可將隔室101-105中的壓力保持在大致0.1到I大氣壓(atm)。在操作期間，與激光處理隔室103中的壓力(例如，Iatm)相比，可將隔室101-105維持在稍微較高的壓力(例如，1.05atm)。緩沖隔室102及104使得能夠保持及移除原本可能從激光處理隔室103泄漏到隔室102及104中的任何前驅(qū)物氣體或蒸氣以及任何化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。[0042]載體氣體可為惰性或非反應(yīng)性氣體(例如，氬氣或氮?dú)?或增強(qiáng)前驅(qū)物分子在導(dǎo)線112的表面處的化學(xué)分解的反應(yīng)性氣體或者其組合。前驅(qū)物流率及前驅(qū)物噴嘴115可經(jīng)設(shè)計(jì)以改善在導(dǎo)線112的表面上對(duì)前驅(qū)物分子的吸附，且剩余前驅(qū)物分子可以適當(dāng)速度及流動(dòng)方向排出前驅(qū)物噴嘴115以在激光-導(dǎo)線相互作用(激光導(dǎo)線處理)區(qū)127中形成圍繞導(dǎo)線112的前驅(qū)物罩。
[0043]還展示處理系統(tǒng)100包含產(chǎn)生經(jīng)偏振激光束131的光學(xué)器件145。光學(xué)器件145可從激光器122接收高斯輻照分布的未偏振(或經(jīng)隨機(jī)偏振)激光束123并將其變換成均勻或任何其它輻照分布的經(jīng)偏振激光束131且同時(shí)對(duì)所述束進(jìn)行聚焦。取決于光學(xué)器件145的設(shè)計(jì)，經(jīng)偏振激光束131可具有線性、圓形或方位角偏振或者任何其它偏振。激光定位器128是計(jì)算機(jī)控制的裝置，其自動(dòng)控制激光束123的位置以產(chǎn)生所要型式(例如，以便形成下文所描述的頻率選擇性表面(FSS))。激光定位器128可例如基于聲光裝置(例如，聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)或AO偏轉(zhuǎn)器)而在激光束123的路徑中包括機(jī)械系統(tǒng)(例如，x_y掃描儀)或電子掃描系統(tǒng)。
[0044]激光處理隔室103包含透射經(jīng)偏振激光束131以允許激光處理隔室103中的激光處理的窗口 129。所吸附前驅(qū)物分子由于在激光導(dǎo)線處理區(qū)127中導(dǎo)線112的經(jīng)激光加熱表面處的化學(xué)反應(yīng)而分解，且產(chǎn)生擴(kuò)散劑原子X及其它反應(yīng)產(chǎn)物。隨著反應(yīng)產(chǎn)物移動(dòng)遠(yuǎn)離激光導(dǎo)線處理區(qū)127，前驅(qū)物罩將前驅(qū)物分子供應(yīng)到導(dǎo)線112的表面以繼續(xù)所述化學(xué)反應(yīng)以連續(xù)地產(chǎn)生擴(kuò)散劑原子X。X原子的至少一部分隨后擴(kuò)散到導(dǎo)線112的外表面中。
[0045]由于激光導(dǎo)線處理區(qū)127中的激光加熱而可在導(dǎo)線112中產(chǎn)生熱應(yīng)力?？赏ㄟ^在激光導(dǎo)線處理區(qū)127之后使用適當(dāng)輻照輪廓的一個(gè)或一個(gè)以上激光束在激光處理隔室103或緩沖隔室104中加熱導(dǎo)線來緩解這些應(yīng)力。為了從激光處理隔室103移除反應(yīng)產(chǎn)物及任何殘余前驅(qū)物分子，可在此隔室中建立使用一個(gè)或一個(gè)以上入口將惰性氣體遞送到激光處理隔室103且使用耦合到真空泵的一個(gè)或一個(gè)以上排放口逐出氣體混合物的穩(wěn)流型式。此過程可使得能夠在處理期間在激光處理隔室103中維持穩(wěn)定壓力。類似地，如上所述，隔室101、102、104及105—股配備有耦合到真空泵的排放口以釋放過量氣體以便維持穩(wěn)定壓力。
[0046]光學(xué)器件145提供偏振、不均勻(高斯)到較均勻強(qiáng)度分布及聚焦的功能，本文中稱為“束成形光學(xué)器件”。光學(xué)器件145可接收高斯輻照分布的未偏振(或經(jīng)隨機(jī)偏振)激光束123并將其變換成均勻或任何其它輻照分布的經(jīng)偏振激光束131且同時(shí)對(duì)所述束進(jìn)行聚焦。取決于單一光學(xué)元件的設(shè)計(jì)，所述經(jīng)變換束可具有線性、圓形、方位角或任何其它偏振。
[0047]所揭示實(shí)施例還包含用于通過形成超材料結(jié)構(gòu)而使物件具有反射表面的方法。超材料包括周期性結(jié)構(gòu)。電磁超材料通過具有比待處理的輻射的波長(zhǎng)小的結(jié)構(gòu)特征來影響電磁波。
[0048]超材料的共振性質(zhì)導(dǎo)致中心頻率由包括超材料的元件的幾何形狀及尺寸固定的頻率分散及窄帶寬操作。所揭示實(shí)施例包含基于頻率選擇性表面(FSS)的超材料。FSS可被制作為具有特定幾何形狀的平面2維金屬元件周期性陣列或可為金屬屏柵中的周期性孔口。這些表面的透射及反射系數(shù)取決于操作頻率且還可取決于所透射電磁波的偏振及其撞擊材料的角度或入射角。
[0049]如上所述，時(shí)變磁場(chǎng)在金屬材料中產(chǎn)生渦電流及相關(guān)聯(lián)電場(chǎng)。通過形成導(dǎo)電或電阻結(jié)構(gòu)或者其組合(例如通過使用處理系統(tǒng)100)，可如同在電路中一樣來控制電流在物件的表面上的流動(dòng)。使用處理系統(tǒng)100，可通過使用適當(dāng)透鏡或衍射光學(xué)器件或者其組合對(duì)激光束進(jìn)行聚焦以產(chǎn)生極小的光斑大小(其小于或等于所需超材料特征的大小)來形成選擇性超材料結(jié)構(gòu)。所聚焦激光光斑可經(jīng)計(jì)算機(jī)控制而引導(dǎo)為到達(dá)導(dǎo)線表面上的僅選定區(qū)域，且導(dǎo)線112可因此僅在激光與導(dǎo)線112的外表面相互作用處變得經(jīng)表面改質(zhì)。
[0050]超材料結(jié)構(gòu)可修改材料的表面處的電阻、電容及/或電感，且在一個(gè)實(shí)施例中形成具有共振頻率的頻率控制電路，所述共振頻率可基于所要RF頻率而設(shè)定以減少入射場(chǎng)的吸收且借此減小電感電流。所揭示超材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一股為計(jì)算機(jī)輔助的，例如通過使用電磁(EM)模擬器。舉例來說,一種EM模擬工具是恩碩公司(Ansoft Corporation)的使用有限元方法的HFSS。
[0051]還可由于這些結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)材料M在MRI環(huán)境中的可見性。修改材料表面處的電阻、電容及/或電感的所揭示能力是以使得表面的反射率針對(duì)入射場(chǎng)增加(此可增強(qiáng)材料的MRI可見性)的方式實(shí)現(xiàn)。
[0052]介入性MRI是用于在手術(shù)期間在患者體內(nèi)進(jìn)行MRI成像的技術(shù)。經(jīng)增強(qiáng)MRI可見性實(shí)施例可用于在此手術(shù)期間使用的手術(shù)工具(例如，針)及/或?qū)嶋H所植入物件以輔助MRI導(dǎo)引式手術(shù)。MRI導(dǎo)引式心臟手術(shù)及MRI導(dǎo)引式腦手術(shù)為特定實(shí)例。
[0053]周期性超材料結(jié)構(gòu)的幾何形狀可取決于材料的性質(zhì)及入射場(chǎng)的頻率而設(shè)計(jì)(例如，使用EM模擬器) 。如下文所描述，圖2A到2C及圖3A展示形成于導(dǎo)線上的幾個(gè)實(shí)例性超材料結(jié)構(gòu)。在超材料結(jié)構(gòu)中其它材料X的濃度可變化，此允許產(chǎn)生具有不同電阻及阻抗的結(jié)構(gòu)元件。FSS中的鄰近結(jié)構(gòu)元件之間的距離可變化以產(chǎn)生不同的電容及電感。通過使這些電性質(zhì)變化，可修改由超材料結(jié)構(gòu)形成的電網(wǎng)絡(luò)的共振頻率。
[0054]圖2A到2C中分別描繪導(dǎo)線的外表面上的展示為矩形、圓形及螺旋狀的三種類型的實(shí)例性超材料結(jié)構(gòu)。在這些實(shí)施例中，整體外表面是包括經(jīng)圖案化表面層的經(jīng)改質(zhì)表面層，所述經(jīng)圖案化表面層包括多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分及多個(gè)未改質(zhì)表面部分。在圖2A中，經(jīng)改質(zhì)表面層205包含沿著導(dǎo)線的圓周及長(zhǎng)度的經(jīng)改質(zhì)表面部分210，及未改質(zhì)表面部分215。在圖2B中，經(jīng)改質(zhì)表面層230包含沿著導(dǎo)線的長(zhǎng)度的經(jīng)改質(zhì)表面部分240，及未改質(zhì)表面部分245。在圖2C中，經(jīng)改質(zhì)表面層260包含沿著導(dǎo)線的長(zhǎng)度的經(jīng)改質(zhì)表面部分270，及未改質(zhì)表面部分275。
[0055]圖3A中展示在平面表面上包括矩形超材料結(jié)構(gòu)的物件300，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)建于包括M的襯底305上。經(jīng)改質(zhì)表面層315包含圖3A中所展示的包括M及X的經(jīng)改質(zhì)表面元件310，其具有寬度(W)、長(zhǎng)度(I)且展示為通過未改質(zhì)表面部分325在寬度方向上彼此間隔開Sw并在長(zhǎng)度方向上間隔開Sp可使用由如上文所描述的處理系統(tǒng)100提供的激光輻照來形成經(jīng)改質(zhì)表面元件310。
[0056]圖3B展示經(jīng)表面改質(zhì)粒子350，其具有包括材料M的塊體部分360及整合到所述塊體部分的包括M及X兩者的經(jīng)改質(zhì)表面層320。經(jīng)改質(zhì)表面層320從外表面延伸到至少Inm的深度。[0057]圖4展示具有包含層狀納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)的經(jīng)改質(zhì)表面層的所揭示物件的掃描圖像?？墒褂脠D1中所展示的處理系統(tǒng)100來制作這些及相關(guān)結(jié)構(gòu)。
[0058]所揭示實(shí)施例還包含用以減少電感加熱的經(jīng)圖案化玻璃化結(jié)構(gòu)的制作。可由于迅速冷卻或通過在熱力學(xué)上或在空間上破壞結(jié)晶而形成為二元或多種組分的非晶合金的金屬玻璃。玻璃化金屬具有極高電阻，此使得其適合于減少電變壓器中的電感加熱。
[0059]圖5展示具有包含玻璃化金屬的經(jīng)改質(zhì)表面層的所揭示物件的掃描圖像。玻璃化金屬也稱為非晶金屬及金屬玻璃。玻璃化金屬為固體金屬材料(通常為合金)，其具有無序原子尺度結(jié)構(gòu)，因此成為玻璃?？梢砸粓D案來形成玻璃化納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)，使得在不更改整個(gè)表面的情況下阻礙渦電流的流動(dòng)?？赏ㄟ^本文中所揭示的方法來以金屬產(chǎn)生玻璃化金屬以控制材料中的結(jié)晶程度。在一個(gè)此種實(shí)施例中，可選擇元素X以便打破襯底M中的原子次序以免結(jié)晶而使得其成為非結(jié)晶或玻璃化的。此類玻璃化結(jié)構(gòu)可影響材料對(duì)電磁波、時(shí)變電場(chǎng)及時(shí)變磁場(chǎng)的響應(yīng)且減少電感電流且因此以與變壓器芯中幾乎一樣的方式減少電感加熱。
[0060]可通過上述激光表面擴(kuò)散工藝將各種合金化元素(X)以充足濃度擴(kuò)散到M中以修整結(jié)晶程度。除合金化考慮以外，可利用激光處理中固有的迅速加熱及快速冷卻來使材料的薄層熔化并迅速冷卻以在M的表面處形成玻璃化納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)。類似地，可通過上述超材料制作技術(shù)在M的表面處以超材料結(jié)構(gòu)的形式制作金屬玻璃以修整表面的電磁性質(zhì)，此將影響M對(duì)入射電磁波及場(chǎng)的響應(yīng)。
[0061]所揭示實(shí)施例 包含改善植入體在MRI環(huán)境中的可見性的實(shí)施例。例如支架及骨骼修復(fù)夾具(金屬薄片及螺釘)等植入體廣泛地用于現(xiàn)代健康護(hù)理中。然而，在MRI環(huán)境中產(chǎn)生此類植入體的成像假影可為針對(duì)高級(jí)臨床手術(shù)及無創(chuàng)性健康診斷使MRI發(fā)揮其全部潛力的嚴(yán)重阻礙。
[0062]可通過上文所揭示的技術(shù)在植入體的戰(zhàn)略性位置處修整表面以改善可見性以及消除成像假影。舉例來說，戰(zhàn)略性位置可為接近材料的末端的幾個(gè)區(qū)域或沿著材料的長(zhǎng)度的幾個(gè)經(jīng)隔離區(qū)域或者其組合。可通過將X擴(kuò)散到M中來對(duì)這些選定位置進(jìn)行改質(zhì)以增加材料的反射率而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的可見性。還可在所述位置處產(chǎn)生玻璃化結(jié)構(gòu)或超材料結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)或者其組合以增加反射率而實(shí)現(xiàn)經(jīng)改善的可見性。相反地，甚至可增加吸收性以提供圖像中的對(duì)比或植入體的不同區(qū)域中的組合。
[0063]植入體或材料的經(jīng)改質(zhì)區(qū)域可與在MRI中使用的磁場(chǎng)不同地相互作用且可由MRI系統(tǒng)用來顯示植入體的經(jīng)改質(zhì)點(diǎn)的圖像?？删植炕幚硎沟脠D像可界定植入體的邊界，如上文所描述。在另一實(shí)施例中，可對(duì)植入體的整個(gè)表面進(jìn)行改質(zhì)以消除假影(例如，針對(duì)再狹窄，支架展示為小球體而非能夠看到其內(nèi)部)。
[0064]可從所揭示實(shí)施例受益的實(shí)例性醫(yī)療裝置或其部分包含但不限于耦合到例如電池等電力供應(yīng)器且為載流的(例如心臟引線(例如，用于起搏器裝置)、神經(jīng)刺激器引線(用于神經(jīng)刺激器裝置))及非載流的(例如，夾子、騎縫釘、標(biāo)記器、支架導(dǎo)管、導(dǎo)引線、整形外科植入體、耳蝸植入體及閥)的那些裝置或其部分。
[0065]還可基于上文所揭示的原理而對(duì)醫(yī)療裝置方法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。使用基于FSS的共振的目標(biāo)性加熱可用于毀壞腫瘤或癌細(xì)胞。此類似于目標(biāo)性輻射治療，但其使用具較少損壞性的加熱。舉例來說，可將激光摻雜的針插入到腫瘤或癌組織中?？山又顾鲠樈?jīng)受MRI掃描,借此致使其以局部化方式加熱并毀壞腫瘤。
[0066]所揭示實(shí)施例還包含針對(duì)電磁波譜中的不同波長(zhǎng)的吸收表面制作。許多的以上揭示內(nèi)容涉及用以形成其許多可能應(yīng)用之一為電感加熱的減少的反射表面的技術(shù)、微米結(jié)構(gòu)及納米結(jié)構(gòu)。針對(duì)包含傳感器、檢測(cè)器、光伏電池及能量采集裝置的應(yīng)用，此實(shí)施例可代替地用于形成用以選擇性地增加特定波長(zhǎng)范圍中的電磁波的吸收性的吸收表面。
[0067]可通過上述激光表面擴(kuò)散工藝將一種或一種以上元素(X)擴(kuò)散到材料M中以降低其導(dǎo)電率并針對(duì)給定波長(zhǎng)的電磁波增加其吸收系數(shù)。還可將所述元素?cái)U(kuò)散到材料M的選定區(qū)域中以修改其它性質(zhì)(例如電阻、電阻率、電容、電感、電子遷移率、介電常數(shù)、透磁率、阻抗及電子密度)以便增加M的吸收率。還可通過在M的表面處制作超材料結(jié)構(gòu)以及層狀納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)來修整這些性質(zhì)以增加其針對(duì)給定波長(zhǎng)的吸收率。上文所描述的圖2A到2C及圖3A到5中展示具有增加的吸收率的經(jīng)改質(zhì)表面的實(shí)例。在具有增加的吸收率的超材料結(jié)構(gòu)的情況中，每一結(jié)構(gòu)元件的組成(例如X的濃度及鄰近元件(例如，經(jīng)改質(zhì)表面元件310)之間的距離)可為不同的使得由所述元件形成的電網(wǎng)絡(luò)的共振頻率與入射場(chǎng)的頻率同相。此類型的相位匹配表面將增強(qiáng)吸收率。對(duì)于玻璃化結(jié)構(gòu)及層狀結(jié)構(gòu),材料組成及圖案之間的距離可變化以產(chǎn)生相位匹配表面而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的吸收性。在其中減小吸收率的上文所描述的先前數(shù)個(gè)實(shí)例中，所述表面可經(jīng)設(shè)計(jì)使得由元件形成的電網(wǎng)絡(luò)的共振頻率與入射場(chǎng)的頻率異相。此類型的相位失配表面可減小吸收率。 [0068]圖6A是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有通過對(duì)材料進(jìn)行所揭示表面改質(zhì)而形成的用于修整對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)的經(jīng)改質(zhì)表面層的醫(yī)療物件600的部分的示意性橫截面圖。所述醫(yī)療物件可為載流或非載流的。載流醫(yī)療物件可包括包含載流導(dǎo)線的起搏器裝置或神經(jīng)刺激器裝置。非載流物件可包括手術(shù)針、夾子、騎縫釘、標(biāo)記器、支架導(dǎo)管、導(dǎo)引線、整形外科植入體、耳蝸植入體或閥。
[0069]醫(yī)療物件600包括襯底，其具有具材料(M)的塊體部分602以及具有具M(jìn)及X的多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分603a的經(jīng)改質(zhì)表面層603，經(jīng)改質(zhì)表面部分603a由具有M但不具有X的未改質(zhì)表面部分603b分離。在一個(gè)實(shí)施例中，表面層603提供類似于圖3中所展示的超材料結(jié)構(gòu)的超材料結(jié)構(gòu)。經(jīng)改質(zhì)表面部分603a從表面層603的外邊緣延伸到至少Inm的深度。經(jīng)改質(zhì)表面部分603a具有25°C塊體導(dǎo)電率，其高于或低于M的25°C塊體導(dǎo)電率至少 2.5%。
[0070]圖6B是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有通過對(duì)材料進(jìn)行所揭示表面改質(zhì)而形成的用于修整對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)的經(jīng)均勻改質(zhì)表面層651的醫(yī)療物件650的部分的示意性橫截面圖。經(jīng)改質(zhì)表面層651為均勻改質(zhì)的且因此不同于醫(yī)療物件600的包含未改質(zhì)表面部分603b的經(jīng)改質(zhì)表面層603。
[0071 ] 圖7是包含由醫(yī)療物件600提供的所展示載流導(dǎo)線及任選地由醫(yī)療物件600提供的電極引線系統(tǒng)730的醫(yī)療裝置700的簡(jiǎn)化框圖。醫(yī)療裝置700包含例如電池的電源塊710、電脈沖產(chǎn)生器塊720及電極引線系統(tǒng)塊730。所述相應(yīng)塊通過體現(xiàn)為電布線的醫(yī)療物件600而彼此電連接。醫(yī)療裝置700可包括起搏器裝置或神經(jīng)刺激器裝置。
[0072]關(guān)于針對(duì)傳感器的所揭示應(yīng)用，氣體以及其它材料(固體及液體)發(fā)射輻射且這些發(fā)射光譜展露每一材料的特性光譜波長(zhǎng)?？赏ㄟ^上述納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)改質(zhì)技術(shù)來修整熱電偶的尖端以選擇性地吸收此特性波長(zhǎng)的輻射。所述吸收可致使加熱所述尖端，從而如同在典型熱電偶中一樣產(chǎn)生電壓或電流信號(hào)。僅僅來自波長(zhǎng)特定傳感器尖端的信號(hào)的存在將使得能夠確定氣體的身份，且在對(duì)傳感器進(jìn)行恰當(dāng)校準(zhǔn)的情況下信號(hào)的量值可用于確定氣體的濃度。此方法還可用于識(shí)別并確定氣體中液滴懸浮及固體顆粒的濃度。
[0073]此傳感器原理的另一實(shí)施例為輻射檢測(cè)及成像。針對(duì)成像應(yīng)用在特定波長(zhǎng)(Sum到IOii m)范圍中使用輻射熱測(cè)量計(jì)作為非冷卻式檢測(cè)器。在此類檢測(cè)器中，入射輻射加熱檢測(cè)器元件且檢測(cè)器元件的電阻依據(jù)其溫度而改變。此效應(yīng)改變連接到檢測(cè)器元件的電路中的電流及電壓。電流或電壓信號(hào)的改變用于基于由檢測(cè)器從物體接收的輻射量而構(gòu)造所述物體的圖像?？赏ㄟ^上述納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)改質(zhì)技術(shù)來制作用于此類檢測(cè)器的材料(檢測(cè)器元件)以選擇性地吸收在特定波長(zhǎng)范圍中的輻射，例如針對(duì)共振使用FSS材料。此實(shí)施例使得能夠產(chǎn)生用于電磁波譜中的各種波長(zhǎng)范圍的檢測(cè)器元件。
[0074]此波長(zhǎng)特定吸收能力可用于經(jīng)改善的光伏太陽(yáng)能電池及電能采集應(yīng)用。一股來說，所有金屬的反射率在太陽(yáng)光譜的可見范圍中為極高的。可通過上述材料改質(zhì)技術(shù)針對(duì)此可見范圍增加熱電偶的尖端的吸收率。此類經(jīng)改質(zhì)尖端將吸收更多的太陽(yáng)能且因此經(jīng)改質(zhì)尖端將比常規(guī)熱電偶中的尖端更多地被加熱。較熱尖端將基于熱電偶的基本操作原理而產(chǎn)生較多電流。可將大量的此類經(jīng)改質(zhì)尖端嵌入在熱絕緣結(jié)構(gòu)中以從太陽(yáng)能產(chǎn)生大量的電流。
[0075]關(guān)于從廢熱源的電能采集及紫外能量到電能的轉(zhuǎn)換，可確定所述源的波譜能量分布以識(shí)別由此類源發(fā)射的輻射中的支配性波長(zhǎng)范圍?；谶@些波長(zhǎng)，可將適當(dāng)材料擴(kuò)散到熱電偶的尖端中，且可對(duì)所述尖端做出納米結(jié)構(gòu)及微米結(jié)構(gòu)改變。經(jīng)改質(zhì)尖端將吸收許多的入射輻射以產(chǎn)生比常規(guī)熱電偶多的電。
[0076]所揭示實(shí)施例的另一應(yīng)用是針對(duì)局部化細(xì)胞加熱應(yīng)用。如上所述,所揭示經(jīng)表面改質(zhì)粒子可經(jīng)制造而在特定波長(zhǎng)下具有增強(qiáng)的吸收性。增強(qiáng)的吸收性可用于增加由常規(guī)均勻粒子提供的加熱。用于所揭示表面改質(zhì)的粒子可由若干個(gè)源提供，例如來自溶膠-凝膠處理。
[0077]可將上述表面改質(zhì)工藝作`為材料、物件或裝置的制作期間的中間步驟而未必作為最后步驟來進(jìn)行。此允許后續(xù)例行處理獲得材料或裝置的經(jīng)改善機(jī)械性質(zhì)(例如，彈性模數(shù)、抗屈強(qiáng)度、疲勞/斷裂性質(zhì))或生物兼容性質(zhì)(例如，氧化物或保護(hù)涂層)或藥理學(xué)性質(zhì)(例如，藥物洗脫涂層)。
[0078]—個(gè)此種實(shí)施例是其中導(dǎo)線的激光擴(kuò)散及表面圖案化的后面跟著用以改善導(dǎo)線的機(jī)械性質(zhì)的后續(xù)擠制工藝的情況。另一實(shí)施例是其中導(dǎo)線的激光擴(kuò)散及圖案化的后面緊跟用以改善導(dǎo)線的機(jī)械性質(zhì)的激光加熱工藝(不進(jìn)行擴(kuò)散及圖案化)的情況。
[0079]盡管上文已描述了各個(gè)所揭示實(shí)施例，但應(yīng)理解，其僅以實(shí)例而非限制的方式呈現(xiàn)?？筛鶕?jù)本發(fā)明做出對(duì)本文中所揭示的標(biāo)的物的眾多改變，此并不背離本發(fā)明的精神或范圍。另外，盡管可能僅關(guān)于數(shù)個(gè)實(shí)施方案中的一者揭示了特定特征，但此特征可與其它實(shí)施方案中的一個(gè)或一個(gè)以上其它特征組合，此對(duì)于任何給定或特定應(yīng)用可為合意及有利的。
[0080]本文所用術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的而非打算為限制性。如本文中所使用，除非上下文另有明確指示，否則單數(shù)形式“一(a或an)”及“所述(the) ”打算也包含復(fù)數(shù)形式。此外，就術(shù)語(yǔ)“包含(including、includes) ”、“具有(having、has) ”、“有(with)”或其變體用于【具體實(shí)施方式】及/或權(quán)利要求書中來說，此類術(shù)語(yǔ)的包含方式打算類似于術(shù)語(yǔ)“包括(comprising)”。
[0081]除非另有規(guī)定，否則本文中所使用的所有術(shù)語(yǔ)(包含技術(shù)及科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明實(shí)施例所屬的領(lǐng)域的一股技術(shù)人員所共知的相同含義。應(yīng)進(jìn)一步理解，應(yīng)將術(shù)語(yǔ)(例如常用字典中所定義的那些術(shù)語(yǔ))解釋為具有與其在相關(guān)技術(shù)背景中的含義相一致的含義，而不應(yīng)以理想化 或過分形式化的意義來解釋，除非本文中明確如此界定。
【權(quán)利要求】
1.一種物質(zhì)組合物,其包括: 襯底材料(M)，其具有塊體部分及整合到所述塊體部分的外表面； 其中所述外表面包括經(jīng)改質(zhì)表面層， 其中所述經(jīng)改質(zhì)表面層從所述外表面延伸到至少Inm的深度，且其中所述經(jīng)改質(zhì)表面層包括所述M及至少一種其它材料(X)， 其中所述X為金屬或金屬合金， 且其中所述經(jīng)改質(zhì)表面層具有高于或低于所述M的所述塊體部分中的25°C導(dǎo)電率至少2.5%的25°C導(dǎo)電率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，其中所述M包括金屬，且其中所述經(jīng)改質(zhì)表面層的所述25°C導(dǎo)電率 高于所述M的所述25°C塊體導(dǎo)電率至少2.5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，其中所述X包括Pt、Pd、Au、Ag、Cu或Al。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，其中所述M包括非磁性金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物質(zhì)組合物，其中非磁性金屬包括T1、Ta或MP35N合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，其中所述經(jīng)改質(zhì)表面層包括經(jīng)圖案化表面層，所述經(jīng)圖案化表面層包括多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分及多個(gè)未改質(zhì)表面部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的物質(zhì)組合物，其中所述物質(zhì)組合物包括包含基于頻率選擇性表面的超材料的物件，且所述多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分包括提供共振頻率的多個(gè)周期性表面元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，其中所述經(jīng)改質(zhì)表面部分包括玻璃化金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)組合物，其中所述組合物包括醫(yī)療組件或醫(yī)療組件的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物質(zhì)組合物，其中所述物質(zhì)組合物為包括載流導(dǎo)線的物件且所述醫(yī)療組件包括起搏器裝置或神經(jīng)刺激器裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物質(zhì)組合物，其中所述醫(yī)療組件為包括手術(shù)針、夾子、騎縫釘、標(biāo)記器、支架導(dǎo)管、導(dǎo)引線、整形外科植入體、耳蝸植入體或閥的非載流物件。
12.—種對(duì)材料進(jìn)行改質(zhì)以形成經(jīng)表面改質(zhì)物質(zhì)組合物的方法，其包括: 將包含為金屬的X的金屬有機(jī)分子沉積到包括襯底材料(M)的材料的表面上，所述襯底材料(M)具有塊體部分及整合到所述塊體部分的外表面； 對(duì)所述金屬有機(jī)分子進(jìn)行激光輻照，其中所述金屬有機(jī)分子由于所述金屬有機(jī)分子的熱解分解或光解分解而在經(jīng)激光加熱的點(diǎn)處化學(xué)分解以在所述外表面上形成X的原子，及 將X的所述原子的至少一部分?jǐn)U散到所述材料的所述外表面中以形成包含所述M及所述X的原子兩者的至少一個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面層， 其中所述經(jīng)表面改質(zhì)物質(zhì)組合物的所述經(jīng)改質(zhì)表面層從所述外表面延伸到至少Inm的深度，其中所述經(jīng)改質(zhì)表面層的25°C導(dǎo)電率高于或低于所述M的所述塊體部分中的25°C導(dǎo)電率至少2.5%。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述激光輻照包括使用經(jīng)偏振激光束。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述M包括金屬，且其中所述經(jīng)改質(zhì)表面層的所述25°C導(dǎo)電率高于所述M的所述塊體部分中的所述25°C導(dǎo)電率至少2.5%。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述X包括Pt、Pd、Au、Ag、Cu或Al。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述M包括T1、Ta或MP35N合金。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中選擇用于所述激光輻照或所述擴(kuò)散的條件使得由所述金屬有機(jī)分子的所述熱解分解或所述光解分解形成的X的所述原子的僅一部分?jǐn)U散到所述材料的所述外表面中以形成所述經(jīng)改質(zhì)表面層，使得還在所述經(jīng)改質(zhì)表面層上形成主要為所述X的原子的包覆層。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述激光輻照包括選擇性地輻照一圖案使得所述經(jīng)改質(zhì)表面層包括經(jīng)圖案化表面層，所述經(jīng)圖案化表面層包括多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分及多個(gè)未改質(zhì)表面部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述經(jīng)表面改質(zhì)物質(zhì)組合物包括包含基于頻率選擇性表面的超材料的物件，且所述多個(gè)經(jīng)改質(zhì)表面部分包括提供共振頻率的多個(gè)周期性表面元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述經(jīng)改質(zhì)表面部分包括玻璃化金屬。
21.—種材料處理設(shè)備,其包括: 密封激光處理隔室，其用于接收待處理的包括M的材料，所述M具有塊體部分及整合到所述塊體部分的外表面，所述激光處理隔室包含入口，所述入口將包含為金屬的X的金屬有機(jī)前驅(qū)物分子供應(yīng)到所述材料的所述外表面上，其中所述激光處理隔室包含光學(xué)窗口，及 提供激光束的激光器，其與激光束成形光學(xué)器件光學(xué)連通，所述激光束成形光學(xué)器件從所述激光束產(chǎn)生經(jīng)對(duì)準(zhǔn)以入射于所述光學(xué)窗口上的經(jīng)偏振激光束，其中所述光學(xué)窗口對(duì)所述經(jīng)偏振激光束具透射性用于透射所述經(jīng)偏振激光束以對(duì)所述材料上的所述金屬有機(jī)前驅(qū)物進(jìn)行激光輻照；· 所述激光輻照包括: 由于所述金屬有機(jī)分子的熱解分解或光解分解而分解所述金屬有機(jī)金屬前驅(qū)物分子以形成X的原子，及 將X的所述原子的至少一部分?jǐn)U散到所述材料的所述外表面中以形成包含所述M及所述X兩者的經(jīng)改質(zhì)表面層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的材料處理設(shè)備，其中所述材料包括導(dǎo)線且所述材料處理設(shè)備包括相對(duì)于彼此密封的多個(gè)隔室，所述多個(gè)隔室包含: 第一隔室，其包含用于使所述導(dǎo)線在整個(gè)所述材料處理設(shè)備中前進(jìn)的導(dǎo)線饋送卷軸； 第一填充有惰性氣體的緩沖隔室，其在所述第一隔室與所述激光處理隔室之間； 第二填充有惰性氣體的緩沖隔室，其在所述激光處理隔室之后，及 最終隔室，其具有用于在所述導(dǎo)線通過所述第二填充有惰性氣體的緩沖隔室之后收集所述導(dǎo)線的卷取卷軸。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK103717130SQ201280024525
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】阿拉溫達(dá)·卡爾, 拉詹·瓦伊迪亞納丹 申請(qǐng)人:佛羅里達(dá)中央大學(xué)研究基金會(huì)