摘要
近年来，随着老龄化社会结构的出现、人们对口腔健康的重视以及种植牙集采带来的口腔医疗保健的普及，口腔种植牙进入大众视野，成为治疗牙病的解决方案。钛和钛合金作为亲生物金属拥有高的比强度成为种植牙植入体的最常用选择，但是植入后光滑钛表面细胞无法形成类似于天然牙垂直于生长方向的结缔组织封闭，种植牙易遭受细菌感染。研究发现，在钛表面制备的微纳形貌由于接触诱导效应的存在，可以调控其上细胞的生长和迁移。同时细胞所处的是水环境，对于黏附表面的亲水特性有要求。飞秒激光加工作为一种无接触式的微纳加工方法，凭借其超短的脉冲宽度和超强的峰值功率，可以对钛表面进行极低热影响区、高自动化和高精度的微纳加工。本文将飞秒激光加工技术应用于钛片和钛种植体基台的表面微纳加工，对加工系统中的关键问题进行解决，探究加工过程中参数的影响，对加工微纳结构的亲水特性进行研究。本文的具体研究内容如下： （1）利用飞秒激光加工系统、侧面成像系统、四轴微动平台搭建了钛表面飞秒激光微纳加工平台。原有加工系统有对焦精度不够和对焦效率低的问题，加工过程存在碎屑影响加工精度和成像清晰的问题。为解决加工系统和加工过程的关键问题，在微纳加工系统中引入像散法自动对焦，实现了对焦的精确性和自动化；引入气吹和真空泵对微纳碎屑进行有效清洁和处理，提升了成像清晰度和微纳加工精度。最终优化后的飞秒激光微纳加工平台可以更好地实现简单图案和周期性微纳结构的加工。 （2）利用优化后的加工平台，探究加工过程中参数的影响，发现了阈值效应导致钛烧蚀线宽随激光功率增长呈现非线性，为实现可控线宽的加工提供参考；模拟出聚焦高斯光束可烧蚀体元，结合深度步进加工在景深范围加工得到的均匀效果，实现对特定阈值材料加工特定线宽结构时最佳的物镜和激光功率的选择；实验研究了步进方式与重复扫描结合激光重频对加工效果的影响差异，发现加工高深宽比结构效率的提高需要采用较高重频脉冲激光，用固定焦面的方式进行加工；模拟光栅阵列结构表面接触角，发现钛亲水特性的提升需要小周期大深度的微纳结构。
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