当前，白内障仍是世界上首位致盲眼病。上世纪90年代起，浙大眼科医院院长、浙大二院眼科中心主任姚克教授推动、完成白内障手术的五次技术革命，从传统的大切口整体囊内摘除术发展到现在的飞秒激光辅助白内障手术，从此迈向了精准屈光白内障手术的新台阶。他坦言，防盲工作任重道远，加上人们的视觉需求已经从“看得见”转变为“看得清”，眼科人更不能止步于此，要敢于探索、研究、运用好新科技，推动白内障手术的发展，持续向国际发出中国声音。

5月27日上午，浙江大学眼科医院-爱尔康全球培训中心授牌仪式在浙江大学眼科医院（浙大二院眼科中心）举行，这也是全球首个配备LenSx飞秒激光手术系统用于教学及实操的Wetlab培训中心，姚克教授专家团队及爱尔康公司代表手术市场部负责人郑瑜先生等共同揭牌。随着第一期“飞白手术”培训课程圆满落幕，这个代表尖端科技的眼科教育平台正式开始服务于全球的眼科医师，将持续为中国及海内外的眼科医师提供规范化、可及性的专科培训与教育的体系。

揭牌仪式现场

“我们非常期待这个培训中心走出越来越多理论与实践能力俱佳的眼科手术人才，让更多患者受益。”姚克教授说。

姚克教授致辞

飞秒激光“加持”白内障手术领域

这家单位是全球的引领者

目前，浙大眼科医院开展的飞秒激光辅助白内障手术量位居全球第一，仅去年全年就完成4000余例。有如此成绩，离不开眼科团队长期以来坚持不懈的探索和奋进。

2014年5月，浙大二院眼科中心引进第一台LenSx飞秒激光设备，团队随即开展病例大样本的积累，对技术的效果进行科学验证。结果表明，患者术后的炎症、视网膜水肿、角膜内皮细胞等指标都非常理想，飞秒激光辅助白内障手术极具安全性。

2015年起，团队的技术运用更加得心应手，飞秒激光辅助白内障手术量开始成倍增加。

9年间，团队保持世界第一的手术量的同时，连续发表了15篇临床论文，成为飞秒激光领域发表论文最多的单位，并获得全球飞秒杰出贡献奖。他们研究人工撕囊与飞秒激光撕囊对囊袋收缩的影响，对晶体位置偏移的影响，对术后恢复期的影响等，并精确比较两者的术后视觉质量；他们发现不同预劈核的模式适用于不同硬度的白内障，适宜的匹配能进一步减少损伤……他们还在持续研究飞秒激光直接对散光患者的矫正与人工晶体矫正的区别，目前也已形成相关报告。

如今，浙大眼科医院已引进3台LenSx飞秒激光手术设备，数量位居世界前列。在飞秒激光领域，浙大眼科医院是全球的引领者，而手术的大数据也为患者提供了更安全、视觉质量最高的保障。

眼科一体化解决平台

高新科技全程护航手术安全

上周，钱报记者来到浙大眼科医院四楼的手术室一区，迎面而来满满的科技感：其中两个宽敞的手术间各配备一台飞秒激光手术仪，两台同时作业，全天完成了近五十台手术。

姚克教授在为一位白内障病人进行飞秒激光扫描，屏幕上患者的眼球在手术灯光的照射下，呈现“雪花样”散射形的六排光点，撕囊、预劈核就完成了。紧接着，病人被转移至Centurion超乳仪旁，消毒后继续手术的后半程。

姚克教授戴着3D眼镜进行直视下超声乳化手术，取出飞秒激光处理后的前囊膜后，一个正圆的囊口就显现在眼前，同时清晰可见预劈成六瓣的白内障核。启动超声乳化后，晶状体像果冻般从眼球里被超乳针头吸出。

撕囊是白内障手术中的重要环节，手工撕囊极大考验主刀的经验和能力。姚克教授解释，飞秒激光能代替人工精确完成个性化撕囊，保证前囊口正圆、居中，直径在5.0-5.5mm，这直接关系到晶体植入的安全性及术后的视觉效果。手术结束后，记者留意到显示屏上手术显微镜的三点灯光正落在人工晶体正中，“这样说明植入的晶体没有偏位，能将它的光学效果发挥到最佳。”

当然，飞秒激光的优势不止于此。它的介入使手术真正“无刀化“，能更安全、准确地形成角膜切口。上面提到的预劈核，就是对白内障进行“初步拆解”，到超声乳化时可用更小的能量将其吸出，大大降低了眼内损伤的可能。而对于一些有散光的患者，飞秒激光还可在角膜上做两条切口，直接矫正散光。

国内首个爱尔康全球培训中心启用

第一期规范化培训课程圆满落幕

5月26日，第一期飞秒激光辅助白内障手术培训正式开班，姚克教授团队11位专家领衔培训导师，11位来自国内七个省份的眼科临床医生参与培训，近乎一对一教授。

“他们都是具有丰富眼科手术经验的医生，其中还有曾接触过飞白技术的，因此培训要小班化教学，针对特定新技术进行提高。”姚克教授称，团队在课程设计上动了脑筋，通过手术观摩、手术操作教学、动物眼实操，加深学员对飞秒激光辅助白内障手术的了解，最后再回归到理论课程，让他们结合实际操作中遇到的困难和疑惑进一步去学习、吸收。

实操课上，姚克教授亲自指导

学员们正在观摩和实操

理论课上，姚克教授详细介绍了2014年以来飞秒激光辅助白内障手术的进展，并分享了不少手术要点和沟通技巧。接着，徐雯、申屠形超、陈佩卿、俞一波四位手术大咖分享了“飞白手术”的适应症与禁忌症、优缺点及注意事项、眼科医生学习曲线及疑难病例处理。学员们纷纷表示获益匪浅，继续踊跃提问，学习氛围甚浓。

姚克教授讲课中

徐雯教授讲课中

申屠形超教授讲课中

陈佩卿教授讲课中

俞一波教授讲课中

5月27日上午，浙江大学眼科医院-爱尔康全球培训中心授牌仪式在浙江大学眼科医院举行，姚克教授专家团队及爱尔康公司代表手术市场部负责人郑瑜先生等共同揭牌。

“感谢爱尔康公司在白内障领域新技术的研发，这对中国眼科事业的发展起到非常重要的作用。” 姚克教授认为，飞白一体化方案解决平台能显著降低不同医生因技术差距造成的手术安全性差距，这是该技术值得推广的一大前提。

“飞秒激光辅助白内障手术以其精准的优势给广大患者带来了满意的术后效果，更可喜的是这项技术目前在中国的应用和科研也走在世界前列，姚克教授团队是其中最重要的贡献力量。” 郑瑜表示，非常荣幸与浙大眼科医院团队强强联合，希望将飞白技术在中国的推广和普及能达到新的高度，让更多患者受惠。

郑瑜先生致辞

爱尔康手术事业部国际市场总监Roger Lopez先生也发来培训中心祝贺视频，他表示，能与浙大眼科医院这样国际一流的眼科单位合作感到非常骄傲，未来双方将继续致力于为中国及全世界患者带来最高标准的眼保健服务。

“结合我们的浙大经验，把飞秒激光辅助白内障手术越做越好，是我们全体眼科人共同的目标！”姚克教授说。

据悉，除了LenSx飞秒激光仪，浙江大学眼科医院-爱尔康全球培训中心还配备了包含Constellation白内障超声乳化和玻璃体切除系统，Centurion白内障超声乳化系统、NGENUITY 3D可视化系统，以及Verion数字导航系统，为实操培训提供了领先的技术条件。

为更好地适应市场需求，需要制定完善的飞秒激光器，对产品进行管理，满足市场质量提升需要。日前，杭州奥创光子技术有限公司提出，中国中小企业协会归口，杭州奥创光子技术有限公司等多家单位共同编制了《飞秒激光器》团体标准。该团体标准已于近日完成征求意见稿的编制，现公开征求意见。

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最亮的光”、“最准的尺”。激光是基于受激发射放大原理而产生的一种相干光辐射。处于激发态的原子是不稳定的，在没有任何外界作用下，激发态原子会自发辐射而产生光子。

激光器为了可以产生激光，就需要使受激辐射强度超过受激吸收强度，即使高能态的原子数多于低能态的原子数。这种不同于平衡态粒子分布的状态称为粒子数反转分布。换句话说，激光器要产生激光，就要实现粒子数反转分布。

笔者了解到，粒子数反转分布是产生激光的一个必要条件，但是要实现粒子数反转分布和产生激光还要满足3个条件，即有能形成粒子数反转分布的物质、有必要的能量输入系统给激活介质能量、有光的正反馈系统。因此，由激活介质、激励能源、光学谐振腔以及色散元件、非线性元件构成的飞秒激光器应运而生。

目前，飞秒激光器已经在制造业金属切割、化学控制反应、先进晶圆计量、光纤通信器件制造等领域中得到了广泛应用。由于飞秒激光器具有快速和高分辨率等优势，它在医学成像和生物活体检测及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。

从全球市场看，2014至2021年，全球激光器(包括飞秒激光器)市场销售规模由93.6亿美元增长至170亿美元以上，期间CAGR超过9.3%。而2021年我国激光器市场规模约为129亿美元，同比上升18%以上。可见，激光器(包括飞秒激光器)行业市场需求旺盛。

飞秒激光器等激光器是激光加工设备的心脏，飞秒激光器的质量及性能等直接影响激光加工设备的品质和使用效果，尤其在光刻市场、通信与光存储等超精密加工应用领域，对于激光器的质量和稳定性要求更为苛刻。为了满足市场质量提升需要，日前杭州奥创光子技术有限公司提出，中国中小企业协会归口了《飞秒激光器》团体标准。

《飞秒激光器》团体标准明确了飞秒激光器供电电源和环境的使用条件、外观、外形尺寸、激光性能、安全防护、环境试验等要求，包括飞秒激光器的外部接口应牢固、可靠，无松动迹象；制造产品所用的主要材料和元器件应具有质量合格证明书以及激光单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率的允差应不超过±3%等，从而确保飞秒激光器生产质量和产品性能。

随着智能设备、消费电子、半导体、光纤通信、新能源等领域对飞秒激光器等激光器的需求不断增长以及美容仪器设备等新兴应用领域的持续拓展，激光器市场规模也将保持稳定增长。而飞秒激光器团体标准的制定和实施，也将更好地引导和约束飞秒激光器制造商生产行为，为市场提供高品质、高性能的产品。

5月26日，济南市委市政府举行新闻发布会。记者从会上了解到，济南将于2022年6月24日-26日举办“2022世界激光产业大会”。

对于举办世界激光产业大会将为济南带来哪些好处，济南市贸促会副会长周波介绍，世界激光产业大会是世界范围内激光行业的顶尖盛会，将为激光产业的合作和交流提供国际化的大舞台，实现济南激光产业、山东激光产业、中国激光产业与世界各国激光领域的全方位对接和务实合作，携手共创激光行业的美好未来。

举办世界激光产业大会有利于济南进一步巩固激光装备产业在全国的产业优势。济南激光装备产业核心企业有20多家，目前激光切割机产品出口全国占比第一，是典型的出口和创新驱动型产业。随着对国际市场占比越来越高，规模以上企业国际化发展意识越来越强，举办本次大会有利于激光企业进一步加深对国际化发展的理解，实现规模和发展动力提升，带动产业保持竞争优势。

有利于济南进一步针对激光装备产业实施精准产业链招商、应用场景招商。激光装备产业具有产业链长、涉及面广，对相关产业和经济发展带动作用大的特点，本次大会将起到提纲挈领的作用，国内外权威专家、院士、行业领袖等汇聚一堂，便于形成以龙头企业为主导的产业链招商效应，从而行成“育企招商”一体推进的效果。同时，组织投融资机构、产业园区、龙头企业、科研院所等有关机构共同举办招商引资推介会、投融资对接会等活动，充分应用场景招商，促进产业链上下游紧密合作，促进产业整合，为济南激光产业发展打造更高层次的项目对接和国际化发展平台。

有利于济南激光装备制造业进一步占据技术、资金和人才的高点。通过大会的品牌效应，可更好树立济南激光装备产业发展高地的地位，帮助产业和企业获得主场优势，抢占发展先机，直接与世界产业前沿对话。大会将按照世界一流品牌会议的模式开展品牌创建、宣传推广、服务提升等工作，打造成为在济南永久举办的，具有世界影响力的产业盛会。

近日，全球首台中尺度二氧化碳通量探测激光雷达在南京信息工程大学诞生。该雷达由智能遥感工程研究院夏海云团队研制，是目前全世界唯一可以实现二氧化碳通量探测的商用激光雷达。

在百平方公里的中尺度区域内，该新型激光雷达可以实现其中每一个标准足球场小范围的二氧化碳浓度遥感，有效弥补了点式仪器和卫星之间的探测尺度空缺。此外，该激光雷达可以同时实现三维空间二氧化碳浓度和风场的探测，不仅能够实时识别与追踪碳源碳汇，还可以定量计算二氧化碳水平传输和垂直混合，可在各种恶劣工况下实现全天时、全天候、全自动运行。未来，这款雷达能够服务于生态、环保、消防和气象等行业，为我国“双碳”行动提供技术和数据支撑。

“激光雷达作为新的大气遥感手段正在蓬勃发展，精确的大气物理、化学、生物参数探测，对于数值天气预报、气候模型改进、军事环境预报、生化气体监控、机场风切变预警等具有重大意义。”夏海云带领团队聚焦激光雷达研发，尤其是提出高量子效率、低噪声、全光纤集成红外激光雷达方案，探索开辟出激光雷达发展的新方向。

夏海云

记者了解到，2020年，夏海云怀着对气象事业的满腔热情加入南信大，组建了智能遥感工程研究院。此前，由智能遥感工程团队自主研发、具有国际领先水平的多大气参数探测激光雷达在我国西南地区，气象条件最为复杂的昆明长水国际机场部署应用。该雷达利用极限灵敏度探测技术对飞机起降区间进行全时全域扫描探测，是世界水平探测距离最远的（30公里）相干探测体制测风激光雷达，能够精准探测并预警风切变、微下击暴流、顺风侧风等干扰飞机飞行安全的大气突发事件，为飞机安全起降保驾护航。

夏海云介绍，这项技术完全自主研发，雷达关键核心部件高性能红外探测器、全光纤激光器和高速模数转换采集卡等核心部件均实现自主研制、自主可控，完全国产化，拥有自主知识产权。“无论是在风切变、湍流、顺风预警等功能上，还是在时空分辨率、重量功耗等性能参数上以及探测参数多样性上都超越了国际同类产品，成功打破该领域国外技术的垄断。”

3.2 微观结构表征

图7（a）和（b）显示了覆盖有海洋微生物污垢的未清洁样品的表面和横截面微区形态。从背散射SEM图像（图7（a）），观察到四个具有不同颜色对比度的典型区域，这可能对应于不同的元素组成。如图7（b）所示，海洋生物膜的厚度不均匀。图7（c）显示了通过EDS获得的未清洁表面的化学成分，图7（a）中有四个标记为a、b、c和d的点。为了便于分析，元素组成分为四类：C、O、Al和含有钠、硅、P、S、K、Ca、Cr和Fe的无机盐。需要注意的是，来自Al–Mg–Si合金基底的Si和Mg也包含在无机盐中。

图7 （a）激光清洗前覆盖铝合金板表面的微生物污垢表面形态和（b）微生物污垢横截面形态的SEM图像，以及（c）未清洁表面的化学成分。

图8（a）显示了宏观表面形态的低倍背散射SEM图像，清晰显示了不同对比度的区域。从这种表面状态，通过在铝合金表面观察到的不同颜色，可以清楚地看到某些特定元素的位置，如Al、O、Na、K、C和Ca（图8（b–g））。因此，基于微观分析，在铝合金基底上形成的微生物污垢具有不均匀的化学成分和复杂的表面条件，这可能给激光清洗带来一些新的挑战。

图8 (a)低倍背散射SEM图像和(b) - (g)铝合金板表面微生物污垢的元素分布。

图9显示了在不同激光注量下激光清洗后铝合金表面的SEM形貌。激光清洗后的表面与激光清洗前的表面明显不同（图7、图8）。可以看到，在激光清洗后，图9中标记有A、B、C和D等大的光滑区域以及一些微小的凹坑被暴露出来。较大的光滑区域是铝合金基体表面在清洁后暴露。随机分布的凹面1–10 μm的大小不是由激光清洗引起的，而是与基板本身的状况有关。凹坑的形成是由于轧制过程中产生的收缩。对于所有样品，根据表面状态的特征可以推断，熔化发生在激光清洗过程中。Alshaer 等（2014）在激光清洗钛/锆和铝合金润滑涂层时也发现了这种熔化现象。在这种情况下，可以得出结论，激光束同时影响了清洗和熔化。此外，激光清洗表面仍存在一些不规则（E点）和微米级（F、G、H）残留物。这表明，即使使用了最高的单脉冲能量，污染物也没有被完全清除(图9(d))。

图9 不同激光注量下激光清洗表面的SEM图像。

图10（a）和（b）分别显示了不同激光注量下激光清洗表面和残留在激光清洗表面上的EDS结果。根据激光清洗表面的EDS分析，基底表面主要由Al组成(∼88 wt%），以及微量的C、O和无机盐元素（图10（a））。铝含量达到原铝合金基体表面铝含量的91.7%。一般来说，激光清洗后的表面在不同的激光注量下显示出相似的化学成分。对于残留物，EDS分析结果差异很大（图10（b））。对大量生物元素C和O以及无机盐元素（Na、K等）的检测证实，残留物是剩余的海洋微生物污垢（图10（b））。

不规则残渣含有更多的元素，如P, Ca, Ti, Cr, Fe和Cu。有机元素C的含量从1.38 J/cm²和2.74 J/cm²的30 wt%以上下降到4.14 J/cm²和5.52 J/cm²的8 wt%左右。结果表明，在较高的激光辐照量下，微生物污染的去除效果较好。无机盐元素含量随激光辐照量的增加下降相对缓慢，从25.45 wt%下降到17.7 wt%。微生物污垢中的无机盐比蛋白质、多糖等更难通过激光清洗去除。这可能是由于某些盐的熔点较高。这些盐没有与纳秒脉冲激光束充分反应，因而以残留物的形式残留在铝合金表面。

图10 （a）激光清洗表面和（b）在不同激光通量下残留在激光清洗表面上的残留物的化学成分。

使用SEM进行的横截面观察（图11）表明，激光清洗表面上确实存在一些残留物（标记为白色箭头）。这与表面SEM图像一致（图9）。在铝基体内部，分布在深色铝基体中的白色相为Mg2Si强化相，这是铝合金典型微观结构的特征。当激光影响为1.38 J/cm²和2.76 J/cm²时，表面残留物厚度较大。清洗后残留的微生物污垢顶部变得更加平坦。在逐层激光去除下，微生物污垢消失。结果表明，随着激光能量的增加，残余层的平均厚度和尺寸明显减小。特别是在4.14 J/cm²和5.52 J/cm²的激光影响下，残留的微生物污染层厚度均小于5 μm(图11(c)和(d))。这表明铝合金表面处于几乎完全清洁的状态。

图11 在不同激光注量下获得的激光清洗样品的SEM横截面图像：（a）1.38 J/cm²，（b）2.76 J/cm²，（c）4.14 J/cm²和（d）5.52 J/cm²。

由图12可知，经过第三次清洗循环后，激光影响为2.76-5.52 J/cm²，可以对海洋微生物污染进行清理。激光通量为1.38 J/cm²，清洗能力有限，效率低。即使经过第20个周期，残余厚度仍高达20 μm。原始微生物厚度约为61.7 μm。从前2个清洗周期的结果来看，分别为2.76 J/cm²、4.14 J/cm²和5.52 J/cm²，第2个周期的去除生物膜厚度比第1个周期的要厚。说明下部海洋微生物污染较上部更容易被去除。这与海洋微生物污染复杂的化学组成和层析成像有关。上部是由一些复杂的微生物组成，下部主要是EPS等。EPS的成分和形貌比较均匀，更容易逐层清洗。对于4.14 J/cm²和5.12 J/cm²的激光影响，在第3个周期内，激光能量并没有完全用于去除微生物污垢。大部分额外的激光能量用于加工基板表面。因此，有必要对基板表面进行进一步的分析。

 图12 在不同激光能量密度下，剩余生物膜厚度随清洗循环次数的变化。

为了揭示激光清洗基板表面的其他细节，AFM被用于研究激光清洗后表面微观地形变化。三维AFM剖面如图13所示。图14显示了激光清洗表面上微区域的平均测量表面粗糙度与激光注量的关系。在1.38 J/cm²和2.76 J/cm²的影响下，激光清洗后的表面粗糙度(Ra)值相似，分别为18.7 ± 3.6 nm和17.5 ± 2.5 nm。表面最大波动值分别为175.7 nm和169.4 nm。此外，三维轮廓显示基板表面上的突起(图13(a)和(b))。图中稀疏的突起对应于白色的固体颗粒。清洁后，颗粒粘附在基材表面，可识别为残留物。它们可能是原始海洋微生物污染的残留物，也可能是激光诱导生物等离子体的再沉积。在纳秒脉冲激光微细加工的作用下，表面呈现出基体材料的重铸特性。Long等人(2019)也发现，当使用纳秒激光时，纳米结构的形成对激光脉冲能量很敏感。获得纳米结构需要高的激光脉冲能量。

图13 对应于不同激光注量的激光清洗表面微区的AFM图像：（a）1.38 J/cm²，（b）2.76 J/cm²，（c）4.14 J/cm²和（d）5.52 J/cm²。

图14 对应于不同激光注量的激光清洗表面微区的平均表面粗糙度（Ra）。

上述三维地形特征可能会给基底表面带来一些特殊功能。致密的纳米结构可以改变基底表面的初始状态，进而影响疏水性。因此，进一步分析了激光清洗后基板表面的润湿性。图15显示了不同激光注量下激光清洗表面的水接触角。对于1.38 J/cm²和2.76 J/cm²的激光影响，表面可以用Wenzel模型解释，液体填充在粗糙表面。对于4.14 J/cm²和5.52 J/cm²的激光影响，激光清洗后的表面表现出良好的疏水性。激光辐照度为5.52 J/cm²时，表面还具有154°的超疏水性能。其较强的疏水性与表面粗糙的纳米结构有关。

图15 对应于不同激光注量的激光清洗表面的水接触角。

4、讨论

关于激光清洗技术，近年来一些研究侧重于去除不同的物体，如金属膜、颗粒、油或油漆。这些研究可为该技术在自动化、航空和航天工业中的应用奠定基础。然而，对于海洋工业而言，除了少数关于激光辐照处理或杀死细菌或硅藻的研究外，很少有研究使用激光清洗去除海洋微生物污垢。先前关于激光处理海洋微生物的研究表明，低注量激光照射一段时间后，可导致海洋细菌死亡。需要注意的是，参考文献中使用的脉冲频率很低(5 Hz和10 Hz)，激光照射时间过长(5 min、10 min和15 min)。它们与本工作中使用的激光清洗有很大不同。随着快速激光器的发展，纳秒激光清洗技术应运而生。这项技术可能是一种有希望的高效除雾工具，可以快速去除固体表面的微生物污垢，而不是杀死海洋微生物。这对海洋工业的未来应用可能会有很大的好处。

基于计算流体力学（CFD）建立了AA6061铝合金与Al-Mg2Si复合材料异种接头搅拌摩擦焊接过程的三维粘塑性材料流动模型。

直接处理微生物而不从基质中提取微生物的报道很少。一般来说，海洋微生物污垢的元素组成特征很差。常用的生物分析技术不适用于评估激光诱导去除海洋生物膜的效果。原因是生物分析技术总是要求激光处理前后的微生物污垢保持活性，以比较细菌去除数量或细菌覆盖面积。从这个意义上说，微观结构表征使我们能够直观地评估激光对海洋微生物的清洗效果，而不是将它们从微生境中提取出来并使其存活。通过这种方式，可以明确确定激光清洗海洋微生物污垢的不同程度，以及对金属基底的影响。

如上所述，高功率脉冲纳秒光纤激光器（1064 nm，30 ns，20 kHz）可有效清除铝合金表面的海洋微生物污垢。研究了各种激光清洗参数（激光注量、平均激光功率和频率）的组合，以确定产生的平均微生物污垢去除厚度。可以从横截面SEM图像测量厚度。生物膜去除率（μm/脉冲）相对于激光注量（J/cm²）的变化如图16所示。如图所示，去除厚度强烈依赖于激光注量。

图16 每脉冲生物膜去除厚度随激光注量的变化。

根据图17，铝合金的烧蚀阈值约为0.78 J/cm²。因此，由于激光注量高于基板损伤阈值，激光清洗表面在不同激光注量下或多或少显示出相同的熔化现象（图9）。虽然在清洗过程中，所采用的激光参数可能会导致表面熔化或微加工，但对基板的损伤很小。在5.52 J/cm²的影响下，铝合金的去除厚度小于2 μm，不会对后续使用产生不利影响。此外，还采用XRD分析来评价激光清洗后的新表面的相组成。值得注意的是，在激光清洗前后，既没有观察到新的峰值，也没有观察到峰值强度的变化。说明清洗过程中没有发生相变。

图17 每脉冲铝合金基板去除厚度随激光注量的变化。

图18显示了本实验中不同激光注量下的激光清洗效率。多个激光器同时工作可进一步提高清洗效率。此外，从清洁生产的角度来看，用激光清洗代替化学和物理清洗是有益的。生产方面的显著优势是：

（1）它高效、快速、经济，在基板上具有较低的热负荷和机械负荷。整个清洗过程不会损坏原材料，只会清除海洋材料表面的微生物污垢。

（2）它可以去除不同厚度和成分的各种微生物污垢。

（3）它对环境的影响最小。该工艺不需要磨料、化学清洁剂或掩蔽材料。

（4）产生的废物很少，剩下的废物是无害物质。

（5）该过程产生的噪音非常低，甚至几乎没有噪音。

（6）这是一种高度选择性、可靠、精确和安全的清洁方法。

（7）清洗过程可以很容易地自动控制。

图18 不同激光注量对应的激光清洗效率。

显然，激光清洗为清洁生产提供了一种有效的手段和替代方案，可以清除海洋材料表面的微生物污垢。

激光对海洋微生物的影响可能取决于不同的因素，包括海洋生物膜的化学成分、微生物污垢厚度和激光吸收率。在激光清洗过程中，厚的海洋生物膜可能会带来一些额外的困难。尽管纳秒脉冲光纤激光对微生物的清洗不能完全归结为固定的物理和化学机理，但基于以往的研究，可以用一些具体的理论观点来解释去除过程。如Wilson（1993）所述，高功率脉冲激光可能具有光烧蚀影响。温度升高导致细胞蒸发和变性，这通常发生在激光波长与红外区域相对应时（Ward等人，2000年）。

众所周知，海洋生物膜主要由75-90%的基质和约10-25%的生物体组成。基质包含不同的生物聚合物，主要是EPS、蛋白质、脂质和DNA。EPS从自然海水环境中捕获营养物质，并将其传输到生物膜中，以便随后附着、发育和生长生物污垢。关于激光与生物膜之间的相互作用的讨论很少。在激光医学领域，生物组织的热传导可以用1948年建立的Pennes模型来解释。到目前为止，还没有合适的数学模型来揭示激光清洗铝合金表面微生物污垢的潜在去除机制。

根据获得的实验结果，图19阐明了通过激光清洗去除微生物污垢的特殊物理过程。从EDS分析结果来看，元素分布揭示了海洋微生物污垢的复杂化学成分。一些白色对比区域随机分布在与铝氧化物相对应的微生物污垢附近。氧化铝的熔化和沸腾温度分别为2327 K和3253 K。可以推断，在激光清洗过程中，在表面上观察到的烧蚀温度高于氧化铝的沸点。这将导致铝氧化物的去除。众所周知，金属氧化物的沸点远远超过微生物的沸点。这样的高温很容易烧蚀和蒸发微生物污垢。在此过程中，使用电荷耦合器件相机在清洁表面上方产生大量等离子体。烧蚀也称为光学破坏，主要由等离子体电离引起，不取决于清洁物体的特性或性质。

图19 激光清洗去除铝合金表面海洋微生物污垢的物理过程。

这表明，几乎所有类型的微生物污垢，即使是对固体表面粘附力最强的微生物污垢，都可以被烧蚀。此外，利用高速摄像机拍摄到大量飞溅的微小颗粒状微生物污垢。这表明，激光清洗也可以在表面施加力，将微生物污垢粉碎成微小颗粒。

遗憾的是，测量微型生物膜吸收系数的技术目前还不成熟，要获得微型生物污垢的准确物理参数也不现实。对于输出的1.06 μm波长激光，由于微生物污垢的吸收能力较弱，可以认为大部分激光通过表面微生物被Al衬底吸收。以下为本次分析中所做的具体假设，并据此计算出衬底表面温度:

（a）激光脉冲形状为矩形。

（b）铝合金基体具有足够的厚度。

（c）1.06 μm波长激光被铝合金基体完全吸收。

得注意的是，热量仅由单个激光光斑内五个脉冲中的一个产生。实际上，表面温度将远远超过微生物污垢的沸点。脉冲序列所累积的热量产生非常高的温度，导致表面微生物污垢和材料瞬间蒸发。

根据上述分析和讨论，激光清洗为去除海洋工程材料表面的海洋微生物污垢提供了一种很有前景的替代方法。在未来的研究中，可以对藤壶和贻贝等大型生物污垢以及激光清洗表面的功能进行研究，以进一步扩大应用领域。

5、结论

在这项工作中，创新性地利用高效环保的高功率纳秒光纤激光清洗技术，直接去除铝合金表面自然生长的化学复杂微生物污垢。对未清洁和清洁的样品表面的形貌和化学成分进行了检测和分析。主要研究结果有助于海洋除油和防污。

（1）这项工作是利用环境友好的纳秒脉冲光纤激光清洗技术去除金属基底上海洋微生物污垢的一次尝试。可以成功去除复杂多样的微生物污染物。

（2）主要有用激光注量在2.76 J/cm²和5.52 J/cm²之间。它可以实现优异的表面质量。

（3）由于温度升高，海洋微生物污垢的主要去除机制似乎是快速蒸发和烧蚀。

（4）在清除微生物污垢后，激光清洗也会导致金属表面熔化和微加工，但这些都会对基底造成最小的损坏。

（5）在特定激光通量下（5.52 J/cm2），表面甚至具有额外的超疏水性，这为定期使用防污提供了可行性。

（6）激光清洗表面的抗菌粘附性和耐腐蚀性等功能需要进一步研究。由于平均功率的气候变化，激光清洗目前不适合快速去除宏观生物污垢。

（7）这项研究表明，纳秒激光清洗技术在未来可用于清除关键轻型海洋结构物表面的海洋微生物污垢，如海洋核动力装置、航空母舰、高速炮艇、战略石油储存装置和海上航天器。

3DPIC

5月20日上午，2022年深圳市辅具创意设计大赛暨大湾区智能辅具创新论坛启动仪式在坪山举办，以“携手新产业，聚合新动能”为主题，建立打造深圳市智能康复辅具产业基地。深圳市3D打印制造业创新中心（简称“创新中心”）荣获大湾区辅助器具创新中心授牌，以3D打印技术助力康复辅具产业发展。 

创新中心创始人姚彩虹女士和医疗板块项目总监周旋博士出席揭牌仪式和启动仪式。以个性化定制康复矫正辅具3D打印技术为核心，荣获坪山区人民政府授予创新中心大湾区辅助器具创新中心牌匾。 

康复辅具是预防、改善、代偿人体功能障碍或进行辅助性治疗的产品，用于老年人、残疾人、伤病人、慢病人群等功能障碍人士。 

3D打印制造业创新中心在平台中承担辅助器具定制化制造角色。采用数字化3D打印技术实现康复辅具的制作，通过计算机精准设计，选择的不同的材料与力学结构，做到精准矫正与治疗，形成一套完整的康复辅具解决方案。

创新中心概况

深圳市3D打印制造业创新中心是为顺应我国3D打印技术发展的趋势，契合深圳制造业转型升级和经济高质量发展的需求，并积极主动地引导增材制造产业集约、健康发展而成立的深圳市“十大制造业创新中心”之一的新型创新载体。

创新中心由广东省激光行业协会、深圳市3D打印协会会长单位光韵达（股票代码：300227）牵头，深圳市战略性新兴产业发展促进会会长单位沃特股份（股票代码：002886）以及行业专家、领航者、多名博士团队共同出资设立，其旨在突破制约3D打印行业发展的共性关键技术瓶颈，撬动3D打印全产业链的材料、装备与服务，搭建能够支持3D打印产业化的数字化、国际化共性技术平台。

创新中心致力于在行业内部开展设备、材料、配套工艺研究及产业化推动，引进或孵化高端技术企业，促进3D打印产业规范、快速、健康发展，打造“政-产-学-研-用-资”一体化的3D打印研究创新平台。