Utilizzando la tecnologia laser, gli scienziati dell'Empa hanno ottimizzato una tecnica per saldare l'elettronica di pacemaker e defibrillatori impiantabili in una custodia in titanio. La società medtech Medtronic sta ora utilizzando il metodo in tutto il mondo per produrre questi dispositivi.

A Tolochenaz (Canton Vaud) l'azienda statunitense di tecnologia medica Medtronic produce uno dei cinque pacemaker cardiaci disponibili sul mercato globale e un defibrillatore su quattro. L'elettronica di questi dispositivi impiantabili è alloggiata in custodie in titanio, che finora sono stati saldati ermeticamente con un laser flash allo stato solido. Però, i laser sono ad alta manutenzione e spesso fonte di irregolarità. Inoltre, richiedono il raffreddamento ad acqua e occupano molto spazio.

Un nuovo tipo di laser lanciato nel 2015 dalla società statunitense IPG Photonics è venuto in soccorso:questo laser a fibra viene raffreddato in modo efficiente dal punto di vista energetico utilizzando aria anziché acqua, richiede meno manutenzione, funziona in modo più coerente ed è più compatto. Test iniziali condotti da Medtronic, però, ha rivelato che i cordoni di saldatura ora hanno bordi neri che assomigliano molto alla fuliggine, cosa estremamente problematica per gli impianti. Perciò, Sébastian Favre di Medtronic ha contattato gli specialisti dei materiali Empa Patrik Hoffmann e Marc Leparoux del laboratorio di elaborazione dei materiali avanzati presso la sede di Thun, che ha avviato un progetto per ottimizzare il nuovo laser per l'utilizzo con il titanio. Il progetto è stato finanziato da Innosuisse, l'ex Commissione per la tecnologia e l'innovazione (CTI).

Le nanoparticelle di titanio sembrano nere

Per simulare i processi di produzione presso Medtronic, L'Empa ha costruito un proprio "impianto" per analizzare con precisione il comportamento del laser in un ambiente controllato. I risultati hanno rivelato che un'interazione con il vapore di titanio interferisce con il processo:il bordo nero sulle cuciture si è rivelato essere nanoparticelle di titanio. Negli esperimenti successivi, i ricercatori dell'Empa hanno dimostrato che il bordo nero scompare se il laser viene azionato a una lunghezza d'onda diversa. Il produttore di laser IPG Photonics ha successivamente costruito un laser a fibra su misura secondo le specifiche dei ricercatori dell'Empa e lo ha offerto per ulteriori test. Come questi esperimenti hanno confermato, la regolazione della frequenza del laser ha effettivamente risolto il problema.

Nel frattempo, Empa, Medtronic e IPG Photonics detengono congiuntamente un brevetto per il laser a fibra ottimizzato. Medtronic beneficia di processi di produzione migliorati per i suoi impianti, a costi notevolmente inferiori. E la Svizzera potrebbe confermare il suo status di hub tecnologico leader all'interno della multinazionale statunitense che opera a livello globale. Dopotutto, i laser speciali "made in Switzerland" sono ora utilizzati negli stabilimenti Medtronic a Porto Rico, Singapore e Stati Uniti.