2011-10-11 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：芯片 復(fù)合微透鏡 北大
2011年10月出版的《自然—光子學(xué)》以新聞方式報(bào)道了北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心黃巖誼研究組的最新成果——基于光流控技術(shù)的高精度可調(diào)焦復(fù)合微透鏡。
在器件越來(lái)越微型化的今天，為了降低成本，減少人力投入，削減廢料產(chǎn)生，提高通量和自動(dòng)化程度，提高實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)度和可重復(fù)性，現(xiàn)代科學(xué)研究常常需要將各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)集成在一塊小芯片上，即“芯片上的實(shí)驗(yàn)室”。光流控學(xué)（Optofluidics）是將微流控技術(shù)與微型光學(xué)器件交叉集成的一門新興學(xué)科。它為在芯片平臺(tái)上產(chǎn)生、控制以及處理光信號(hào)提供了一種獨(dú)特的解決方案。在數(shù)量眾多的光流控學(xué)器件中，微透鏡是一個(gè)重要的研究目標(biāo)，它們可以應(yīng)用于光刻、光開(kāi)關(guān)和光學(xué)成像領(lǐng)域。近年來(lái)，多種基于不同原理的自適應(yīng)式液體微透鏡已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域特別是生命科學(xué)中得到了應(yīng)用，例如細(xì)胞分選、單細(xì)胞分析等等。當(dāng)這類自適應(yīng)式液體微鏡用于與成像相關(guān)的研究時(shí)，其變焦速度、范圍以及精確度成為衡量性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。
在早期，科學(xué)家通過(guò)更換微鏡芯片的液體來(lái)調(diào)節(jié)折射率，從而實(shí)現(xiàn)變焦功能。這其中存在的主要問(wèn)題是器件的響應(yīng)速度較慢。后來(lái)科學(xué)家發(fā)展出基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)彈性高分子材料的微鏡芯片。在這種芯片中，液體被灌入一個(gè)個(gè)由PDMS薄膜構(gòu)成的微腔中以形成微鏡。通過(guò)改變微鏡單元的形狀也就是曲率半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)變焦。但這種設(shè)計(jì)高度依賴外接壓力源的穩(wěn)定性，存在變焦不夠精準(zhǔn)、可控性不夠好等問(wèn)題。
黃巖誼研究組剛剛在《芯片上的實(shí)驗(yàn)室》（Lab on a Chip）第11期發(fā)表論文“Discretely tunable optofluidic compound microlenses”。他們利用PDMS，通過(guò)多層軟光刻技術(shù)研制出一種新型的、具有大變焦比和焦距高精確度可調(diào)的液體復(fù)合微透鏡集成芯片。該微透鏡結(jié)構(gòu)包含三個(gè)聯(lián)動(dòng)的微鏡單元，里面可以根據(jù)需求填充合適的光學(xué)介質(zhì)。在控制層閥門的數(shù)字式調(diào)控下，各個(gè)微鏡單元產(chǎn)生可調(diào)控的形變，一組尺寸700微米的微鏡的焦距可以在數(shù)厘米至數(shù)百微米之間精確變換，實(shí)現(xiàn)可控的大變焦比和顯微成像。
相比以前報(bào)道的各類光學(xué)芯片，這種新型復(fù)合微鏡具有幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，包括高度自動(dòng)化、大變焦比（7x）、更廣的可調(diào)視角（15～80度）、大的應(yīng)用范圍（從毫米以下級(jí)到厘米級(jí)）、大數(shù)值孔徑（最大可達(dá)0.44）、以及更小的鏡頭尺寸（直徑數(shù)百微米）以及更短的響應(yīng)時(shí)間（約100毫秒）。
黃巖誼研究員在接受《自然—光子學(xué)》采訪時(shí)說(shuō)，該項(xiàng)技術(shù)不僅解決了過(guò)去十多年來(lái)光流控微透鏡研究者所面臨的多個(gè)棘手問(wèn)題，而且為構(gòu)建其他類型的可調(diào)節(jié)光學(xué)微型器件提供了新的可能性。