《自然—光子學》報道可調焦光流控復合微透鏡

　　2011年10月出版的《自然—光子學》以新聞方式報道了北京大學生物動態光學成像中心黃巖誼研究組的最新成果——基于光流控技術的高精度可調焦復合微透鏡。

　　在器件越來越微型化的今天，為了降低成本，減少人力投入，削減廢料產生，提高通量和自動化程度，提高實驗精準度和可重復性，現代科學研究常常需要將各種科學實驗集成在一塊小芯片上，即“芯片上的實驗室”。光流控學（Optofluidics）是將微流控技術與微型光學器件交叉集成的一門新興學科。它為在芯片平臺上產生、控制以及處理光信號提供了一種獨特的解決方案。在數量眾多的光流控學器件中，微透鏡是一個重要的研究目標，它們可以應用于光刻、光開關和光學成像領域。近年來，多種基于不同原理的自適應式液體微透鏡已經在多個領域特別是生命科學中得到了應用，例如細胞分選、單細胞分析等等。當這類自適應式液體微鏡用于與成像相關的研究時，其變焦速度、范圍以及精確度成為衡量性能優劣的關鍵指標。

　　在早期，科學家通過更換微鏡芯片的液體來調節折射率，從而實現變焦功能。這其中存在的主要問題是器件的響應速度較慢。后來科學家發展出基于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，液體被灌入一個個由PDMS薄膜構成的微腔中以形成微鏡。通過改變微鏡單元的形狀也就是曲率半徑來實現變焦。但這種設計高度依賴外接壓力源的穩定性，存在變焦不夠精準、可控性不夠好等問題。

　　黃巖誼研究組剛剛在《芯片上的實驗室》（Lab on a Chip）第11期發表論文“Discretely tunable optofluidic compound microlenses”。他們利用PDMS，通過多層軟光刻技術研制出一種新型的、具有大變焦比和焦距高精確度可調的液體復合微透鏡集成芯片。該微透鏡結構包含三個聯動的微鏡單元，里面可以根據需求填充合適的光學介質。在控制層閥門的數字式調控下，各個微鏡單元產生可調控的形變，一組尺寸700微米的微鏡的焦距可以在數厘米至數百微米之間精確變換，實現可控的大變焦比和顯微成像。

　　相比以前報道的各類光學芯片，這種新型復合微鏡具有幾個方面的優勢，包括高度自動化、大變焦比（7x）、更廣的可調視角（15～80度）、大的應用范圍（從毫米以下級到厘米級）、大數值孔徑（最大可達0.44）、以及更小的鏡頭尺寸（直徑數百微米）以及更短的響應時間（約100毫秒）。

　　黃巖誼研究員在接受《自然—光子學》采訪時說，該項技術不僅解決了過去十多年來光流控微透鏡研究者所面臨的多個棘手問題，而且為構建其他類型的可調節光學微型器件提供了新的可能性。