2011年10月出版的《自然—光子學(xué)》以新聞方式報道了北京大學(xué)生物動態(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，提高通量和自動化程度，提高實驗精準(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)實驗集成在一塊小芯片上，即“芯片上的實驗室”。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。它為在芯片平臺上產(chǎn)生、控制以及處理光信號提供了一種獨(dú)特的解決方案。在數(shù)量眾多的光流控學(xué)器件中，微透鏡是一個重要的研究目標(biāo)，它們可以應(yīng)用于光刻、光開關(guān)和光學(xué)成像領(lǐng)域。近年來，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，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)家通過更換微鏡芯片的液體來調(diào)節(jié)折射率，從而實現(xiàn)變焦功能。這其中存在的主要問題是器件的響應(yīng)速度較慢。后來科學(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，液體被灌入一個個由PDMS薄膜構(gòu)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(xiàn)變焦。但這種設(shè)計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(fā)表論文“Discretely tunable optofluidic compound microlenses”。他們利用PDMS，通過多層軟光刻技術(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)包含三個聯(lián)動的微鏡單元，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，實現(xiàn)可控的大變焦比和顯微成像。
相比以前報道的各類光學(xué)芯片，這種新型復(fù)合微鏡具有幾個方面的優(yōu)勢，包括高度自動化、大變焦比（7x）、更廣的可調(diào)視角（15～80度）、大的應(yīng)用范圍（從毫米以下級到厘米級）、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)時間（約100毫秒）。
黃巖誼研究員在接受《自然—光子學(xué)》采訪時說，該項技術(shù)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(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。