手機版
化工儀器網手機版
化工儀器網小程序
官方微信
公眾號：chem17
掃碼關注視頻號
Nanoscribe客戶成就 | 光鑷小型化研究獲得重大突破
用于單細胞分析的微結構光纖探頭
如何才能實現(xiàn)在顯微鏡下捕獲和控制類似生物分子甚至活細胞等微小物體？在過去的幾十年里，光鑷已經成為科學上的既定工具，用于捕獲粒子或分析單個分子之間的最小作用力和相互作用。通過集成光纖和衍射微光學，可以推進光鑷的進一步發(fā)展和小型化。在此基礎下，斯圖加特大學的研究人員使用Nanoscribe雙光子聚合技術(2PP)實現(xiàn)在光纖上進行2.5D菲涅耳透鏡和疊堆3D透鏡系統(tǒng)的微納加工。
2018年，Arthur Ashkin因“光鑷及其在生物系統(tǒng)中的應用” 榮獲諾貝爾物理學獎。事實上，在過去幾十年中，這項突破性技術不僅在生物學領域，在許多需要捕獲、操縱微觀和亞微觀粒子或將其放置在特定位置的科學領域，都已成為一種成熟的工具。此外，科學家也使用這些光學陷阱來測量最小的分子相互作用和作用力，如DNA的彈性等。光鑷的基本原理是通過光束的小吸引力和排斥力來捕獲折射率與周圍介質不同的粒子。
光纖端面上打印光鑷
通常情況下，光鑷需要借助龐大且昂貴的設置，例如高數值孔徑的物鏡。而現(xiàn)在，斯圖加特大學的科學家們已經開發(fā)了一種高效的小型化光鑷，即通過基于雙光子聚合(2PP)技術的Nanoscribe微納加工系統(tǒng)直接打印到光纖末端。這些在光纖上打印的光阱被放置在雙光束反向傳播裝置中。這意味著，兩個帶有附加光學捕捉系統(tǒng)的光纖端彼此直接相對對齊，并且可以在反向傳播激光源的兩個焦點相交處捕獲粒子。利用光纖端面上打印光鑷，研究人員證明了在水中1µm和500 nm聚苯乙烯珠的高效粒子捕獲。
2.5D 菲涅耳透鏡和堆疊 3D 透鏡組設計
科學家們設計并優(yōu)化了三個工作距離分別為 50、100 和 200 微米的光纖粒子捕捉系統(tǒng)。使用 Nanoscribe Photonic Professional 微納加工系統(tǒng)，他們將這些光學透鏡直接打印在光纖的切割端。這些 3D 打印光學設備的主要架構由兩部分組成。第一部分擴展了在光纖中引導的光束，這對于達到目標工作距離和相關高數值孔徑是必需的。然而，光鑷的關鍵還是在微調的菲涅耳透鏡，以確保實現(xiàn)有效地聚焦光線以將粒子捕獲在預先計算的位置。出于現(xiàn)實原因，科學家們選擇直接打印這些衍射設計元件，而非傳統(tǒng)的球面透鏡。光纖上打印折射透鏡的設計具有挑戰(zhàn)性曲率的問題。而菲涅耳透鏡設計可以輕松調整到所需的工作距離和高數值孔徑。研究人員在光纖末端直接打印了三種不同的衍射透鏡，設計外緣的最小橫向特征尺寸達到 1.67 µm，輪廓高度為 3.88 µm。
單個 2.5D 菲涅耳透鏡的設計和直接打印在光纖上的衍射透鏡的 SEM 圖像(上圖)。兩個堆疊菲涅爾透鏡的設計，以及相對應在光纖上直接打印結果的 SEM 圖像(下圖)?；?2PP 微納加工所具備的*設計自由度，輕松實現(xiàn)調整衍射元件的光學特性。
對于具有高數值孔徑的光鑷，Nanoscribe的2PP技術證明了其真正的潛力。如果在光纖端部使用單個菲涅耳透鏡則無法獲得高數值孔徑?？茖W家們另辟蹊徑，將兩個透鏡打印在彼此的頂部，由支撐第二個透鏡的六根柱子隔開。這種設計離不開真正的3D打印技術。由于所有的光鑷都能夠在低激光功率下穩(wěn)定捕獲(亞)微米大小的聚苯乙烯測試珠，因此這對于生物學應用中避免高激光功率損壞有機樣品的軟組織至關重要。
Nanoscribe科技打造未來應用
斯圖加特大學科研小組重要研究成果中的其一則是直接在光纖端面上進行菲涅耳透鏡的微納加工?；?PP技術的微納加工使這些2.5D透鏡的設計迭代和修改變得十分容易。此外，該技術還可以實現(xiàn)復雜堆疊3D透鏡設計的微加工。擁有2PP技術的Nanoscribe全新Quantum X shape系統(tǒng)為類似和更多創(chuàng)新應用奠定了基礎。該系統(tǒng)集成了用于制作光滑表面2.5D光學元件(如所述菲涅耳透鏡)的雙光子灰度光刻(2GL®)革命性技術，以及用于制作超高精度自由曲面微納結構的強大3D打印功能。歡迎持續(xù)關注更多令人激動的消息。
科研項目團隊：
斯圖加特大學第四物理研究所
歡迎閱讀相關科學出版物：
Highly Efficient Dual-Fiber Optical Trapping with 3D Printed Diffractive Fresnel Lenses
更多有關3D雙光子無掩模光刻技術和產品咨詢
歡迎聯(lián)系Nanoscribe中國分公司 - 納糯三維科技(上海)有限公司
德國Nanoscribe 超高精度雙光子微納3D無掩模光刻系統(tǒng)：
Photonic Professional GT2 雙光子微納3D無掩模光刻系統(tǒng)
Quantum X 雙光子灰度光刻微納打印設備
Quantum X shape 雙光子高性能3D微納加工系統(tǒng)
相關產品
免責聲明
- 凡本網注明“來源：化工儀器網”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網絡有限公司-化工儀器網合法擁有版權或有權使用的作品，未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經本網授權使用作品的，應在授權范圍內使用，并注明“來源：化工儀器網”。違反上述聲明者，本網將追究其相關法律責任。
- 本網轉載并注明自其他來源（非化工儀器網）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網站或個人從本網轉載時，必須保留本網注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。
- 如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內與本網聯(lián)系，否則視為放棄相關權利。
采購中心