如今，光學顯微鏡已成為各種多學科領(lǐng)域最廣泛使用的小范圍物體、生物體或表面檢測方法之一。然而，其橫向分辨率從根本上受到光衍射的限制，隨著對更高分辨率需求的增長，使用傳統(tǒng)透鏡的這一限制變得越來越關(guān)鍵。

在光學顯微鏡的最后一個成像透鏡后面集成一個介質(zhì)微球，為大幅提高橫向分辨率提供了一個很有前景的解決方案，這一研究領(lǐng)域被稱為微球輔助顯微鏡。然而，在實際應用中，市售介質(zhì)微球的使用受到很大限制。

正確處理微球需要繁瑣的工作流程，而且市售介質(zhì)微球的尺寸也有限。這些挑戰(zhàn)阻礙了微球輔助顯微鏡作為昂貴顯微鏡解決方案（如掃描電子顯微鏡或原子力顯微鏡）的高性價比替代品的廣泛應用。

在發(fā)表于《Light： 先進制造》（Light: Advanced Manufacturing）雜志上發(fā)表的一篇新論文中，來自赫爾辛基大學電子結(jié)構(gòu)與激光研究所（Institute of Electronic Structure and Laser-Foundation for Research and Technology-Hellas）、波鴻魯爾大學（Ruhr University Bochum）和赫爾辛基大學的科學家們開發(fā)出了一種利用激光三維打印技術(shù)制造高質(zhì)量微球的新策略。這種方法利用了多光子光刻技術(shù)（MPL），能夠在微米和納米尺度上無掩模地制造真正的三維結(jié)構(gòu)。

圖片:laser-based-3d-printin.jpg

三維微型裝置由改良蓋玻片和先進的 MPL 制造的微球組成。它可以提高橫向分辨率，超過傳統(tǒng)光學儀器所能達到的水平。

此外，由于 MPL 的非線性特性，在整個打印過程中，通過局部細化激光強度，可以顯著提高其精度。通過將這種復雜的方法與先進的孵化和切片策略相結(jié)合，研究小組成功制造出了直徑為20微米的微球，展現(xiàn)出幾乎完美的幾何質(zhì)量（λ/8）和卓越的表面光滑度。

最后，微球被印在了蓋玻片上，蓋玻片中心的孔是用飛秒激光燒蝕處理過的。這種改良蓋玻片和微球的組合構(gòu)成了一個三維微型裝置，可以靈活地操縱微球，并有可能將其集成到任何光學顯微鏡中。

使用米勞型相干掃描干涉儀（MCSI）和分辨率為 λ = 0.28 的校準網(wǎng)格對微球集成到三維微型設(shè)備后的性能進行了評估。因此，球體的光學特性超越了傳統(tǒng)透鏡在可見光下的典型分辨率極限，同時保持了 MSCI 的高軸向分辨率。

該三維微型裝置的制作僅用了 8 分鐘，包括蓋玻片的修改和球體的制作，這有力地證明了其作為實際解決方案的適用性。此外，MPL 的獨特功能還有助于探索創(chuàng)新的微光學結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，進一步提高二維和三維光學顯微鏡的橫向分辨率。

展望未來，科學家們強調(diào)了在這一領(lǐng)域采用 MPL 的多種可能性，并強調(diào) MPL 在以具有成本效益的方式開發(fā)可提高任何光學顯微鏡分辨率的定制設(shè)計設(shè)備方面具有巨大潛力。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.37188/lam.2024.019