激光3D打印： 推动光学显微镜发展的强大工具

如今，光学显微镜已成为各种多学科领域最广泛使用的小范围物体、生物体或表面检测方法之一。然而，其横向分辨率从根本上受到光衍射的限制，随着对更高分辨率需求的增长，使用传统透镜的这一限制变得越来越关键。

在光学显微镜的最后一个成像透镜后面集成一个介质微球，为大幅提高横向分辨率提供了一个很有前景的解决方案，这一研究领域被称为微球辅助显微镜。然而，在实际应用中，市售介质微球的使用受到很大限制。

正确处理微球需要繁琐的工作流程，而且市售介质微球的尺寸也有限。这些挑战阻碍了微球辅助显微镜作为昂贵显微镜解决方案（如扫描电子显微镜或原子力显微镜）的高性价比替代品的广泛应用。

在发表于《Light： 先进制造》（Light: Advanced Manufacturing）杂志上发表的一篇新论文中，来自赫尔辛基大学电子结构与激光研究所（Institute of Electronic Structure and Laser-Foundation for Research and Technology-Hellas）、波鸿鲁尔大学（Ruhr University Bochum）和赫尔辛基大学的科学家们开发出了一种利用激光三维打印技术制造高质量微球的新策略。这种方法利用了多光子光刻技术（MPL），能够在微米和纳米尺度上无掩模地制造真正的三维结构。

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三维微型装置由改良盖玻片和先进的 MPL 制造的微球组成。它可以提高横向分辨率，超过传统光学仪器所能达到的水平。

此外，由于 MPL 的非线性特性，在整个打印过程中，通过局部细化激光强度，可以显著提高其精度。通过将这种复杂的方法与先进的孵化和切片策略相结合，研究小组成功制造出了直径为20微米的微球，展现出几乎完美的几何质量（λ/8）和卓越的表面光滑度。

最后，微球被印在了盖玻片上，盖玻片中心的孔是用飞秒激光烧蚀处理过的。这种改良盖玻片和微球的组合构成了一个三维微型装置，可以灵活地操纵微球，并有可能将其集成到任何光学显微镜中。

使用米劳型相干扫描干涉仪（MCSI）和分辨率为 λ = 0.28 的校准网格对微球集成到三维微型设备后的性能进行了评估。因此，球体的光学特性超越了传统透镜在可见光下的典型分辨率极限，同时保持了 MSCI 的高轴向分辨率。

该三维微型装置的制作仅用了 8 分钟，包括盖玻片的修改和球体的制作，这有力地证明了其作为实际解决方案的适用性。此外，MPL 的独特功能还有助于探索创新的微光学结构和系统，进一步提高二维和三维光学显微镜的横向分辨率。

展望未来，科学家们强调了在这一领域采用 MPL 的多种可能性，并强调 MPL 在以具有成本效益的方式开发可提高任何光学显微镜分辨率的定制设计设备方面具有巨大潜力。

相关链接：https://phys.org/news/2024-06-laser-based-3d-powerful-tool.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.37188/lam.2024.019