[實(shí)用新型]原位液體成形光學(xué)微透鏡制造中透鏡動(dòng)態(tài)輪廓捕捉裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320070292.7
• 申請(qǐng)日: 2013-02-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203116704U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳堅(jiān);何華陽(yáng);陳濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種原位液體成形光學(xué)微透鏡制造中透鏡動(dòng)態(tài)輪廓捕捉裝置，主要用于對(duì)原位成形光學(xué)微透鏡的制造進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保證原位成形光學(xué)微透鏡的非球曲面的曲率和尺寸精度達(dá)到技術(shù)要求，屬于生物學(xué)和分析化學(xué)及醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

微生物芯片近年來(lái)在生命科學(xué)領(lǐng)域中是已迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是：在微型化基礎(chǔ)上將全部生化分析過(guò)程和整個(gè)化驗(yàn)室功能(如：采樣，稀釋，加試劑，反應(yīng)，分離和檢測(cè)等)集成（嵌入）在郵票或者信用卡大小的芯片里，因而被通俗地稱為“芯片實(shí)驗(yàn)室”。其科學(xué)性和先進(jìn)性集中體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)縮微和功能集成這兩個(gè)方面。其中的信號(hào)檢測(cè)是生物芯片技術(shù)的重要組成部分，主要包括信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)收集與傳輸、信號(hào)處理及識(shí)別三部分。在各種生物芯片信號(hào)檢測(cè)方法中，熒光微光譜檢測(cè)法具有選擇性好、能作微量的定性定量分析、具有非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，已成為生物芯片領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛、靈敏度最高的檢測(cè)技術(shù)之一。?

目前光譜微檢測(cè)系統(tǒng)中多使用光電倍增管（PMT）或電荷耦合元件（CCD）進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，這些元件及其配套的光路系統(tǒng)體積大，不可能嵌入生物芯片中，大大地阻礙了生物芯片集成化的提高，成為生物芯片發(fā)展的瓶頸。因此，研制體積小到可嵌入芯片和靈敏度高能達(dá)到生物技術(shù)要求的光譜微檢測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。目前國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究尚處在初級(jí)探索階段。在生物芯片的熒光光譜檢測(cè)時(shí)，熒光信號(hào)微弱的原因是被測(cè)物量少、發(fā)光小，而并非單位體積的熒光信號(hào)強(qiáng)度降低。使用特定曲面形狀的光學(xué)微透鏡可增大系統(tǒng)的光子采集總量，并且使微透鏡與檢測(cè)工作端面高精度地同光軸粘合可增大系統(tǒng)的光強(qiáng)聚焦效率。因此，獲得特定光學(xué)微透鏡和實(shí)現(xiàn)高精度同光軸粘合是體積特征尺寸在毫米和亞毫米量級(jí)時(shí)提高微體積光譜微檢測(cè)靈敏度的有效手段。?

目前光學(xué)微透鏡有多種生產(chǎn)工藝技術(shù)，主要方法有：光學(xué)樹(shù)脂液滴噴印法、熱塑膜制法、多層光刻蝕成型法。上述幾種工藝方法的共有特點(diǎn)是，先單獨(dú)在另外的基材上制作光學(xué)微透鏡，然后再將它移至光激發(fā)單元或光檢測(cè)單元的濾光片上，用光學(xué)膠粘合。這些制作光學(xué)微透鏡的方法都面臨兩個(gè)共同的技術(shù)難題：一是當(dāng)將制作好的光學(xué)微透鏡剝離制作基材時(shí)，難以保證透鏡底部水平面的平整度以及與光軸之間的垂直度。二是當(dāng)微透鏡與光激發(fā)單元或光檢測(cè)單元的濾光片粘合時(shí)，難以保證光學(xué)微透鏡的光軸與光激發(fā)單元中的激發(fā)光源或光檢測(cè)單元中的光電轉(zhuǎn)換器件的中心對(duì)稱軸精確對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明的原位成形法光學(xué)微透鏡可以克服了上述兩大難題，實(shí)現(xiàn)高精度同光軸粘合。具體工藝過(guò)程是，將摻入一定比例石英納米粒子的紫外固化光學(xué)膠從一定高度釋放滴在芯片原定位置上，當(dāng)膠滴在工作面自上而下并向四周擴(kuò)散流淌時(shí)，為了保持勢(shì)能最低，其表面的曲線形狀隨液體表面張力而變化，但始終保持中心對(duì)稱和表面積最小，適時(shí)地紫外激光照射，將其固化成吻合設(shè)計(jì)形狀的光學(xué)微透鏡。該方法有助于基因熒光微檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微體積和高靈敏度，即體積微小到可以直接嵌入到生物芯片?內(nèi)，靈敏度高到能滿足微生物信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)要求。?

雖然原位成形法制作微透鏡雖然能夠使得光學(xué)微透鏡與微檢測(cè)工作端面高精度地同光軸粘合。但是在制作微透鏡過(guò)程中面臨著另一個(gè)技術(shù)難題：微透鏡的非球工作曲面曲率和尺寸精度影響透鏡的聚焦效果，這是影響生物芯片中微光譜檢測(cè)靈敏度的關(guān)鍵之一。當(dāng)加工制作原位成形微透鏡時(shí)，由于某些因素（如非均勻固化或內(nèi)部與表面收縮張力差異以及在控制接觸角時(shí)基底界面特性差異等），造成激光固化的原位微透鏡的非球工作曲面曲率和尺寸精度不能達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求，使得原位成形微透鏡對(duì)對(duì)光的聚焦效率降低，檢測(cè)靈敏度同樣也將降低，這將使得微光譜檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度無(wú)法滿足對(duì)微弱生物信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)要求。?

由于微透鏡尺寸在毫米數(shù)量級(jí)，同時(shí)具有透明的性質(zhì)，以及表面光滑容易反光的特點(diǎn)，其輪廓圖像的捕捉是一個(gè)難題。因此，一種高速、高分辨率的透明微型流動(dòng)液體動(dòng)態(tài)輪廓捕捉技術(shù)對(duì)原位成形光學(xué)微透鏡制造十分重要。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的即在于提供一種能夠360°捕捉微型流動(dòng)透明液體的監(jiān)測(cè)裝置，可用于原位成形光學(xué)微透鏡制造時(shí)的對(duì)形成微透鏡的光學(xué)膠的動(dòng)態(tài)形狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。?

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型根據(jù)對(duì)透明物體拍攝時(shí)不同的采光方法，采取了三種技術(shù)方案設(shè)計(jì)原位液體成形光學(xué)微透鏡制造中透鏡動(dòng)態(tài)輪廓捕捉裝置：?