作為Nanoscribe的重要客戶之一，斯圖加特大學(xué)聯(lián)手阿德萊德大學(xué)的研究人員和澳大利亞醫(yī)學(xué)研究中心，合作研發(fā)了世界上小的3D打印微型內(nèi)窺鏡。該內(nèi)窺鏡所用到的微光學(xué)器件寬度僅有125微米，可以用于直徑小于半毫米的血管內(nèi)進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查。微型內(nèi)窺鏡可以幫助檢測(cè)人體動(dòng)脈內(nèi)的斑塊、血栓和膽固醇晶體，因此對(duì)于醫(yī)學(xué)檢測(cè)極其重要，可以有助于減少中風(fēng)和心臟病發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)。

 該成果以“Ultrathin monolithic 3D printed optical coherence tomography endoscopy for preclinical and clinical use”為題，被發(fā)表在2020年近期光學(xué)期刊Light: Science & Applications上。Light作為Nature子刊，差不多是國(guó)內(nèi)出版的SCI影響因子*的期刊了。

臨床前和臨床診斷越來(lái)越依賴于通過(guò)內(nèi)窺鏡對(duì)內(nèi)臟器官進(jìn)行高分辨率可視化，例如常規(guī)的結(jié)腸鏡或胃鏡檢查。內(nèi)窺鏡探頭的微型化對(duì)于小管腔或脆弱器官的無(wú)損成像非常必要。不過(guò)，目前的制造方法限制了高度微型化探頭的成像性能，阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。而Nanoscribe公司的高分辨率雙光子3D打印設(shè)備轉(zhuǎn)為從亞微米及到毫米級(jí)尺寸的超具挑戰(zhàn)性的微納加工制造而量身設(shè)計(jì)，可以完美克服這一局限。研發(fā)人員利用Nanoscribe公司的雙光子微納3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)出了世界上小的血管內(nèi)窺鏡，能夠安全插入直徑僅有幾百微米血管內(nèi)。這項(xiàng)十分具有挑戰(zhàn)的技術(shù)關(guān)鍵在于在光纖制作具備精巧、自由曲面和強(qiáng)大功能特點(diǎn)的光學(xué)器件，以從血管內(nèi)部獲取高質(zhì)量圖像。

為了實(shí)現(xiàn)這款微光學(xué)器件的設(shè)計(jì)，斯圖加特大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用Nanoscribe雙光子微納打印設(shè)備，聯(lián)合阿德萊德大學(xué)，阿德萊德醫(yī)院，阿德萊德SAHMRI研究所以及墨爾本莫納什心血管研究中心儀器，共同研發(fā)了這款微光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了世界上小的內(nèi)窺鏡。研究人員開(kāi)發(fā)的這款成像設(shè)備如此之小，以至于能夠?qū)鲜蟮难軆?nèi)部進(jìn)行掃描成像。這款運(yùn)用Nanoscribe微納加工技術(shù)的超薄內(nèi)窺鏡拓寬了人類醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用，將幫助科學(xué)家更好地了解心臟病發(fā)作和疾病進(jìn)展的原因，以及隨后的治療和預(yù)防方法。

^{Left：3D model of a probe superimposed on a real OCT scan of an artery. Image: Simon Thiele, University of Stuttgart and Jiawen Li, University of Adelaide}

^{Right：3D-printed freeform total internal reflection mirror on the tip of a no-core fiber. Image: Simon Thiele, University of Stuttgart}

 3D微納加工技術(shù)應(yīng)用于光纖自由曲面微光學(xué)器件制造

 德國(guó)Nanoscribe公司成立于2007年，總部位于卡爾斯魯厄。幾十年來(lái)對(duì)雙光子聚合技術(shù)不斷研究，現(xiàn)已成為微納米生產(chǎn)和3D打印的，也是成功的高科技公司之一。Nanoscribe基于雙光子聚合技術(shù)的3D打印設(shè)備制造精度*，幾乎可以滿足任何形狀物件的3D打印，并達(dá)到光學(xué)質(zhì)量表面要求。無(wú)論結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，自動(dòng)化3D打印工藝均可做到所需物件的一步加工成型，做到所見(jiàn)即所得。 

在光學(xué)設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)上需要權(quán)衡高分辨率，從而導(dǎo)致光束發(fā)散迅速，聚焦深度較小，而分辨率差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較大的聚焦深度 。而在光學(xué)相干斷層掃描成像（OCT）中，包含著內(nèi)窺鏡和血管內(nèi)探針的導(dǎo)管鞘相當(dāng)于負(fù)柱面透鏡，引起散光，增加微型探針的橫向分辨率的衰減。因此非色差的矯正對(duì)于在聚焦深度上獲得盡可能好的分辨率至關(guān)重要。科學(xué)家們新研發(fā)的微型內(nèi)窺鏡利用Nanoscribe的雙光子聚合微納3D打印技術(shù)，將125微米直徑的微光學(xué)器件直接打印在光纖上，構(gòu)建了一款功能齊全的超薄像差校正光學(xué)相干斷層掃描探頭，完美克服了這個(gè)困難。這是迄今有報(bào)道的尺寸小的自由曲面3D成像探頭，包括導(dǎo)管鞘在內(nèi)的直徑僅為0.457 mm。 

（圖示切片組織的染色顯微鏡高清圖像可以很好證實(shí)微型探針的使用效果。） 

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參考文獻(xiàn)：

Light: Science & Applications volume 9, Article number: 124 (2020)

Ultrathin monolithic 3D printed optical coherence tomography endoscopy for preclinical and clinical use