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)窺鏡可以幫助檢測人體動脈內(nèi)的斑塊、血栓和膽固醇晶體，因此對于醫(yī)學(xué)檢測極其重要，可以有助于減少中風(fēng)和心臟病發(fā)作的風(fēng)險。

 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，差不多是國內(nèi)出版的SCI影響因子*的期刊了。

臨床前和臨床診斷越來越依賴于通過內(nèi)窺鏡對內(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于小管腔或脆弱器官的無損成像非常必要。不過，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尺寸的超具挑戰(zhàn)性的微納加工制造而量身設(shè)計，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、自由曲面和強大功能特點的光學(xué)器件，以從血管內(nèi)部獲取高質(zhì)量圖像。

為了實現(xiàn)這款微光學(xué)器件的設(shè)計，斯圖加特大學(xué)的科研團(tuán)隊運用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)，實現(xiàn)了世界上小的內(nèi)窺鏡。研究人員開發(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Nanoscribe公司成立于2007年，總部位于卡爾斯魯厄。幾十年來對雙光子聚合技術(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。無論結(jié)構(gòu)的簡單還是復(fù)雜，自動化3D打印工藝均可做到所需物件的一步加工成型，做到所見即所得。 

在光學(xué)設(shè)計中，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，無法實現(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于在聚焦深度上獲得盡可能好的分辨率至關(guān)重要?？茖W(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，完美克服了這個困難。這是迄今有報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