基於微(wei)流(liu)體(ti)輔(fu)助3D打(da)印技(ji)術制造(zao)仿生(sheng)復眼(yan)

歷(li)經5億(yi)年(nian)的(de)演化，節(jie)肢(zhi)動(dong)物(wu)的(de)復眼(yan)已經進化成了壹(yi)套(tao)結構(gou)復雜、功(gong)能(neng)*的(de)成像系(xi)統，節(jie)肢(zhi)動(dong)物(wu)可(ke)以通(tong)過(guo)復(fu)眼(yan)，以極(ji)大(da)視場(chang)角(jiao)的(de)全景(jing)模式，結合深(shen)度(du)感(gan)知的(de)能力(li)洞(dong)察周邊(bian)的(de)事(shi)物。由於復(fu)眼(yan)在成像方面的(de)諸多(duo)優(you)勢(shi)，研究人(ren)員(yuan)不斷(duan)提出(chu)各(ge)種(zhong)制備仿(fang)生(sheng)復眼(yan)的(de)方案(an)，但(dan)是(shi)，自(zi)然(ran)復眼(yan)的(de)結構(gou)過(guo)於復(fu)雜，傳(chuan)統微(wei)加(jia)工(gong)工藝(yi)無(wu)法(fa)實現(xian)自(zi)然(ran)復眼(yan)的(de)真實結構(gou)，過(guo)去(qu)所(suo)研制(zhi)的(de)仿生(sheng)復眼(yan)無(wu)法(fa)適用於普(pu)通(tong)光(guang)學(xue)元件及(ji)圖像傳(chuan)感器，這(zhe)使得(de)仿生(sheng)復眼(yan)的(de)應用受到了極大(da)的(de)限制(zhi)。

近(jin)日，上(shang)海(hai)理(li)工(gong)大(da)學(xue)長(chang)江(jiang)學(xue)者(zhe)張大(da)偉(wei)教(jiao)授(shou)帶領(ling)的(de)超精(jing)密光(guang)學(xue)制(zhi)造(zao)團(tuan)隊在莊松(song)林院士的(de)領(ling)導(dao)下，戴博(bo)教(jiao)授(shou)及(ji)同事(shi)、張良等(deng)碩(shuo)士(shi)研(yan)究生(sheng)與(yu)美(mei)國(guo)杜克大(da)學(xue)Tony Jun Huang教(jiao)授(shou)課題組、戴頓大(da)學(xue)趙(zhao)乘(cheng)龍教(jiao)授(shou)課題組、南加州大(da)學(xue)John Mai研(yan)究員(yuan)合(he)作(zuo)，提出(chu)了壹(yi)種(zhong)基於微(wei)流(liu)體(ti)輔(fu)助3D打(da)印的(de)微結構(gou)加工(gong)技(ji)術，並將該(gai)技(ji)術用於制(zhi)備仿(fang)生(sheng)復眼(yan)。

圖壹(yi)左圖：螞蟻(yi)的(de)復眼(yan)，右圖：基於微(wei)流(liu)體(ti)輔(fu)助3D打(da)印技(ji)術制備的(de)仿生(sheng)復眼(yan)

仿(fang)生(sheng)復眼(yan)的(de)具體(ti)加(jia)工工藝(yi)如(ru)下：利(li)用面投(tou)影微立體(ti)光(guang)刻3D打(da)印技(ji)術（nanoArch S130,P140，摩方(fang)精(jing)密）制(zhi)備出(chu)超(chao)高精(jing)度(du)的(de)復眼(yan)模具及(ji)基(ji)底。模具為壹(yi)個(ge)半(ban)球形(xing)凹(ao)坑，在坑內(nei)密布了圓柱陣列；基底為壹(yi)個(ge)半(ban)球體(ti)，內(nei)部含有(you)與(yu)圓柱陣列等量(liang)的(de)微管(guan)道(dao)。然(ran)後(hou)，對(dui)模具進壹(yi)步(bu)處(chu)理(li)，在凹坑內(nei)填(tian)上光(guang)敏樹(shu)脂，利(li)用勻膠機作(zuo)甩(shuai)膠處(chu)理(li)。當適度(du)控制(zhi)勻膠機轉(zhuan)速(su)時，凹(ao)坑中(zhong)的(de)膠會被(bei)*甩(shuai)出，而圓柱陣列中(zhong)會(hui)殘(can)留(liu)部分光(guang)敏膠。靜止(zhi)壹(yi)段(duan)時間(jian)後(hou)，圓柱陣列中(zhong)的(de)膠由於受到毛細(xi)力(li)的(de)作用，液面(mian)會(hui)下凹。經UV固化後(hou)，復(fu)眼模具便(bian)完(wan)成了。最(zui)後(hou)，將半球體(ti)基(ji)底倒(dao)扣在凹坑中(zhong)，註(zhu)滿(man)彈(dan)性樹(shu)脂，經熱固化後(hou)，取(qu)出半球體(ti)，便(bian)能(neng)獲(huo)得(de)壹(yi)顆(ke)仿生(sheng)復眼(yan)。

在此工(gong)作中(zhong)，研(yan)究人(ren)員(yuan)實現(xian)了高度(du)仿(fang)生(sheng)的(de)復眼(yan)，5毫米直徑(jing)半球狀(zhuang)的(de)仿生(sheng)復眼(yan)擁有(you)多(duo)達(da)12,000多(duo)顆(ke)子眼(yan)。結構(gou)與(yu)自(zi)然(ran)復眼(yan)高度(du)相(xiang)似，具有角(jiao)膜(mo)(cornea lens)、晶錐(crystalline cone)、感(gan)桿束 (rhabdome)等核(he)心元素。除了結構(gou)，所(suo)制得(de)的(de)仿生(sheng)復眼(yan)在功能(neng)上也能與(yu)自(zi)然(ran)復眼(yan)媲美。研究人(ren)員(yuan)將仿生(sheng)復眼(yan)結合傳(chuan)統二(er)維(wei)圖像傳(chuan)感器，即(ji)可(ke)實現(xian)超(chao)大(da)視場(chang)全景(jing)、全彩成像，還(hai)演示了在三維空(kong)間(jian)內(nei)對(dui)光(guang)源精準(zhun)定位(wei)。

圖二仿生(sheng)復眼(yan)的(de)制備流(liu)程(cheng)圖

圖三利(li)用仿生(sheng)復眼(yan)觀察發(fa)紅光(guang)的(de)X標記(ji)以及(ji)跟(gen)蹤(zong)發(fa)藍(lan)光(guang)的(de)三角(jiao)標記(ji)

該(gai)成果(guo)以“Biomimetic apposition compound eye fabricated using microfluidic-assisted 3D printing"為(wei)題發(fa)表(biao)在Nature子刊(kan)Nature Communications上。

文章鏈接：
https://www.nature。。ｃｏｍ/articles/s41467-021-26606-z

NatureCommunications volume 12, Articlenumber: 6458 (2021)