跳到主要内容

主题

生物材料

生物材料

光子纳米喷气透镜由蜘蛛丝纺成

14 Jul 2020
蜘蛛和镜头
蜘蛛感:研究中使用的长腿地窖蜘蛛(左),穹顶透镜使用拉铲丝制成。 (礼貌:刘成扬)

台湾研究人员已使用蜘蛛丝来制造可聚焦透镜,以聚焦入射激光束的形状。这项工作是由刘成扬领导的一个小组完成的。 国立阳明大学,他通过在严格控制的条件下用树脂滴处理新鲜提取的丝绸来开发镜片。他们的方法可以对现有的生物医学成像技术进行重大改进。

蜘蛛丝因其有用的机械性能(包括高弹性,韧性和拉伸强度)而闻名。然而,该材料还具有令人着迷的光学性能。例如,在最近的研究中,研究人员指出了其在光子学应用中的潜力,例如光导,成像和传感。

在他们的研究中,Liu的团队专注于使用蜘蛛丝拉丝来制造光子纳米喷气机(PNJ),该拉丝是形成许多蜘蛛网基本结构的坚固辐条。通常,当在一侧照亮透明显微镜透镜时,会形成纳米射流,通过散射,折射和衍射的作用在阴影侧产生强烈的聚焦点。

滴胶树脂

为了制造这种镜片,研究人员首先直接从长腿地窖蜘蛛中拉出了拉长的拉丝。他们仔细控制温度,湿度和卷取速度,以确保纤维光滑均匀。然后,他们将树脂滴到丝绸的未加工表面上。由于材料的润湿特性,这导致其变形为穹顶,穹顶的形状根据在滴下放置多长时间而变化。一旦达到所需的形状,就将丝放在紫外线炉中使树脂固化。

为了用这些透镜生产PNJ,Liu的团队首先通过数值模拟探索了它们的光学特性。这些计算揭示了光束的焦距,聚焦锐度和峰值聚焦强度如何取决于透镜形状。计算还表明,可以通过控制圆顶在树脂滴下花费的时间来微调这些特性。通过实验,研究人员随后表明,当向其透镜发射可见激光束时,清晰的PNJ可能会聚焦在远离其平坦,阴影侧的位置。

蜘蛛丝的机械性能比目前用于组织工程的合成纤维具有许多优势。例如,该材料是生物相容性的,并且容易被人体吸收。正因为如此,Liu的团队认为,使用其镜头实现的PNJ可能会带来安全可靠的生物组织成像新方法。如果能够实现,这将使研究人员能够创建大面积,高分辨率的样品图像,并将组织扫描到不同深度范围。

该研究描述于 应用物理学杂志.

版权©IOP 出版 Ltd和个人贡献者的2021年