C. Xu, X. Guan, S. A. Abbasi, N. Xia, T. Ngai, L. Zhang, H.-P. Ho, S. H. C. Ng, W. Yuan, Liquid-shaped microlens for scalable production of ultrahigh-resolution optical coherence tomography microendoscope. Commun Eng 3, 1 (2024).
导言
内窥镜光学相干性断层扫描（OCT）是一项在实时提供内部器官诊断图像和指导干预手段方面具有重要价值的技术。微型化的OCT内窥镜对于成像小型和复杂的腔道器官至关重要，同时最小化侵入性。然而，目前用于制作微型光纤探针的方法在纠正光学像差方面的能力有限，导致成像性能不佳。在这里，研究人员提出了一种液体成型技术，用于快速且大规模地制作适用于微创临床应用的超薄高性能OCT微内窥镜。该技术通过调节可固化光学液体在润湿性改性基材上的最小能量状态，并精确控制基材上的液体体积和物理边界，实现了自由形状微透镜的灵活定制，其光学表面粗糙度达到亚纳米级。利用这种技术，研究人员同时制造了直径约0.6毫米的800纳米OCT微内窥镜，并评估了它们在大鼠食管、小鼠主动脉和大脑中的超高分辨率成像性能。
研究问题和目标
本项研究旨在解决当前内窥镜光学相干性断层扫描（OCT）中微型光纤探针存在的问题。这些问题主要表现在纠正光学像差方面的困难，从而影响成像性能。本研究的目标是引入一种液体成型技术，用于快速和大规模制作适用于微创临床应用的超薄、高性能的OCT微内窥镜，主要侧重于提高成像分辨率和减少侵入性。
研究方法
本项研究的研究方法涉及一种新颖的液体成型技术，该技术允许灵活定制光学表面粗糙度达到亚纳米级别的自由曲面微透镜。这是通过调节在润湿性改性基材上的可固化光学液体的最小能量状态，并精确控制基材上的液体体积和物理边界来实现的（图1和2）。利用这种技术，研究人员制造了直径约0.6毫米的800纳米OCT微内窥镜，并在体内评估了它们的超高分辨率成像性能（图3和4）。
主要成果
该研究成功地展示了液态塑形微透镜用于OCT微内窥镜的制造和应用，并在大鼠食管以及小鼠主动脉和大脑中实现了超高分辨率成像（图5-7）。这在内窥镜成像领域代表了一项重大进步，提供了一种可扩展的解决方案，用于生产高质量的OCT微内窥镜。
可能的限制
当前的液态塑形技术主要依赖于被动方法来控制透镜的形状和大小，未来的工作可以探索主动方法来制造微透镜，以实现复杂的自由曲面和高级功能。
潜在影响
在本项研究中，开发用于OCT微内窥镜的液体成型微透镜有可能显著提高内窥镜成像的诊断能力。通过提供对内部器官的超高分辨率图像，并最小化侵入性，这项技术有可能改善各种疾病的早期检测和治疗，从而对临床实践和患者诊疗产生深远影响。
图1. 使用液体成型技术制作光学微透镜的示意图
图2. 使用液体成型技术控制微透镜的形状和大小
图3. 液体成型的微内窥镜和它的成像性能指标
图4. OCT微内窥镜的性能表征
图5. 使用柔性微内窥镜对大鼠食管进行成像
图6. 使用柔性微内窥镜对小鼠主动脉进行原位成像
图7. 使用刚性微内窥镜对小鼠深脑进行活体成像
