新型微透镜阵列的构筑及生物传感应用研究

Microlens and microlens arrays are an important type of miniaturized optical component used in a wide range of applications, such as beam collimators, fiber optic couplers, light homogenizers, optical and electrical enhancement and bioimaging. Compared with organic materials, inorganic materials have high refractive indices, stablity and excellent optical properties for microlens usage. However, it was restricted by the sophisticated instruments during the traditional microfabrication procedures and limited materials for the research progress of inorganic microlens. It is desired of low cost and efficient fabrication process. Herein, we plan to fabricate TiO2 microlens arrays by localized hydrolysis of TiCl4 precursor in water droplets. Both size and shape of the final TiO2 microlens can be controlled by the printed chemical pattern and the precursor concentration, it is possible to define TiO2 microlens arrays with different imaging properties. TiO2 microlens arrays will be utilized for the fabrication and detection of protein microarrays. It is expected to provide foundation for the development of mircolens and biomedical application.

微透镜和微透镜阵列作为一类重要的微小光学元件，在光束准直、光纤耦合、光增强、生物成像等领域有着广泛的应用。无机材料有着较高的折射率、稳定性和优异的光学性质。然而由于传统制备工艺复杂，透镜材料有限，无机微透镜的研究进展较为缓慢，亟需发展经济、简便、高效的构筑方法。本项目拟开展新型微透镜阵列的设计、构筑与光学性质研究。利用四氯化钛快速水解的特点，在图案化的水珠阵列表面设计制备TiO2微阵列。系统研究水珠形貌、水解反应条件对微透镜形貌和尺寸的影响，实现TiO2微透镜阵列的可控制备，进而深入揭示其形成机理。通过光学参数测量和成像分析，研究微透镜阵列形貌与光学性质的关系。构筑荧光材料掺杂TiO2微透镜阵列，为功能型微透镜阵列提供新的设计思路。探索TiO2微透镜阵列在蛋白微阵列制备以及荧光检测中的应用，为微透镜的发展及生物医学应用提供理论依据和实验基础。

采用微接触印刷技术和基底诱导去润湿过程相结合，发展了一种形成半球状微透镜阵列的新方法。这种方法简便、经济且可以很好地控制微透镜的结构。这种形成无机微阵列的方法是基于在水珠微反应器阵列中进行盐（如TiCl4，SnCl4）的水解反应得到的。微透镜的尺寸、形状和厚度均可以方便地通过化学图案基底和水解条件来控制。水珠在微透镜的形成过程中起到了模板的作用，所以可以很容易地形成半球状的透镜。得益于无机材料的高折射率，所形成的透镜有着良好的光学性能。.结合静电纺丝和微纳米加工技术，成功地利用紫外光刻技术，反应性离子刻蚀技术等制备了纳米纤维的图案化结构，所构筑的图案化纳米纤维结构具有良好的生物兼容性，有望作为功能基底材料用于细胞培养等领域。