專利名稱：人工仿生復(fù)眼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微納米加工技術(shù)，尤其涉及一種通過微納米加工工藝制作仿生 復(fù)眼的方法，屬于微納米加工、材料學(xué)、仿生學(xué)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的交叉學(xué)科研 究。
背景技術(shù)：
自然界的復(fù)眼系統(tǒng)是一種非常奇妙的視覺成像系統(tǒng)。如蜜蜂的復(fù)眼是由數(shù) 千個(gè)具有不同接收方向的小眼成球面排列集合而成。每個(gè)小眼都由光折射透 鏡、晶體圓錐體、波導(dǎo)感應(yīng)桿和光接收器幾個(gè)部分組成。這種全方向排列的復(fù) 眼系統(tǒng)中的每個(gè)小眼都可以獨(dú)立接收非常小角度的光線，而整個(gè)復(fù)眼卻具有非 常寬的視角范圍。由于寬視角探測(cè)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及軍事上都有很多潛在 應(yīng)用前景，人造復(fù)眼已經(jīng)引起了廣泛的研究興趣。制作單個(gè)人工小眼是制作人 工復(fù)眼的第一步，這需要大量復(fù)雜技術(shù)來制作人工的透鏡和波導(dǎo)系統(tǒng)，而且這 些透鏡和波導(dǎo)系統(tǒng)需要精確排列，并自動(dòng)形成一個(gè)復(fù)眼系統(tǒng)。到目前為止，大
多數(shù)工作都采用平面陣列式結(jié)構(gòu)Ogata et al.采用漸變折射率桿形透鏡和匹配 的針孔組成平面陣列。Hamanaka et al.在類似的結(jié)構(gòu)前面加上一個(gè)單面凸透鏡 來擴(kuò)大視角。K. Jeong et al.最近報(bào)道了一種新穎的基于聚合物的制作人工復(fù)眼 方法。采用了彈性膜微透鏡的再鑄模和聚合物中的波導(dǎo)自寫技術(shù)制作了 一個(gè)類 似于生物復(fù)眼的人造復(fù)眼。這是人工復(fù)眼研究的突破性進(jìn)展。但是這一工作利 用光刻技術(shù)制作微透鏡模板，由于光刻技術(shù)中的光散射效應(yīng)等固有局限，使得加工精度不高，而且球面微透鏡的精確加工方面也存在困難。
雙光子光聚合技術(shù)是隨著飛秒激光雙光子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是當(dāng)前唯 一能制作任意3D微納立體結(jié)構(gòu)的技術(shù)。由于其在信息的海量存儲(chǔ)、微納米立體 加工、非球面透鏡的加工以及其在生物和醫(yī)療領(lǐng)域存在著巨大的潛在應(yīng)用價(jià) 值。在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家均得到了非常的關(guān)注，已投入巨資進(jìn)行研究。近 年來中國(guó)也開始投入資金進(jìn)行研究，北京大學(xué)、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、中科院 理化所、中國(guó)科技大學(xué)和山東大學(xué)在進(jìn)行這方面的研究，尚處于起步階段，研 究還停留在能否發(fā)生聚合的層次上；至于材料和器件應(yīng)用研究還很少有涉及。
由于目前大多數(shù)工作都采用平面陣列式的復(fù)眼結(jié)構(gòu)，這種人工復(fù)眼并非真
正類似于生物復(fù)眼。K. Jeong et al.報(bào)道的利用彈性膜微透鏡的再鑄模和聚合物 中的波導(dǎo)自寫技術(shù)制作了類似于生物復(fù)眼的人造復(fù)眼的方法新穎，但是這一工 作利用光刻技術(shù)制作微透鏡模板，存在加工精度不高，球面微透鏡的精確加工 困難等難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的旨在提供一種人工仿生復(fù)
眼的制作方法，利用飛秒脈沖雙光子聚合技術(shù)，結(jié)合紫外納米壓印(uv-
NIL)和軟光刻技術(shù)，制作一種加工精度高、真正類似生物復(fù)眼的人造復(fù)眼。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出的解決方案為
人工仿生復(fù)眼的制作方法，其特征在于包括以下步驟 首先利用飛秒脈沖 雙光子聚合法制出反型曲面微透鏡模子；并以反型曲面微透鏡模子為基礎(chǔ)，利 用紫外納米壓印制成一立體曲面微透鏡模板；然后在立體曲面微透鏡模板上制作彈性模子；接著將光敏樹脂盛裝在彈性模子中，經(jīng)過加熱烘烤制成一極性相
反的光敏聚合物模子；最后利用透鏡把紫外線聚焦正對(duì)照射到放置在襯底上的 光敏聚合物模子上，通過自寫波導(dǎo)法制作出光傳輸通道，透過光敏聚合物模子 貫通至襯底。
進(jìn)一步地，前述人工仿生復(fù)眼的制作方法，其中該反型曲面微透鏡模子為 碗狀結(jié)構(gòu)，且其內(nèi)表面形成均勻排布的微納米級(jí)的球面凹坑。
更進(jìn)一步地，前述人工仿生復(fù)眼的制作方法，其中步驟m中采用聚二甲基 硅氧烷覆蓋立體曲面微透鏡模板，制成彈性模子。
再進(jìn)一步地，前述人工仿生復(fù)眼的制作方法，其中步驟iv中所述光敏聚合 物的制作工藝選用的是光敏樹脂SU-8。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的人工仿生復(fù)眼的制作方法，其實(shí)施后的有益效果為 本發(fā)明利用飛秒脈沖雙光子聚合技術(shù)制造微透鏡模板，克服了光刻技術(shù)的
光散色效應(yīng)，提高了微透鏡的加工精度；并且結(jié)合紫外納米壓印(UV-NIL)和 軟光刻技術(shù)，能夠有效降低制作成本，提高大批量生產(chǎn)的能力，進(jìn)一步促進(jìn)人 工復(fù)眼在醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明人工仿生復(fù)眼制作方法的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明記述的是一種人工仿生復(fù)眼的制作方法，該技術(shù)方案區(qū)別于現(xiàn)有人 工仿生復(fù)眼的制法，利用飛秒脈沖雙光子聚合技術(shù)制作人工復(fù)眼結(jié)構(gòu)。作為唯 一可以精確控制及制作任意三維微納結(jié)構(gòu)的雙光子聚合技術(shù)，在制作復(fù)雜的人工復(fù)眼方面無疑具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合最近發(fā)展起來的紫外納米壓印(UV-
NIL)和軟光刻技術(shù),利用聚二甲基硅氧烷PDMS (Poly-Dimenthylsiloxane)可
以制作突破傳統(tǒng)框架的類似生物體的三維聚合物光學(xué)系統(tǒng)。這一探索性研究的 突破在光學(xué)應(yīng)用的眾多領(lǐng)域都將有著廣泛的應(yīng)用前景，比如數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀 出、醫(yī)療、成像監(jiān)視等領(lǐng)域，所以開展該前沿性的研究十分必要。雙光子聚合 技術(shù)是一個(gè)新興的領(lǐng)域，
為使本發(fā)明對(duì)人工仿生復(fù)眼制法研究的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易理 解，下面特結(jié)合本發(fā)明具體制備步驟詳述如下
圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖，從宏觀角度分析
(1) 、利用飛秒脈沖雙光子聚合法制出反型曲面微透鏡模子1,該反型曲面 微透鏡模子1在其內(nèi)凹面上根據(jù)復(fù)眼制作要求形成有密集均勻排布的微納米級(jí) 的球面凹坑。
(2) 、以該反型曲面微透鏡模子1為基礎(chǔ)，利用紫外納米壓印技術(shù)制作成一 個(gè)立體曲面微透鏡納米模板2。先用02-Plasma清洗利用雙光子聚合制作的曲 面微透鏡模子1，然后在其上覆蓋一層DLC (Diamond-like-carbon)，再將其 壓在一個(gè)旋轉(zhuǎn)噴涂的樹脂上(UV-curable resin，可選用NOA 68、 Norland Products Incorporated Cranury、 NJ)，經(jīng)功率為0.5mW/cm2的紫外線A照射 2小時(shí)后制作成曲面微透鏡的納米圖案模板。
(3) 、選擇聚二甲基硅氧烷PDMS (Poly-Dimenthylsiloxane)覆蓋制法，在 立體曲面微透鏡模板2上制作彈性模子3。
4) 、再將商業(yè)產(chǎn)品光敏樹脂SU-8 (NANO SU-8)盛裝在PDMS模子3 里，制備一個(gè)極性相反的模子，然后在120° C溫度條件下預(yù)烘烤約20分鐘以去除溶劑，隨后在模子上覆蓋一塊圓形玻璃片，再在120° C溫度下預(yù)烘烤1
個(gè)小時(shí)，就可制成一個(gè)光敏聚合物模子4。特別指出制成光敏聚合物模子4后需在室溫下才能從PDMS模子3上完全揭下來。
(5)、利用一個(gè)數(shù)值孔徑較大的聚光透鏡(光照角約土45。)把紫外線A聚焦照射到光敏樹脂SU-8 (聚合物)模子4上，利用自寫波導(dǎo)方法制作光傳輸通道，當(dāng)波導(dǎo)透過整個(gè)模子達(dá)到襯低底部，就制作完成了光傳輸通道；SU-8光敏聚合物模子4在紫外曝光后再經(jīng)過烘烤(在90° C溫度下烘烤15分鐘)以完成光致交聯(lián)，最后再經(jīng)過硬烘烤(150° C溫度下烘烤3小時(shí))，就最后制作完成了一個(gè)人工仿生復(fù)眼。
最后，還可建立一個(gè)復(fù)眼系統(tǒng)的共聚焦成像檢測(cè)系統(tǒng)，分析復(fù)眼的光學(xué)性能。搭建一個(gè)共聚焦光路系統(tǒng)來分析人工復(fù)眼的光學(xué)性能，該系統(tǒng)應(yīng)具有必要的空間分辨率，可以拍攝出每個(gè)小眼的波導(dǎo)出口的輸出圖像；還應(yīng)具有檢測(cè)人工復(fù)眼系統(tǒng)的角 分辨函數(shù)的功能。可行的方案是把共焦拉曼光譜儀與自搭外光路系統(tǒng)結(jié)合起來，構(gòu)建出所需的復(fù)眼光學(xué)性能檢測(cè)系統(tǒng)。
綜上所述，是對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，對(duì)本案保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制，凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方法，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.人工仿生復(fù)眼的制作方法，其特征在于包括以下步驟I、利用飛秒脈沖雙光子聚合法制出反型曲面微透鏡模子；II、以反型曲面微透鏡模子為基礎(chǔ)，利用紫外納米壓印制成一立體曲面微透鏡模板；III、在立體曲面微透鏡模板上制作彈性模子；IV、將光敏樹脂盛裝在彈性模子中，經(jīng)過加熱烘烤制成一極性相反的光敏聚合物模子；V、利用透鏡把紫外線聚焦正對(duì)照射到放置在襯底上的光敏聚合物模子上，通過自寫波導(dǎo)法制作出光傳輸通道，透過光敏聚合物模子貫通至襯底。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工仿生復(fù)眼的制作方法，其特征在于所述 反型曲面微透鏡模子為碗狀結(jié)構(gòu)，且其內(nèi)表面形成均勻排布的微納米級(jí)的球面 凹坑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工仿生復(fù)眼的制作方法，其特征在于步驟m中采用聚二甲基硅氧烷覆蓋立體曲面微透鏡模板，制成彈性模子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工仿生復(fù)眼的制作方法，其特征在于步驟 IV中所述光敏聚合物的制作工藝選用的是光敏樹脂SU-8。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人工仿生復(fù)眼的制作方法，其包括步驟首先利用飛秒脈沖雙光子聚合法制出反型曲面微透鏡模子；并以此為基礎(chǔ)利用紫外納米壓印制成一立體曲面微透鏡模板；然后在立體曲面微透鏡模板上制作彈性模子；接著將光敏樹脂盛裝在彈性模子中，經(jīng)過加熱烘烤制成一極性相反的光敏聚合物模子；最后利用透鏡把紫外線聚焦正對(duì)照射到放置在襯底上的光敏聚合物模子上，通過自寫波導(dǎo)法制作出光傳輸通道，制成一個(gè)人工仿生復(fù)眼。本發(fā)明克服了光刻技術(shù)的三維微加工方面的局限，提高了微透鏡的加工精度；并且能夠有效降低制作成本，提高大批量生產(chǎn)的能力，進(jìn)一步促進(jìn)人工復(fù)眼在醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101672937SQ200910183930
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者周桃飛, 苗 崔, 曄 陳 申請(qǐng)人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所