北大学者新技术文章获Nature子刊热力推荐

　　

生物通报道：来自北京大学生物动态光学成像中心的研究人员发表了题为“Discretely tunable optofluidic compound microlenses”的文章，介绍了一种新型的、具有大变焦比和焦距高精确度可调的液体复合微透镜集成芯片，这将有助于生命科学研究，比如细胞分选、单细胞分析等，这一成果获得了Nature子刊Nature Photonics的赞赏，在“新闻与分析”栏目中进行了推荐。

领导这项研究的是北京大学生物动态光学成像中心黄岩谊研究员，黄岩谊研究员2006年加入北京大学，主要研究方向是利用非标记显微成像技术和微流控技术来精确定量地描述生命活动中的一些细节过程。他认为，生命科学的发展，需要对许多过程的细节进行进一步的阐述。随着现代物理学、化学、信息科学和工程技术的发展，许多原先无法或者很难进行精确定量化研究的生命科学问题逐渐成为可能。

在器件越来越微型化的今天，为了降低成本，减少人力投入，削减废料产生，提高通量和自动化程度，提高实验精准度和可重复性，现代科学研究常常需要将各种科学实验集成在一块小芯片上，即“芯片上的实验室”。光流控学（Optofluidics）是将微流控技术与微型光学器件交叉集成的一门新兴学科。它为在芯片平台上产生、控制以及处理光信号提供了一种独特的解决方案。在数量众多的光流控学器件中，微透镜是一个重要的研究目标，它们可以应用于光刻、光开关和光学成像领域。

近年来，多种基于不同原理的自适应式液体微透镜已经在多个领域特别是生命科学中得到了应用，例如细胞分选、单细胞分析等等。当这类自适应式液体微镜用于与成像相关的研究时，其变焦速度、范围以及精确度成为衡量性能优劣的关键指标。

在早期，科学家通过更换微镜芯片的液体来调节折射率，从而实现变焦功能。这其中存在的主要问题是器件的响应速度较慢。后来科学家发展出基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)弹性高分子材料的微镜芯片。在这种芯片中，液体被灌入一个个由PDMS薄膜构成的微腔中以形成微镜。通过改变微镜单元的形状也就是曲率半径来实现变焦。但这种设计高度依赖外接压力源的稳定性，存在变焦不够精准、可控性不够好等问题。

黄岩谊研究组最新这篇文章利用PDMS，通过多层软光刻技术研制出一种新型的、具有大变焦比和焦距高精确度可调的液体复合微透镜集成芯片。该微透镜结构包含三个联动的微镜单元，里面可以根据需求填充合适的光学介质。在控制层阀门的数字式调控下，各个微镜单元产生可调控的形变，一组尺寸700微米的微镜的焦距可以在数厘米至数百微米之间精确变换，实现可控的大变焦比和显微成像。

相比以前报道的各类光学芯片，这种新型复合微镜具有几个方面的优势，包括高度自动化、大变焦比（7x）、更广的可调视角（15～80度）、大的应用范围（从毫米以下级到厘米级）、大数值孔径（最大可达0.44）、以及更小的镜头尺寸（直径数百微米）以及更短的响应时间（约100毫秒）。

（生物通：万纹）

推荐文章原文：

Optofluidics: Tunable microlenses

Optofluidic microlenses of tunable focal length would aid applications in photolithography, optical imaging and on-chip cell sorting and detection. Current techniques for tuning microlenses, through the use of an electric field or electrowetting, for example, often cause optical aberrations, liquid evaporation, slow response times and narrow tuning ranges.

作者简介：

黄岩谊
研究员
研究组主页：http://gene.pku.edu.cn
理学博士，北京大学，2002，化学
理学学士，北京大学，1997，化学

工作经历
2002-2005，美国加州理工学院应用物理系，博士后
2005-2006，美国斯坦福大学生物工程系，博士后
2006-现在，北京大学工学院，特聘研究员
2007-现在，北京大学化学与分子工程学院，兼职研究员
2010-现在，北京大学BIOPIC，研究员

主要研究方向
黄岩谊实验室的研究兴趣在于利用非标记显微成像技术和微流控技术来精确定量地描述生命活动中的一些细节过程。生命科学的发展，需要对许多过程的细节进行进一步的阐述。随着现代物理学、化学、信息科学和工程技术的发展，许多原先无法或者很难进行精确定量化研究的生命科学问题逐渐成为可能。通过相干拉曼散射显微技术，我们可以对活细胞甚至动物活体的生命过程无需进行传统的染色标记而进行观察，更重要的是，这一观察是具有特定化学结构特异性的。通过非标记技术，我们正在开展针对癌症、感染性疾病、遗传疾病和心血管疾病的定量化动态显微成像研究。由于单细胞研究以及细胞培养的微环境精密控制的需要，我们利用微流控技术进行集成化的细胞培养并进行实时的监测，通过高通量的观察与高性能计算研究细胞运动和细胞间的通讯。

获奖及荣誉
2010，第十二届霍英东青年教师基金
2009，北京大学青年教师教学演示竞赛，一等奖
2008，国家教育部新世纪优秀人才
2004，全国优秀博士学位论文
2003，国家自然科学二等奖
2001，北京大学学生五四奖章
2000，中国大学生五四奖学金