[发明专利]一种基于飞秒激光制备的表面具有超滑性质的复眼结构

说明书

本发明涉及一种基于飞秒激光制备的表面具有超滑性质的复眼结构，属于激光应用技术领域。该复眼结构的加工方法是通过在具有凹球面形的玻璃表面采用飞秒激光逐点扫描形成微坑缺陷阵列，之后采用氢氟酸(HF)溶液刻蚀玻璃样品得到具有微凹透镜阵列的玻璃样品，之后再次利用飞秒激光在样品上加工出多孔的微纳复合结构表面，以该表面为模板，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对其形状进行复刻得到表面具有多孔微纳复合结构的复眼结构，并在微纳复合结构表面上灌注硅油，实现表面具有超滑性质的复眼结构。该复眼结构的加工方法效率高，无需精确控制材料的去除量，为临床内窥镜手术提供了一种简单高效、耐久性好、适用范围广的方案。

技术领域

本发明涉及一种基于飞秒激光制备的表面具有超滑性质的复眼结构，属于激光应用技术领域。

背景技术

内窥镜在医学领域具有广泛的应用，清晰的视野对于内镜手术的安全性和效率至关重要，因此维持内窥镜在体内的清晰成像具有重要的临床应用价值。内窥镜视野受损一般有三个原因：表面凝结液体、血液或组织液污染、外科设备划伤表面。由于外界温度通常低于体内温度且体内湿度较大，内窥镜进入体内时会瞬间成雾；与内窥镜镜头成雾相比，血液或组织液污染往往是突然的，但却并不少见，尤其是在能量器械切开组织或电凝止血过程中，组织、液体沸腾产生泡沫，飞溅到镜头上污染视野；内窥镜在应用过程中有时会配合外科设备一起使用，可能会发生碰撞的情况造成内窥镜表面被划伤，影响成像。目前最常用的解决办法有镜头表面活性剂法、组织擦拭法和镜头预热法。镜头表面活性剂法是在镜头表面喷涂表面活性剂，降低界面张力，减少水滴形成，从而起到防雾的作用，但该方法的表面活性剂易被擦除，在长时间使用时需二次补充；组织擦拭法是内窥镜在使用过程中成像受损后直接在体内大网膜表面擦拭，不必将内窥镜取出体外，但这些组织表面必须无血或其他渗液，否则会适得其反，因此该方法最开始效果较好，但手术中期效果欠佳；镜头预热法是将内窥镜放入热生理盐水中浸泡预热，缩小镜头表面与周围环境的温度差，从而起到防雾的效果，但该方法使用超过半小时后需要重复处理镜头，并且该方法准备时间较长，热生理盐水撒出污染、烫伤等等意外也时有发生。

以往的内窥镜主要以二维平面成像为主，但二维内窥镜限制了深度感知，而深度感知被广泛认为是手术中准确有效运动的重要参数。最近几年，一种新的3D内镜技术被引入，该技术在内窥镜远端的单个视频芯片前使用透镜阵列来生成手术视野的立体视图，被称为人工复眼技术，该技术振兴了3D内窥镜手术领域。人工复眼结构的灵感来源于自然界的昆虫，如蜻蜓、蜜蜂、果蝇等，相比于单眼，复眼具有体积小、景深大、对运动物体敏感性高等优点，广泛应用于机器人视觉、三维成像、目标跟踪、导航、监测、医学等领域。人工复眼结构的加工方法主要分为在平面上加工后转移或弯曲，以及直接在曲面上加工两大类，前者在将平面微透镜阵列变形为三维曲面几何的转移或弯曲过程中，由于微透镜阵列不同部位的应变力分布不均匀，不可避免地会导致单个透镜的变形，这将严重降低器件的性能；后者受限于加工精度的限制，特别在加工灵活的三维曲面结构时需要更复杂的工艺过程。飞秒激光由于能够突破衍射极限进行加工，并且加工灵活，可设计性强，能够很大程度上解决上述问题。通常飞秒激光扫描辅助化学刻蚀方法加工复眼结构先在具有曲面的硬质材料如玻璃、蓝宝石等表面产生表面缺陷，再辅以化学刻蚀进行处理，一方面加快了腐蚀速率，另一方面也使缺陷面更加光滑，腐蚀后的微透镜表面均匀、光滑，成像质量高。但是传统的飞秒激光扫描辅助化学刻蚀方法加工的传统复眼结构表面容易被雾化、易被液体污染、划伤后不可修复，因此严重限制了其在实际中的应用。

发明内容