ノースウェスタン大学 DLP 3D プリントレンズ、iPhone が病気検出顕微鏡に変身

2018年3月29日、Antarctic Bearは、米国ノースウェスタン大学の研究者がミリメートル規模の画像レンズを3Dプリントする新しい方法を発見したことを知りました。この技術は、コンタクトレンズをカスタマイズしたり、iPhoneを病気を検出する顕微鏡に変えたりするために使用できる可能性がある。

3D プリント技術を使用してレンズを製造するには多くの困難があります。たとえば、層間にずれがあると、レンズ全体が台無しになってしまいます。したがって、他の方法を使用する方が実用的であると思われます。

ノースウェスタン大学のエンジニアが最近、独自のレンズを 3D プリントしようとしたとき、次のような問題に遭遇しました。光硬化樹脂で作られたレンズの湾曲した層により、目に見える層の線が生成され、どのような種類の画像アプリケーションにもまったく適さないのです。

「表面の粗さは層の蓄積によって生じることが分かりました」とノースウェスタン大学の機械工学准教授チェン・サン氏は言う。「層の厚さは通常5ミクロンですが、可視光の波長は約0.5ミクロンで、これが表面の粗さを生み出します。」

もちろん、この結果は予想されていたので、研究者たちはレンズを3Dプリントする他の方法を考えました。長い研究期間を経て、彼らは積層と研磨の 2 段階のプロセスを試すことにしました。DLP 樹脂 3D プリンター自体で完璧に滑らかな表面を生成できないのであれば、補助的な手段でプロセスを補完するのはどうでしょうか。

「まず、ステップ間の遷移をより多くするために、グレースケール画像を使用しました」とサン氏は語った。「その後、同じ光硬化性樹脂で表面をコーティングし、表面をさらに滑らかにするメニスカスを形成しました。」

100 回以上の試行を経て、研究者たちはついに目標を達成しました。それは、イメージング用途に適した滑らかな表面 (表面粗さ 7 ナノメートル未満) を持つ 3D プリントされた透明レンズです。

しかし、3D プリント研究の面白いところは、ノースウェスタン大学が機能的なレンズを 3D プリントできたということだけではありません。ドイツのリソグラフィー専門企業 Nanoscribe や中国の Shenzhen Mofang Materials などの他のチームもすでにある程度の成功を収めています。ユニークな成果は、研究者がこれらのレンズを製造する絶対的な速度を向上させることができたことです。

「レンズを作りたい場合、2時間で作りたいですか、それとも2週間で作りたいですか？」と研究の主執筆者であるXiangfan Chen氏は尋ねた。「私たちはこの撮影にとても興奮しています。」

3D プリントされたレンズを研磨する用途は数多くあります。サン氏は、光学や生物医学画像処理の分野の多くのデバイスがこのレンズの恩恵を受ける可能性があると述べ、研究者らは現在、より大規模な3Dプリントレンズの製造を計画している。

しかし、これらの樹脂レンズの最も興味深い将来の用途の 1 つは、医療分野かもしれません。研究者たちは、急速に製造されたレンズが最終的には内視鏡や光学顕微鏡に使用され、がんなどの病気の検出に役立つ可能性があると考えている。

これらのレンズは、医療専門家が未開拓の領域で診断画像に使用することもできます。一方、角膜疾患である円錐角膜の影響を抑えるためのカスタムコンタクトレンズとしても使用できます。

「これまでは、レンズを磨くという時間とコストのかかるプロセスに大きく依存していました」とサン氏は言う。「3Dプリントにより、レンズを自由に設計し、素早くカスタマイズできるようになりました。」

研究成果がAdvanced Materials誌に掲載されました：「表面粗さ7nm以下のミリサイズのカスタマイズされた非球面撮像レンズの高速3Dプリント」

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201705683

出典: 3ders

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