Nanoscribe 3D打印技术实现最小尺寸高精度微型血管内窥镜研发

据《ZG心血管病报告2018》显示，我国心血管病患病率及死亡率仍处于上升阶段，现患病人数高达2.9亿，也就是说，我们身边每5个人中就有1位是心血管病患者。据世界卫生组织统计，到2020年，ZG每年因心血管疾病死亡的人数将可能达到400万。

斯图加特大学和阿德莱德大学的研究人员联手澳大利亚医学研究ZX，通过使用Nanoscribe公司的双光子微纳3D打印设备，合作研发了世界上最小的3D打印微型内窥镜。该内窥镜所用到的微光学器件宽度仅有125微米，可以用于直径小于半毫米的血管内进行内窥镜检查。微型内窥镜可以帮助检测人体动脉内的斑块、血栓和胆固醇晶体，因此对于医学检测极其重要，可以有助于减少中风和心脏病发作的风险。

该成果以“Ultrathin monolithic 3D printed optical coherence tomography endoscopy for preclinical and clinical use”为题，被发表在2020年近期国际光学期刊Light: Science & Applications上。 Light作为Nature子刊可以说是国内出版的SCI影响因子极高的期刊了。

临床前和临床诊断越来越依赖于通过内窥镜对内脏器官进行高分辨率可视化，例如常规的结肠镜或胃镜检查。内窥镜探头的微型化对于小管腔或脆弱器官的无损成像非常必要。不过，目前的制造方法限制了高度微型化探头的成像性能，阻碍了它们的广泛应用。为了克服这一局限，研究人员开发了这种新颖的超薄探头制造技术，利用Nanoscribe公司的双光子微纳3D打印技术开发出了最小的血管内窥镜，能够安全插入直径仅有几百微米血管内。这项十分具有挑战的技术关键在于在光纤顶部制作具备精巧、自由曲面和强大功能特点的光学器件，以从血管内部获取高质量图像。而Nanoscribe公司的高分辨路双光子3D打印设备转为从亚微米及到毫米级尺寸的ZJ挑战性的微纳加工制造而量身设计。

为了实现这款微光学器件的设计，斯图加特大学的国际科研团队运用Nanoscribe双光子微纳打印设备，联合阿德莱德大学，阿德莱德医院，阿德莱德SAHMRI研究所以及墨尔本莫纳什心血管研究ZX仪器，共同研发了这款微光学系统，实现了世界上最小的内窥镜。研究人员开发的这款成像设备如此之小，以至于能够对老鼠的血管内部进行扫描成像。这款运用Nanoscribe微纳加工技术的超薄内窥镜拓宽了人类医学领域应用，将帮助科学家更好地了解心脏病发作和疾病进展的原因，以及随后的ZL和预防方法。

3D微纳加工技术应用于光纤JD自由曲面微光学器件制造

Nanoscribe基于双光子聚合技术的3D打印设备制造精度极高，几乎可以满足任何形状物件的3D打印，并达到光学质量表面要求。无论结构的简单还是复杂，自动化3D打印工艺均可做到所需物件的一步加工成型，做到所见即所得。

在光学设计中，传统上需要权衡高分辨率，从而导致光束发散迅速，聚焦深度较小，而分辨率差，无法实现较大的聚焦深度。而在光学相干断层扫描成像（OCT）中，包含着内窥镜和血管内探针的导管鞘相当于负柱面透镜，引起散光，增加微型探针的横向分辨率的衰减。因此非色差的矫正对于在聚焦深度上获得尽可能好的分辨率至关重要。科学家们新研发的微型内窥镜利用Nanoscribe的双光子聚合微纳3D打印技术，将125微米直径的微光学器件直接打印在光纤上，构建了一款功能齐全的超薄像差校正光学相干断层扫描探头，很好得克服了这个困难。这是迄今有报道的尺寸最小的自由曲面3D成像探头，包括导管鞘在内的直径仅为0.457 mm。

通过超薄OCT系统检测板块和胆固醇晶体

心脏病的一个主要成因是斑块，由脂肪、胆固醇和其它堆积在血管壁上的物质形成。科学家们在实验中运用微型微光学OCT内窥镜检测人体颈动脉中和小鼠主动脉中的板块和胆固醇晶体，可以更好的探索新的ZL方法。此技术在精确评判病人病情、辅助介入ZL及活体病理研究等诸多领域有广阔的应用前景。

（图示切片组织的染色显微镜高清图像可以很好证实微型探针的使用效果。）

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