CN113311517B - 一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法，包括如下步骤：步骤S1：将果蝇标本灭菌后，分离出果蝇的眼睛，干燥后备用；步骤S2：将果蝇眼睛凸面的结构转移到PDMS凹模中；步骤S3：向PDMS凹模中倒入第二PDMS液体，烘烤固化，脱模后得到具有自然结构的仿生复眼。本发明直接利用果蝇的眼睛进行复刻，开发了基于自然昆虫眼的模板制造技术，为复眼提供了理想的透镜配置和低粗糙度的几何剖面，实现了低畸变的高质量成像。

Description

一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法
技术领域
本发明属于仿生复眼技术领域，特别涉及一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法。
背景技术
我们观察到在传统的成像装置中，采用了模仿哺乳动物眼睛的单孔径原理来设计光学成像系统。但是由于成像原理和衍射极限等因素导致成像设备体积较大。而自然昆虫复合眼具有一些优势，包括更大的视野(FOV)，以及高灵敏度的时间和空间检测。这些显著的优势使昆虫对沿不同方向移动目标非常敏感。这种自然成像系统引起了人们的极大关注。然而曲面复眼成像系统的结构设计以及曲面微透镜阵列的处理技术是一大难题。在模仿昆虫眼结构和功能方面我们进行了很多努力，例如使用飞秒激光制造、基于光刻的方法或蚀刻辅助激光加工方法，以获得具有良好的成像性能的均匀排列的固态微透镜。还有的使用超精密金刚石加工工艺，分别在弯曲和平坦的表面上制成了微棱镜和眼球阵列。通过改变掩模的形状，使用静电变形方法来制造具有不同结构的眼孔阵列。然而这些不同类型的弯曲复眼制备方法都具有诸如昂贵的加工设备和复杂的制备方法等缺点。尽管可以通过这些方法来制造昆虫复眼的仿生结构，但是这些技术需要昂贵的设备，并且需要较长的处理时间和复杂的制造过程。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将果蝇标本灭菌后，分离出果蝇的眼睛，干燥后备用；
步骤S2：将果蝇眼睛凸面的结构转移到PDMS凹模中；
步骤S3：向PDMS凹模中倒入第二PDMS液体，烘烤固化，脱模后得到具有自然结构的仿生复眼。
进一步，步骤S1中，干燥温度为65℃，干燥时间为5min。
进一步，步骤S2，包括如下过程：
过程S2-1：将洁净干燥的有孔玻片和玻璃基板相叠合，玻璃基板从下侧封住有孔玻片的孔，形成成模凹槽；
过程S2-2：将第一PDMS液体倒在成模凹槽中，平铺，得到凹模前驱液；
过程S2-3：将步骤S1中分离出的果蝇眼睛置于凹模前驱液表面，同时确保果蝇眼睛的凸面朝下地浸入凹模前驱液且果蝇眼睛的边缘高于凹模前驱液液面；
过程S2-4：烘烤固化、取下果蝇眼睛，得到PDMS凹模。
再进一步，过程S2-2中，第一PDMS液体由1质量份的交联剂和10质量份聚二甲基硅氧烷混合而成。
再进一步，过程S2-2中，成模凹槽中，第一PDMS液体的平铺厚度为1.5mm。
再进一步，过程S2-2中，平铺得到凹模前驱液后，将凹模前驱液在65℃条件下烘烤5min。
再进一步，过程S2-4中，烘烤温度为65℃，烘烤时间为40min。
再进一步，过程S2-4中，取下果蝇眼睛后，得到成模膜片，截取成模膜片上与果蝇眼睛凸面穹顶位置相对应的区域，得到PDMS凹模。截取成模膜片上复制了果蝇眼睛中心部分结构的区域，得到PDMS凹模，以确保仿生复眼结构排列均匀和曲率均匀。
进一步，步骤S3中，第二PDMS液体由1质量份的交联剂和8质量份聚二甲基硅氧烷混合而成。
进一步，步骤S3中，烘烤温度为65℃，烘烤时间为40min。
本发明的创新之处在于直接利用果蝇的眼睛进行复刻，因此开发了低成本和可重复利用的基于自然昆虫眼的模板制造技术，为复眼提供了理想的透镜配置和低粗糙度的几何剖面，实现了低畸变的高质量成像。在本发明中，所得的复眼具备了昆虫眼睛本身结构的特点，具有大视野范围。由于发明的操作工艺简单，因此不需要昂贵的设备和复杂的制作技术。
附图说明
图1为一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法制作方法流程示意图；
图2为本发明放大后的果蝇眼睛图像；
图3为本发明凹模的显微镜图像；
图4-1为本发明得到的具有自然结构的仿生复眼的扫描电镜图像；
图4-2为图4-1局部区域的放大图；
图5-1为本发明得到的具有自然结构的仿生复眼得成像图；
图5-2为图5-1局部区域的放大图；
其中，1-果蝇眼睛；2-成模膜片；3-PDMS凹模；4-具有自然结构的仿生复眼。
具体实施方式
实施例1
步骤S1：将果蝇标本用福尔马林灭菌后，固定，用镊子分离出果蝇的眼睛，在65℃下烘烤5min，保持干燥的表面以防止变形；
步骤S2：将果蝇眼睛凸面的结构转移到PDMS凹模中；步骤S2，包括如下过程：
过程S2-1：将洁净干燥的有孔玻片和玻璃基板相叠合，玻璃基板从下侧封住有孔玻片的孔，形成成模凹槽；
过程S2-2：以1：10的比例混合交联剂和液体聚二甲基硅氧烷混合制备第一PDMS液体，将第一PDMS液体倒在成模凹槽中，平铺，平铺厚度1.5mm，得到凹模前驱液，将凹模前驱液在65℃条件下烘烤5min；
过程S2-3：将步骤S1中分离出的果蝇眼睛置于凹模前驱液表面，同时确保果蝇眼睛的凸面朝下地浸入凹模前驱液且果蝇眼睛的边缘高于凹模前驱液液面；
过程S2-4：在65℃条件下，烘烤40min烘烤固化，之后取下果蝇眼睛，得到成模膜片，用规格直径为2mm的打孔器截取成模膜片上与果蝇眼睛凸面穹顶位置相对应的区域，得到PDMS凹模，果蝇眼睛凸面的结构转移到PDMS凹模中；
步骤S3：以1：8的比例混合交联剂和液体聚二甲基硅氧烷制备第二PDMS液体，向凹模中倒入第二PDMS液体，在65℃条件下，烘烤40min烘烤固化，脱模后得到具有自然结构的仿生复眼。
图1为一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法制作方法流程示意图，图2为本发明放大后的果蝇眼睛图像、图3为本发明PDMS凹模的显微镜图像、图4-1为本发明得到的具有自然结构的仿生复眼的扫描电镜图像，图4-2为图4-1中方框局部区域的放大图，可见本发明制得的仿生复眼很好地保留了果蝇眼睛的结构特点。
图5-1为本发明利用所制备的复眼的成像图，将本发明制得的仿生复眼放置在一个包含转换台、物镜(尼康)和CCD相机的显微镜系统中，在白光源和PDMS复眼之间放置一个透明的不对称字母“R”的掩膜，本仿生复眼在中央穹顶区域捕捉到字母“R”的虚拟图像，如图5-1所示，图5-2为图5-1中方框局部区域的放大图。结果表明，目标成像清晰，分辨率高，从眼尖到眼外逐渐散焦，这表明本仿生复眼阵列沿抛物线轮廓线的均匀排列。由此可见复眼在获得大视场的图像时表现良好，没有明显的图像失真。总的来说，本发明直接对昆虫眼睛进行复刻，具备昆虫眼睛结构的特点，在高质量的成像过程中，畸变小，模仿自然眼睛的结构是理想的。所得的复眼直接对物体进行成像，图像表明复眼满足大视场成像的要求，且所成的图像也没有明显的失真。证明本发明中所采用的具有自然结构的仿生复眼的制作方法是可行的，且操作简单，避免了昂贵的设备和复杂的工艺。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将果蝇标本灭菌后，分离出果蝇的眼睛，干燥后备用；
步骤S2：将果蝇眼睛凸面的结构转移到PDMS凹模中；
步骤S3：向PDMS凹模中倒入第二PDMS液体，烘烤固化，脱模后得到具有自然结构的仿生复眼。
2.根据权利要求1所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，步骤S1中，干燥温度为65℃，干燥时间为5min。
3.根据权利要求1所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，步骤S2，包括如下过程：
过程S2-1：将洁净干燥的有孔玻片和玻璃基板相叠合，玻璃基板从下侧封住有孔玻片的孔，形成成模凹槽；
过程S2-2：将第一PDMS液体倒在成模凹槽中，平铺，得到凹模前驱液；
过程S2-3：将步骤S1中分离出的果蝇眼睛置于凹模前驱液表面，同时确保果蝇眼睛的凸面朝下地浸入凹模前驱液且果蝇眼睛的边缘高于凹模前驱液液面；
过程S2-4：烘烤固化、取下果蝇眼睛，得到PDMS凹模。
4.根据权利要求3所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，过程S2-2中，第一PDMS液体由1质量份的交联剂和10质量份聚二甲基硅氧烷混合而成。
5.根据权利要求3所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，过程S2-2中，成模凹槽中，第一PDMS液体的平铺厚度为1.5mm。
6.根据权利要求3所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，过程S2-2中，平铺得到凹模前驱液后，将凹模前驱液在65℃条件下烘烤5min。
7.根据权利要求3所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，过程S2-4中，烘烤温度为65℃，烘烤时间为40min。
8.根据权利要求3所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，过程S2-4中，取下果蝇眼睛后，得到成模膜片，截取成模膜片上与果蝇眼睛凸面穹顶位置相对应的区域，得到PDMS凹模。
9.根据权利要求1所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，步骤S3中，第二PDMS液体由1质量份的交联剂和8质量份聚二甲基硅氧烷混合而成。
10.根据权利要求1所述的具有自然结构的仿生复眼的制作方法，其特征在于，步骤S3中，烘烤温度为65℃，烘烤时间为40min。
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