生物相容的高性能柔性光学薄膜

近年来,微纳薄膜式的光电子材料和器件的开发,催生了植入式光电系统在生物医疗领域的应用。植入式光电器件能够将光子能量传递到深层生物组织,或直接对深层生物组织的光信号进行探测,这对开发新型的生物医疗技术具有重要意义。作为重要的光学元件之一,具有波长选择性的光学薄膜在植入式光电系统中有着不可替代的作用,其在生物荧光探测、荧光成像、生物化学传感等领域具有巨大的应用前景。然而,传统的滤光薄膜都是生长在较厚的硬质衬底上(如玻璃、硅片等),虽然具有很好的光学特性,但是硬质的块状衬底限制了它们在植入式光电系统中的应用。也有报道称将滤光结构直接生长在柔性基底上,或是通过将染料分子直接结合到有机聚合物薄膜中而形成柔性滤光薄膜,然而,由于不能使用高温蒸镀等生长方式,这种柔性滤光薄膜的光学性能并不理想,很难满足植入式光学系统对滤光薄膜性能的需求。

近期,清华大学盛兴课题组将牺牲层剥离和转移印刷技术相结合,利用离子束辅助沉积方法生长多层二氧化硅(SiO2)和二氧化钛(TiO2)光学结构,成功制备出高质量的柔性滤光薄膜,在光学性能测试中,该柔性光学薄膜展现了很高的滤光性能,在可见光区,通带的透射率大于90%,截止区的光密度值(O.D.)大于6,其光学性能可以与玻璃基底上的传统滤光片相比拟。这种柔性滤光薄膜被分别与薄膜InGaN基LED和GaAs基光电探测器进行集成,利用薄膜对截止波长的高反射率,大幅提升微型LED的发光强度,并利用带通滤光薄膜的选择透过特性,实现对光电探测器响应谱线的调制。本论文开发的柔性滤光薄膜制备工艺,可以按照需求自由设计薄膜的光学特性(长波通,短波通,带通),灵活性强,能够适应各种光学系统的需求。该课题组还对柔性滤光薄膜的生物相容性进行了研究,体外细胞毒性测试和动物体内的相容性测试结果均显示该薄膜具有很好的生物相容性,满足其在生物医疗领域应用的要求。该柔性滤光薄膜为开发先进的生物光电子系统开辟了道路,在生物医疗领域有广泛的潜在应用。

相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201800146)上。