综述：MEMS微镜开启生物医学设备的新时代
2026-06-27 22:12:41   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

过去三十年来，MEMS微镜已从一种小众的微光机电器件，演变为先进光子系统的基础性支撑技术。MEMS微镜最初主要应用于数字投影、光通信、激光打印以及激光雷达（LiDAR）等领域。随着微纳制造工艺、光机电集成以及驱动技术不断进步，MEMS微镜的尺寸不断缩小、扫描性能持续提升、系统可靠性显著增强，其应用边界也不断向生命科学和医学领域拓展。如今，MEMS微镜已不再只是一个简单的光束操控器件，正逐渐发展成为下一代生物医学成像与诊疗平台的重要基础单元。

与此同时，疾病早期诊断、微创治疗和精准医疗等临床需求正不断推动生物医学光学系统升级。新一代医学成像设备不仅需要更高的空间分辨率、更快的成像速度和更深的组织穿透能力，还需要实现设备小型化、便携化以及低成本制造。然而，传统的机械振镜由于体积较大、机械惯量高、系统集成能力有限，越来越难以满足现代医疗设备的发展需求。在此背景下，兼具半导体制造优势、小尺寸、低功耗以及高速扫描能力的MEMS微镜，逐渐成为推动新一代智能生物医学仪器发展的关键技术之一。

据麦姆斯咨询介绍，为了全面梳理这一快速发展的研究领域，西湖大学研究团队近期对MEMS微镜在生物医学领域的发展进行了系统总结，全面回顾了MEMS微镜三十余年的技术演进历程，比较了不同驱动架构和器件设计的特点，深入分析了其在生物医学中的典型应用，并进一步探讨了未来实现临床转化仍需突破的关键工程挑战。相关研究成果已经以“Beyond reflection: Advancements and applications of MEMS mirrors in biomedical devices”为题发表于International Journal of Optomechatronics期刊。

伴随着应用领域不断拓展，MEMS微镜技术本身也呈现出多元化发展趋势，不同驱动机制、器件架构以及系统集成方案不断涌现，使MEMS微镜逐步应用于光学相干断层扫描成像（OCT）、光声成像、共聚焦内窥镜、多光子内窥镜成像以及光遗传学等多个前沿方向。随着这一领域日趋成熟，系统梳理不同技术路线的发展现状、优势局限以及未来趋势，不仅具有重要学术价值，也能为产业创新提供重要参考。

MEMS微镜驱动技术

本综述系统比较了当前主流的四类MEMS微镜驱动技术，即静电驱动、电热驱动、电磁驱动和压电驱动。文章并不是简单评价哪一种技术“最好”，而是指出，不同驱动方式在扫描角度、响应速度、驱动电压、功耗水平、制造复杂度以及长期可靠性等方面各具特点，因而适用于不同的生物医学场景。对于MEMS微镜而言，驱动方式的选择本质上是系统性能需求与工程实现之间的综合权衡。

图1 MEMS微镜驱动技术分类

例如，静电驱动MEMS微镜具有响应速度快、功耗低等特点，非常适用于OCT和共聚焦显微成像等高速扫描应用；电热驱动MEMS微镜能够以较低驱动电压实现较大的扫描角度，因此广泛应用于便携式医学成像设备；电磁驱动MEMS微镜具有较大的镜面尺寸和优异的扫描线性度，在光声成像等应用中优势明显；压电驱动MEMS微镜则兼具高定位精度和优异动态响应性能，能够满足高端光学成像及神经调控系统的需求。这四条驱动技术路线共同构建了当前MEMS微镜发展的完整技术体系，也为不同医学应用提供了丰富的器件设计选择。

MEMS微镜在生物医学领域的典型应用

在众多生物医学应用中，光学相干断层扫描成像（OCT）已成为MEMS微镜最成熟、产业化程度最高的应用方向。借助MEMS微镜替代传统的机械振镜，研究人员开发出一系列兼具高速扫描、高空间分辨率和灵活光束控制能力的微型OCT探头，使原本依赖大型光学平台的OCT系统逐步发展成为手持式设备、导管探头以及内窥镜成像系统，并广泛应用于眼科、皮肤科、心血管疾病、消化道疾病诊断以及术中导航等多个临床领域。MEMS微镜不仅实现了设备的小型化，更推动了OCT系统整体架构的重构，为高性能光学成像进入基层医疗和移动医疗创造了条件。

图2 基于MEMS微镜的手持式OCT探头

光声成像则是MEMS微镜近年来快速发展的另一重要方向。作为融合光学激发与超声探测的新型成像技术，光声成像兼具高光学对比度和较大组织穿透深度。该综述介绍了电热驱动和电磁驱动MEMS微镜在便携式光声探头、可穿戴脑成像系统以及水下扫描模块中的最新应用。与此同时，谐振扫描结构优化、扫描轨迹控制以及驱动器设计的持续创新，进一步提升了系统的扫描速度、成像视场和图像质量。

图3 采用防水MEMS微镜的光声成像系统

MEMS微镜同样正在推动医学内窥镜技术迈向新的发展阶段。传统的共聚焦显微镜由于体积庞大、光学系统复杂，长期局限于实验室环境。而通过将MEMS扫描器集成到直径仅数毫米的探头中，研究人员已经实现了胃肠道等人体内部组织的实时细胞级成像。双轴扫描架构、侧视式光学设计、电容位置反馈以及三轴一体化MEMS微镜等创新技术，不断提升系统稳定性、视场范围和三维成像能力，使“光学活检”逐渐具备临床推广应用的基础。

图4 基于MEMS微镜的双轴共聚焦显微内窥镜

另一方面，尽管在扫描速度和探针小型化方面仍存在一定局限，但基于MEMS微镜的双光子显微镜系统在实时、高分辨率三维成像方面展现出巨大潜力，尤其在神经科学和临床诊断应用中前景广阔。

图5 基于MEMS微镜的多光子内窥镜

除了医学成像之外，MEMS微镜还正逐步拓展至光遗传学、神经接口以及精准治疗等前沿领域。与主要承担空间光调制功能的数字微镜器件（DMD）不同，MEMS扫描微镜能够在微型探头内部实现高精度光束扫描与动态聚焦控制，为神经回路精准刺激、三维神经调控以及组织靶向治疗提供新的技术方案。随着脑科学和生物电子医学的发展，基于MEMS微镜的新型光学接口有望成为脑机接口和个性化治疗的重要支撑技术。

文献计量分析

研究团队基于Web of Science数据库开展了文献计量分析，通过透明的筛选方法和数据集，梳理了1992至2025年生物医学设备领域MEMS微镜相关论文的研究发展脉络与核心贡献者，收录了来自学术领域99种期刊、书籍及会议系列的333篇文献。整体而言，该数据集呈现出每年6.07%的稳健增长率，文献的平均年限为10.2年，表明该研究主题的受关注程度正随时间不断提升。文献计量分析表明，该研究方向聚焦于MEMS微镜在生物医学应用中的发展，充满活力、不断拓展，具有高度的合作性与国际参与度。

图6 1992至2025年生物医学设备领域MEMS微镜相关论文的年度产出

图7 生物医学设备领域MEMS微镜相关论文的通讯作者所属国家分析（红色为多国合作发表，青绿色为一国独立发表）

结论与展望

本综述展示了MEMS微镜领域的最新进展，重点阐述了MEMS微镜在生物医学领域开发与应用中的当前趋势及新兴机遇，以期为相关领域的持续研究提供支持，并推动跨学科创新。

从产业发展角度来看，MEMS微镜正在由单一光束操控器件逐渐演变为下一代智能医疗系统的重要基础平台。未来，MEMS微镜将与硅光子、VCSEL激光器、CMOS图像传感器、光纤器件、人工智能（AI）图像处理以及先进半导体封装技术深度融合，共同推动高性能医学成像设备向微型化、智能化方向发展。随着微创医疗、精准诊疗、实时监测以及居家医疗需求的持续增长，MEMS微镜有望成为未来医疗器械的重要底层技术，而不仅仅是一种光学操控元件。

在总结现有研究成果的同时，本综述也指出了MEMS微镜实现大规模临床应用仍需突破的一系列关键工程问题，包括如何在保持高谐振频率的同时进一步扩大扫描角度、提升器件长期可靠性和封装稳定性、满足医疗器械对生物兼容性及灭菌工艺的要求，以及降低扫描畸变并实现闭环位置控制等。这些问题不仅涉及MEMS器件本身，更需要微纳制造、光学工程、电子技术、生物医学工程及临床医学等多学科协同创新。

展望未来，MEMS微镜技术的发展不仅意味着医学成像性能的持续提升，更将推动生物医学光学系统设计理念和产业生态的深刻变革。作为连接半导体制造、先进光子技术与临床医学的重要纽带，MEMS微镜正推动生物医学设备向更小型、更智能、更普及的方向发展。随着相关技术不断成熟，MEMS微镜将在精准诊断、影像引导治疗以及个性化医疗中发挥更加重要的作用，推动先进光学医疗技术真正走出实验室、走向临床、服务更多患者。

论文链接：https://doi.org/10.1080/15599612.2026.2640753

延伸阅读：

《光学MEMS产业现状-2026版》

《光学MEMS器件对比分析-2026版》

《硅光子和集成光路（PIC）技术及市场-2026版》

《面向数据通信与电信的光收发器产业现状-2026版》

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