تصنيع وتوصيف أشباح الأنسجة البصرية التي تتضمن حداتها

الهدف العام من عملية Phantom Fabrication هذه هو نمذجة مجرى الهواء الماوس داخل بوليمر مضبوط بصريا. نظرا لأن الهيكل الداخلي مطبوع ثلاثي الأبعاد ، يمكن تطبيق عملية التشكيل هذه على مجموعة متنوعة من التشريح الأخرى. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال بصريات الأنسجة مثل التشريح ثلاثي الأبعاد للصحة يمكن أن يؤثر على نقل الضوء في الأنسجة.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها قابلة للتخصيص لأي هيكل يمكن حله بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد. على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة كنموذج مادي لنقل الضوء في الرئة ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على أنظمة أخرى مثل الأنظمة القريبة أو النماذج ثلاثية الأبعاد ذات المواد المتعددة. ابدأ بتصنيع لوح بولي ديميثيل سيلوكسان أو PDMS للتلقي الانتقائي لتأكيد الخصائص البصرية.

باستخدام نسبة 10: 1 في وزن عامل معالجة راتنج PDMS ، صب راتنج PDMS وثاني أكسيد التيتانيوم والحبر الهندي وعامل معالجة PDMS في كوب الخلط بهذا الترتيب. سيسمح الخلط الشامل للمواد بمادة حداثية ذات خصائص امتصاص وتشتت داخلية. هذه الخطوة جزء لا يتجزأ من الخصائص البصرية القابلة للتكرار.

اخلطي المكونات في خلاط سريع لمدة 60 ثانية. إذا التصقت جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم بكوب الخلط ، امزجها يدويا لإزالة الجزيئات من قاعدة الكوب قبل الخلط في الخلاط لمدة 30 ثانية أخرى. بعد ذلك ، يسكب المزيج في أطباق روس أو بتري لعمل ألواح رقيقة من الخليط.

قم بإزالة الألواح لمدة 10 دقائق عن طريق وضعها في غرفة ضغط سلبي محكمة الإغلاق. ثم ضع الألواح في فرن محمى على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 30 إلى 60 دقيقة. بعد إخراج الألواح من الفرن وتركها تبرد ، قم بإزالة لوح البوليمر المبرد من الوعاء.

ثم قم بقص الحواف لترك لوح موحد مسطح. قم بقياس سمك البلاطة باستخدام العيارات. بعد ذلك ، قم بقياس نفاذية وانعكاس الألواح باستخدام كرة متكاملة.

قم بتشغيل مصدر الضوء ومقياس الطيف لإعداد المجال المتكامل. تحقق من محاذاة النظام للتأكد من أن شعاع موازاة صغير متمركز على منافذ الدخول والخروج من مجال التكامل. لمعايرة نظام المجال المتكامل ، قم بإيقاف تشغيل المصدر وقم بإغلاق منفذ الخروج من كرة التكامل.

سجل ثلاثة أطياف مظلمة. أعد تشغيل المصدر للحصول على مرجع الإرسال مع غطاء منفذ الخروج وفارغ منفذ المدخل. الآن سجل ثلاثة أطياف.

بعد ذلك ، احصل على قياسات مرجعية للانعكاس باستخدام معايير الانعكاس. ضع كل معيار في منفذ الخروج من الكرة. سجل ثلاثة أطياف لكل معيار انعكاس.

بعد ذلك ، قم بقياس نفاذية البلاطة مع الغطاء الموجود على منفذ الخروج. ضع البلاطة على منفذ دخول كرة التكامل لقياس الإرسال. سجل ثلاثة أطياف.

لقياس انعكاس البلاطة ، قم بإزالة غطاء منفذ الخروج وضع البلاطة على منفذ الخروج لقياس الانعكاس. سجل ثلاثة أطياف. تابع لتحديد الخصائص البصرية كما هو موضح في بروتوكول النص.

حدد مادة قابلة للذوبان للطباعة مثل كحول البولي فينيل أو البوليسترين عالي التأثير. وطباعة النموذج الصلب في هذه المادة القابلة للذوبان. عند اكتمال الطباعة ، قم بكسر أو إذابة أو تصنيع مادة الدعم من الجزء المطبوع.

ملف أو صنفرة أي كبيرة في الكمال. تلميع البخار مهم للتحكم في خشونة السطح. ستعطي الدقة المحورية للطابعة ثلاثية الأبعاد سطحا داخليا خشنا مما يتسبب في انعكاس منتشر من هذا السطح.

لتلميع الجزء المطبوع بالبخار ، قم أولا بحفر ثقب مع خلوص لسلك فولاذي رفيع أو نيتينول في قاعدة الجزء المطبوع أثناء تثبيته في ملزمة. بعد ذلك ، انشر سلك من الفولاذ المقاوم للصدأ أو النيتينول من خلال الفتحة. ثني نهايات السلك وربطها معا.

سيسمح ذلك للجزء بالانغماس الكامل في بخار الأسيتون داخل الدرق. ثم ضع السلك والجزء جانبا. العمل في غطاء الدخان لمنع استنشاق بخار الأسيتون ، املأ كوبا كبيرا مليئا بنسبة 10٪ تقريبا بالأسيتون وضعه على طبق ساخن.

ثم سخنيها إلى 100 درجة مئوية. عندما يصل تكثيف بخار الأسيتون إلى منتصف الطريق تقريبا إلى أعلى جدار الدورق ، قم بتسليم السلك الحلقي مع مجرى الهواء المحدد على سلك ثان وتعليقه في بخار الأسيتون لمدة 15 إلى 30 ثانية. تأكد من أن الأجزاء المطبوعة لا تلمس جدران الدورق أو بعضها البعض.

قم بإزالة الجزء المطبوع وتعليقه فوق الدورق أو الحاوية الفارغة. اترك الجزء يجف لمدة 4 ساعات على الأقل. صب 9.1 جم من راتنج PDMS في كوب خلط بلاستيكي.

أضف 20 ملغ من ثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل متبوعا ب 35 لترا صغيرا من الحبر الهندي. أخيرا أضف 0.91 جم من عامل المعالجة إلى الجزء العلوي من الخليط. صب خليط البوليمر النهائي في القالب المقاوم للحرارة.

ثم صب كمية صغيرة من الخليط في وعاء منفصل لإنشاء لوح بوليمر لتأكيد الخصائص البصرية للمواد. ضع قالب مجرى الهواء المحدد في البلاطة المنفصلة في وعاء الجرس لتفريغ الغازات. ابدأ عملية التفريغ.

إذا بدأ البوليمر الموجود في قالب مجرى الهواء المحدد في الارتفاع ، دع الهواء يعود إلى جرة الجرس لتفجير فقاعات السطح. ثم ابدأ في سحب الهواء مرة أخرى. كرر هذه العملية حتى لا يرتفع البوليمر بشكل كبير.

سيستغرق ذلك ما بين 5 إلى 10 دقائق اعتمادا على كمية الهواء المحبوسة عند صب الخليط في القالب. بمجرد أن لا يرتفع PDMS ، استمر في التفريغ لمدة 15 دقيقة أخرى. بعد التفريغ ، اترك الهواء ببطء في الغرفة.

قم بإزالة كل من شبح مجرى الهواء المميز وبلاطة البوليمر وضعها في فرن مستو على حرارة 80 درجة مئوية لمدة ساعتين. أخرجي الفانتوم والبلاطة من الفرن واتركيها تبرد لمدة 20 دقيقة. ثم قم بتفكيك قالب البوليمر بالمشرط دون قطع البوليمر المعالج.

قم بالتقاط نصف لوحة القاعدة من قاعدة مجرى الهواء المحددة. بعد ذلك ، ضع الشبح في حمام قاعدة هيدروكسيد الصوديوم الساخن حتى يذوب الجزء الداخلي تماما. وقد يساعد الشبح المشار إليه بصريا في تحديد وقت الذوبان للمكون الداخلي.

بمجرد إذابة الهيكل الداخلي ، أخرج الشبح من الحمام واتركه يجف تماما قبل إجراء أي قياسات بصرية. بعد التحقق من الهندسة الوهمية كما هو موضح في بروتوكول النص ، تحقق من الخصائص البصرية للشبح باستخدام لوح البوليمر وكرة التكامل. يتم عرض النتائج التمثيلية للتصوير الوهمي والتحقق من الهيكل الداخلي لشبح الرئة ثلاثي الأبعاد.

الإضاءة الداخلية مع الضوء الأخضر لشبح تم تطهيره بصريا الانعكاس المنتشر من السطح الداخلي عندما لم يكن الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد مصقوعا بالبخار. على العكس من ذلك ، فإن الشبح المصنوع من هيكل داخلي مصقول بالبخار له حد أدنى من الانعكاس المنتشر على السطح الداخلي. تظهر الأشباح المضاءة داخليا بالضوء الأخضر والمصورة باكتشاف خارجي سطحا مختلفا من الإشراق عند استخدام تركيزات مختلفة من الجسيمات البصرية.

يظهر الشبح الناتج في هذا الفيديو إشراق سطحي منتشر مكانيا. ومع ذلك ، فإن الشبح الذي له نفس الهيكل الداخلي ولكن تركيزات مختلفة من ثاني أكسيد التيتانيوم والحبر الهندي له امتصاص أعلى بكثير وملف تعريف إشراق مختلف كما يتم امتصاصه على السطح. نظرا لأن هذا الشبح يحتوي على ثاني أكسيد التيتانيوم والحبر الهندي ، فهو معتم بصريا ، وبالتالي يتم عرض التحقق من الهيكل الداخلي باستخدام التصوير المقطعي بالكمبيوتر الصغير.

بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في غضون يومين إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع الأشباح البصرية بهيكل مطبوع ثلاثي الأبعاد. تستخدم تقنية التصنيع الوهمي هذه لاستكشاف نقل الضوء في رئة الفأر لتحسين أنظمة تصوير استشعار البكتيريا.