Mikrofabrikation von implantierbaren Optiken, die in ein mikrostrukturiertes Bildgebungsfenster integriert sind, für fortschrittliche In-vivo-Bildgebung

Wir werden die Erforschung biologischer Prozesse in lebenden Tieren durch die Echtzeit-Visualisierung ermöglichen, indem wir einen miniaturisierten Chip implantieren, der durch 3D-Laserdruck eines biokompatiblen Materials hergestellt wird.

Die größte Herausforderung besteht darin, die Fertigungsparameter wie Leistung und Geschwindigkeit unter Berücksichtigung unterschiedlicher Schreibbedingungen fein abzustimmen, während die Mikrostruktur auf beiden Oberflächen derselben Teilmenge mit Präzision und Konsistenz gewährleistet ist. Accurate result ist die Etablierung eines vielseitigen Protokolls für die Herstellung eines innovativen, implantierbaren, optischen Bildgebungswerkzeugs, das große Mikrolinsen direkt an die Zielregion der 3D-Mikrostruktur für verschiedene biologische Anwendungen koppelt.

Jetzt, da das Herstellungsprotokoll optimiert wurde, arbeiten wir an der Implantation und Demonstration der Bildgebungsfähigkeiten des Chips. Zum Beispiel für die in vivo Myomaterialprüfung.

[KI-Ausbilder] Schalten Sie zunächst die Femtosekunden-Nahinfrarot-Laserquelle ein. Richten Sie den Strahlengang des Laserstrahls durch eine Reihe von Optiken und Spiegeln aus, die auf kinematischen Spiegelhalterungen montiert sind, bis er das Mikroskopobjektiv erreicht. Drehen Sie die Spiegel iterativ, um den Strahl innerhalb der Nahinfrarotausrichtung zu zentrieren. Nadellöcher lenken den Laserstrahl senkrecht zum Probenhalter, indem er mithilfe der Rückreflexionszentrierung ausgerichtet wird. Um die Probe auf dem Probenhalter zu befestigen, befestigen Sie den doppelt abgelegten Glasabdeckschirm mit Klebeband auf dem Probenhalter, wobei der zweite abgelegte Tropfen nach unten zeigt. Montieren Sie dann den Probenhalter auf den Translationstischen, montieren Sie den Probenhalter manuell, montieren Sie dann das Mikroskopobjektiv mit großem Arbeitsabstand auf der speziellen Halterung am Ende des Strahlengangs, nahe der Probe, und zentrieren Sie die Probe mit dem Objektiv. Stellen Sie die Laserleistung auf den minimalen Wert von etwa fünf Milliwatt ein, der ausreicht, um die Strahlreflexion in der CCD-Kamerasoftware zu visualisieren. Fokussieren Sie den Laserstrahl auf die Oberseite des ersten Resisttropfens. Folgen Sie dem gekrümmten Profil des Tropfens, um die Probenkanten entlang der x- und y-Richtung zu lokalisieren. Legen Sie mit der Software den Mittelpunkt des Tropfens als Referenz für den absoluten Nullpunkt fest. Fokussieren Sie den Laserstrahl auf die Grenzfläche zwischen der Oberseite des Glasdeckglases und der Basis des ersten Tropfen Fotolack in der Mitte der Probe. Legen Sie diese als Nullreferenz auf der Z-Achse fest. Bewegen Sie sich für einen 12-Millimeter-Deckglas um ca. 3,5 Millimeter in Richtung der negativen x-Achse an die Kantenposition, und fokussieren Sie sich auf dieselbe Schnittstelle. Legen Sie dies als Referenz für den absoluten Nullpunkt entlang der z-Richtung fest. Wiederholen Sie dies für die positive Richtung der x-Achse für etwa 3,5 Millimeter und fokussieren Sie sich auf dieselbe Schnittstelle. Kippen Sie dann die Probe, um Abweichungen in z-Richtung zwischen der negativen und der positiven x-Achse zu korrigieren. Führen Sie das gleiche Verfahren wie zuvor entlang der x-Achse für die y-Achse aus. Sobald Sie sowohl auf der x- als auch auf der y-Achse balanciert sind, kehren Sie in die zentrale Position zurück und fokussieren Sie sich auf die Grenzfläche zwischen dem Glas und dem Resist. Legen Sie den neuen Z-Wert des Fokus als Nullreferenz auf der Z-Achse fest. Schalten Sie das rote LED-Beleuchtungssystem ein, um den Polymerisationsprozess in Echtzeit zu überwachen. Bewegen Sie bei ausgeschaltetem Laser das Objektiv in z-Richtung unter den Glasabdeckschieber, um die zweite Grenzfläche zwischen der Unterseite des Glases und der Basis des unteren Resisttropfens zu lokalisieren. Erhöhen Sie die Laserleistung auf 100 Milliwatt, um die Zwei-Photonen-Polymerisation zu initiieren. Stimmen Sie die Fokusposition ab, indem Sie z erhöhen, bis eine einfache Referenzstruktur polymerisiert ist. Legen Sie diese anfängliche Fokusposition als Nullreferenz entlang der z-Achse fest. Stellen Sie die Polymerisationsleistungen zwischen 100 und 200 Milliwatt ein und führen Sie den Maschinencode als numerisches Computersteuerungsprogramm für die Translationsstufen aus, um die gewünschte dreidimensionale Struktur herzustellen. Bewegen Sie sich dann entlang der z-Achse, um zur ersten Grenzfläche zwischen der oberen Glasoberfläche und dem oberen Tropfen Fotolack zurückzukehren. Polymerisieren Sie eine einfache Referenzstruktur, um die Grenzfläche zu lokalisieren. Legen Sie die erste Polymerisationslinie als Nullreferenz entlang der z-Achse fest. Stellen Sie die Polymerisationsleistung zwischen 15 und 20 Milliwatt ein und führen Sie das Programm aus, das die Bewegungen des Translationstisches anleitet. Deaktivieren Sie bei ausgeschaltetem Laser die Translationsachsen x, y und z und entfernen Sie den Probenhalter aus dem Versuchsaufbau. Lösen Sie das Klebeband ab und lösen Sie die Probe vom Halter. Legen Sie nach der Probenentwicklung den Glasdeckglas auf einen Probenhalter, der an der Grundplatte aufgehängt ist, und legen Sie die Probe mit den Mikrolinsen nach unten. Positionieren Sie die Probe unter der UV-Quelle senkrecht zur Oberfläche des Glasdeckglases. Setzen Sie die Probe UV-Strahlung aus. Auf 300 Milliwatt für 120 Sekunden einstellen. Kippen Sie die UV-Quelle um plus- und minus 45 Grad in Bezug auf die normale Position der Probenebene und wiederholen Sie den Belichtungsvorgang. Platzieren Sie die Glasprobe in einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die Ausrichtung der REM-Kamera auf dem Halter. Wiederholen Sie den Aufnahmevorgang für beide Oberflächen des Glasdeckglases, um dreidimensionale REM-Bilder der Mikrogerüste und Mikrolinsen zu sammeln. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht die Polymerisation von 3D-Mikrostrukturen beider Oberflächen desselben Geräts, wodurch eine hervorragende Auflösung und Stabilität gewährleistet wird. Die In-vitro-Bildgebung zeigte ein erfolgreiches Wachstum von Zellen im Mikrogerüst, das durch die Mikrolinsen abgebildet wurde, was ein Beispiel für eine endgültige Anwendung des vorgeschlagenen Geräts darstellt.