Microfabricación de ópticas implantables integradas en una ventana de imagen microestructurada para la obtención de imágenes in vivo avanzadas

Potenciaremos el estudio de procesos biológicos en animales vivos a través de la visualización en tiempo real, implantando un chip miniaturizado, fabricado mediante impresión láser 3D de un material biocompatible.

El principal desafío es ajustar los parámetros de fabricación, como la potencia y la velocidad, considerando diferentes condiciones de escritura, mientras tanto, la microestructura en ambas superficies del mismo subconjunto con precisión y consistencia. El resultado preciso es establecer un protocolo versátil para fabricar una herramienta de imagen óptica innovadora e implantable, acoplando directamente microlentes grandes a la región objetivo de la microestructura 3D para diversas aplicaciones biológicas.

Ahora que se ha optimizado el protocolo de fabricación, estamos trabajando en la implantación y demostración de las capacidades de imagen del chip. Por ejemplo, para pruebas de miomateriales in vivo.

[Instructor de IA] Para comenzar, encienda la fuente láser de infrarrojo cercano de femtosegundo. Alinee la trayectoria óptica del rayo láser hasta que llegue al objetivo del microscopio a través de una serie de ópticas y espejos montados en soportes de espejo cinemático. Gire iterativamente los espejos para centrar el haz dentro de la alineación del infrarrojo cercano. Los orificios dirigen el rayo láser perpendicularmente al portamuestras alineándolo mediante el centrado de reflexión posterior. Para montar la muestra en el portamuestras, use cinta adhesiva para fijar el deslizamiento de la cubierta de vidrio de doble caída en el portamuestras con la segunda gota depositada hacia abajo. A continuación, monte el portamuestras en las etapas de traslación, monte manualmente el portamuestras, luego monte el objetivo del microscopio de larga distancia de trabajo en el soporte dedicado al final de la trayectoria óptica, cerca de la muestra, y centre la muestra con el objetivo. Ajuste la potencia del láser al valor mínimo, aproximadamente cinco milivatios, suficiente para visualizar la reflexión del haz en el software de la cámara CCD. Enfoca el rayo láser en la superficie superior de la primera caída de resistencia. Siga el perfil curvo de la gota para ubicar los bordes de la muestra a lo largo de las direcciones x e y. Establezca el centro de la caída como una referencia de cero absoluto usando el software. Enfoque el rayo láser en la interfaz entre la superficie superior del cubreobjetos de vidrio y la base de la primera gota de fotorresistencia en el centro de la muestra. Establezca esto como referencia cero en el eje z. Muévase a la posición del borde en la dirección del eje x negativo durante aproximadamente 3,5 milímetros para obtener un cubreobjetos de 12 milímetros y concéntrese en la misma interfaz. Establezca esto como la referencia del cero absoluto a lo largo de la dirección z. Repita lo mismo para la dirección positiva del eje x durante aproximadamente 3,5 milímetros y concéntrese en la misma interfaz. Luego incline la muestra para corregir las desviaciones en la dirección z entre los ejes x negativo y positivo. Realice el mismo procedimiento que se demostró anteriormente a lo largo del eje x para el eje y. Una vez equilibrado en los ejes x e y, regrese a la posición central y concéntrese en la interfaz entre el vidrio y la resistencia. Establezca el nuevo valor z del foco como referencia cero en el eje z. Encienda el sistema de iluminación LED roja para el monitoreo en tiempo real del proceso de polimerización. Con el láser apagado, mueva el objetivo a lo largo de la dirección z debajo del cubreobjetos de vidrio para ubicar la segunda interfaz entre la superficie inferior del vidrio y la base de la gota inferior de resistencia. Aumente la potencia del láser a 100 milivatios para iniciar la polimerización de dos fotones. Ajuste la posición focal aumentando z hasta que se polimerice una estructura de referencia simple. Establezca esta posición focal inicial como referencia cero a lo largo del eje z. Establezca potencias de polimerización entre 100 y 200 milivatios y ejecute el código de máquina como un programa de control numérico por computadora para las etapas de traslación para fabricar la estructura tridimensional deseada. A continuación, muévase a lo largo del eje z para volver a la primera interfaz entre la superficie superior del vidrio y la gota superior de fotorresistencia. Polimerizar una estructura de referencia simple para localizar la interfaz. Establezca la primera línea de polimerización como referencia cero a lo largo del eje z. Ajuste la potencia de polimerización entre 15 y 20 milivatios y ejecute el programa que guía los movimientos de la etapa de traslación. Con el láser apagado, desactive los ejes de traslación x, y y z y retire el portamuestras de la configuración de fabricación experimental. Sane la cinta adhesiva y separe la muestra del soporte. Después del revelado de la muestra, coloque el cubreobjetos de vidrio en un portamuestras suspendido del plano de tierra, colocando la muestra con las microlentes hacia abajo. Coloque la muestra debajo de la fuente UV orientada perpendicularmente con respecto a la superficie del cubreobjetos de vidrio. Exponga la muestra a la radiación UV. Ajuste a 300 milivatios durante 120 segundos. Incline la fuente UV a más y menos 45 grados con respecto a la posición normal del plano de la muestra y repita el procedimiento de exposición. Coloque la muestra de vidrio en el soporte en un ángulo de 45 grados con respecto a la orientación de la cámara SEM. Repita el proceso de adquisición para ambas superficies del cubreobjetos de vidrio para recopilar imágenes SEM tridimensionales de los micro andamios y microlentes. El procedimiento presentado permite la polimerización de microestructuras 3D de ambas superficies del mismo dispositivo, asegurando una excelente resolución y estabilidad. Las imágenes in vitro mostraron un crecimiento exitoso de células dentro del microandamio, imágenes a través de las microlentes, lo que representa un ejemplo de una aplicación final del dispositivo propuesto.