Microfabrication d’optiques implantables intégrées dans une fenêtre d’imagerie microstructurée pour une imagerie in vivo avancée

Nous permettrons l’étude des processus biologiques chez les animaux vivants grâce à la visualisation en temps réel, en implantant une puce miniaturisée, fabriquée par impression laser 3D d’un matériau biocompatible.

Le principal défi est d’affiner les paramètres de fabrication, tels que la puissance et la vitesse, en tenant compte des différentes conditions d’écriture, tandis que la microstructure dans les deux surfaces du même sous-ensemble est précise et cohérente. Le résultat précis est l’établissement d’un protocole polyvalent pour la fabrication d’un outil d’imagerie optique implantable innovant, couplant directement de grandes microlentilles à la région cible de la microstructure 3D pour diverses applications biologiques.

Maintenant que le protocole de fabrication a été optimisé, nous travaillons sur l’implantation et la démonstration des capacités d’imagerie de la puce. Par exemple, pour les essais de myo-matériaux in vivo.

[Instructeur IA] Pour commencer, allumez la source laser femtoseconde dans le proche infrarouge. Alignez le trajet optique du faisceau laser jusqu’à ce qu’il atteigne l’objectif du microscope à travers une série d’optiques et de miroirs montés sur des montures de miroir cinématique. Faites pivoter les miroirs de manière itérative pour centrer le faisceau dans un alignement proche infrarouge. Les trous d’épingle dirigent le faisceau laser perpendiculairement au porte-échantillon en l’alignant à l’aide du centrage par réflexion arrière. Pour monter l’échantillon sur le porte-échantillon, utilisez du ruban adhésif pour fixer la lamelle en verre à double chute sur le porte-échantillon avec la deuxième goutte déposée vers le bas. Montez ensuite le porte-échantillon sur les platines de translation, montez manuellement le porte-échantillon, puis montez l’objectif du microscope à longue distance de travail sur le support dédié à l’extrémité du chemin optique, à proximité de l’échantillon, et centrez l’échantillon avec l’objectif. Réglez la puissance laser sur la valeur minimale, environ cinq milliwatts, suffisante pour visualiser la réflexion du faisceau sur le logiciel de la caméra CCD. Focalisez le faisceau laser sur la surface supérieure de la première goutte de réserve. Suivez le profil incurvé de la goutte pour localiser les bords de l’échantillon le long des directions x et y. Définissez le centre de la goutte comme référence de zéro absolu à l’aide du logiciel. Focalisez le faisceau laser sur l’interface entre la surface supérieure de la lamelle de verre et la base de la première goutte de résine photosensible au centre de l’échantillon. Définissez cette valeur comme référence zéro sur l’axe z. Déplacez-vous vers la position du bord dans la direction négative de l’axe x sur environ 3,5 millimètres pour une lamelle de 12 millimètres et concentrez-vous sur la même interface. Définissez-la comme référence du zéro absolu le long de la direction z. Répétez la même opération pour la direction positive de l’axe x sur environ 3,5 millimètres et concentrez-vous sur la même interface. Inclinez ensuite l’échantillon pour corriger les écarts dans la direction z entre les axes x négatif et positif. Effectuez la même procédure que celle décrite précédemment le long de l’axe x pour l’axe y. Une fois équilibré sur les axes x et y, revenez à la position centrale et concentrez-vous sur l’interface entre le verre et la réserve. Définissez la nouvelle valeur z du focus comme référence zéro sur l’axe z. Allumez le système d’éclairage LED rouge pour une surveillance en temps réel du processus de polymérisation. Avec le laser éteint, déplacez l’objectif le long de la direction z sous la lamelle de couverture en verre pour localiser la deuxième interface entre la surface inférieure du verre et la base de la goutte inférieure de réserve. Augmentez la puissance du laser à 100 milliwatts pour initier la polymérisation à deux photons. Ajustez la position focale en augmentant z jusqu’à ce qu’une structure de référence simple soit polymérisée. Définissez cette position focale initiale comme référence zéro le long de l’axe z. Réglez les puissances de polymérisation entre 100 et 200 milliwatts et exécutez le code machine comme un programme de commande numérique informatique pour les étapes de translation afin de fabriquer la structure tridimensionnelle souhaitée. Ensuite, déplacez-vous le long de l’axe z pour revenir à la première interface entre la surface supérieure du verre et la goutte supérieure de résine photosensible. Polymériser une structure de référence simple pour localiser l’interface. Définissez la première ligne de polymérisation comme référence zéro le long de l’axe z. Ajustez la puissance de polymérisation entre 15 et 20 milliwatts et lancez le programme en guidant les mouvements de l’étape de translation. Avec le laser éteint, désactivez les axes de translation x, y et z et retirez le support d’échantillon de la configuration de fabrication expérimentale. Retirez le ruban adhésif et détachez l’échantillon du support. Après le développement de l’échantillon, placez la lamelle de verre sur un porte-échantillon suspendu au plan du sol, en posant l’échantillon avec les microlentilles vers le bas. Placez l’échantillon sous la source UV en l’orientant perpendiculairement à la surface de la lamelle de verre. Exposez l’échantillon aux rayons UV. Réglez à 300 milliwatts pendant 120 secondes. Inclinez la source UV à plus et moins 45 degrés par rapport à la position normale du plan d’échantillonnage et répétez la procédure d’exposition. Placez l’échantillon de verre sur le support à un angle de 45 degrés par rapport à l’orientation de la caméra MEB. Répétez le processus d’acquisition pour les deux surfaces de la lamelle de verre afin de collecter des images MEB tridimensionnelles des micro-échafaudages et des micro-lentilles. La procédure présentée permet la polymérisation de microstructures 3D des deux surfaces d’un même appareil, assurant une excellente résolution et stabilité. L’imagerie in vitro a montré une croissance réussie des cellules à l’intérieur du micro-échafaudage, imagée à travers les micro-lentilles, représentant un exemple d’application finale du dispositif proposé.