April 11th, 2025
이 프로토콜은 3D 레이저 프린팅을 사용하여 이식형 통합 이미징 창을 제작하는 방법을 설명합니다. 창은 마이크로 스캐폴드와 결합 된 마이크로 렌즈 시스템으로 구성됩니다. 이 방법은 생체 적합성 감광액 SZ2080의 이광자 중합(2PP)을 연속적인 순서로 포함하여 제조 효율성과 서로 다른 구성 요소 간의 정렬을 최적화합니다.
우리는 생체 적합성 재료의 3D 레이저 프린팅으로 제조된 소형화된 칩을 이식하고 실시간 시각화를 통해 살아있는 동물의 생물학적 과정 연구를 강화할 것입니다.
주요 과제는 다양한 쓰기 조건을 고려하여 전력 및 속도와 같은 제조 매개변수를 미세 조정하는 동시에 동일한 하위 집합의 양쪽 표면의 미세 구조를 정밀하고 일관되게 조정하는 것입니다. 정확한 결과는 다양한 생물학적 응용 분야를 위해 대형 마이크로 렌즈를 3D 미세 구조 표적 영역에 직접 결합하는 혁신적인 이식형 광학 이미징 도구를 제작하기 위한 다목적 프로토콜을 확립하는 것입니다.
이제 제작 프로토콜이 최적화되었으므로 칩의 이미징 기능을 이식하고 시연하는 작업을 진행하고 있습니다. 예를 들어, 생체 내 근 재료 테스트의 경우.
[AI 강사] 시작하려면 펨토초 근적외선 레이저 소스를 켭니다. 운동학적 미러 마운트에 장착된 일련의 광학 장치와 미러를 통해 현미경 대물렌즈에 도달할 때까지 레이저 빔의 광학 경로를 정렬합니다. 거울을 반복적으로 회전하여 근적외선 정렬 내에서 빔을 중앙에 배치합니다. 핀홀은 후방 반사 센터링을 사용하여 레이저 빔을 샘플 홀더에 수직으로 향하게 합니다. 샘플을 샘플 홀더에 장착하려면 테이프를 사용하여 두 번째 증착된 방울이 아래를 향하도록 이중 드롭된 유리 커버 슬립을 샘플 홀더에 고정합니다. 그런 다음 샘플 홀더를 변환 스테이지에 장착하고 샘플 홀더를 수동으로 장착한 다음 광학 경로 끝의 전용 지지대에 장거리 현미경 대물렌즈를 샘플에 가깝게 장착하고 대물렌즈로 샘플을 중앙에 배치합니다. 레이저 출력을 CCD 카메라 소프트웨어에서 빔 반사를 시각화하기에 충분한 최소값인 약 5밀리와트로 설정합니다. 첫 번째 레지스트 드롭의 상단 표면에 레이저 빔을 집중시킵니다. 드롭의 곡선 프로파일을 따라 x 및 y 방향을 따라 샘플 가장자리를 찾습니다. 소프트웨어를 사용하여 드롭의 중심을 절대 영도 기준으로 설정합니다. 유리 커버 슬립의 상부 표면과 샘플 중앙에 있는 포토레지스트의 첫 번째 방울 사이의 인터페이스에 레이저 빔을 집중시킵니다. z축에서 0 참조로 설정합니다. 12mm 커버 슬립의 경우 음의 x축 방향의 가장자리 위치로 약 3.5mm 이동하고 동일한 인터페이스에 초점을 맞춥니다. z 방향을 따라 절대 영도 참조로 설정합니다. 양의 x축 방향에 대해 약 3.5mm에 대해 동일한 작업을 반복하고 동일한 인터페이스에 초점을 맞춥니다. 그런 다음 샘플을 기울여 음수 x축과 양수 x축 사이의 z 방향 편차를 보정합니다. y축에 대해 x축을 따라 이전에 설명한 것과 동일한 절차를 수행합니다. x축과 y축 모두에서 균형을 맞추면 중앙 위치로 돌아가 유리와 레지스트 사이의 인터페이스에 초점을 맞춥니다. 초점의 새 z 값을 z축에서 0 참조로 설정합니다. 중합 공정을 실시간으로 모니터링하기 위해 빨간색 LED 조명 시스템을 켭니다. 레이저가 꺼진 상태에서 유리 커버 슬립 아래의 z 방향을 따라 대물렌즈를 이동하여 유리의 바닥 표면과 아래쪽 레지스트 방울의 바닥 사이의 두 번째 인터페이스를 찾습니다. 레이저 출력을 100밀리와트로 높여 2광자 중합을 시작합니다. 간단한 기준 구조가 중합될 때까지 z를 증가시켜 초점 위치를 조정합니다. 이 초기 초점 위치를 z축을 따라 0 참조로 설정합니다. 중합 전력을 100에서 200밀리와트 사이로 설정하고 기계어 코드를 병진 단계의 컴퓨터 수치 제어 프로그램으로 실행하여 원하는 3차원 구조를 제작합니다. 그런 다음 z 축을 따라 이동하여 상부 유리 표면과 포토레지스트의 상부 방울 사이의 첫 번째 인터페이스로 돌아갑니다. 간단한 참조 구조를 중합하여 인터페이스를 찾습니다. 중합의 첫 번째 선을 z축을 따라 0 참조로 설정합니다. 중합 전력을 15밀리와트에서 20밀리와트 사이로 조정하고 병진 단계 이동을 안내하는 프로그램을 실행합니다. 레이저가 꺼진 상태에서 x, y 및 z 병진 축을 비활성화하고 실험 제작 설정에서 샘플 홀더를 제거합니다. 접착 테이프를 치유하고 홀더에서 샘플을 분리합니다. 샘플 현상 후 유리 커버 슬립을 접지면에 매달린 샘플 홀더에 놓고 마이크로 렌즈가 아래를 향하도록 샘플을 놓습니다. 유리 커버 슬립의 표면에 대해 수직으로 향하는 UV 소스 아래에 샘플을 배치합니다. 샘플을 UV 방사선에 노출시킵니다. 300초 동안 120밀리와트로 설정합니다. UV 소스를 샘플 평면의 정상 위치에 대해 플러스 및 마이너스 45도로 기울이고 노출 절차를 반복합니다. 유리 샘플을 홀더 위에 SEM 카메라의 방향에 대해 45도 각도로 놓습니다. 유리 커버 슬립의 양쪽 표면에 대해 획득 프로세스를 반복하여 마이크로 스캐폴드와 마이크로 렌즈의 3차원 SEM 이미지를 수집합니다. 제시된 절차를 통해 동일한 장치의 양쪽 표면의 3D 미세 구조를 중합하여 뛰어난 해상도와 안정성을 보장할 수 있습니다. 시험관 내 이미징은 마이크로 렌즈를 통해 이미지화된 마이크로 스캐폴드 내부의 세포의 성공적인 성장을 보여주었으며, 이는 제안된 장치의 최종 적용의 예를 나타냅니다.
이 프로토콜은 3D 레이저 프린팅 기술을 활용한 체내 삽입형 통합 이미징 창의 제작을 설명합니다. 혁신적인 설계에는 마이크로렌즈와 마이크로 스캐폴드가 포함되어 있어 살아있는 동물 내부의 생물학적 과정을 실시간으로 시각화할 수 있습니다.
Implantable microstructured imaging windows with integrated optics enable real-time, high-resolution visualization of biological processes in living animal models, directly supporting advanced biomaterials and drug testing. This capability enhances predictive confidence in preclinical research by allowing quantitative, longitudinal assessment of immune responses and tissue integration. The streamlined fabrication protocol increases reproducibility and scalability, positioning the technology as a reusable platform for translational R&D pipelines.
This microfabrication protocol fits within the continuum from early discovery through preclinical validation, enabling seamless integration of advanced imaging into biomaterials and drug testing workflows.