Microfabricage van implanteerbare optica geïntegreerd in een microgestructureerd beeldvormingsvenster voor geavanceerde in vivo beeldvorming

We zullen de studie van biologische processen bij levende dieren mogelijk maken door middel van real-time visualisatie, waarbij een geminiaturiseerde chip wordt geïmplanteerd, vervaardigd door 3D-laserprinten van een biocompatibel materiaal.

De belangrijkste uitdaging is het verfijnen van de fabricageparameters, zoals kracht en snelheid, rekening houdend met verschillende schrijfomstandigheden, terwijl de microstructuur in beide oppervlakken van dezelfde subset met precisie en consistentie is. Het nauwkeurige resultaat is het opstellen van een veelzijdig protocol voor het fabriceren van een innovatief, implanteerbaar, optisch beeldvormingsinstrument, waarbij grote microlenzen direct worden gekoppeld aan het doelgebied van de 3D-microstructuur voor verschillende biologische toepassingen.

Nu het fabricageprotocol is geoptimaliseerd, werken we aan de implantatie en demonstratie van de beeldvormingsmogelijkheden van de chip. Bijvoorbeeld voor in vivo myo-materiaal testen.

[AI-instructeur] Schakel om te beginnen de femtoseconde nabij-infraroodlaserbron in. Lijn het optische pad van de laserstraal uit totdat deze het microscoopobjectief bereikt via een reeks optieken en spiegels die op kinematische spiegelbevestigingen zijn gemonteerd. Draai de spiegels iteratief om de straal te centreren binnen de nabij-infrarooduitlijning. Gaatjes richten de laserstraal loodrecht op de monsterhouder door deze uit te lijnen met behulp van backreflectiecentrering. Om het monster op de monsterhouder te monteren, gebruikt u tape om de dubbel gevallen glazen afdekstrook op de monsterhouder te bevestigen met de tweede gedeponeerde druppel naar beneden gericht. Monteer vervolgens de monsterhouder op de translatietrappen, monteer de monsterhouder handmatig, monteer vervolgens het microscoopobjectief voor lange afstand op de speciale steun aan het einde van het optische pad, dicht bij het monster, en centreer het monster met het objectief. Stel het laservermogen in op de minimumwaarde, ongeveer vijf milliwatt, voldoende om de straalreflectie op de CCD-camerasoftware te visualiseren. Richt de laserstraal op het bovenoppervlak van de eerste resist drop. Volg het gebogen profiel van de druppel om de monsterranden in de x- en y-richting te lokaliseren. Stel het midden van de druppel in als een referentie voor het absolute nulpunt met behulp van de software. Richt de laserstraal op het raakvlak tussen het bovenoppervlak van de glazen afdekstrook en de basis van de eerste druppel fotoresist in het midden van het monster. Stel dit in als nulreferentie op de z-as. Beweeg naar de randpositie in de richting van de negatieve x-as voor ongeveer 3.5 millimeter voor een afdekstrookje van 12 millimeter en stel scherp op dezelfde interface. Stel dit in als de absolute nulpunt referentie in de z-richting. Herhaal hetzelfde voor de positieve x-asrichting voor ongeveer 3.5 millimeter en stel scherp op dezelfde interface. Kantel vervolgens het monster om te corrigeren voor afwijkingen in de z-richting tussen de negatieve en positieve x-as. Voer dezelfde procedure uit als eerder gedemonstreerd langs de x-as voor de y-as. Eenmaal gebalanceerd op zowel de x- als de y-as, keert u terug naar de centrale positie en concentreert u zich op de interface tussen het glas en de resist. Stel de nieuwe z-waarde van de focus in als nulreferentie op de z-as. Schakel het rode LED-verlichtingssysteem in voor real-time monitoring van het polymerisatieproces. Terwijl de laser is uitgeschakeld, beweegt u het objectief in de z-richting onder de glazen afdekplaat om de tweede interface tussen het onderste oppervlak van het glas en de basis van de onderste weerstandsdruppel te lokaliseren. Verhoog het laservermogen tot 100 milliwatt om twee-fotonpolymerisatie te starten. Stem de brandpuntspositie af door z te verhogen totdat een eenvoudige referentiestructuur is gepolymeriseerd. Stel deze initiële brandpuntspositie in als nulreferentie langs de z-as. Stel polymerisatievermogens in tussen 100 en 200 milliwatt en voer de machinecode uit als een computernumeriek besturingsprogramma voor de translationele fasen om de gewenste driedimensionale structuur te fabriceren. Beweeg vervolgens langs de z-as om terug te keren naar het eerste raakvlak tussen het bovenste glasoppervlak en de bovenste druppel fotoresist. Polymeriseer een eenvoudige referentiestructuur om de interface te lokaliseren. Stel de eerste polymerisatielijn in als nulreferentie langs de z-as. Stel het polymerisatievermogen in tussen 15 en 20 milliwatt en voer het programma uit dat de translatiefasebewegingen begeleidt. Terwijl de laser is uitgeschakeld, schakelt u de x-, y- en z-translatieassen uit en verwijdert u de monsterhouder uit de experimentele fabricageopstelling. Genees de plakband en maak het monster los van de houder. Plaats na de ontwikkeling van het monster het glazen afdekplaatje op een monsterhouder die aan het grondvlak is opgehangen en leg het monster met de microlenzen naar beneden gericht. Plaats het monster onder de UV-bron, loodrecht georiënteerd ten opzichte van het oppervlak van de glazen afdekplaat. Stel het monster bloot aan UV-straling. Ingesteld op 300 milliwatt gedurende 120 seconden. Kantel de UV-bron naar plus en min 45 graden ten opzichte van de normale positie van het monstervlak en herhaal de belichtingsprocedure. Plaats het glasmonster op de houder in een hoek van 45 graden ten opzichte van de oriëntatie van de SEM-camera. Herhaal het acquisitieproces voor beide oppervlakken van de glazen afdekstrook om driedimensionale SEM-beelden van de microsteigers en microlenzen te verzamelen. De gepresenteerde procedure maakt de polymerisatie van 3D-microstructuren van beide oppervlakken van hetzelfde apparaat mogelijk, wat zorgt voor een uitstekende resolutie en stabiliteit. In-vitrobeeldvorming toonde een succesvolle groei van cellen in de microsteiger, afgebeeld door de microlenzen, wat een voorbeeld is van een uiteindelijke toepassing van het voorgestelde apparaat.