Mikrofabrykacja wszczepialnej optyki zintegrowanej z mikrostrukturalnym oknem obrazowania w celu zaawansowanego obrazowania in vivo

Umożliwimy badanie procesów biologicznych u żywych zwierząt poprzez wizualizację w czasie rzeczywistym, wszczepiając zminiaturyzowany chip, wyprodukowany przez druk laserowy 3D z biokompatybilnego materiału.

Głównym wyzwaniem jest dopracowanie parametrów produkcyjnych, takich jak moc i szybkość, biorąc pod uwagę różne warunki pisania, tymczasem mikrostruktura na obu powierzchniach tego samego podzbioru z precyzją i spójnością. Dokładnym rezultatem jest opracowanie wszechstronnego protokołu wytwarzania innowacyjnego, wszczepialnego, optycznego narzędzia do obrazowania, bezpośrednio sprzęgającego duże mikrosoczewki z obszarem docelowym mikrostruktury 3D do różnych zastosowań biologicznych.

Teraz, gdy protokół produkcyjny został zoptymalizowany, pracujemy nad implantacją i demonstracją możliwości obrazowania chipa. Na przykład do badania miomateriałów in vivo.

[Instruktor AI] Aby rozpocząć, włącz źródło lasera femtosekundowego w bliskiej podczerwieni. Ustaw ścieżkę optyczną wiązki laserowej, aż dotrze do obiektywu mikroskopu, przez szereg układów optycznych i luster zamontowanych na kinematycznych mocowaniach zwierciadła. Iteracyjnie obracaj lustra, aby wyśrodkować wiązkę w wyrównaniu w bliskiej podczerwieni. Otworki kierują wiązkę laserową prostopadle do uchwytu próbki, wyrównując ją za pomocą centrowania odbicia wstecznego. Aby zamontować próbkę na uchwycie próbki, użyj taśmy, aby przymocować podwójnie upuszczoną szklaną szkiełko nakrywkowe do uchwytu próbki, tak aby druga osadzona kropla była skierowana w dół. Następnie zamontuj uchwyt próbki na stolikach translacyjnych, ręcznie zamontuj uchwyt próbki, a następnie zamontuj obiektyw mikroskopu o dużej odległości roboczej na dedykowanym wsporniku na końcu ścieżki optycznej, blisko próbki i wyśrodkuj próbkę z obiektywem. Ustaw moc lasera na minimalną wartość, około pięciu miliwatów, wystarczającą do wizualizacji odbicia wiązki w oprogramowaniu kamery CCD. Skoncentruj wiązkę lasera na górnej powierzchni pierwszej kropli oporu. Postępuj zgodnie z zakrzywionym profilem kropli, aby zlokalizować krawędzie próbki wzdłuż kierunków x i y. Ustaw środek kropli jako odniesienie do zera bezwzględnego za pomocą oprogramowania. Skoncentruj wiązkę lasera na granicy faz między górną powierzchnią szkiełka nakrywkowego a podstawą pierwszej kropli fotorezystu w środku próbki. Ustaw to jako odniesienie zerowe na osi z. Przesuń do pozycji krawędzi w ujemnym kierunku osi x na około 3,5 milimetra, aby uzyskać 12-milimetrowy szkiełko nakrywkowe i skup się na tym samym interfejsie. Ustaw to jako odniesienie do zera bezwzględnego wzdłuż kierunku z. Powtórz to samo dla dodatniego kierunku osi x przez około 3,5 milimetra i skup się na tym samym interfejsie. Następnie przechyl próbkę, aby skorygować odchylenia w kierunku z między ujemną i dodatnią osią x. Wykonaj tę samą procedurę, jak pokazano wcześniej, wzdłuż osi x dla osi y. Po wyważeniu na obu osiach x i y wróć do pozycji środkowej i skup się na granicy faz między szkłem a rezystancją. Ustaw nową wartość z fokusu jako odniesienie zerowe na osi z. Włącz system oświetlenia czerwoną diodą LED, aby monitorować proces polimeryzacji w czasie rzeczywistym. Przy wyłączonym laserze przesuń obiektyw w kierunku z poniżej szkiełka nakrywkowego, aby zlokalizować drugi interfejs między dolną powierzchnią szkła a podstawą dolnego spadku oporu. Zwiększ moc lasera do 100 miliwatów, aby zainicjować polimeryzację dwufotonową. Dostosuj położenie ogniskowej, zwiększając z, aż do polimeryzacji prostej struktury odniesienia. Ustaw tę początkową pozycję ogniskowej jako odniesienie zerowe wzdłuż osi z. Ustaw moc polimeryzacji między 100 a 200 miliwatów i uruchom kod maszynowy jako komputerowy program sterujący numerycznie dla etapów translacji, aby wytworzyć pożądaną trójwymiarową strukturę. Następnie przesuń się wzdłuż osi z, aby powrócić do pierwszego interfejsu między górną powierzchnią szkła a górnym spadkiem fotorezystu. Polimeryzuj prostą strukturę referencyjną, aby zlokalizować interfejs. Ustaw pierwszą linię polimeryzacji jako odniesienie zerowe wzdłuż osi z. Dostosuj moc polimeryzacji w zakresie od 15 do 20 miliwatów i uruchom program kierujący ruchami etapu translacyjnego. Przy wyłączonym laserze wyłącz osie translacyjne x, y i z i wyjmij uchwyt próbki z zestawu do produkcji eksperymentalnej. Usuń taśmę klejącą i odłącz próbkę od uchwytu. Po wywołaniu próbki umieść szklane szkiełko nakrywkowe na uchwycie próbki zawieszonym na płaszczyźnie uziemienia, układając próbkę z mikrosoczewkami skierowanymi w dół. Umieścić próbkę pod źródłem promieniowania UV zorientowaną prostopadle do powierzchni szkiełka nakrywkowego. Wystaw próbkę na działanie promieniowania UV. Ustaw na 300 miliwatów na 120 sekund. Przechylić źródło promieniowania UV pod kątem plus i minus 45 stopni w stosunku do normalnego położenia płaszczyzny próbki i powtórzyć procedurę naświetlania. Umieść szklaną próbkę na uchwycie pod kątem 45 stopni w stosunku do orientacji kamery SEM. Powtórz proces akwizycji dla obu powierzchni szkiełka nakrywkowego, aby zebrać trójwymiarowe obrazy SEM mikrorusztowań i mikrosoczewek. Przedstawiona procedura pozwala na polimeryzację mikrostruktur 3D obu powierzchni tego samego urządzenia, zapewniając doskonałą rozdzielczość i stabilność. Obrazowanie in vitro wykazało udany wzrost komórek wewnątrz mikrorusztowania, obrazowany przez mikrosoczewki, co stanowi przykład końcowego zastosowania proponowanego urządzenia.