Microfabricação de Óptica Implantável Integrada em uma Janela de Imagem Microestruturada para Imagem In Vivo Avançada

Capacitaremos o estudo de processos biológicos em animais vivos através da visualização em tempo real, implantando um chip miniaturizado, fabricado por impressão 3D a laser de um material biocompatível.

O principal desafio é ajustar os parâmetros de fabricação, como potência e velocidade, considerando diferentes condições de escrita, enquanto isso, microestrutura em ambas as superfícies do mesmo subconjunto com precisão e consistência. O resultado preciso é o estabelecimento de um protocolo versátil para a fabricação de uma ferramenta de imagem óptica inovadora e implantável, acoplando diretamente grandes microlentes à região alvo da microestrutura 3D para várias aplicações biológicas.

Agora que o protocolo de fabricação foi otimizado, estamos trabalhando na implantação e demonstração dos recursos de imagem do chip. Por exemplo, para testes de miomateriais in vivo.

[Instrutor de IA] Para começar, ligue a fonte de laser infravermelho próximo ao femtossegundo. Alinhe o caminho óptico do feixe de laser até atingir a objetiva do microscópio por meio de uma série de ópticas e espelhos montados em montagens de espelho cinemáticas. Gire iterativamente os espelhos para centralizar o feixe dentro do alinhamento infravermelho próximo. Os orifícios direcionam o feixe de laser perpendicularmente ao suporte da amostra, alinhando-o usando a centralização da reflexão traseira. Para montar a amostra no porta-amostras, use fita adesiva para fixar a lamínula de vidro de gota dupla no porta-amostras com a segunda gota depositada voltada para baixo. Em seguida, monte o suporte de amostra nos estágios de tradução, monte manualmente o suporte de amostra e, em seguida, monte a objetiva de microscópio de longa distância de trabalho no suporte dedicado no final do caminho óptico, próximo à amostra e centralize a amostra com a objetiva. Defina a potência do laser para o valor mínimo, aproximadamente cinco miliwatts, suficiente para visualizar a reflexão do feixe no software da câmera CCD. Concentre o feixe de laser na superfície superior da primeira queda de resistência. Siga o perfil curvo da gota para localizar as arestas da amostra ao longo das direções x e y. Defina o centro da gota como uma referência de zero absoluto usando o software. Concentre o feixe de laser na interface entre a superfície superior da lamínula de cobertura de vidro e a base da primeira gota de fotorresistente no centro da amostra. Defina isso como referência zero no eixo z. Mova para a posição de borda na direção do eixo x negativo por aproximadamente 3,5 milímetros para uma lamínula de 12 milímetros e concentre-se na mesma interface. Defina isso como a referência do zero absoluto ao longo da direção z. Repita o mesmo para a direção do eixo x positivo por aproximadamente 3,5 milímetros e concentre-se na mesma interface. Em seguida, incline a amostra para corrigir desvios na direção z entre os eixos x negativo e positivo. Execute o mesmo procedimento demonstrado anteriormente ao longo do eixo x para o eixo y. Uma vez equilibrado nos eixos x e y, retorne à posição central e concentre-se na interface entre o vidro e a resistência. Defina o novo valor z do foco como referência zero no eixo z. Ligue o sistema de iluminação LED vermelho para monitoramento em tempo real do processo de polimerização. Com o laser desligado, mova a objetiva ao longo da direção z abaixo da lamínula de cobertura do vidro para localizar a segunda interface entre a superfície inferior do vidro e a base da gota inferior de resistência. Aumente a potência do laser para 100 miliwatts para iniciar a polimerização de dois fótons. Ajuste a posição focal aumentando z até que uma estrutura de referência simples seja polimerizada. Defina essa posição focal inicial como referência zero ao longo do eixo z. Defina potências de polimerização entre 100 e 200 miliwatts e execute o código de máquina como um programa de controle numérico computadorizado para os estágios de translação para fabricar a estrutura tridimensional desejada. Em seguida, mova-se ao longo do eixo z para retornar à primeira interface entre a superfície superior do vidro e a gota superior do fotorresistente. Polimerize uma estrutura de referência simples para localizar a interface. Defina a primeira linha de polimerização como referência zero ao longo do eixo z. Ajuste a potência de polimerização entre 15 e 20 miliwatts e execute o programa guiando os movimentos do estágio de translação. Com o laser desligado, desative os eixos de translação x, y e z e remova o suporte de amostra da configuração de fabricação experimental. Retire a fita adesiva e retire a amostra do suporte. Após o desenvolvimento da amostra, coloque a lamínula de vidro em um porta-amostras suspenso no plano de aterramento, colocando a amostra com as microlentes voltadas para baixo. Posicione a amostra sob a fonte UV orientada perpendicularmente em relação à superfície da lamínula de vidro. Exponha a amostra à radiação UV. Defina em 300 miliwatts por 120 segundos. Inclinar a fonte UV para mais e para menos 45 graus em relação à posição normal do plano de amostra e repetir o procedimento de exposição. Coloque a amostra de vidro no suporte em um ângulo de 45 graus em relação à orientação da câmera SEM. Repita o processo de aquisição para ambas as superfícies da lamínula de vidro para coletar imagens SEM tridimensionais dos micro andaimes e micro lentes. O procedimento apresentado permite a polimerização de microestruturas 3D de ambas as superfícies do mesmo dispositivo, garantindo excelente resolução e estabilidade. A imagem in vitro mostrou o crescimento bem-sucedido de células dentro do micro andaime, fotografado através das micro lentes, representando um exemplo de uma aplicação final do dispositivo proposto.