Исследователи разработали алгоритм для мониторинга двух

Aug 28, 2023

3 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

от Оптики

Согласно новому исследованию, новый способ мониторинга наноразмерного производства с помощью двухфотонной литографии может помочь повысить точность и эффективность создания 3D-инженерных тканевых каркасов. Тканевые каркасы имитируют естественные внеклеточные матрицы, находящиеся в организме, что создает трехмерную среду, идеальную для формирования тканей.

Цзиелюэ Сунь, доктор технических наук. Студент из лаборатории Кимани Туссен из Университета Брауна представит это исследование на Конгрессе Optica Imaging. Гибридная встреча состоится 14–17 августа 2023 года в Бостоне.

«Тканевые каркасы представляют собой трехмерные структуры, которые могут поддерживать рост и развитие клеток или тканей для биомедицинских применений, таких как тканевая инженерия, регенеративная медицина и тестирование лекарств. Поведение клеток варьируется в зависимости от геометрии каркаса на микромасштабном уровне», — объяснил Сан. «В наших интересах исследовать эти геометрические сигналы точно контролируемым образом».

Двухфотонная литография использует нелинейное явление, известное как двухфотонное поглощение, для создания трехмерных структур с размерами элементов, меньшими дифракционного предела. Этот подход к изготовлению хорошо подходит для непосредственного написания трехмерных биомедицинских каркасов, поскольку его можно использовать для создания четко определенных сложных трехмерных микроструктур с высоким разрешением на основе моделей автоматизированного проектирования (САПР). Однако оценка точности структур, изготовленных с помощью двухфотонной литографии, обычно требует дорогостоящих и сложных в реализации методов микроскопии.

В новой работе исследователи демонстрируют новый подход к мониторингу на месте, который использует адаптивное вычитание фона для послойного наблюдения в реальном времени за изготовлением двухфотонной литографии. Он не требует каких-либо модификаций оптической системы и относительно прост в реализации в большинстве систем двухфотонной литографии.

В новом подходе используется алгоритм мониторинга и управления процессом, который расширяет возможности оптического разделения светлопольной микроскопии в осевом направлении. Он работает путем получения фоновых изображений до начала изготовления каждого слоя, а затем вычитания переднего плана из адаптивного фона. Это позволяет устранить оптический вклад от ранее напечатанных слоев, раскрывая однослойную информацию.

Исследователи продемонстрировали подход к мониторингу, изготовив группу синтетических волокон со случайной ориентацией, структуру, аналогичную структуре произвольного тканевого каркаса. 3D-модель состояла из 44 сечений с осевым шагом 1 мкм. После обработки изображения и расчета взаимной корреляции алгоритм использовался для определения параметра качества (q), который указывает на точность производственного процесса. Если значение q ниже определенного порога, генерируется сообщение об ошибке.

«Благодаря оптимизированным параметрам процесса мы воспроизвели модель входного каркаса с высокой геометрической точностью, а также выявили внутренние особенности архитектуры. Эксперимент показал, что новый метод мониторинга и управления процессом повысил качество и эффективность нанопроизводства с помощью двухфотонной литографии. Эта работа прокладывает путь к высокоточному синтезу структурированных тканевых каркасов», — добавил Сан.

Предоставлено Оптикой