Разработан простой и эффективный способ контроля структур методом двухфотонной литографии

Новый способ контроля наноразмерного производства с помощью двухфотонной литографии может помочь повысить точность и эффективность создания 3D-инженерных тканевых скаффолдов, говорится в новом исследовании.

Тканевые скаффолды имитируют естественные внеклеточные матрицы организма, что создает трехмерную среду, идеальную для формирования тканей.

Цзелие Сун (Jieliyue Sun), аспирант инженерного факультета из лаборатории Кимани Туссен (Kimani Toussaint) Университета Брауна, представит результаты этого исследования на конгрессе Optica Imaging Congress. Гибридная встреча пройдет с 14 по 17 августа 2023 года в Бостоне.

Тканевые скаффолды — это трехмерные структуры, способные поддерживать рост и развитие клеток или тканей для биомедицинских применений, таких как тканевая инженерия, регенеративная медицина и тестирование лекарственных препаратов. Поведение клеток меняется в зависимости от геометрии скаффолдов на микромасштабном уровне, — пояснил Сунь.

Мы заинтересованы в том, чтобы исследовать эти геометрические параметры в точно контролируемом режиме.

Двухфотонная литография использует нелинейное явление, известное как двухфотонное поглощение, для создания трехмерных структур с размерами элементов, меньшими, чем дифракционный предел. Этот подход к изготовлению хорошо подходит для непосредственного создания трехмерных биомедицинских лесов, поскольку с его помощью можно создавать сложные трехмерные микроструктуры высокого разрешения на основе моделей автоматизированного проектирования (CAD). Однако для оценки точности структур, изготовленных с помощью двухфотонной литографии, как правило, требовались дорогостоящие и трудно реализуемые методы микроскопии.

В новой работе исследователи демонстрируют новый подход к мониторингу in-situ, использующий адаптивное вычитание фона для послойного контроля изготовления структур методом двухфотонной литографии в режиме реального времени. Он не требует модификации оптической системы и относительно просто реализуется в большинстве систем двухфотонной литографии.

Новый подход использует алгоритм мониторинга и управления процессом, который улучшает возможности оптического секционирования яркопольной микроскопии в осевом направлении. Он работает путем получения фоновых изображений перед началом изготовления каждого слоя и последующего вычитания переднего плана из адаптивного фона. Это позволяет устранить оптический вклад от ранее напечатанных слоев и получить информацию об одном слое.

Исследователи продемонстрировали подход к мониторингу, изготовив группу синтетических волокон со случайной ориентацией, структура которых напоминает произвольный тканевый скаффолд. 3D-модель состояла из 44 сечений с осевым шагом 1 мм. После обработки изображений и вычисления кросс-корреляции алгоритм использовался для определения параметра качества (q), который указывает на достоверность процесса изготовления. Если значение q ниже определенного порога, генерируется сообщение об ошибке.

Сун отмечает:

Оптимизировав параметры процесса, мы воспроизвели входную модель лесов с высокой геометрической точностью и при этом выявили внутренние особенности архитектуры. Эксперимент показал, что новый метод мониторинга и управления процессом позволил повысить качество и эффективность нанопроизводства с использованием двухфотонной литографии.

Эта работа открывает путь к высокоточному синтезу структурированных тканевых скаффолдов, а еще ее поддержали грантом Отдела гражданских, механических и производственных инноваций Национального научного фонда.

05.08.2023


Подписаться в Telegram



Нано

Казанские ученые научились «готовить» наноалмазы в плазме
Казанские ученые научились «готовить» наноалмазы в плазме

Ученые придумали умную математическую модель, ...

Nano Letters: Валлитроника открывает новые возможности обработки данных
Nano Letters: Валлитроника открывает новые возможности обработки данных

Транспорт электронов в двухслойном графен...

Свет — повелитель молекул: ученые совершили прорыв в химии
Свет — повелитель молекул: ученые совершили прорыв в химии

Ученые из Болонского университета под&nbs...

Наночастицы селена помогут укрепить иммунитет и защитить сердце
Наночастицы селена помогут укрепить иммунитет и защитить сердце

Ученые создали наночастицы селена, которые мож...

В СПбГУ создали нанолисты цинка для систем очистки воды
В СПбГУ создали нанолисты цинка для систем очистки воды

Новый способ создания особых наночастиц нашли ...

В СибГМУ снарядили против рака магнитные наночастицы
В СибГМУ снарядили против рака магнитные наночастицы

Ученые из Сибирского государственного мед...

В ТПУ научились управлять свойствами графена с помощью лазера
В ТПУ научились управлять свойствами графена с помощью лазера

Как можно восстанавливать оксид графена с ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые выяснили, что больше влияет на цену на жилье — вид из окна или площадь
Ученые выяснили, что больше влияет на цену на жилье — вид из окна или площадь
Воздух, который делает нас глупее: что наука знает о влиянии загрязнения на мозг
Воздух, который делает нас глупее: что наука знает о влиянии загрязнения на мозг
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Океан Энцелада: жизнь может быть ближе, чем мы думаем, но скрыта от нас
Океан Энцелада: жизнь может быть ближе, чем мы думаем, но скрыта от нас
Жизнь в капле: ученые раскрыли секрет древних протоклеток
Жизнь в капле: ученые раскрыли секрет древних протоклеток
Эволюция в действии: почему одни мушки побеждают вирусы, а другие нет
Эволюция в действии: почему одни мушки побеждают вирусы, а другие нет
Гены в режиме ожидания: как клетки решают, кем стать
Гены в режиме ожидания: как клетки решают, кем стать
Микробы в космосе: как L-серин поможет найти жизнь на Марсе
Микробы в космосе: как L-серин поможет найти жизнь на Марсе
Новый ключ к лечению аритмии: сделано открытие, которое изменит кардиологию
Новый ключ к лечению аритмии: сделано открытие, которое изменит кардиологию
ИИ, которому можно доверять: ACHILLES объединяет технологии, этику и экологию
ИИ, которому можно доверять: ACHILLES объединяет технологии, этику и экологию
Световая атака: как зеленый свет помогает бороться с коронавирусом и энцефалитом
Световая атака: как зеленый свет помогает бороться с коронавирусом и энцефалитом
Молодые умы и большие деньги: Татарстан выделяет 250 млн рублей на инновации
Молодые умы и большие деньги: Татарстан выделяет 250 млн рублей на инновации
23 мышцы, которые меняют все: создана новая модель для лечения боли
23 мышцы, которые меняют все: создана новая модель для лечения боли
Блины с пользой: ученые превратили вредный завтрак в суперфуд
Блины с пользой: ученые превратили вредный завтрак в суперфуд
700 000 участниц, 11 миллионов фунтов и шанс победить рак
700 000 участниц, 11 миллионов фунтов и шанс победить рак

Новости компаний, релизы

На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
ХимБиоПлюс — шанс для школьников всей России
Правительство Республики Казахстан пригласило МИФИ войти в совет по стратегическому партнерству в науке и образовании
МФТИ подготовил более 140 специалистов в области синхротронных и нейтронных исследований
В Москве открыт памятник «отцу» советского ядерного оружия