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

NatElec: Нанотранзисторы преодолеют ограничения кремниевых полупроводников
NatElec: Нанотранзисторы преодолеют ограничения кремниевых полупроводников

Кремниевые транзисторы, которые используются д...

Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек
Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек

Квантовые точки, или полупроводниковые на...

Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни
Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни

Учёные много лет пытаются понять, как&nbs

LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов
LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов

Быстрое создание наночастиц высокоэнтропийных ...

Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов
Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов

Как создать материалы, которые будут прочнее и...

Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды
Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды

Новые магнитные нанодиски разработали учёные и...

LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода
LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода

С развитием нанотехнологий создано много искус...

ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов
ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов

Исследователи из Университета Оттавы сдел...

ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы
ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы

Скоро Хэллоуин, пора украшать дома страшными в...

AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов
AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов

Графен, обладающий сильными бактерицидными сво...

Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума
Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума

Благодаря наноразмерным устройствам исследоват...

ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств
ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств

Как работает электроника нового поколения и&nb...

В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен
В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен

Установку, которая перерабатывает печную сажу&...

Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов
Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов

Новый метод выращивания крошечных металлически...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов
PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов
IFLScience: Червь, которого ученые не видели с 1956 года, был у всех на виду
IFLScience: Червь, которого ученые не видели с 1956 года, был у всех на виду
ИИ помог восстановить 3d барельефа буддийского храма по фото 134-летней давности
ИИ помог восстановить 3d барельефа буддийского храма по фото 134-летней давности
Ректор НИЯУ МИФИ призвал вузы запускать бизнес
Ректор НИЯУ МИФИ призвал вузы запускать бизнес
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Как человек проживает смерть родных