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

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Исследователи используют кантианскую модель рациональности для оценки этичности решений ИИ