Pesquisadores projetam algoritmo para monitorar dois

Aug 28, 2023

3 de agosto de 2023

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da Optica

Uma nova maneira de monitorar a fabricação em nanoescala da litografia de dois fótons poderia ajudar a melhorar a precisão e a eficiência da criação de estruturas de tecido projetadas em 3D, de acordo com um novo estudo. As estruturas teciduais imitam as matrizes extracelulares naturais encontradas no corpo, o que cria um ambiente 3D ideal para a formação de tecidos.

Jieliyue Sun, Ph.D. em engenharia. estudante do laboratório de Kimani Toussaint, Brown University apresentará esta pesquisa no Optica Imaging Congress. A reunião híbrida acontecerá de 14 a 17 de agosto de 2023 em Boston.

"Os andaimes de tecidos são estruturas tridimensionais que podem apoiar o crescimento e desenvolvimento de células ou tecidos para aplicações biomédicas, como engenharia de tecidos, medicina regenerativa e testes de drogas. Os comportamentos celulares variam com diferentes geometrias de andaimes em nível de microescala", explicou Sun. "É do nosso interesse investigar essas pistas geométricas de uma maneira precisamente controlada."

A litografia de dois fótons usa o fenômeno não linear conhecido como absorção de dois fótons para produzir estruturas 3D com tamanhos de características menores que o limite de difração. Essa abordagem de fabricação é adequada para escrever diretamente andaimes biomédicos 3D porque pode ser usada para criar microestruturas 3D complexas e bem definidas de alta resolução com base em modelos de design auxiliado por computador (CAD). No entanto, avaliar a precisão de estruturas fabricadas com litografia de dois fótons normalmente requer métodos de microscopia caros e difíceis de implementar.

No novo trabalho, os pesquisadores demonstram uma nova abordagem de monitoramento in-situ que usa subtração adaptativa de fundo para supervisão camada por camada em tempo real da fabricação de litografia de dois fótons. Não requer nenhuma modificação no sistema óptico e é relativamente simples de implementar na maioria dos sistemas de litografia de dois fótons.

A nova abordagem usa um algoritmo de monitoramento e controle de processo que aprimora a capacidade de seccionamento óptico da microscopia de campo claro na direção axial. Ele funciona adquirindo imagens de fundo antes do início da fabricação de cada camada e subtraindo o primeiro plano do fundo adaptativo. Isto permite que as contribuições ópticas das camadas previamente impressas sejam eliminadas, revelando informações de camada única.

Os pesquisadores demonstraram a abordagem de monitoramento fabricando um grupo de fibras sintéticas com orientações aleatórias, uma estrutura semelhante à de um andaime de tecido arbitrário. O modelo 3D foi feito de 44 seções com passo axial de 1 µm. Após processamento da imagem e cálculo de correlação cruzada, o algoritmo foi utilizado para determinar um parâmetro de qualidade (q) que indica a fidelidade do processo de fabricação. Se o valor q estiver abaixo de um determinado limite, uma mensagem de erro será gerada.

"Com parâmetros de processo otimizados, reproduzimos o modelo de andaime de entrada com alta fidelidade geométrica, ao mesmo tempo que revelamos as características internas da arquitetura. O experimento mostrou que o novo método de monitoramento e controle de processo melhorou a qualidade e a eficiência da nanofabricação usando litografia de dois fótons . Este trabalho abre caminho para a síntese de alta fidelidade de estruturas de tecidos estruturados", acrescentou Sun.

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