Los investigadores diseñan un algoritmo para monitorear dos

Aug 28, 2023

3 de agosto de 2023

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por Óptica

Según un nuevo estudio, una nueva forma de monitorear la fabricación a nanoescala de litografía de dos fotones podría ayudar a mejorar la precisión y eficiencia de la creación de estructuras de tejido diseñadas en 3D. Los andamios de tejido imitan las matrices extracelulares naturales que se encuentran en el cuerpo, lo que crea un entorno 3D ideal para la formación de tejido.

Jieliyue Sun, Ph.D. en ingeniería. Un estudiante del laboratorio de Kimani Toussaint de la Universidad de Brown presentará esta investigación en el Optica Imaging Congress. La reunión híbrida tendrá lugar del 14 al 17 de agosto de 2023 en Boston.

"Los andamios de tejido son estructuras tridimensionales que pueden apoyar el crecimiento y desarrollo de células o tejidos para aplicaciones biomédicas como la ingeniería de tejidos, la medicina regenerativa y las pruebas de fármacos. Los comportamientos celulares varían con las diferentes geometrías de los andamios a nivel de microescala", explicó Sun. "Es de nuestro interés investigar esas señales geométricas de una manera controlada con precisión".

La litografía de dos fotones utiliza el fenómeno no lineal conocido como absorción de dos fotones para producir estructuras 3D con tamaños de características más pequeños que el límite de difracción. Este enfoque de fabricación es muy adecuado para escribir directamente andamios biomédicos en 3D porque se puede utilizar para crear microestructuras 3D complejas bien definidas y de alta resolución basadas en modelos de diseño asistido por computadora (CAD). Sin embargo, evaluar la precisión de estructuras fabricadas con litografía de dos fotones normalmente ha requerido métodos de microscopía costosos y difíciles de implementar.

En el nuevo trabajo, los investigadores demuestran un nuevo enfoque de monitoreo in situ que utiliza la sustracción de fondo adaptativa para la supervisión capa por capa en tiempo real de la fabricación de litografía de dos fotones. No requiere ninguna modificación del sistema óptico y es relativamente sencillo de implementar en la mayoría de los sistemas de litografía de dos fotones.

El nuevo enfoque utiliza un algoritmo de seguimiento y control de procesos que mejora la capacidad de corte óptico de la microscopía de campo claro en la dirección axial. Funciona adquiriendo imágenes de fondo antes de que comience la fabricación en cada capa y luego restando el primer plano del fondo adaptativo. Esto permite eliminar las contribuciones ópticas de las capas previamente impresas, revelando información de una sola capa.

Los investigadores demostraron el enfoque de monitoreo fabricando un grupo de fibras sintéticas con orientaciones aleatorias, una estructura similar a la de un andamio de tejido arbitrario. El modelo 3D se hizo de 44 secciones con un tamaño de paso axial de 1 um. Después del procesamiento de imágenes y el cálculo de correlación cruzada, el algoritmo se utilizó para determinar un parámetro de calidad (q) que indica la fidelidad del proceso de fabricación. Si el valor q está por debajo de un cierto umbral, se genera un mensaje de error.

"Con parámetros de proceso optimizados, reproducimos el modelo de andamio de entrada con una alta fidelidad geométrica y al mismo tiempo revelamos las características internas de la arquitectura. El experimento demostró que el nuevo método de monitoreo y control de procesos mejoró la calidad y eficiencia de la nanofabricación utilizando litografía de dos fotones. "Este trabajo allana el camino hacia la síntesis de alta fidelidad de estructuras de tejido estructuradas", añadió Sun.

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