Les chercheurs conçoivent un algorithme pour surveiller deux

Aug 28, 2023

3 août 2023

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par Optica

Selon une nouvelle étude, une nouvelle façon de surveiller la fabrication à l'échelle nanométrique de la lithographie à deux photons pourrait contribuer à améliorer la précision et l'efficacité de la création d'échafaudages tissulaires conçus en 3D. Les échafaudages tissulaires imitent les matrices extracellulaires naturelles présentes dans le corps, ce qui crée un environnement 3D idéal pour la formation des tissus.

Jieliyue Sun, titulaire d'un doctorat en ingénierie. Un étudiant du laboratoire de Kimani Toussaint, de l'Université Brown, présentera cette recherche au congrès Optica Imaging. La réunion hybride aura lieu du 14 au 17 août 2023 à Boston.

"Les échafaudages tissulaires sont des structures tridimensionnelles qui peuvent soutenir la croissance et le développement de cellules ou de tissus pour des applications biomédicales telles que l'ingénierie tissulaire, la médecine régénérative et les tests de médicaments. Les comportements cellulaires varient selon les différentes géométries d'échafaudages à l'échelle microscopique", a expliqué Sun. "Il est de notre intérêt d'étudier ces signaux géométriques d'une manière précisément contrôlée."

La lithographie à deux photons utilise le phénomène non linéaire connu sous le nom d'absorption à deux photons pour produire des structures 3D avec des tailles de caractéristiques inférieures à la limite de diffraction. Cette approche de fabrication est bien adaptée à l’écriture directe d’échafaudages biomédicaux 3D, car elle peut être utilisée pour créer des microstructures 3D complexes haute résolution et bien définies, basées sur des modèles de conception assistée par ordinateur (CAO). Cependant, l’évaluation de la précision des structures fabriquées par lithographie à deux photons nécessite généralement des méthodes de microscopie coûteuses et difficiles à mettre en œuvre.

Dans leurs nouveaux travaux, les chercheurs démontrent une nouvelle approche de surveillance in situ qui utilise la soustraction adaptative du fond pour la supervision couche par couche en temps réel de la fabrication de la lithographie à deux photons. Il ne nécessite aucune modification du système optique et est relativement simple à mettre en œuvre dans la plupart des systèmes de lithographie à deux photons.

La nouvelle approche utilise un algorithme de surveillance et de contrôle de processus qui améliore la capacité de coupe optique de la microscopie à fond clair dans la direction axiale. Il fonctionne en acquérant des images d'arrière-plan avant le début de la fabrication sur chaque couche, puis en soustrayant le premier plan de l'arrière-plan adaptatif. Cela permet d’éliminer les contributions optiques des couches précédemment imprimées, révélant ainsi des informations monocouches.

Les chercheurs ont démontré l’approche de surveillance en fabriquant un groupe de fibres synthétiques avec des orientations aléatoires, une structure similaire à celle d’un échafaudage tissulaire arbitraire. Le modèle 3D était composé de 44 sections avec un pas axial de 1 µm. Après traitement de l’image et calcul de corrélation croisée, l’algorithme a été utilisé pour déterminer un paramètre de qualité (q) indiquant la fidélité du processus de fabrication. Si la valeur q est inférieure à un certain seuil, un message d'erreur est généré.

"Avec des paramètres de processus optimisés, nous avons reproduit le modèle d'échafaudage d'entrée avec une fidélité géométrique élevée tout en révélant également les caractéristiques internes de l'architecture. L'expérience a montré que la nouvelle méthode de surveillance et de contrôle des processus a amélioré la qualité et l'efficacité de la nanofabrication à l'aide de la lithographie à deux photons. "Ce travail ouvre la voie à une synthèse haute fidélité d'échafaudages tissulaires structurés", a ajouté Sun.

Fourni par Optica