Inspección no destructiva de la nanoestructuración de superficies usando etiquetas

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 6008 (2023) Citar este artículo

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El procesamiento láser ultrarrápido puede inducir la nanoestructuración superficial (SNS) en la mayoría de los materiales con dimensiones cercanas a la longitud de onda del láser de irradiación. La caracterización in situ de SNS podría ser clave para el ajuste fino de parámetros láser, imprescindibles para la generación de nanoestructuras complejas y/o híbridas. Las estructuras superficiales periódicas inducidas por láser (LIPSS) creadas en el rango ultravioleta (UV) generan los efectos más fascinantes. Sin embargo, son muy difíciles de caracterizar de manera no destructiva, ya que sus dimensiones pueden ser tan pequeñas como 100 nm. De hecho, los métodos convencionales de formación de imágenes ópticas están limitados por la difracción a una resolución de \(\approx 150\) nm. Aunque las técnicas de superresolución óptica pueden ir más allá del límite de difracción, que en teoría permite la visualización de LIPSS, la mayoría de los métodos de superresolución requieren la presencia de pequeñas sondas (como los fluoróforos) que modifican la muestra y suelen ser incompatibles con una superficie directa. inspección. En este artículo, demostramos que un microscopio de reflectancia confocal (CRM) sin etiquetas modificado en un régimen de reasignación de fotones (también llamado microscopía de nuevo escaneo) puede detectar el límite de subdifracción LIPSS. Las SNS generadas en una muestra de titanio irradiada con un láser UV de femtosegundo \(\lambda =257\) nm se caracterizaron con un período de nanoestructuración que oscila entre 105 y 172 nm. Nuestra inspección de superficie óptica no destructiva y sin etiquetas se realizó a 180 \(\upmu\)m\(^2\)/s, y los resultados se comparan con SEM comerciales que muestran la eficiencia metrológica de nuestro enfoque.

El procesamiento de materiales con precisión ultra alta por láser es ampliamente conocido desde hace más de cinco décadas. Más específicamente, la generación de Estructuras Periódicas Inducidas por Láser (LIPSS u ondulaciones) es un fenómeno universal que allana el camino para numerosas aplicaciones1, como ajustar la humectabilidad de las superficies2,3, agregar funcionalidades antibacterianas2,4 o controlar la adhesión celular5, 6,7,8. Los láseres de femtosegundo pueden generar LIPSS en superficies con una periodicidad que depende de la longitud de onda de la irradiación. Se han reportado dos tipos de LIPSS en la literatura9: LIPSS de baja frecuencia espacial (LSFL) y LIPSS de alta frecuencia espacial (HSFL). Cuando el LSFL exhibe un período \(\Lambda _L\) mayor que la mitad de la longitud de onda de la irradiación láser \(\lambda _i/2\), generalmente orientado perpendicular a la polarización del láser, el HSFL muestra una periodicidad \(\Lambda _H\ ) inferior a la mitad de la longitud de onda de la irradiación láser. El uso de longitudes de onda de irradiación más cortas da como resultado una periodicidad de ondulación más baja, tanto para LSFL como para HSFL, y los recientes desarrollos de vanguardia en láseres ultravioleta (UV) fs desbloquean una estructuración de superficie más nítida con efectos ópticos, químicos o mecánicos mejorados3,10,11,12. Para caracterizar estas nanoestructuras, la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM) son las herramientas estándar de oro, pero son un desafío en muestras dieléctricas o frágiles que no se pueden metalizar o cuando la amplitud LIPSS es de interés. Además, estos métodos de caracterización (SEM y AFM) para nanoestructuras (como LIPSS) se realizan, en general, fuera del sitio en una ubicación remota (para la configuración del patrón láser) dedicada a los instrumentos de caracterización. El análisis in situ y fuera del sitio es posible, pero esto a menudo requiere una integración a medida de las instalaciones láser y los instrumentos de análisis13. Un sistema óptico que permita el estudio metrológico de objetos pequeños como los LIPSS pequeños aceleraría el estudio paramétrico y aceleraría el ritmo de la investigación con una solución rentable. La inspección no destructiva de LIPSS de período largo -generada, por ejemplo, con un láser fs de infrarrojos (IR)- podría considerarse caracterizada por métodos convencionales de obtención de imágenes ópticas. De hecho, LSFL tiene una periodicidad de alrededor de 600 nm y HSFL fácilmente por debajo de 300 nm, cerca de los mejores límites de resolución, por lo que apenas contrasta. Sin embargo, los láseres visibles o UV fs generan HSLF y LFSL LIPSS con una periodicidad que cae por debajo del límite de difracción óptica: para mantener un régimen de inspección no destructivo, los métodos de imagen óptica que superan este límite de difracción son esenciales.

La microscopía de superresolución (SRM) se formalizó en la década de los 90 y ha sido una herramienta emergente en varias áreas, especialmente en biología y medicina14,15,16,17. La mayoría de las técnicas SRM como STORM, STED o SIM no lineal requieren etiquetado (generalmente con fluoróforos) y están explotando la fotofísica de fluorescencia para superar el límite de difracción y alcanzar más de 50 nm de resolución lateral16,18,19,20. Sin embargo, para las ciencias de los materiales, muestras como vidrios, metales o polímeros, donde la funcionalización de la superficie con fluorescencia no es una tarea fácil (cuando es posible)21, el uso de SRM sigue siendo limitado. El sistema óptico de súper resolución sin etiquetas tiene poca implementación en la literatura. Por ejemplo, se puede obtener una resolución de 50 nm utilizando la imagen virtual creada por microesferas colocadas sobre la muestra para recopilar información de campo cercano de la superficie analizada22. Sin embargo, sigue siendo un desafío realizar mediciones metrológicas in situ, donde un elemento adicional como una microesfera cambiaría la integridad del material. Se han implementado algunos métodos de formación de imágenes ópticas indirectas para caracterizar superficies periódicas mediante la observación del patrón de difracción causado por la luz retrodispersada. Pero pueden surgir artefactos cuando se rompe la periodicidad o se cambia la orientación inicial de la estructura23,24. La iluminación estructurada se ha utilizado como alternativa para aumentar la función de transferencia de modulación del microscopio y, por lo tanto, el contraste de la imagen en muestras periódicas no fluorescentes. Es una buena alternativa para mediciones in situ25. Sin embargo, esta técnica requiere un algoritmo sofisticado para recuperar la imagen y, por lo tanto, no es un método de lo que ves es lo que obtienes, con posibles errores de reconstrucción.

Para aumentar la resolución espacial del microscopio, proponemos utilizar un microscopio de reflectancia confocal (CRM) sin etiquetas en un régimen de reasignación de fotones26. Una de las principales características del CRM de reasignación de fotones, también conocido como CRM de reescaneo, es muestrear las funciones de dispersión de puntos de imagen (PSF) en un sensor de matriz27 en lugar de solo contar los fotones en un detector de un solo píxel (fotodiodo o fotomultiplicador). ) como se hace comúnmente en CRM convencional. El principio de reasignación de fotones se basa en la reasignación de los fotones detectados mediante la reducción de la imagen PSF. Al proporcionar más distancia entre las PSF adyacentes, se dispone de información de mayor frecuencia. El soporte de frecuencia puede duplicarse26,28 con RCM de reescaneado en comparación con RCM convencional, lo que conduce finalmente a una ganancia de resolución entre 1,4 y 2 (después de la reponderación del dominio de frecuencia, un tipo de deconvolución)29; además, la configuración se puede adaptar a una configuración totalmente óptica30, minimizando el tiempo de cálculo. El CRM reescaneado ofrece una imagen de alta resolución sin etiquetas, que no requiere información a priori sobre la muestra, como las características de la superficie y la naturaleza del material, ni el control de la polarización de la luz, que LIPSS podría alterar. Anteriormente se ha informado cómo la técnica puede lograr una resolución lateral de 90 nm, para muestras biológicas y nanomateriales31. Además, dado que la superresolución se obtiene con luz retrodispersada, la velocidad de adquisición solo está limitada por la velocidad de los escáneres, lo que puede ser útil para posibles mediciones in situ mientras se estructura la superficie, con la posibilidad de mediciones adicionales como Raman. imágenes para recuperar información molecular32, o perfilómetro óptico (ver SI).

En este documento, realizamos caracterizaciones metrológicas de LIPSS generados por UV nanométricos (periodicidad en el rango de 105 - 172 nm) utilizando nuestro método sin etiquetas totalmente óptico basado en la reasignación de fotones. Comparamos el método con CRM convencional y métodos estándar de oro no ópticos (SEM y AFM). Estos resultados allanan el camino hacia una inspección in situ, sin etiquetas y rentable de cualquier SNS.

Los LIPSS se obtuvieron sobre una muestra de aleación de titanio, utilizando un láser de femtosegundo UV de cuarto armónico (\(\lambda _i=257\) nm, consulte "Métodos" para obtener más detalles). Las nanoestructuras se crearon en una configuración dedicada a la formación LIPSS (Fig. 1a) y luego se analizaron en la configuración de CRM escaneada nuevamente. Las LSFL y HSFL generadas se observaron con un SEM en un área texturizada de 40 \(\upmu \text {m}^2\) encontrando respectivamente un período \(\Lambda _{\text {L}}=172\pm 14 \) nm y \(\Lambda _{\text {H}}=105\pm 5\) nm, como se muestra en la figura 1b–d.

Imágenes SEM de LIPSS generados con un láser fs UV de 257 nm. La imagen ampliada revela una periodicidad (\(\Lambda\)) alrededor de 105 y 172 nm respectivamente para HSFL y LSFL. (a) Configuración del láser de femtosegundo para la formación de LIPSS, (b) Área observada SEM con un aumento de 11 000\(\veces\), (c) aumento de 30 000\(\veces\) para la visualización de HSFL y LSFL, (d) Distribución medida de el período LSFL y HSFL \(\Lambda _L=172\) nm, \(\sigma _L=14\) nm, \(\Lambda _H=105\) nm, \(\sigma _H=5\) nm.

Las dimensiones de estas estructuras están cerca o son más pequeñas que el límite de mejor resolución óptica: \(\lambda /(2\cdot NA) \ge 154\)-nm, con \(NA\le 1.3\) (objetivos de inmersión en agua para mantener caracterización óptica no destructiva) y \(\lambda \ge 400\)-nm para permitir el uso de dichos objetivos. Además, el contenido de la imagen no solo se rige por el límite de resolución: la función de transferencia de modulación (MTF)33 -que caracteriza el contraste en función de la frecuencia del objeto- se desvanece a cero al acercarse a la frecuencia de corte del sistema. Aunque teóricamente resuelto, incluso LSFL son difíciles de observar.

Usando un láser continuo de 405 nm y un objetivo de microscopio \(NA=1.27\) ensamblados en la configuración de la Fig. 2a, obtuvimos una resolución de 176 nm (límite de resolución teórica: \(r_o=160\) nm) con CRM regular ; al pasar al modo de superresolución con nuestro CRM de reescaneo, la resolución lateral se midió en \(r_{\text {rs}}=92\) nm, como se observa en la Fig. 2d usando el ancho completo a la mitad del máximo de el PSF. Esta es una ganancia de resolución de 1,91, suficiente para inspeccionar tanto LSFL como HSFL. Es importante mencionar que esto es solo una estimación de la resolución ya que estamos trabajando en un régimen de imagen coherente34. En la Fig. 4, demostramos en estructuras cuasi-periódicas reales que la resolución es de al menos 105 nm.

Las LSFL inscritas tienen un período entre 145 y 190 nm (Fig. 3a). No se detectaron ondas con imágenes de campo amplio (Fig. 3b), solo unas pocas se detectan con CRM convencional (Fig. 3c) mientras que el CRM de reescaneo superresuelto desbloquea una visualización clara de las ondas (Fig. 3d).

Primero, volver a escanear CRM incrementa la resolución lateral casi el doble que el CRM convencional (Fig. 2e) y ahora se detectan ondas con una dimensión más pequeña que el límite de difracción. En segundo lugar, se mejora el contraste de la imagen de CRM de nuevo escaneo en comparación con CRM convencional (es decir, mayor MTF) mejorando la eficiencia de detección de las ondas ya resueltas.

Configuración de imágenes ópticas y resolución del sistema. ( a ) Esquema de la configuración óptica, ( b ) microscopio confocal de reflectancia convencional PSF, ( c ) microscopio confocal escaneado PSF, ( d ) promedio radial de los PSF que se muestran en ( b, c ), ( e ) función de transferencia de modulación del sistema.

LSFL sobre superficie de aleación de titanio creada por láser fs (\(\lambda _i=257\) nm) y analizada con diferentes técnicas de imagen. (a) SEM, (b) imágenes de campo amplio, (c) CRM convencional, las flechas naranjas indican LIPSS visibles de período> 180 nm, (d) volver a escanear CRM, (e) gráfico del corte transversal que se muestra en blanco discontinuo en ( b – d ), ( f ) Distribución del período LSFL con los 3 métodos de imagen.

Un corte transversal en imágenes SEM, CRM y CRM de nuevo escaneo (Fig. 3a, c, d) se traza y se muestra en la Fig. 3e. El análisis muestra cómo las ondas alrededor del límite de resolución son imposibles de distinguir para un CRM convencional, pero, cuando se compara con SEM, la versión escaneada de CRM muestra variaciones de intensidad similares con un período congruente.

El período de la LSFL se analizó en un área de 40 \(\upmu \text {m}^2\) de la superficie nanotexturizada mediante SEM, CRM convencional y CRM de reescaneo. La distribución del período medido a través de la superficie tratada para los tres métodos diferentes se muestra en la Fig. 3f. Para el CRM convencional, el período promedio medido de LSFL fue de 187 nm, con una desviación estándar de 12 nm, mientras tanto, tanto para SEM como para CRM de reescaneo súper resuelto, el período promedio fue de 172 nm, con una desviación estándar de 14 Nuevo Méjico. La discrepancia de medida con RCM convencional surge de una medida sesgada debido al umbral límite de resolución que descarta las ondas más pequeñas.

El período del HSFL (\(110 \pm 5\)-nm), está más allá de la frecuencia de corte de cualquier microscopio óptico normal. La MTF del CRM de reescaneo se detiene en 92 nm, en el límite para observar el HSFL en la muestra. La Fig. 4a muestra la imagen de la superficie estructurada con el SEM y se compara con CRM normal y CRM de nuevo escaneo (Fig. 4b,c). Aunque el contraste no es tan alto como en el LSFL (Fig. 3d), es suficiente para distinguir el HSFL con CRM de nuevo escaneo y algunas ondas de alta frecuencia permanecen sin detectar. En la Fig. 4g se traza un corte transversal del área marcada en la Fig. 4a-c, que muestra que es posible la caracterización de HSFL con CRM de nuevo escaneo (ver SI para más detalles).

El soporte de frecuencia para todas las técnicas se calculó utilizando la transformación de Fourier de las imágenes (Fig. 4a-c). El soporte de frecuencia del SEM incluye fácilmente información nanométrica, como se esperaba; un círculo con puntos azules puntiagudos y uno naranja muestran respectivamente la frecuencia espacial correspondiente al período medio LSFL y el período medio HSFL (Fig. 4d). La comparación con el soporte de frecuencia CRM convencional (Fig. 4e) confirma que el soporte de información ni siquiera incluye la frecuencia de corte LSFL. Por lo tanto, para esta región de muestra, incluso el LSFL no se puede inspeccionar con el CRM convencional. Por otro lado, el soporte de CRM de reescaneo (Fig. 4f) sube a la frecuencia de corte de HSFL, por lo que tanto LSFL como HSFL pueden analizarse utilizando nuestra técnica súper resuelta.

Más allá de la inspección óptica no destructiva de estas ondulaciones sin precedentes, nuestro método de análisis de superficies nanométricas exhibe otras ventajas clave. Al estar basado en una configuración de microscopía óptica, re-scan CRM se beneficia de la flexibilidad sin contacto de la técnica. Esta resolución sin etiquetas de menos de 100 nm está particularmente adaptada para detectar y analizar la estructuración de la superficie del láser con pulsos cortos y ultracortos, ya que esta estructuración ocurre comúnmente a escala submicrométrica. En comparación con los métodos metrológicos estándar de oro, como AFM o SEM, el CRM de reescaneo tiene grandes ventajas, entre las que se incluyen que (i) es posible realizar adquisiciones directas sin contacto en muestras inalteradas (es decir, no se requiere vacío, puntas ni metalización). (ii) La velocidad de adquisición es actualmente de 0,8 s para inspeccionar un área de 12 \(\upmu\)m por 12 \(\upmu\)m, por lo que 180 \(\upmu\)m\(^2/s\) , y podría acelerarse hasta 1 mm\(^2\)/s moviéndose al escaneo resonante. (iii) La elegante simplicidad de nuestra configuración de caracterización óptica la convierte en un método rentable, fácil de implementar y mantener. Además, el ritmo de adquisición de CRM de reescaneo tiene el potencial de realizarse in situ, durante el procesamiento láser. La imagen no requiere tratamiento numérico ya que todo el proceso se realiza ópticamente por los dos espejos. Para obtener el máximo contraste y resolución, se recomienda encarecidamente la reponderación de fotones a través de la deconvolución después de la adquisición; consulte SI para obtener información sobre la discusión y la comparación. Las imágenes CRM y CRM re-escaneadas (y los perfiles extraídos) presentadas en este documento son imágenes desconvolucionadas. Cabe destacar que la extracción de la altura de las ondas cuantitativas de la señal desconvolucionada no es directa, ya que la desconvolución solo se puede realizar en la imagen de intensidad y no en el campo electromagnético real.

Para obtener una imagen de una región similar, tomaría alrededor de 10 minutos con un AFM convencional, sin tener en cuenta el tiempo que depende del usuario para la manipulación de la muestra, el posicionamiento fino debajo del AFM para encontrar el área de interés, que se requieren para este ex-situ. análisis. En cuanto a SEM, puede superar en gran medida al CRM de reescaneo en términos de resolución, ya que no está limitado por la difracción óptica. Su tiempo de adquisición está en el rango de segundos para la misma área medida. Sin embargo, el entorno controlado indispensable (como un cierto nivel de vacío) induce a la manipulación de muestras que requiere mucho tiempo y hace que estos métodos sean incompatibles con la caracterización in situ.

El CRM reescaneado súper resuelto tiene la capacidad de realizar una inspección in situ que puede abordar dos importantes desafíos actuales en la creación de patrones LIPSS. En primer lugar, las mediciones metrológicas in situ son obligatorias para evaluar la estabilidad de las ondulaciones independientemente de las propiedades locales del material25. En segundo lugar, especialmente para el láser ultrarrápido, un bucle de retroalimentación de inspección en tiempo real aumenta drásticamente la velocidad y la precisión de la optimización del multiparámetro del láser, incluida la potencia máxima, la tasa de repetición, la duración del pulso, la polarización, la superposición espacial, pero también la distribución de la intensidad del haz temporal y espacial. Por ejemplo, el gran campo de la soldadura por láser ha conocido un cambio de paradigma al hacerse posible la monitorización in situ del ojo de cerradura35. Además, la técnica de caracterización óptica in situ se ha utilizado para optimizar la forma temporal del láser ultrarrápido para la inscripción fotográfica a granel en vidrio de borosilicato36 o para que coincida con un patrón de ablación de superficie definido por el usuario37. Re-scan CRM desbloquea por primera vez tales optimizaciones a escala nanométrica donde se pueden lograr varias funciones de superficie con un interés notablemente biomédico y superficies híbridas complejas.

La superresolución óptica se obtuvo utilizando un microscopio de reflectancia confocal basado en la reasignación de fotones, como se observa en la Fig. 2a. Se utilizó un láser continuo de 405 nm (L405G1, Thorlabs, EE. UU.) como fuente de iluminación; el láser se filtró espacialmente mediante un agujero de alfiler (\(P1= 50 \upmu\)m) para limitar perfectamente la difracción y luego se dirigió a un microscopio casero mediante un divisor de haz (BS) T70/R30. La luz se proyecta en un espejo galvo de 2 ejes (escáneres ScannerMAX Compact 506, Pangolin, EE. UU.) por la lente \(L_3\) (\(f=200\) mm). Este espejo se encarga de escanear el láser sobre la muestra, como cualquier microscopio confocal convencional.

Para obtener la imagen, un objetivo de microscopio (\(60\times\), inmersión en agua, NA \(=\) 1.26, Nikon, Japón) enfoca la luz sobre la muestra y recoge la luz retrodispersada por la muestra analizada. Esta luz retrodispersada es descansada por el mismo espejo galvo y enfocada en un segundo agujero de alfiler (\(P_2=300 \, \upmu\)m), donde solo la luz que está enfocada puede pasar a través del agujero de alfiler. La luz se colima con una lente (\(L_5=300\) mm) y se proyecta en un segundo escáner x-y que supervisa la reasignación de fotones retrodispersados para aumentar al doble la separación entre dos PSF adyacentes. La luz finalmente se enfoca en una cámara CMOS (DCC1545M, Thorlabs, EE. UU.) por lente \(L_6=200\) mm. El resultado es una imagen directa de súper resolución en el CCD. La velocidad promedio del espejo galvo para ángulos pequeños es de aproximadamente 1 kHz; los espejos se controlaron mediante una tarjeta de adquisición ADC/DAC (NIUSB-653, National Instrument, EE. UU.). Los dos escáneres realizan ópticamente todo el proceso para alcanzar un régimen de superresolución, pero se puede aplicar la deconvolución de la imagen después de la reconstrucción óptica para maximizar la ganancia de resolución y el contraste de la imagen (ver SI). La figura 2b muestra la PSF de un microscopio de reflectancia confocal convencional, que se puede comparar directamente con la PSF del CRM escaneado nuevamente, que se muestra en la figura 2c. Ambos PSF se obtuvieron mediante la configuración que se muestra en la Fig. 2a, con una muestra de nanopartículas de oro de 60 nm de diámetro (OD 1, suspensión estabilizada en tampón de citrato, PubChem Substance ID 329765549, Sigma Aldrich) depositadas en un cubreobjetos de tipo 1.5. La degradación de las PSF experimentales se debe a aberraciones ópticas (principalmente coma y astigmatismo). Estas aberraciones son causadas por la calidad óptica de la superficie de los galvo-espejos, que solo están garantizados a \(\lambda /2.5\) a \(\lambda =405\) nm.

La formación de LIPSS se realizó con un láser de femtosegundo (PHAROS, Light conversion, Lituania) que trabaja a 50 kHz con una duración de pulso de 160 fs y una energía de pulso de 60 nJ. El cuarto armónico (257 nm) se logra con el generador de armónicos HIRO de la misma empresa. El escaneo se realizó con un escáner galvo (Thorlabs) y una lente f-\(\theta\) de 100 mm. Las líneas se escribieron a una velocidad de 20 mm/s (98,4 % de relación de superposición). La muestra era una aleación de titanio (Ti6A14V, Goodfellow) con una media aritmética inicial alta (Sa) de 0,052 \(\upmu\)m.

HSFL sobre superficie de aleación de titanio creada por láser fs (\(\lambda _i=257\) nm) y analizada con diferentes técnicas de imagen, incluida su representación de frecuencia. (a) SEM, (b) CRM convencional, (c) volver a escanear CRM, (d) representación de frecuencia de (a), (e) representación de frecuencia de (b), (f) representación de frecuencia de (c), ( g) gráfica del corte transversal que se muestra en (a–c).

Después de un baño ultrasónico, la muestra se inspeccionó con un SEM comercial (Jeol, Japón). La Figura 1a representa la inscripción de la línea láser. Los LIPSS están constituidos por LSFL distribuidas paralelas a la dirección de inscripción y perpendiculares a la polarización del láser (que se encuentra en el centro); y HSFL dispuestos perpendiculares a la dirección de exploración y paralelos a la polarización del láser (observados en los bordes de la inscripción).

Los conjuntos de datos utilizados y analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Bonse, J. Quo vadis lipss?–Tendencias recientes y futuras sobre estructuras superficiales periódicas inducidas por láser. Nanomateriales. https://doi.org/10.3390/nano10101950 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Lutey, AH et al. Hacia superficies antibacterianas texturizadas con láser. ciencia Rep. 8, 1–10 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Pallarés-Aldeiturriaga, D. et al. Influencia del texturizado láser ultrarrápido de longitud de onda múltiple y la esterilización en autoclave en la humectabilidad de la superficie basada en aleación de titanio. aplicación física A 128, 1–5 (2022).

Artículo Google Académico

Cunha, A. et al. Texturización de la superficie del titanio con láser de femtosegundo como método para reducir la adhesión de Staphylococcus aureus y la formación de biopelículas. aplicación Navegar. ciencia 360, 485–493. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.10.102 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Klos, A. et al. Procesamiento láser ultrarrápido de patrones nanoestructurados para el control de la adhesión y migración celular en aleación de titanio. Nanomaterialeshttps://doi.org/10.3390/nano10050864 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Maalouf, M. et al. La polarización del láser de femtosegundo para nanopatrones de aleación de titanio influye en la diferenciación osteoblástica. Nanomaterialeshttps://doi.org/10.3390/nano12101619 (2022).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Martínez-Calderón, M. et al. Micro/nano texturizado jerárquico biomimético de aleaciones de TiAlV mediante procesamiento láser de femtosegundo para el control de la adhesión y migración celular. física Rev.Mater. 4, 056008. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.056008 (2020).

Artículo Google Académico

Papá, S. et al. Titanio de doble funcionalidad mediante texturización láser ultrarrápida para mejorar la adhesión de fibroblastos gingivales humanos y minimizar la colonización de Porphyromonas gingivalis. aplicación Navegar. ciencia 606, 154784. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154784 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Bonse, J. & Grñf, S. Ten. Preguntas abiertas sobre estructuras superficiales periódicas inducidas por láser. Nanomaterialeshttps://doi.org/10.3390/nano11123326 (2021).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Talbi, A. et al. Nanoestructuración de película delgada de óxido de titanio por haz de láser UV femtosegundo: desde un punto hasta grandes superficies. aplicación Navegar. ciencia 418, 425–429. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.02.033 (2017) (Reunión de primavera de la Sociedad Europea de Investigación de Materiales 2016—Simposio-láser-interacciones de materiales para adaptar las aplicaciones del futuro).

Bonse, J., Kirner, SV y Krüger, J. Estructuras superficiales periódicas inducidas por láser (LIPSS). en Handbook of Laser Micro- and Nano-Engineering (Sugioka, K. ed.) . 1–59. https://doi.org/10.1007/978-3-319-69537-2_17-2 (Primavera, 2020).

Yao, J. et al. Aparición selectiva de varios patrones de estructuras superficiales periódicas inducidas por láser en una superficie metálica usando colores estructurales producidos por pulsos láser de femtosegundos. aplicación Navegar. ciencia 258, 7625–7632 (2012).

Artículo ADS CAS Google Académico

Echlin, MP, Straw, M., Randolph, S., Filevich, J. y Pollock, TM El sistema de la tribu: ablación con láser de femtosegundo in situ SEM. Mate. Personaje. 100, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2014.10.023 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Hell, SW & Wichmann, J. Rompiendo el límite de resolución de difracción por emisión estimulada: microscopía de fluorescencia de agotamiento de emisión estimulada. Optar. Letón. 19, 780–782 (1994).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Leung, BO & Chou, KC Revisión de microscopía de fluorescencia de súper resolución para biología. aplicación Espectrosc. 65, 967–980 (2011).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Gustafsson, MG Microscopía de iluminación estructurada no lineal: imágenes de fluorescencia de campo amplio con resolución teóricamente ilimitada. proc. nacional Academia ciencia 102, 13081–13086 (2005).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Baddeley, D. & Bewersdorf, J. Visión biológica de la microscopía de superresolución: lo que podemos aprender de las imágenes basadas en la localización. año Rev. Bioquímica. 87, 965–989 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Rust, MJ, Bates, M. y Zhuang, X. Imágenes de límite de subdifracción mediante microscopía de reconstrucción óptica estocástica (STORM). Nat. Métodos 3, 793–796 (2006).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vicidomini, G., Bianchini, P. & Diaspro, A. Microscopía superresuelta STED. Nat. Métodos 15, 173–182 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Ma, Y. et al. Avances recientes en microscopía de iluminación estructurada. J. física. Fotón. 3, 024009 (2021).

Artículo Google Académico

Pujals, S., Feiner-Gracia, N., Delcanale, P., Voets, I. & Albertazzi, L. Microscopía de superresolución como herramienta poderosa para estudiar materiales sintéticos complejos. Nat. Rev. Chem. 3, 68–84 (2019).

Artículo Google Académico

Montgomery, PC, Lecler, S., Leong-Hoï, A. & Perrin, S. Metrología de superficies de alta resolución mediante microscopía de interferencia asistida por microesferas. física Status Solidi (A) 216, 1800761 (2019).

Schröder, N. et al. Enfoque para monitorear la topografía de estructuras superficiales periódicas inducidas por láser usando un método de medición basado en difracción. Mate. Letón. 324, 132794 (2022).

Artículo Google Académico

Lee, YU et al. Nanoscopia de dispersión mejorada con material hiperbólico para imágenes de superresolución sin etiquetas. Nat. común 13, 1–8 (2022).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Aguilar, A., Mauclair, C., Faure, N., Colombier, J.-P. & Stoian, R. Visualización de alta resolución in situ de nanoestructuras periódicas inducidas por láser impulsadas por retroalimentación óptica. ciencia Rep. 7, 1–10 (2017).

Artículo Google Académico

Sheppard, CR Superresolución en imágenes confocales. Optik (Stuttgart) 80, 53–54 (1988).

Google Académico

Müller, CB & Enderlein, J. Microscopía de barrido de imágenes. física Rev. Lett. 104, 198101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.198101 (2010).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

DuBose, TB, LaRocca, F., Farsiu, S. e Izatt, JA Imágenes de la retina de superresolución mediante oftalmoscopia láser de barrido reasignada ópticamente. Nat. Fotón. 13, 257–262 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Gregor, I. et al. Microscopía de escaneo de imagen no lineal rápida. Nat. Métodos 14, 1087–1089. https://doi.org/10.1038/nmeth.4467 (2017).

Artículo CAS PubMed Google Académico

De Luca, GM et al. Volver a escanear microscopía confocal: escanear dos veces para obtener una mejor resolución. biomedicina Optar. Exp. 4, 2644–2656 (2013).

Artículo Google Académico

Aguilar, A., Boyreau, A. y Bon, P. Imágenes de superresolución sin etiquetas por debajo de 90 nm mediante reasignación de fotones. Res. abierta EUR. 1, 3 (2021).

Artículo Google Académico

Jiang, C., Zhao, J., Therese, HA, Friedrich, M. & Mews, A. Imágenes y espectroscopia Raman de nanotubos de carbono individuales heterogéneos. J. física. química B 107, 8742–8745 (2003).

Artículo CAS Google Académico

Inoue, S., Tsumura, N. y Miyake, Y. Medición de MTF de papel mediante proyección de patrón de prueba sinusoidal. J. Imaging Sci. Tecnología 41, 657–661 (1997).

CAS Google Académico

Horstmeyer, R., Heintzmann, R., Popescu, G., Waller, L. y Yang, C. Estandarización de los reclamos de resolución para microscopía coherente. Nat. Fotón. (Nature Publishing Group) 10, 68–71. https://doi.org/10.1038/nphoton.2015.279 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Wu, D. et al. Avances y perspectivas del monitoreo óptico in-situ en soldadura por rayo láser: Detección, caracterización y modelado. J. Manuf. Proceso. 75, 767–791. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.01.044 (2022).

Artículo Google Académico

Mermillod-Blondin, A. et al. Cambiando el signo de los cambios en el índice de refracción en vidrio óptico de corona de borosilicato irradiado con láser ultrarrápido y de forma temporal a altas tasas de repetición. física Rev. B 77, 104205. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.104205 (2008).

Artículo ADS CAS Google Académico

Campbell, S., Triphan, SMF, El-Agmy, R., Greenaway, AH y Reid, DT Optimización directa de la ablación con láser de femtosegundo mediante el modelado de frente de onda adaptativo. J. Opt. Una aplicación pura. Optar. (Publicación IOP) 9, 1100–1104. https://doi.org/10.1088/1464-4258/9/11/022 (2007).

Descargar referencias

Los experimentos de irradiación láser y la preparación de LIPSS recibieron el apoyo parcial del programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea LaserImplant, con el número de acuerdo de subvención: 951730. La microscopía de superresolución recibió el apoyo financiero del programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención 848645 (proyecto SPECIPHIC) y por el programa de prematuridad del CNRS (proyecto NanoInSitu).

Instituto de Investigación Xlim, CNRS UMR 7252, Universitéde Limoges, Limoges, Francia

Alberto Aguilar & Pierre Bon

UMR 5516 CNRS, Laboratorio Hubert-Curien, Universidad de Lyon, Universidad Jean-Monnet, 42000, Saint-Etienne, Francia

Alain Abou Khalil, David Pallares Aldeiturriaga, Xxx Silk y Cyril Mauclair

GIE Manutech-USD, 42000, Saint-Étienne, Francia

Xxx Seda Y Cyril Mauclair

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AA concibió el estudio, realizó el experimento CRM de nuevo escaneo, realizó el tratamiento de datos y escribió el manuscrito. AAK concibió la configuración experimental LIPSS, realizó la formación LIPSS y la caracterización SEM de las muestras con DPAXS y CM diseñó el experimento LIPSS y obtuvo apoyo financiero para esta parte de la actividad. PB concibió el estudio, escribió el manuscrito y obtuvo apoyo financiero con respecto al CRM de reescaneado. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Alberto Aguilar o Pierre Bon.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Aguilar, A., Khalil, AA, Aldeiturriaga, DP et al. Inspección no destructiva de la nanoestructuración de la superficie utilizando imágenes ópticas de superresolución sin etiquetas. Informe científico 13, 6008 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32735-w

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Recibido: 20 de diciembre de 2022

Aceptado: 31 de marzo de 2023

Publicado: 12 abril 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32735-w

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