211service.com
Ett linsfritt mikroskop för $1,50
Med hjälp av en digitalkamerasensor för $1,50 har forskare vid Caltech skapat det enklaste och billigaste objektivfria mikroskopet hittills. En sådan enhet skulle kunna ha många tillämpningar, inklusive att hjälpa till att diagnostisera sjukdomar i utvecklingsvärlden och möjliggöra snabb screening av nya läkemedel.
Inget objektiv krävs : Forskaren Guoan Zheng injicerar ett prov i inloppet på det optofluidiska mikroskopet.
Det bästa sättet att diagnostisera malaria är att en skicklig tekniker undersöker blodprover med ett konventionellt optiskt mikroskop. Men detta är opraktiskt i delar av världen där malaria är vanligt. En enkel linsfri bildbehandlingsenhet ansluten till en smart telefon eller en handdator kan automatiskt diagnostisera sjukdom. Ett linslöst mikroskop kan också användas för snabb cancer- eller läkemedelsscreening, med dussintals eller hundratals mikroskop som arbetar samtidigt.
Caltech-enheten är anmärkningsvärt enkel. Ett system av mikroskopiska kanaler som kallas mikrofluidik leder ett prov över det ljusavkännande chipet, som tar bilder i snabb följd när provet passerar över. Till skillnad från tidigare iterationer finns det inga andra delar. Tidigare versioner hade nålhålsöppningar och en elektrokinetisk drivning för att flytta celler i en fast orientering med ett elektriskt fält. I den nya enheten elimineras denna komplexitet tack vare en smart design och mer sofistikerade mjukvarualgoritmer. Prover flödar genom kanalen på grund av en liten skillnad i tryck från ena änden av chipet till den andra. Enhetens tillverkare kallar det ett subpixelupplösande optofluidmikroskop, eller SROFM.
Fördelen här är att det är enklare än deras tidigare tillvägagångssätt, säger David Eriksson , en mikrofluidikexpert vid Cornell University.
Celler tenderar att rulla ände över ände när de passerar genom en mikrofluidisk kanal. Den nya enheten använder detta beteende till sin fördel genom att ta bilder och producera en video. Genom att avbilda en cell från alla vinklar kan en läkare bestämma dess volym, vilket kan vara användbart när man till exempel letar efter cancerceller. Changhuei Yang , som leder labbet där mikroskopet utvecklades, säger att detta innebär att prover, såsom blod, inte behöver förberedas på objektglas i förväg.
Den nuvarande upplösningen för SROFM är 0,75 mikron, vilket är jämförbart med ett ljusmikroskop vid 20 gångers förstoring, säger Guoan Zheng , huvudförfattare till en ny artikel om arbetet, publicerad i tidskriften Lab on a Chip .
Sensorn har pixlar som är 3,2 mikron på varje sida. En superupplösningsalgoritm sätter ihop flera bilder (50 för varje högupplöst bild) för att skapa en bild med förbättrad upplösning – som om skärmen hade pixlar på 0,32 mikron. Superupplösningstekniker kan dock endast särskilja funktioner som är åtskilda av minst en pixel, vilket innebär att den slutliga upplösningen måste vara minst två gånger pixelstorleken. Det är därför en pixelstorlek på 0,32 mikron endast ger en upplösning på 0,75 mikron.
Zhengs teknik använder bara en liten del av chipet, vilket gör att han kan fånga celler med en relativt hög bildhastighet på 300 bilder per sekund. Detta ger en superupplöst film av en cell med sex bilder per sekund.
Att använda en CMOS-sensor med högre upplösning bör möjliggöra en ännu bättre slutlig upplösning, säger Seung Ah Lee, en annan samarbetspartner i projektet. Lee vill få upplösningen upp till motsvarande 40x förstoring, så att tekniken kan användas för diagnos av malaria via automatiserad igenkänning av onormala blodkroppar.
Aydogan Ozcan , en professor vid UCLA som utvecklar ett konkurrerande tillvägagångssätt, säger att Zhengs arbete är ett värdefullt framsteg för optofluidisk mikroskopi, eftersom detta system är enklare, erbjuder högre upplösning och är lättare att använda än tidigare mikroskop. Ozcan säger dock att tekniken har begränsningar.
Den mikrofluidiska kanalen måste vara ganska liten, säger Ozcan, vilket innebär att metoden inte kan tillämpas på partiklar som kan variera mycket i storlek, och kanalen måste byggas för att rymma den största partikeln som kan strömma genom den. Ozcans eget linslösa mikroskop använder inte mikrofluidkanaler, utan fångar istället ett hologram av provet genom att tolka interferensmönstret hos en LED-lampa som lyser genom det. Denna metod har inga sådana begränsningar.
Ur mitt perspektiv är det här komplementära tillvägagångssätt, säger Ozcan, vars yttersta mål är billiga, mobiltelefonbaserade medicinska diagnostiska verktyg för utvecklingsländerna.