Litet $10 mikroskop

Ett litet mikroskop som använder samma typ av chip som används i digitala kameror kan producera högupplösta bilder av celler utan de dyra, rymdödande linserna som har varit en del av mikroskopdesign i århundraden. Forskare vid Caltech, som utvecklade det revolutionerande avbildningssystemet, säger att enheterna kunde masstillverkas till en kostnad av $10 styck och integreras i stora arrayer, vilket möjliggör högkapacitetsavbildning i biologiska laboratorier. Enheten skulle också kunna bredda tillgången till bildbehandlingsteknik: inbyggda i enheter i PDA-storlek, till exempel, kan mikroskopen göra det möjligt för läkare på landsbygden att bära sofistikerade bildsystem i fickan.

Miniatyrmikroskop: Detta lilla mikroskop, som använder mikrofluidik för att flöda ett prov över ett bildchip från en digitalkamera, har samma upplösning som ett konventionellt ljusmikroskop.

Caltech-enheten använder ett system av små vätskekanaler som kallas mikrofluidik för att rikta celler och till och med mikroskopiska djur över ett ljusavkännande chip. Chipet, en färdig sensor som är identisk med de som finns i digitalkameror, är täckt med ett tunt lager av metall som blockerar de flesta pixlarna. Några hundra små öppningar stansade i metallen längs vätskekanalen släpper in ljus. När provet strömmar genom mikroskopet, fångar varje öppning en bild. En version av mikroskopet använder gravitation för att kontrollera flödet av provet över öppningarna. En annan version, som möjliggör mycket bättre kontroll, använder en elektrisk potential för att driva flödet av celler.

De 100 till 200 bilderna kombineras sedan med en enkel bildbehandlingsprogramvara. Processorkraften i en handdator är mer än tillräcklig för att utföra beräkningarna, säger Caltechs ingenjör Changhuei Yang , som designade mikroskopet. Mikroskopet måste vara belyst uppifrån, men solljus räcker. Mikroskopets upplösning liknar den för ett konventionellt ljusmikroskop - cirka en mikrometer - och begränsas av storleken på öppningarna.

Yangs enhet är en del av en ny revolution inom mikroskopi, säger Michael Field , fysiker vid MIT. Vanliga mikroskop är inte längre det enda spelet i stan, säger han. Andra nya framsteg har inkluderat sofistikerad teknik för att övervinna långvariga fysiska begränsningar av ljusmikroskops upplösning och förbättra deras penetration in i vävnad . Yangs lilla mikroskop tar dock tekniken i en annan, enklare riktning. Det är billigt, kompakt och elegant, säger Feld.

Yang säger att mikroskopen kan tillverkas med konventionella tillverkningstekniker som används i halvledarindustrin och grupperas i arrayer på hundratals eller till och med tusentals för automatiserad bildbehandling med hög genomströmning. Ytterligare bildbehandlingsprogram kan varna forskare om celler av intresse i ett prov, vilket frigör deras tid att göra något annat medan experimentet fortsätter.

Miniatyrmikroskopen har en mängd potentiella användningsområden. Eftersom de är billiga och kompakta, hoppas Yang att de kommer att användas i bärbara enheter i utvecklingsvärlden. Guldstandarden för att upptäcka malaria är att undersöka ett blodprov under ett högeffektmikroskop, säger han. Konventionella mikroskop är dock för ömtåliga, besvärliga och krafthungriga för att kunna implementeras på många ställen där blodparasiten är utbredd. Tio dollar mikroskop kan sättas in i PDA-storlek enheter som visar bilderna på en liten skärm. En sådan anordning skulle förmodligen kosta omkring 100 dollar; mikroskopsystemen skulle kunna bytas ut som skrivarpatroner när de visar slitage.

Enheterna kan också vara användbara för att spåra cancer. Yang inledde nyligen ett samarbete med Richard Cote , en urolog vid University of Southern California som utvecklar apparater för realtidsövervakning av cancerterapier. Cotes teknologi använder filter för att plocka stora, vandrande cancerceller från blodet. Läkare måste titta på cellerna för att avgöra om en patients cancer sprider sig, men att placera cellerna på ett objektglas är helt enkelt inte praktiskt. Linser är det begränsande förslaget, och Yangs system eliminerar dem, säger Cote. Yang föreställer sig också implanterbara mikroskop som söker efter vandrande cancerceller och identifierar en delmängd av bilder som en läkare kan undersöka manuellt.

High-throughput avbildning kommer att vara en välsignelse för läkemedelsföretag, säger Peter så , chef för Bioinstrumentation Engineering, Analysis och Microscopy Lab vid MIT. Under läkemedelsutveckling testas hundratals versioner av samma förening först i celler. Den aktuella tekniken innebär att celler pläteras i små brunnar och sedan exponeras för droger och sedan testas deras svar med en kombination av teknologier, inklusive mikroskopi. Mikrofluidsystem för hantering av celler skulle kräva mindre prover och skulle påskynda processen, men de har inte implementerats i stor omfattning eftersom fram till Caltechs framsteg har det inte funnits något sätt att integrera bildbehandling i dessa enheter, säger So.

Yang säger att han pratar med flera företag om att kommersialisera mikroskopet på ett chip, och han hoppas att det kommer ut på marknaden om fem år. Han arbetar också med modifieringar av systemet för att möjliggöra fluorescensavbildning – mikroskopen kan för närvarande inte upptäcka färger – och för att öka scopes upplösning.

Dölj