211service.com
Räkna celler på sekunder
Kliniska tester för att identifiera och räkna normala och bakteriella celler i blod och andra prover kan berätta för läkare källan till en bakterieinfektion eller hjälpa dem att övervaka immunhälsan hos personer med HIV. Men konventionell cellräkning är kostsam och tidskrävande. Ett enkelt, linslöst bildsystem som utvecklas av forskare vid University of California, Los Angeles, använder ett chip som det som finns i en digitalkamera för att räkna och särskilja olika typer av celler i blod och dricksvatten, och enkla algoritmer för att identifiera och räkna cellerna. Bildkameran skulle kunna bäras i en enhet av storleken på en mobiltelefon och användas för att övervaka vattenkvaliteten och för att tillhandahålla billig diagnostik på landsbygden och underutvecklade områden.
Räkna skuggor: En ny cellräknare använder bildchipet från en digitalkamera för att registrera skuggorna, eller diffraktionssignaturerna, från celler i blod och andra prover. Enkla algoritmer gör att celler kan identifieras och räknas eftersom varje celltyp har en unik signatur. På den här bilden tagen med cellräknaren är jästceller inringade i blått, röda blodkroppar är inringade i rött och pärlor är inringade i grönt.
Avbildaren kan hitta ett litet antal celler i ett stort, obearbetat prov. Ett vatten- eller blodprov laddas på en glasskiva ovanför ett ljusavkännande chip som är identiskt med de som används i digitala konsumentkameror; då är den upplyst från ovan. Det vi spelar in är inte en bild utan en diffraktionssignatur, säger vi Aydogan Ozcan , en biträdande professor i elektroteknik vid UCLA som utvecklar cellräknaren. Till skillnad från konventionella mikroskop, som tar detaljerade bilder av mycket små prover, är Ozcans diffraktionsteknik snabb och billig. De suddiga, pixlade bilderna som skapas av hans cellräknare är av så låg kvalitet att Ozcan inte kallar systemet ett mikroskop. Men dessa bilder innehåller precis tillräckligt med information för att identifiera och räkna celler, vilket är allt som behövs för många kliniska diagnostiska tillämpningar.
Cellräkning görs vanligtvis med hjälp av maskiner som kallas flödescytometrar, som kostar upp till hundratusentals dollar. Tekniken måste utföras i labbet och kräver flera steg. Konventionella mikroskop kan också användas för att hitta och räkna celler, men mikroskop är kostsamma och processen är komplex. Om du ville screena för några bakterieceller i några milliliter vatten, skulle du behöva göra hundratals tester med ett vanligt mikroskop, säger Ozcan.
I Ozcans metod, när ljus passerar genom en given celltyp, böjs eller böjs ljuset på ett karakteristiskt sätt. Varje celltyp har en unik diffraktionssignatur som beror på dess storlek, form och en optisk kvalitet som kallas brytningsindex. Ozcan har sammanställt ett bibliotek med karakteristiska diffraktionssignaturer för olika celltyper. Efter att hans cellräknare tagit en bild, konsulterar den snabbt hans bibliotek för att fastställa antalet celler av varje typ i provet. Dessa beräkningar kräver inte mycket processorkraft och kan göras i en mobil enhet som en mobiltelefon, säger Ozcan.
Räknaren har hög genomströmning – samtidigt som den kan upptäcka ett litet antal celler, kan den avbilda så många som 100 000 celler i ett 20 centimeters kvadratiskt synfält på en sekund. Räknaren kan till exempel bestämma koncentrationen av röda blodkroppar i ett obearbetat blodprov med 90 procents noggrannhet. Antal röda blodkroppar kan användas för att diagnostisera anemi, för att övervaka malaria och för att övervaka patienternas svar på kemoterapi.
Vad [Ozcan] gör har potential för handhållna enheter som fungerar på fältet, säger Alexander Revzin , en biträdande professor i biomedicinsk teknik vid University of California, Davis. Rezvin har inlett ett samarbete med Ozcan för att utveckla ett billigt, diffraktionsbaserat test för att räkna T-celler hos HIV-patienter – ett mått på immunsystemets hälsa som används för att avgöra när man ska påbörja läkemedelsbehandling och om det fungerar. Uppenbarligen är en resursfattig inställning ett mål, men den behöver inte bara användas i Afrika om detta är en robust teknik, säger Rezvin.
Detta är en mycket praktisk teknik, säger Mehmet Fatih Yanik , en biträdande professor i Research Laboratory of Electronics vid MIT. Ozcans arbete kan avsevärt minska kostnaderna och ansträngningen som krävs för cellräkning, vilket gör det möjligt att använda det till och med i tredje världens länder för en mängd olika medicinska tillämpningar.
Hittills har Ozcans grupp utvecklat protypcellräknare på labbenchtop. Därefter, säger han, kommer han att omvandla en mobiltelefon till ett mobilt diagnoslabb genom att ta ut kameralinsen och sätta i bildchipet och ett mekaniskt system för att ladda mikroskopobjektglas.