211service.com
Mikroskop bezsoczewkowy o wartości 1,50 USD
Korzystając z czujnika aparatu cyfrowego o wartości 1,50 USD, naukowcy z Caltech stworzyli najprostszy i najtańszy mikroskop bezsoczewkowy. Takie urządzenie mogłoby mieć wiele zastosowań, w tym pomoc w diagnozowaniu chorób w krajach rozwijających się oraz umożliwienie szybkich badań przesiewowych nowych leków.
Nie wymaga obiektywu : Badacz Guoan Zheng wstrzykuje próbkę do wlotu mikroskopu optofluidycznego.
Najlepszym obecnie sposobem diagnozowania malarii jest zbadanie próbek krwi przez wykwalifikowanego technika za pomocą konwencjonalnego mikroskopu optycznego. Jest to jednak niepraktyczne w częściach świata, w których malaria jest powszechna. Proste urządzenie do obrazowania bez soczewek podłączone do smartfona lub palmtopa może automatycznie zdiagnozować chorobę. Mikroskop bezsoczewkowy może być również używany do szybkiego badania przesiewowego raka lub leków, z dziesiątkami lub setkami mikroskopów pracujących jednocześnie.
Urządzenie Caltech jest niezwykle proste. System mikroskopijnych kanałów zwanych mikroprzepływami prowadzi próbkę przez chip wykrywający światło, który szybko zamienia obrazy w czasie, gdy próbka przechodzi. W przeciwieństwie do poprzednich iteracji nie ma innych części. Wcześniejsze wersje posiadały otwory otworkowe i napęd elektrokinetyczny do poruszania ogniw w ustalonej orientacji za pomocą pola elektrycznego. W nowym urządzeniu ta złożoność została wyeliminowana dzięki sprytnemu projektowi i bardziej wyrafinowanym algorytmom oprogramowania. Próbki przepływają przez kanał z powodu niewielkiej różnicy ciśnień z jednego końca chipa na drugi. Twórcy urządzenia nazywają go subpikselowym rozdzielczym mikroskopem optofluidycznym lub SROFM.
Zaletą jest to, że jest prostsze niż ich poprzednie podejścia, mówi David Erickson , ekspert w dziedzinie mikroprzepływów na Cornell University.
Komórki mają tendencję do toczenia się na końcach podczas przechodzenia przez kanał mikroprzepływowy. Nowe urządzenie wykorzystuje to zachowanie na swoją korzyść, przechwytując obrazy i tworząc wideo. Obrazując komórkę pod każdym kątem, klinicysta może określić jej objętość, co może być przydatne na przykład podczas wyszukiwania komórek rakowych. Changhuei Yang , który kieruje laboratorium, w którym opracowano mikroskop, mówi, że oznacza to, że próbki, takie jak krew, nie muszą być wcześniej przygotowywane na szkiełkach.
Obecna rozdzielczość SROFM wynosi 0,75 mikrona, co jest porównywalne z mikroskopem świetlnym przy 20-krotnym powiększeniu, mówi Guoan Zheng , główny autor najnowszego artykułu na temat pracy, opublikowanego w czasopiśmie Laboratorium na chipie .
Czujnik ma piksele o wielkości 3,2 mikrona z każdej strony. Algorytm super rozdzielczości łączy wiele obrazów (50 dla każdego obrazu o wysokiej rozdzielczości), aby stworzyć obraz o podwyższonej rozdzielczości – tak, jakby ekran miał piksele o rozmiarze 0,32 mikrona. Jednak techniki superrozdzielczości mogą rozróżniać tylko te cechy, które są oddzielone co najmniej jednym pikselem, co oznacza, że ostateczna rozdzielczość musi być co najmniej dwa razy większa od rozmiaru piksela. Dlatego piksel o rozmiarze 0,32 mikrona zapewnia rozdzielczość tylko 0,75 mikrona.
Technika Zhenga wykorzystuje tylko niewielką część chipa, co pozwala mu przechwytywać komórki ze stosunkowo dużą liczbą klatek na sekundę, wynoszącą 300 klatek na sekundę. Daje to film komórek w super rozdzielczości z szybkością sześciu klatek na sekundę.
Użycie matrycy CMOS o wyższej rozdzielczości powinno zapewnić jeszcze lepszą rozdzielczość ostateczną, mówi Seung Ah Lee, inny współpracownik projektu. Lee chce uzyskać rozdzielczość do równowartości 40-krotnego powiększenia, aby technikę tę można było wykorzystać do diagnozowania malarii poprzez automatyczne rozpoznawanie nieprawidłowych krwinek.
Aydogan Ozcan , profesor na UCLA, który opracowuje konkurencyjne podejście, mówi, że praca Zhenga jest cennym postępem w mikroskopii optofluidycznej, ponieważ ten system jest prostszy, oferuje wyższą rozdzielczość i jest łatwiejszy w użyciu niż poprzednie mikroskopy. Jednak Ozcan mówi, że ta technika ma ograniczenia.
Kanał mikroprzepływowy musi być dość mały, mówi Ozcan, co oznacza, że podejście nie może być zastosowane do cząstek, które mogą się znacznie różnić wielkością, a kanał musi być zbudowany tak, aby pomieścić największą cząsteczkę, która może przez niego przepływać. Własny mikroskop bezsoczewkowy firmy Ozcan nie wykorzystuje kanałów mikroprzepływowych, a zamiast tego rejestruje hologram próbki, interpretując wzór interferencji świecącej przez nią lampy LED. Ta metoda nie ma takich ograniczeń.
Z mojej perspektywy są to podejścia komplementarne, mówi Ozcan, których ostatecznym celem są tanie, oparte na telefonach komórkowych medyczne narzędzia diagnostyczne dla krajów rozwijających się.