Een lensvrije microscoop van $ 1,50

Met behulp van een digitale camerasensor van $ 1,50 hebben wetenschappers van Caltech de eenvoudigste en goedkoopste lensvrije microscoop tot nu toe gemaakt. Een dergelijk apparaat zou veel toepassingen kunnen hebben, waaronder het helpen diagnosticeren van ziekten in ontwikkelingslanden en het mogelijk maken van snelle screening van nieuwe medicijnen.

Geen lens nodig : Onderzoeker Guoan Zheng injecteert een monster in de inlaat van de optofluïdische microscoop.

De beste huidige manier om malaria te diagnosticeren is voor een ervaren technicus om bloedmonsters te onderzoeken met behulp van een conventionele optische microscoop. Maar dit is onpraktisch in delen van de wereld waar malaria veel voorkomt. Een eenvoudig lensvrij beeldvormingsapparaat dat is aangesloten op een smartphone of een PDA, kan automatisch ziekte diagnosticeren. Een lensloze microscoop kan ook worden gebruikt voor snelle kanker- of drugsscreening, waarbij tientallen of honderden microscopen tegelijkertijd werken.

Het apparaat van Caltech is opmerkelijk eenvoudig. Een systeem van microscopisch kleine kanalen, microfluïdica genaamd, leidt een monster over de lichtgevoelige chip, die snel achter elkaar beelden maakt terwijl het monster passeert. In tegenstelling tot eerdere iteraties zijn er geen andere onderdelen. Eerdere versies hadden gaatjes met gaatjes en een elektrokinetische aandrijving voor het verplaatsen van cellen in een vaste oriëntatie met een elektrisch veld. In het nieuwe apparaat wordt deze complexiteit geëlimineerd dankzij een slim ontwerp en meer geavanceerde software-algoritmen. Monsters stromen door het kanaal vanwege een klein drukverschil van het ene uiteinde van de chip naar het andere. De makers van het apparaat noemen het een subpixel oplossende optofluïdische microscoop, of SROFM.

Het voordeel hier is dat het eenvoudiger is dan hun eerdere benaderingen, zegt David Erickson , een microfluïdica-expert aan de Cornell University.

Cellen hebben de neiging om over het uiteinde te rollen als ze door een microfluïdisch kanaal gaan. Het nieuwe apparaat gebruikt dit gedrag in zijn voordeel door foto's te maken en een video te maken. Door een cel vanuit elke hoek in beeld te brengen, kan een clinicus het volume bepalen, wat bijvoorbeeld handig kan zijn bij het zoeken naar kankercellen. Changhuei Yang , die het laboratorium leidt waar de microscoop is ontwikkeld, zegt dat dit betekent dat monsters, zoals bloed, niet vooraf op objectglaasjes hoeven te worden voorbereid.

De huidige resolutie van de SROFM is 0,75 micron, wat vergelijkbaar is met een lichtmicroscoop bij 20 keer vergroting, zegt Guoan Zheng , hoofdauteur van een recent artikel over het werk, gepubliceerd in het tijdschrift Lab op een chip .

De sensor heeft pixels van 3,2 micron aan elke kant. Een algoritme met superresolutie verzamelt meerdere afbeeldingen (50 voor elke afbeelding met hoge resolutie) om een ​​afbeelding met verbeterde resolutie te creëren, alsof het scherm pixels van 0,32 micron groot heeft. Superresolutietechnieken kunnen echter alleen kenmerken onderscheiden die door ten minste één pixel zijn gescheiden, wat betekent dat de uiteindelijke resolutie ten minste tweemaal de pixelgrootte moet zijn. Dit is de reden waarom een ​​pixelgrootte van 0,32 micron slechts een resolutie van 0,75 micron oplevert.

De techniek van Zheng gebruikt slechts een klein deel van de chip, waardoor hij cellen kan vastleggen met een relatief hoge framesnelheid van 300 frames per seconde. Dit levert een superresolutiefilm van een cel op met zes frames per seconde.

Het gebruik van een CMOS-sensor met een hogere resolutie zou een nog betere uiteindelijke resolutie mogelijk moeten maken, zegt Seung Ah Lee, een andere medewerker van het project. Lee wil de resolutie op het equivalent van 40x vergroting krijgen, zodat de techniek kan worden gebruikt voor de diagnose van malaria via geautomatiseerde herkenning van abnormale bloedcellen.

Aydogan Ozcan , een professor aan de UCLA die een concurrerende benadering ontwikkelt, zegt dat het werk van Zheng een waardevolle vooruitgang is voor optofluïdische microscopie, omdat dit systeem eenvoudiger is, een hogere resolutie biedt en gemakkelijker te gebruiken is dan eerdere microscopen. Ozcan zegt echter dat de techniek beperkingen heeft.

Het microfluïdische kanaal moet vrij klein zijn, zegt Ozcan, wat betekent dat de benadering niet kan worden toegepast op deeltjes die sterk in grootte kunnen variëren, en het kanaal moet worden gebouwd om het grootste deeltje dat er doorheen kan stromen, op te vangen. Ozcan's eigen lensloze microscoop maakt geen gebruik van microfluïdische kanalen, maar legt in plaats daarvan een hologram van het monster vast door het interferentiepatroon van een LED-lamp die er doorheen schijnt te interpreteren. Deze methode heeft dergelijke beperkingen niet.

Vanuit mijn perspectief zijn dit complementaire benaderingen, zegt Ozcan, wiens uiteindelijke doel goedkope, op mobiele telefoons gebaseerde medische diagnostische hulpmiddelen voor ontwikkelingslanden is.

zich verstoppen