211service.com
Kleine $ 10 Microscoop
Een kleine microscoop die gebruikmaakt van dezelfde soort chip die in digitale camera's wordt gebruikt, kan afbeeldingen met een hoge resolutie van cellen produceren zonder de dure, ruimteverslindende lenzen die al eeuwenlang deel uitmaken van het ontwerp van de microscoop. Onderzoekers van Caltech, die het revolutionaire beeldvormingssysteem hebben ontwikkeld, zeggen dat de apparaten in massaproductie kunnen worden geproduceerd tegen een kostprijs van $ 10 per stuk en kunnen worden ingebouwd in grote arrays, waardoor beeldvorming met hoge doorvoer in biologielaboratoria mogelijk wordt. Het apparaat zou ook de toegang tot beeldvormingstechnologie kunnen verbreden: de microscopen kunnen bijvoorbeeld worden ingebouwd in apparaten van PDA-formaat en kunnen plattelandsartsen in staat stellen geavanceerde beeldvormingssystemen in hun zak te dragen.
Miniatuur microscoop: Deze kleine microscoop, die microfluïdica gebruikt om een monster over een beeldchip van een digitale camera te laten stromen, heeft dezelfde resolutie als een conventionele lichtmicroscoop.
Het Caltech-apparaat gebruikt een systeem van kleine vloeistofkanalen, microfluïdica genaamd, om cellen en zelfs microscopisch kleine dieren over een lichtgevoelige chip te leiden. De chip, een kant-en-klare sensor die identiek is aan die van digitale camera's, is bedekt met een dunne laag metaal die de meeste pixels blokkeert. Een paar honderd kleine openingen die in het metaal langs het vloeistofkanaal zijn geponst, laten licht binnen. Terwijl het monster door de microscoop stroomt, legt elke opening een beeld vast. Eén versie van de microscoop gebruikt de zwaartekracht om de stroom van het monster door de openingen te regelen. Een andere versie, die een veel betere controle mogelijk maakt, gebruikt een elektrisch potentiaal om de stroom van cellen aan te drijven.
De 100 tot 200 afbeeldingen worden vervolgens gecombineerd met behulp van eenvoudige beeldverwerkingssoftware. De rekenkracht in een PDA is ruim voldoende om de berekeningen uit te voeren, zegt Caltech engineer Changhuei Yang , die de microscoop ontwierp. De microscoop moet van bovenaf belicht worden, maar zonlicht is voldoende. De resolutie van de microscoop is vergelijkbaar met die van een conventionele lichtmicroscoop - ongeveer een micrometer - en wordt beperkt door de grootte van de openingen.
Het apparaat van Yang maakt deel uit van een nieuwe revolutie in microscopie, zegt Michael Field , een natuurkundige aan het MIT. Reguliere microscopen zijn niet langer het enige spel in de stad, zegt hij. Andere recente ontwikkelingen omvatten geavanceerde technologieën voor het overwinnen van langdurige fysieke beperkingen op de resolutie van lichtmicroscopen en het verbeteren van hun penetratie in weefsel . De kleine microscoop van Yang neemt de technologie echter in een andere, eenvoudigere richting. Het is goedkoop, compact en elegant, zegt Feld.
Yang zegt dat de microscopen kunnen worden vervaardigd met behulp van conventionele fabricagetechnieken die worden gebruikt in de halfgeleiderindustrie en gegroepeerd in arrays van honderden of zelfs duizenden voor geautomatiseerde beeldvorming met hoge doorvoer. Aanvullende beeldverwerkingssoftware zou onderzoekers kunnen waarschuwen voor cellen die van belang zijn in een monster, waardoor ze tijd overhouden om iets anders te doen terwijl het experiment vordert.
De miniatuurmicroscopen hebben een groot aantal mogelijke toepassingen. Omdat ze goedkoop en compact zijn, hoopt Yang dat ze zullen worden gebruikt in draagbare apparaten in ontwikkelingslanden. De gouden standaard voor het opsporen van malaria is het onderzoeken van een bloedmonster onder een krachtige microscoop, zegt hij. Conventionele microscopen zijn echter te kwetsbaar, omslachtig en energieverslindend om op veel plaatsen te worden toegepast waar de bloedparasiet wijdverbreid is. Microscopen van tien dollar zouden kunnen worden ingebracht in apparaten van PDA-formaat die de afbeeldingen op een klein scherm weergeven. Zo'n apparaat zou waarschijnlijk ongeveer $ 100 kosten; de microscoopsystemen kunnen worden vervangen als printercartridges wanneer ze slijtage vertonen.
De apparaten kunnen ook nuttig zijn voor het volgen van kanker. Yang begon onlangs een samenwerking met Richard Cote , een uroloog aan de Universiteit van Zuid-Californië die apparaten ontwikkelt voor realtime monitoring van kankertherapieën. De technologie van Cote maakt gebruik van filters om grote, zwervende kankercellen uit het bloed te plukken. Artsen moeten naar de cellen kijken om te bepalen of de kanker van een patiënt zich verspreidt, maar de cellen op een microscoopglaasje plaatsen is gewoon niet praktisch. Lenzen zijn de beperkende propositie en het systeem van Yang elimineert ze, zegt Cote. Yang stelt zich ook implanteerbare microscopen voor die zoeken naar zwervende kankercellen en een subset van afbeeldingen identificeren die een clinicus handmatig kan onderzoeken.
High-throughput imaging zal een zegen zijn voor farmaceutische bedrijven, zegt Peter So , hoofd van het Bioinstrumentation Engineering, Analysis, and Microscopy Lab aan het MIT. Tijdens de ontwikkeling van geneesmiddelen worden eerst honderden versies van dezelfde verbinding in cellen getest. De huidige stand van de techniek omvat het uitplaten van cellen in kleine putjes en ze vervolgens bloot te stellen aan medicijnen, en vervolgens hun reactie te testen met behulp van een combinatie van technologieën, waaronder microscopie. Microfluïdische systemen voor het hanteren van cellen zouden kleinere monsters vereisen en het proces versnellen, maar ze zijn nog niet op grote schaal geïmplementeerd omdat er tot de Caltech-vooruitgang geen manier was om beeldvorming in deze apparaten te integreren, zegt So.
Yang zegt met verschillende bedrijven in gesprek te zijn over het commercialiseren van de microscoop op een chip, en hij hoopt dat hij over vijf jaar op de markt komt. Hij werkt ook aan aanpassingen aan het systeem om fluorescentiebeeldvorming mogelijk te maken - de microscopen kunnen momenteel geen kleuren detecteren - en om de resolutie van de scopes te verhogen.