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Microscopio minuscolo da $ 10
Un minuscolo microscopio che utilizza lo stesso tipo di chip utilizzato nelle fotocamere digitali può produrre immagini ad alta risoluzione delle cellule senza le costose lenti che occupano spazio, che hanno fatto parte del design del microscopio per secoli. I ricercatori di Caltech, che hanno sviluppato il rivoluzionario sistema di imaging, affermano che i dispositivi potrebbero essere prodotti in serie al costo di $ 10 ciascuno e incorporati in grandi array, consentendo l'imaging ad alta produttività nei laboratori di biologia. Il dispositivo potrebbe anche ampliare l'accesso alla tecnologia di imaging: incorporati in dispositivi di dimensioni PDA, ad esempio, i microscopi potrebbero consentire ai medici rurali di portare in tasca sofisticati sistemi di imaging.
Microscopio in miniatura: Questo minuscolo microscopio, che utilizza la microfluidica per far scorrere un campione su un chip di imaging da una fotocamera digitale, ha la stessa risoluzione di un microscopio ottico convenzionale.
Il dispositivo Caltech utilizza un sistema di minuscoli canali fluidi chiamati microfluidica per dirigere cellule e persino animali microscopici su un chip sensibile alla luce. Il chip, un sensore standard identico a quelli che si trovano nelle fotocamere digitali, è ricoperto da un sottile strato di metallo che blocca la maggior parte dei pixel. Alcune centinaia di minuscole aperture perforate nel metallo lungo il canale del fluido lasciano entrare la luce. Mentre il campione scorre attraverso il microscopio, ciascuna apertura cattura un'immagine. Una versione del microscopio utilizza la gravità per controllare il flusso del campione attraverso le aperture. Un'altra versione, che consente un controllo molto migliore, utilizza un potenziale elettrico per guidare il flusso delle cellule.
Le immagini da 100 a 200 vengono quindi combinate utilizzando un semplice software di elaborazione delle immagini. La potenza di elaborazione in un PDA è più che sufficiente per eseguire i calcoli, afferma l'ingegnere Caltech Changhuei Yang , che ha progettato il microscopio. Il microscopio deve essere illuminato dall'alto, ma la luce solare è sufficiente. La risoluzione del microscopio è simile a quella di un microscopio ottico convenzionale, circa un micrometro, ed è limitata dalle dimensioni delle aperture.
Il dispositivo di Yang fa parte di una nuova rivoluzione nella microscopia, afferma Michele Campo , un fisico al MIT. I normali microscopi non sono più l'unico gioco in città, dice. Altri recenti progressi hanno incluso tecnologie sofisticate per superare i limiti fisici di vecchia data sulla risoluzione dei microscopi ottici e migliorarne la penetrazione nel tessuto . Il minuscolo microscopio di Yang, tuttavia, porta la tecnologia in un'altra direzione, più semplice. È economico, compatto ed elegante, afferma Feld.
Yang afferma che i microscopi potrebbero essere fabbricati utilizzando tecniche di fabbricazione convenzionali impiegate nell'industria dei semiconduttori e raggruppati in matrici di centinaia o addirittura migliaia per l'imaging automatizzato ad alto rendimento. Un ulteriore software di elaborazione delle immagini potrebbe avvisare i ricercatori delle cellule di interesse in un campione, liberando il loro tempo per fare qualcos'altro mentre l'esperimento procede.
I microscopi in miniatura hanno una moltitudine di potenziali usi. Poiché sono economici e compatti, Yang spera che verranno utilizzati in dispositivi portatili nei paesi in via di sviluppo. Il gold standard per rilevare la malaria sta esaminando un campione di sangue sotto un microscopio ad alta potenza, dice. Tuttavia, i microscopi convenzionali sono troppo fragili, ingombranti e affamati di energia per essere implementati in molti luoghi in cui il parassita del sangue è prevalente. Microscopi da dieci dollari potrebbero essere inseriti in dispositivi di dimensioni PDA che visualizzano le immagini su un piccolo schermo. Un tale dispositivo costerebbe probabilmente circa $ 100; i sistemi del microscopio potrebbero essere sostituiti come le cartucce della stampante quando mostrano segni di usura.
I dispositivi potrebbero essere utili anche per monitorare il cancro. Yang ha recentemente iniziato una collaborazione con Richard Cote , un urologo della University of Southern California che sta sviluppando dispositivi per il monitoraggio in tempo reale delle terapie contro il cancro. La tecnologia di Cote utilizza filtri per estrarre dal sangue cellule cancerose grandi e vaganti. I medici devono esaminare le cellule per determinare se il cancro di un paziente si sta diffondendo, ma mettere le cellule su un vetrino da microscopio semplicemente non è pratico. Le lenti sono la proposta limitante e il sistema di Yang le elimina, afferma Cote. Yang prevede anche microscopi impiantabili che cercano cellule cancerose vaganti e identificano un sottoinsieme di immagini che un medico può esaminare manualmente.
L'imaging ad alta produttività sarà un vantaggio per le aziende farmaceutiche, afferma Pietro Così , capo del laboratorio di ingegneria, analisi e microscopia della biostrumentazione al MIT. Durante lo sviluppo del farmaco, centinaia di versioni dello stesso composto vengono prima testate nelle cellule. L'attuale stato dell'arte prevede la placcatura di cellule in piccoli pozzetti e quindi l'esposizione a farmaci, quindi il test della loro risposta utilizzando una combinazione di tecnologie, inclusa la microscopia. I sistemi microfluidici per la manipolazione delle cellule richiederebbero campioni più piccoli e accelererebbero il processo, ma non sono stati ampiamente implementati perché fino all'avanzata del Caltech, non c'era un modo per integrare l'imaging in questi dispositivi, afferma So.
Yang dice che sta parlando con diverse aziende della commercializzazione del microscopio su un chip e spera che sarà sul mercato tra cinque anni. Sta anche lavorando a modifiche al sistema per consentire l'imaging a fluorescenza (i microscopi attualmente non sono in grado di rilevare i colori) e per aumentare la risoluzione degli oscilloscopi.