211service.com
Un microscopio da 1,50 dollari senza lenti
Utilizzando un sensore per fotocamera digitale da $ 1,50, gli scienziati del Caltech hanno creato il microscopio senza lenti più semplice ed economico di sempre. Un tale dispositivo potrebbe avere molte applicazioni, tra cui aiutare a diagnosticare malattie nei paesi in via di sviluppo e consentire uno screening rapido di nuovi farmaci.
Nessuna lente richiesta : Il ricercatore Guoan Zheng inietta un campione nell'ingresso del microscopio optofluidico.
Il miglior modo attuale per diagnosticare la malaria è che un tecnico esperto esamini i campioni di sangue utilizzando un microscopio ottico convenzionale. Ma questo non è pratico in parti del mondo dove la malaria è comune. Un semplice dispositivo di imaging senza lenti collegato a uno smartphone o a un PDA potrebbe diagnosticare automaticamente la malattia. Un microscopio senza lenti potrebbe essere utilizzato anche per lo screening rapido del cancro o dei farmaci, con dozzine o centinaia di microscopi che lavorano contemporaneamente.
Il dispositivo Caltech è straordinariamente semplice. Un sistema di canali microscopici chiamati microfluidica conduce un campione attraverso il chip di rilevamento della luce, che scatta immagini in rapida successione mentre il campione passa attraverso. A differenza delle precedenti iterazioni, non ci sono altre parti. Le versioni precedenti presentavano aperture pinhole e un azionamento elettrocinetico per spostare le celle in un orientamento fisso con un campo elettrico. Nel nuovo dispositivo, questa complessità viene eliminata grazie a un design intelligente e ad algoritmi software più sofisticati. I campioni fluiscono attraverso il canale a causa di una piccola differenza di pressione da un'estremità all'altra del chip. I produttori del dispositivo lo chiamano microscopio optofluidico con risoluzione subpixel o SROFM.
Il vantaggio qui è che è più semplice dei loro approcci precedenti, dice David Erickson , un esperto di microfluidica presso la Cornell University.
Le cellule tendono a rotolare da un capo all'altro mentre passano attraverso un canale microfluidico. Il nuovo dispositivo sfrutta questo comportamento a proprio vantaggio catturando immagini e producendo un video. Imaging di una cellula da ogni angolazione, un medico può determinarne il volume, che può essere utile quando si cercano cellule cancerose, ad esempio. Changhuei Yang , che guida il laboratorio in cui è stato sviluppato il microscopio, afferma che ciò significa che i campioni, come il sangue, non devono essere preparati in anticipo sui vetrini.
L'attuale risoluzione dello SROFM è di 0,75 micron, che è paragonabile a un microscopio ottico con un ingrandimento di 20 volte, afferma Guoan Zheng , autore principale di un recente articolo sull'opera, pubblicato sulla rivista Laboratorio su un chip .
Il sensore ha pixel di 3,2 micron su ciascun lato. Un algoritmo di super risoluzione assembla più immagini (50 per ogni immagine ad alta risoluzione) per creare un'immagine a risoluzione migliorata, come se lo schermo avesse una dimensione di pixel di 0,32 micron. Tuttavia, le tecniche di super risoluzione possono distinguere solo le caratteristiche separate da almeno un pixel, il che significa che la risoluzione finale deve essere almeno il doppio della dimensione dei pixel. Questo è il motivo per cui una dimensione pixel di 0,32 micron produce solo una risoluzione di 0,75 micron.
La tecnica di Zheng utilizza solo una piccola porzione del chip, permettendogli di catturare le celle a un frame rate relativamente alto di 300 fotogrammi al secondo. Ciò produce un filmato a super risoluzione di una cella a sei fotogrammi al secondo.
L'utilizzo di un sensore CMOS a risoluzione più elevata dovrebbe consentire una risoluzione finale ancora migliore, afferma Seung Ah Lee, un altro collaboratore del progetto. Lee vuole ottenere la risoluzione fino all'equivalente di un ingrandimento di 40x, in modo che la tecnica possa essere utilizzata per la diagnosi della malaria tramite il riconoscimento automatico delle cellule del sangue anormali.
Aydogan Ozcan , un professore dell'UCLA che sta sviluppando un approccio competitivo, afferma che il lavoro di Zheng è un prezioso progresso per la microscopia optofluidica, in quanto questo sistema è più semplice, offre una risoluzione più elevata ed è più facile da usare rispetto ai microscopi precedenti. Tuttavia, Ozcan afferma che la tecnica ha dei limiti.
Il canale microfluidico deve essere piuttosto piccolo, afferma Ozcan, il che significa che l'approccio non può essere applicato a particelle che potrebbero variare notevolmente in termini di dimensioni e il canale deve essere costruito per accogliere la particella più grande che potrebbe fluire attraverso di esso. Il microscopio senza lenti di Ozcan non utilizza canali microfluidici e cattura invece un ologramma del campione interpretando il modello di interferenza di una lampada a LED che lo attraversa. Questo metodo non ha tali limitazioni.
Dal mio punto di vista, si tratta di approcci complementari, afferma Ozcan, il cui obiettivo finale sono strumenti diagnostici medici economici basati sui telefoni cellulari per i paesi in via di sviluppo.