Lille $10 mikroskop

Et lille mikroskop, der anvender den samme slags chip, som bruges i digitale kameraer, kan producere højopløselige billeder af celler uden de dyre, pladskrævende linser, som har været en del af mikroskopdesignet i århundreder. Forskere ved Caltech, som udviklede det revolutionære billeddannelsessystem, siger, at enhederne kunne masseproduceres til en pris af $10 hver og indarbejdes i store arrays, hvilket muliggør høj-throughput billeddannelse i biologiske laboratorier. Enheden kunne også udvide adgangen til billedteknologi: indbygget i enheder i PDA-størrelse, for eksempel, kunne mikroskoperne gøre det muligt for landlæger at bære sofistikerede billeddannelsessystemer i deres lommer.

Miniature mikroskop: Dette lille mikroskop, som bruger mikrofluidik til at flyde en prøve over en billedchip fra et digitalkamera, har samme opløsning som et konventionelt lysmikroskop.

Caltech-enheden bruger et system af små væskekanaler kaldet mikrofluidik til at dirigere celler og endda mikroskopiske dyr over en lysfølende chip. Chippen, en hyldesensor, der er identisk med dem, der findes i digitale kameraer, er dækket af et tyndt lag metal, der blokerer de fleste pixels ude. Et par hundrede bittesmå åbninger stanset i metallet langs væskekanalen lader lys komme ind. Mens prøven strømmer gennem mikroskopet, fanger hver åbning et billede. En version af mikroskopet bruger tyngdekraften til at kontrollere prøvens flow hen over åbningerne. En anden version, som giver mulighed for meget bedre kontrol, bruger et elektrisk potentiale til at drive strømmen af ​​celler.

De 100 til 200 billeder kombineres derefter ved hjælp af simpel billedbehandlingssoftware. Processorkraften i en PDA er mere end tilstrækkelig til at udføre beregningerne, siger Caltech-ingeniør Changhuei Yang , der har designet mikroskopet. Mikroskopet skal være belyst ovenfra, men sollys er tilstrækkeligt. Opløsningen af ​​mikroskopet svarer til den for et konventionelt lysmikroskop - omkring en mikrometer - og er begrænset af størrelsen af ​​åbningerne.

Yangs enhed er en del af en ny revolution inden for mikroskopi, siger Michael Field , en fysiker ved MIT. Almindelige mikroskoper er ikke længere det eneste spil i byen, siger han. Andre nyere fremskridt har inkluderet sofistikerede teknologier til at overvinde langvarige fysiske begrænsninger på opløsningen af ​​lysmikroskoper og forbedre deres penetration ind i væv . Yangs lille mikroskop tager imidlertid teknologien i en anden, enklere retning. Det er billigt, kompakt og elegant, siger Feld.

Yang siger, at mikroskoperne kunne fremstilles ved hjælp af konventionelle fremstillingsteknikker, der anvendes i halvledende industrien og grupperet i arrays på hundreder eller endda tusinder til høj-throughput, automatiseret billeddannelse. Yderligere billedbehandlingssoftware kunne advare forskerne om celler af interesse i en prøve, hvilket frigør deres tid til at gøre noget andet, mens eksperimentet skrider frem.

Miniaturemikroskoperne har et væld af potentielle anvendelsesmuligheder. Fordi de er billige og kompakte, håber Yang, at de vil blive brugt i bærbare enheder i udviklingslandene. Guldstandarden for at opdage malaria er at undersøge en blodprøve under et højeffektmikroskop, siger han. Konventionelle mikroskoper er dog for skrøbelige, besværlige og magtkrævende til at blive implementeret mange steder, hvor blodparasitten er udbredt. Ti-dollar mikroskoper kunne indsættes i PDA-størrelse enheder, der viser billederne på en lille skærm. Sådan en enhed ville sandsynligvis koste omkring $100; mikroskopsystemerne kunne udskiftes som printerpatroner, når de viser slitage.

Enhederne kan også være nyttige til at spore kræft. Yang indledte for nylig et samarbejde med Richard Cote , en urolog ved University of Southern California, som udvikler enheder til realtidsovervågning af kræftbehandlinger. Cotes teknologi bruger filtre til at plukke store, omvandrende kræftceller fra blodet. Læger er nødt til at se på cellerne for at afgøre, om en patients kræft spreder sig, men at sætte cellerne på et objektglas er simpelthen ikke praktisk. Linser er det begrænsende forslag, og Yangs system eliminerer dem, siger Cote. Yang forestiller sig også implanterbare mikroskoper, der søger efter vandrende kræftceller og identificerer en delmængde af billeder, som en kliniker kan undersøge manuelt.

High-throughput billeddannelse vil være en velsignelse for medicinalvirksomheder, siger Peter så , leder af Bioinstrumentation Engineering, Analysis and Microscopy Lab ved MIT. Under udvikling af lægemidler testes hundredvis af versioner af den samme forbindelse først i celler. Den nuværende state of the art involverer udpladning af celler i bittesmå brønde og derefter udsætte dem for lægemidler og derefter teste deres respons ved hjælp af en kombination af teknologier, herunder mikroskopi. Mikrofluidiske systemer til håndtering af celler ville kræve mindre prøver og ville fremskynde processen, men de er ikke blevet implementeret i vid udstrækning, fordi indtil Caltech-fremstødet har der ikke været en måde at integrere billeddannelse i disse enheder, siger So.

Yang fortæller, at han taler med flere virksomheder om at kommercialisere mikroskopet på en chip, og han håber, at det kommer på markedet om fem år. Han arbejder også på ændringer af systemet for at muliggøre fluorescensbilleddannelse - mikroskoperne kan i øjeblikket ikke registrere farver - og for at øge skopernes opløsning.

skjule