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美國研究團隊開發智慧型手機顯微鏡

美國休斯頓大學Wei-Chuan Shih領導的一個研究小組報告稱,他們使用智慧型手機和3D印表機開發了一種多色螢光顯微鏡,他們已經在網上免費提供了計算機輔助設計版本。科學家們聲稱,裝備有3D噴墨印刷彈性體透鏡和聚乳酸(PLA)外殼的智慧型手機顯微鏡能夠幫助發展中地區和農村地區的研究人員和醫療人員以及業餘愛好者和背包客利用這種新型診斷技術,例如檢測水生病原體。

據研究人員介紹,這種新型工具具有自發螢光、螢光染色和免疫螢光三種常見的螢光顯微檢查類型。而且,這種新型工具不僅比傳統的台式顯微鏡更便宜,而且更便於使用。

3D打印

由於該方法需要精確的光學對準、精確的定向照明、昂貴的濾光片和物鏡以及可重新定位的光源,所以螢光顯微鏡難以縮小成爲可攜式設備。Shih的研究小組表示,通過在智慧型手機顯微鏡上安裝可更換的自粘式鏡頭和一個固定的側向發射光源,簡化了光學對準和照明以克服這些障礙。

3D列印的聚合物鏡頭能夠自動粘附在手機的相機鏡頭上,其他鏡頭部件是由聚乳酸組成的,包括:一個安裝在手機相機端的適配器、一個帶有彩色濾光片用於去除系統雜散光的粘合環、連接到適配器的基環、用於光軸聚焦的螺紋桶和用於插入樣品載玻片的狹槽、遮蓋環境光線的蓋子,和一個容納五個用於樣品照明的發光二極體(LED)模塊。

固定的螢光距離

側面安裝的LED和普通的需要適應不同透鏡或濾光片的可調光源不同。發光二極體發出的光線穿過一個標準的1mm厚的蓋玻片,通過頂部和底部的玻璃空氣界面之間的全內反射提供照明。放置在載玻片上的樣品與照明耦合,彈性散射的光子被粘合環中的濾光片阻擋,而螢光可以到達手機攝像頭上的彈性體透鏡。

由螢光光子成像得到的圖像首先被轉換成未壓縮的數字負片格式,然後被解碼爲無損的TIFF圖像格式以便在手機中觀看,並輸出到計算機用於進一步處理。

對水中的寄生蟲成像

Shih和他的團隊使用他們的智慧型手機顯微鏡,通過多色免疫螢光法對含有藍氏賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲(兩種水生寄生蟲)的水樣進行成像。與使用台式螢光顯微鏡拍攝的圖像相比,智慧型手機圖像的解析度稍低。然而,研究人員仍然能夠區分水樣中類似大小的聚苯乙烯珠粒的寄生蟲。

研究人員表示,整個智慧型手機附件重達26.5克,使用兩節1.5V紐扣電池能夠工作一個小時,成本低於20美元。他們希望這項技術最終能夠用於在任何地方向幾乎任何人提供現場分析、按需監測和即時檢測診斷。

開源

Shih在新聞稿中解釋了向所有人開放設備的決定:「我認爲,如果讓人們都能夠使用它,智慧型手機顯微鏡將會產生更大的影響。我們應該儘可能爲每個人提供簡單易用的服務。」

早在2015年,Shih和他的同事們就開發了一種能夠將智慧型手機變成顯微鏡的噴墨印刷鏡頭。該項目幫助實驗室創建了一家名爲Dotlens的公司來生產和裝配顯微鏡片。

來源: //www.osa-opn.org/home/newsroom/2017/december/an_open-source_smartphone_microscope/

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