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美国研究团队开发智能手机显微镜

美国休斯顿大学Wei-Chuan Shih领导的一个研究小组报告称,他们使用智能手机和3D打印机开发了一种多色荧光显微镜,他们已经在网上免费提供了计算机辅助设计版本?蒲Ъ颐巧,装备有3D喷墨印刷弹性体透镜和聚乳酸(PLA)外壳的智能手机显微镜能够帮助发展中地区和农村地区的研究人员和医疗人员以及业余爱好者和背包客利用这种新型诊断技术,例如检测水生病原体。

据研究人员介绍,这种新型工具具有自发荧光、荧光染色和免疫荧光三种常见的荧光显微检查类型。而且,这种新型工具不仅比传统的台式显微镜更便宜,而且更便于使用。

3D打印

由于该方法需要精确的光学对准、精确的定向照明、昂贵的滤光片和物镜以及可重新定位的光源,所以荧光显微镜难以缩小成为便携式设备。Shih的研究小组表示,通过在智能手机显微镜上安装可更换的自粘式镜头和一个固定的侧向发射光源,简化了光学对准和照明以克服这些障碍。

3D打印的聚合物镜头能够自动粘附在手机的相机镜头上,其他镜头部件是由聚乳酸组成的,包括:一个安装在手机相机端的适配器、一个带有彩色滤光片用于去除系统杂散光的粘合环、连接到适配器的基环、用于光轴聚焦的螺纹桶和用于插入样品载玻片的狭槽、遮盖环境光线的盖子,和一个容纳五个用于样品照明的发光二极管(LED)?。

固定的荧光距离

侧面安装的LED和普通的需要适应不同透镜或滤光片的可调光源不同。发光二极管发出的光线穿过一个标准的1mm厚的盖玻片,通过顶部和底部的玻璃空气界面之间的全内反射提供照明。放置在载玻片上的样品与照明耦合,弹性散射的光子被粘合环中的滤光片阻挡,而荧光可以到达手机摄像头上的弹性体透镜。

由荧光光子成像得到的图像首先被转换成未压缩的数字负片格式,然后被解码为无损的TIFF图像格式以便在手机中观看,并输出到计算机用于进一步处理。

对水中的寄生虫成像

Shih和他的团队使用他们的智能手机显微镜,通过多色免疫荧光法对含有蓝氏贾第鞭毛虫和隐孢子虫(两种水生寄生虫)的水样进行成像。与使用台式荧光显微镜拍摄的图像相比,智能手机图像的分辨率稍低。然而,研究人员仍然能够区分水样中类似大小的聚苯乙烯珠粒的寄生虫。

研究人员表示,整个智能手机附件重达26.5克,使用两节1.5V纽扣电池能够工作一个小时,成本低于20美元。他们希望这项技术最终能够用于在任何地方向几乎任何人提供现场分析、按需监测和即时检测诊断。

开源

Shih在新闻稿中解释了向所有人开放设备的决定:“我认为,如果让人们都能够使用它,智能手机显微镜将会产生更大的影响。我们应该尽可能为每个人提供简单易用的服务!

早在2015年,Shih和他的同事们就开发了一种能够将智能手机变成显微镜的喷墨印刷镜头。该项目帮助实验室创建了一家名为Dotlens的公司来生产和装配显微镜片。

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

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