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Microscopio diminuto de $ 10
Un microscopio diminuto que emplea el mismo tipo de chip que se usa en las cámaras digitales puede producir imágenes de alta resolución de células sin las costosas lentes que acaparan el espacio y que han sido parte del diseño de microscopios durante siglos. Los investigadores de Caltech, que desarrollaron el revolucionario sistema de imágenes, dicen que los dispositivos podrían producirse en masa a un costo de $ 10 cada uno e incorporarse en grandes matrices, lo que permite obtener imágenes de alto rendimiento en los laboratorios de biología. El dispositivo también podría ampliar el acceso a la tecnología de imágenes: incorporado en dispositivos del tamaño de PDA, por ejemplo, los microscopios podrían permitir a los médicos rurales llevar sistemas de imágenes sofisticados en sus bolsillos.
Microscopio en miniatura: Este diminuto microscopio, que utiliza microfluidos para hacer fluir una muestra sobre un chip de imágenes de una cámara digital, tiene la misma resolución que un microscopio óptico convencional.
El dispositivo Caltech utiliza un sistema de diminutos canales de fluidos llamados microfluídicos para dirigir células e incluso animales microscópicos sobre un chip sensor de luz. El chip, un sensor estándar idéntico a los que se encuentran en las cámaras digitales, está cubierto con una fina capa de metal que bloquea la mayoría de los píxeles. Unos cientos de pequeñas aberturas perforadas en el metal a lo largo del canal de fluido dejan entrar la luz. A medida que la muestra fluye a través del microscopio, cada abertura captura una imagen. Una versión del microscopio utiliza la gravedad para controlar el flujo de la muestra a través de las aberturas. Otra versión, que permite un control mucho mejor, utiliza un potencial eléctrico para impulsar el flujo de células.
Luego, las 100 a 200 imágenes se combinan utilizando un software de procesamiento de imágenes simple. La potencia de procesamiento en una PDA es más que suficiente para realizar los cálculos, dice el ingeniero de Caltech. Changhuei Yang , quien diseñó el microscopio. El microscopio debe estar iluminado desde arriba, pero la luz solar es suficiente. La resolución del microscopio es similar a la de un microscopio óptico convencional (alrededor de un micrómetro) y está limitada por el tamaño de las aberturas.
El dispositivo de Yang es parte de una nueva revolución en microscopía, dice Michael Field , físico del MIT. Los microscopios regulares ya no son el único juego en la ciudad, dice. Otros avances recientes han incluido tecnologías sofisticadas para superar las limitaciones físicas de larga data en la resolución de los microscopios ópticos y mejorar su penetración. en tejido . Sin embargo, el diminuto microscopio de Yang lleva la tecnología en otra dirección más simple. Es barato, compacto y elegante, dice Feld.
Yang dice que los microscopios podrían fabricarse utilizando técnicas de fabricación convencionales empleadas en la industria de los semiconductores y agruparse en matrices de cientos o incluso miles para obtener imágenes automatizadas de alto rendimiento. El software de procesamiento de imágenes adicional podría alertar a los investigadores sobre las células de interés en una muestra, liberando su tiempo para hacer otra cosa mientras avanza el experimento.
Los microscopios en miniatura tienen una multitud de usos potenciales. Como son baratos y compactos, Yang espera que se utilicen en dispositivos portátiles en el mundo en desarrollo. El estándar de oro para detectar la malaria es examinar una muestra de sangre con un microscopio de alta potencia, dice. Sin embargo, los microscopios convencionales son demasiado frágiles, engorrosos y requieren mucha energía para ser implementados en muchos lugares donde prevalece el parásito sanguíneo. Se podrían insertar microscopios de diez dólares en dispositivos del tamaño de una PDA que muestran las imágenes en una pantalla pequeña. Tal dispositivo probablemente costaría alrededor de $ 100; los sistemas de microscopios podrían reemplazarse como cartuchos de impresora cuando muestran desgaste.
Los dispositivos también podrían ser útiles para rastrear el cáncer. Yang comenzó recientemente una colaboración con Richard Cote , urólogo de la Universidad del Sur de California que está desarrollando dispositivos para el seguimiento en tiempo real de las terapias contra el cáncer. La tecnología de Cote utiliza filtros para extraer de la sangre grandes células cancerosas errantes. Los médicos deben observar las células para determinar si el cáncer de un paciente se está propagando, pero poner las células en un portaobjetos de microscopio simplemente no es práctico. Las lentes son la proposición limitante y el sistema de Yang las elimina, dice Cote. Yang también imagina microscopios implantables que buscan células cancerosas errantes e identifican un subconjunto de imágenes para que un médico las examine manualmente.
Las imágenes de alto rendimiento serán una bendición para las empresas farmacéuticas, dice Peter tan , jefe del Laboratorio de Ingeniería, Análisis y Microscopía de Bioinstrumentación del MIT. Durante el desarrollo de fármacos, primero se prueban en células cientos de versiones del mismo compuesto. El estado actual de la técnica consiste en colocar células en placas en pozos diminutos y luego exponerlas a medicamentos, y luego probar su respuesta utilizando una combinación de tecnologías, incluida la microscopía. Los sistemas de microfluidos para manipular células requerirían muestras más pequeñas y acelerarían el proceso, pero no se han implementado ampliamente porque hasta el avance de Caltech, no había una forma de integrar imágenes en estos dispositivos, dice So.
Yang dice que está hablando con varias empresas sobre la comercialización del microscopio en un chip y espera que esté en el mercado en cinco años. También está trabajando en modificaciones al sistema para permitir la obtención de imágenes de fluorescencia (los microscopios actualmente no pueden detectar colores) y para aumentar la resolución de los osciloscopios.