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Un microscopio sin lentes de $ 1.50
Usando un sensor de cámara digital de $ 1.50, los científicos de Caltech han creado el microscopio sin lentes más simple y barato hasta el momento. Un dispositivo de este tipo podría tener muchas aplicaciones, incluida la ayuda a diagnosticar enfermedades en el mundo en desarrollo y permitir la detección rápida de nuevos medicamentos.
No requiere lentes : El investigador Guoan Zheng inyecta una muestra en la entrada del microscopio optofluídico.
La mejor forma actual de diagnosticar la malaria es que un técnico calificado examine las muestras de sangre con un microscopio óptico convencional. Pero esto no es práctico en partes del mundo donde la malaria es común. Un simple dispositivo de imágenes sin lentes conectado a un teléfono inteligente o un PDA podría diagnosticar automáticamente una enfermedad. Un microscopio sin lentes también podría usarse para detección rápida de cáncer o drogas, con docenas o cientos de microscopios trabajando simultáneamente.
El dispositivo Caltech es notablemente simple. Un sistema de canales microscópicos llamados microfluídicos conduce una muestra a través del chip sensor de luz, que toma imágenes en rápida sucesión a medida que pasa la muestra. A diferencia de las iteraciones anteriores, no hay otras partes. Las versiones anteriores presentaban aberturas estenopeicas y un accionamiento electrocinético para mover celdas en una orientación fija con un campo eléctrico. En el nuevo dispositivo, esta complejidad se elimina gracias a un diseño inteligente y algoritmos de software más sofisticados. Las muestras fluyen a través del canal debido a una pequeña diferencia de presión entre un extremo del chip y el otro. Los fabricantes del dispositivo lo llaman microscopio optofluídico de resolución de subpíxeles, o SROFM.
La ventaja aquí es que es más simple que sus enfoques anteriores, dice David Erickson , experto en microfluidos de la Universidad de Cornell.
Las células tienden a rodar de un extremo a otro al pasar por un canal de microfluidos. El nuevo dispositivo utiliza este comportamiento en su beneficio al capturar imágenes y producir un video. Al obtener imágenes de una célula desde todos los ángulos, un médico puede determinar su volumen, lo que puede ser útil cuando se buscan células cancerosas, por ejemplo. Changhuei Yang , quien dirige el laboratorio donde se desarrolló el microscopio, dice que esto significa que las muestras, como la sangre, no tienen que prepararse en portaobjetos de antemano.
La resolución actual del SROFM es de 0,75 micrones, que es comparable a un microscopio óptico con un aumento de 20 veces, dice Guoan Zheng , autor principal de un artículo reciente sobre el trabajo, publicado en la revista Laboratorio en un chip .
El sensor tiene píxeles de 3,2 micrones en cada lado. Un algoritmo de superresolución ensambla varias imágenes (50 por cada imagen de alta resolución) para crear una imagen de resolución mejorada, como si la pantalla tuviera píxeles de 0,32 micrones de tamaño. Sin embargo, las técnicas de superresolución solo pueden distinguir las características que están separadas por al menos un píxel, lo que significa que la resolución final debe ser al menos el doble del tamaño del píxel. Esta es la razón por la que un tamaño de píxel de .32 micrones produce solo una resolución de .75 micrones.
La técnica de Zheng utiliza solo una pequeña parte del chip, lo que le permite capturar celdas a una velocidad de fotogramas relativamente alta de 300 fotogramas por segundo. Esto produce una película de superresolución de celdas a seis fotogramas por segundo.
El uso de un sensor CMOS de mayor resolución debería permitir una resolución final aún mejor, dice Seung Ah Lee, otro colaborador del proyecto. Lee quiere que la resolución sea equivalente a un aumento de 40x, de modo que la técnica se pueda utilizar para el diagnóstico de la malaria mediante el reconocimiento automático de células sanguíneas anormales.
Aydogan Ozcan , profesor de UCLA que está desarrollando un enfoque competitivo, dice que el trabajo de Zheng es un avance valioso para la microscopía optofluídica, ya que este sistema es más simple, ofrece una resolución más alta y es más fácil de usar que los microscopios anteriores. Sin embargo, Ozcan dice que la técnica tiene limitaciones.
El canal de microfluidos debe ser bastante pequeño, dice Ozcan, lo que significa que el enfoque no se puede aplicar a partículas que pueden variar mucho en tamaño, y el canal debe construirse para acomodar la partícula más grande que pueda fluir a través de él. El propio microscopio sin lentes de Ozcan no utiliza canales de microfluidos y, en cambio, captura un holograma de la muestra interpretando el patrón de interferencia de una lámpara LED que brilla a través de él. Este método no tiene tales limitaciones.
Desde mi perspectiva, estos son enfoques complementarios, dice Ozcan, cuyo objetivo final son herramientas de diagnóstico médico baratas basadas en teléfonos celulares para el mundo en desarrollo.