Neue gedruckte 3D-Mikroskop vielversprechend für die medizinische Diagnostik in den Entwicklungsländern: die Kostengünstige, robuste und tragbare Mikroskop liefert hochauflösende 3D-Bilder von Zellen

Forscher der 3D-Druck eine kostengünstige und portable high-resolution-Mikroskop, der klein und robust genug, um in der Praxis oder am Krankenbett. Die hochauflösenden 3D-Bilder zur Verfügung gestellt durch das instrument könnte möglicherweise verwendet werden, um zu erkennen, diabetes, Sichelzellanämie, malaria und anderen Krankheiten.

„Das neue Mikroskop benötigt keine Besondere Färbung oder Etiketten und könnten dazu beitragen, den Zugang zu low-cost-medizinischen Diagnose-Tests“, sagte Forschungs-Teamleiter Bahram Javidi von der University of Connecticut. „Dies wäre besonders nützlich in sich entwickelnden teilen der Welt, wo es nur begrenzten Zugang zu Gesundheitsversorgung und wenige high-tech-Diagnose-Einrichtungen.“

Die Forscher beschreiben Ihre neue Mikroskop, das basiert auf digitaler holographischer Mikroskopie, Der Optischen Gesellschaft (OSA) Zeitschrift Optics Letters. Das tragbare Gerät erzeugt 3D-Bilder mit der doppelten Auflösung der traditionellen digital-holographische Mikroskopie, die ist in der Regel durchgeführt auf einem optischen Tisch in einem Labor. Zusätzlich zu den biomedizinischen Anwendungen, könnte es auch sinnvoll sein, für Forschung, Produktion, Verteidigung und Bildung.

„Das gesamte system besteht aus 3D-gedruckten teilen und Häufig gefunden optischen Komponenten, so dass es kostengünstig und einfach zu replizieren“, sagte Javidi. „Alternative laser-Quellen und Bild-sensoren würde eine weitere Reduzierung der Kosten, und wir schätzen eine Einheit nachgebildet werden konnte, für mehrere hundert Dollar. Die Massenproduktion des Gerätes würde auch erheblich reduzieren die Kosten.“

Aus dem Labor ins Feld bereit

In der traditionellen digital-holographische Mikroskopie, eine digitale Kamera zeichnet ein Hologramm produziert von Störungen zwischen einem Referenz-Licht als Welle und Licht, das von der Probe. Ein computer wandelt dann dieses Hologramm in ein 3D-Bild der Probe. Obwohl diese Mikroskopie-Ansatz ist nützlich für die Untersuchung von Zellen ohne Etiketten-oder Farbstoffe, es erfordert in der Regel einen komplexen optischen Aufbau und stabilen Umgebung frei von Vibrationen und Temperaturschwankungen, kann die Einführung von Rauschen in die Messungen. Aus diesem Grund, digitale holographische Mikroskope sind in der Regel nur gefunden in den Labors.

Die Forscher waren in der Lage, steigern Sie die Auflösung der digitalen holographischen Mikroskopie jenseits dessen, was möglich ist, mit gleichmäßiger Ausleuchtung durch die Kombination mit einem super-resolution-Technik, bekannt als structured illumination microscopy. Sie Taten dies durch die Erzeugung eines strukturierten Lichtmuster mit einem klaren compact disc.

„3D-Druck-das Mikroskop erlaubt uns, präzise und dauerhaft richten Sie die optischen Komponenten, die notwendig sind, um die resolution improvement-und gleichzeitig soll das system sehr kompakt“, sagte Javidi.

Testen Sie das neue Mikroskop

Die Forscher werteten die system-performance durch die Aufzeichnung von Bildern mit einer Auflösung Diagramm und dann mit Hilfe eines Algorithmus zu rekonstruieren, die Bilder mit hoher Auflösung. Dabei zeigte sich, dass die neuen Mikroskopie-system lösen könnte-features, die kleiner als 0.775 Mikron, verdoppeln Sie die Auflösung herkömmlicher Systeme. Die Verwendung einer Lichtquelle mit kürzeren Wellenlängen zu verbessern wäre die Auflösung sogar noch mehr.

Weitere Experimente zeigten, dass das system stabil genug ist, um zu analysieren, Schwankungen in der biologischen Zellen im Laufe der Zeit, die gemessen werden müssen, die auf der Skala von wenigen zig Nanometern. Die Forscher demonstrierten die Anwendbarkeit des Gerätes für biologische Bildgebung durch den Erwerb eines hochauflösenden Bild von einer grünen Algen.

„Unser design bietet ein sehr stabiles system mit hoher Auflösung,“ sagte Javidi. „Das ist sehr wichtig für die Untersuchung der subzellulären Strukturen und Dynamiken, die bemerkenswert kleine details und Schwankungen.“

Die Forscher sagen, dass das aktuelle system ist bereit für den praktischen Einsatz. Sie planen, es zu benutzen für biomedizinische Anwendungen wie die Zell-Identifikation und Diagnose von Krankheiten und wird auch in Zukunft Ihre Zusammenarbeit mit Ihren internationalen Partnern zu untersuchen, die Krankheit Identifizierung in abgelegenen Gebieten mit eingeschränkter Gesundheitsversorgung Zugang. Sie arbeiten zudem an der weiteren Verbesserung der Auflösung und signal-zu-Rausch-Verhältnis des Systems zu erhöhen, ohne das Gerät Kosten.