L'analisi all'avanguardia odierna di campioni biologici mediante microscopia ottica comprende una vasta gamma di tecniche che vanno dalla microscopia convenzionale in campo chiaro e dalla microscopia a contrasto di fase alla microscopia confocale a scansione laser ad alta risoluzione e alle tecniche di microscopia a super risoluzione recentemente sviluppate come la riduzione dell'emissione stimolata (STED) o microscopia a ricostruzione ottica stocastica (STORM) che abnegano il limite di diffrazione di Abbe.

Nonostante la disponibilità di questi sofisticati, tecniche di super risoluzione, la visualizzazione riproducibile delle cellule e l'identificazione delle strutture subcellulari nei campioni biologici richiede ancora la colorazione con coloranti o l'immunomarcatura mediante anticorpi contro antigeni cellulari specifici.

In genere, l'osservazione in vitro delle cellule viventi può fornire preziose informazioni sulla loro struttura e dinamica, compresa l'organizzazione degli organelli e la trasduzione dei segnali chimici coinvolti nelle interazioni cellula-cellula e cellula-matrice. Sfortunatamente, c'è un uso limitato per l'imaging in vitro a lungo termine poiché la maggior parte delle tecnologie di microscopia ad alta risoluzione richiedono tessuti o cellule processati/fissati. Poiché sia ​​la microscopia ottica ad alta risoluzione che l'imaging a fluorescenza di solito richiedono utenti altamente qualificati, costose attrezzature e manutenzione, la nuova tecnologia di imaging in-vitro della microscopia olografica digitale in linea (DIHM) presentata apre un vasto campo di applicazioni per gli utenti standard. Questo sistema ottico analitico offre risultati rapidi e riproducibili a costi contenuti. Inoltre, annulla la necessità di riferimento a laboratori specializzati ed è facilmente implementabile come strumento diagnostico per i medici (medici di medicina generale e specialisti).

DIHM si basa sulla ricostruzione numerica di un ologramma registrato digitalmente. Consente l'acquisizione di entrambi, l'ampiezza e l'informazione di fase di un fronte d'onda modellato dal campione microscopico. Il vantaggio del DIHM risiede nella semplicità della sua configurazione:il microscopio è costituito da un diodo emettitore di luce (LED) come sorgente di illuminazione, filtraggio appropriato per il miglioramento della coerenza e un sensore di immagine. L'algoritmo completo di elaborazione dei dati trasforma gli ologrammi registrati in un'immagine al microscopio mediante l'approccio dello spettro angolare e il filtraggio digitale. Generalmente, la risoluzione di un tale microscopio è fortemente influenzata dalla lunghezza della coerenza spaziale dell'illuminazione, che può essere potenziato riducendo l'area di emissione, tagliando una parte del fronte d'onda con il foro stenopeico o utilizzando un nanoLED puntiforme. Gli array di nanoLED sviluppati nell'ambito del progetto ChipScope del programma EU Horizon 2020 consentiranno di migliorare la risoluzione delle immagini compatibile con la microscopia ottica convenzionale.

Microscopio DIHM senza lenti

Questo fatto rende la microscopia senza lenti uno strumento ideale per la diagnosi medica in aree remote poiché non è necessario che il medico porti e mantenga grandi, dispositivi di analisi pesanti e sensibili. Un semplice laptop e un microscopio senza lenti delle dimensioni di una valigia sono sufficienti, ad esempio, per effettuare una diagnosi di parassiti da campioni di fluidi corporei (ad es. amebe ecc.). La struttura robusta consente un rapido, analisi affidabile e automatizzata del campione combinando non solo la microscopia ottica ad alta risoluzione ma anche implementando moderne tecniche di analisi basate sul rilevamento di cambiamenti nel DNA umano, identificazione dei genomi virali e caratterizzazione immunologica in un unico dispositivo.

Per fornire la massima sensibilità alla luce e risoluzione ottica, il sistema è dotato di una normale telecamera in scala di grigi per lavorare in modalità campo chiaro di imaging multicella. Questo nuovo microscopio senza lenti è dotato di un sistema di canali di flusso microfluidico per la gestione delle cellule viventi e l'imaging.