Quando guardi attraverso un microscopio, qualunque cosa sia sul palco è ingrandita a un livello che l'occhio nudo difficilmente può immaginare. Mentre le tradizionali tecniche di microscopia consentono di vedere dettagli minuscoli, l'attrezzatura standard non ci fornisce il quadro completo.

La maggior parte dei microscopi ottici ha un campo visivo limitato, solo uno o due millimetri. Questo è un grave inconveniente per gli scienziati della vita e i patologi che si affidano alla microscopia per analizzare e diagnosticare le malattie, poiché i campioni di tessuto preparati hanno dimensioni nell'intervallo di centimetri.

Per rispondere a questa esigenza clinica insoddisfatta, una nuova piattaforma di microscopia sviluppata presso UConn rimuove un componente centrale dei microscopi tradizionali:gli obiettivi. Andando senza lenti, i ricercatori possono effettivamente fornire ai medici un quadro più completo, portando a diagnosi più accurate.

Guoan Zheng, un professore di ingegneria biomedica dell'Università del Connecticut, ha recentemente pubblicato le sue scoperte su una dimostrazione di successo di una piattaforma di microscopia su chip senza lenti in Lab on a Chip. Questa piattaforma elimina molti dei problemi più comuni con la microscopia ottica convenzionale e fornisce un'opzione a basso costo per la diagnosi della malattia.

Invece di usare lenti per ingrandire il campione di tessuto, La piattaforma di Zheng si basa su un diffusore che va tra il campione e il sensore di immagine o la fotocamera. Il diffusore si sposta in modo casuale in diverse posizioni mentre il sensore acquisisce le immagini, raccogliere le informazioni sull'oggetto codificato che verranno successivamente utilizzate per recuperare un'immagine per la visualizzazione da parte di medici o ricercatori.

Al centro del processo di recupero dell'oggetto c'è una tecnica di imaging chiamata pticografia. L'imaging ptychographic utilizza tipicamente un raggio focalizzato per illuminare un campione e registrare il pattern creato dalla luce diffratta. Per recuperare un'intera immagine complessa, come un campione di tessuto, per la visualizzazione, la tticografia richiede la registrazione di migliaia di modelli durante la scansione del campione in posizioni diverse.

"Sebbene la tticografia sia stata di crescente interesse per gli scienziati di tutto il mondo, l'ampia implementazione del metodo è stata ostacolata dalla sua bassa velocità e dalla necessità di una scansione meccanica precisa, "dice Shaowei Jiang, uno studente laureato UConn e l'autore principale dello studio.

La nuova tecnologia tticografica di Zheng risolve questi problemi avvicinando il campione al sensore di immagine. Questa nuova configurazione consente al team di avere l'intera area del sensore di immagine come campo visivo dell'immagine. Inoltre, non richiede più la precisa scansione meccanica necessaria per la tradizionale tticografia. Questo perché la nuova configurazione ha il numero di Fresnel più alto mai testato per la tticografia, circa 50, 000. Il numero di Fresnel caratterizza come un'onda luminosa percorre una distanza dopo aver attraversato un'apertura, come un foro stenopeico. L'altissimo numero di Fresnel utilizzato negli esperimenti di Zheng indica che c'è pochissima diffrazione della luce dal piano dell'oggetto al piano del sensore. Bassi livelli di diffrazione significano che il movimento del diffusore può essere tracciato direttamente dalle immagini grezze catturate, eliminando la necessità di una precisa fase di movimento, che è fondamentale per la tticografia convenzionale.

"Questo approccio riduce i tempi di elaborazione, costo, e consente di produrre un'immagine più completa del campione, "dice Zheng.

Con la convenzionale microscopia con lenti, gli scienziati possono visualizzare solo una piccola parte di una diapositiva durante ogni visione. La piattaforma di Zheng offre un importante miglioramento espandendo efficacemente il campo visivo del microscopio. L'attuale prototipo di Zheng offre un campo visivo di 30 mm2, rispetto allo standard ~2 mm2. Utilizzando un sensore di immagine a pieno formato in una normale fotocamera fotografica, La tecnologia di Zheng consente ai medici di analizzare due interi vetrini contemporaneamente.

"Immaginate di poter leggere un intero libro in una volta invece di una sola pagina alla volta. Questo è essenzialmente ciò che speriamo che la nostra tecnologia permetterà ai medici di fare, "dice Zheng.

Aggiungendo alla sua già lunga lista di miglioramenti, La piattaforma di Zheng elimina la necessità di colorazione cellulare. Normalmente, gli scienziati colorano parti di cellule, come il nucleo, per identificare quanti sono. Zheng ha testato la capacità di questa piattaforma di eseguire la segmentazione cellulare automatica utilizzando le mappe di fase prive di etichetta recuperate.

Grazie alla sua configurazione compatta e alle prestazioni robuste, Zheng e il suo team prevedono che la loro piattaforma sarebbe adatta per l'uso in una vasta gamma di punti di assistenza, salute globale, e applicazioni di telemedicina. La loro tecnologia può essere utile anche per la microscopia a raggi X ed elettronica.

"Utilizzando il nostro lensless, sistema di imaging chiavi in ​​mano, possiamo aggirare i limiti fisici dell'ottica e acquisire informazioni quantitative ad alta risoluzione per la microscopia su chip. Siamo entusiasti di continuare a perfezionare questa tecnologia affinché le applicazioni commerciali e cliniche abbiano un impatto tangibile per pazienti e ricercatori, " dice Zheng.

Il Laboratorio su un chip il documento è intitolato, "Ampio campo, microscopia su chip senza lenti ad alta risoluzione tramite modulazione tticografica cieca in campo vicino."