Le malattie infettive come la malaria rimangono una delle principali cause di morte in molte regioni. Ciò è in parte dovuto al fatto che le persone non hanno accesso a strumenti diagnostici medici in grado di rilevare queste malattie (insieme a una serie di malattie non infettive) in una fase iniziale, quando c'è più spazio per il trattamento.

È una sfida che gli scienziati hanno affrontato, con l'obiettivo di democratizzare l'assistenza sanitaria per le persone economicamente svantaggiate in tutto il mondo.

I miei colleghi ed io abbiamo sviluppato un nuovo metodo per lo studio delle cellule biologiche che è abbastanza piccolo da poter essere inserito nell'obiettivo di uno smartphone.

Sebbene finora l'abbiamo testato solo in laboratorio, speriamo che in futuro questa nanotecnologia possa consentire il rilevamento di malattie in contesti medici del mondo reale utilizzando solo un dispositivo mobile. Ci auguriamo che il nostro lavoro possa alla fine aiutare a salvare milioni di vite.

Come studiare una cellula biologica

Essere in grado di studiare le cellule biologiche attraverso i microscopi ottici è una parte fondamentale della diagnostica medica.

Questo perché cambiamenti specifici nelle cellule che possono essere osservati al microscopio sono spesso indicativi di malattie. Nel caso della malaria, ad esempio, il metodo di rilevamento standard prevede l'utilizzo di immagini al microscopio per identificare cambiamenti specifici nei globuli rossi di un paziente.

Ma le cellule biologiche sono brave a nascondersi. Molte delle loro caratteristiche interne sono praticamente trasparenti e quasi invisibili ai microscopi convenzionali. Per rendere visibili queste caratteristiche, dobbiamo applicare dei trucchi.

Un modo è introdurre una sorta di colorazione chimica, che aggiunge contrasto alle caratteristiche trasparenti delle cellule.

Altri approcci utilizzano un processo chiamato "imaging di fase". L'imaging di fase sfrutta il fatto che la luce, che è passata attraverso la cellula, contiene informazioni sulle parti trasparenti della cellula e rende queste informazioni visibili all'occhio umano.

I metodi convenzionali di imaging di fase si basano su una gamma di componenti ingombranti come prismi e configurazioni di interferenza, che costano migliaia di dollari. Inoltre, apparecchiature costose e ingombranti non possono essere facilmente rese disponibili in regioni remote e paesi economicamente svantaggiati.

Entra nella nanotecnologia

Un importante sforzo scientifico è attualmente rivolto a sfruttare la nanotecnologia per sostituire i tradizionali componenti ottici di grandi dimensioni.

Questo viene fatto creando dispositivi spessi nanometri con il potenziale per una produzione di massa a basso costo. Questi dispositivi potrebbero essere integrati in dispositivi mobili, come le fotocamere degli smartphone, in futuro.

Nel caso specifico dell'imaging di fase, gli scienziati in precedenza erano stati in grado di sviluppare solo sistemi che:

• si basano su una post-elaborazione computazionale dispendiosa in termini di tempo, che rende il processo più complesso e non consente l'imaging in tempo reale
• utilizzare ancora parti in movimento o in rotazione meccanicamente. A causa dei requisiti di spazio di queste parti, sono incompatibili con componenti ottici completamente piatti e integrazione ultracompatta.

Abbiamo sviluppato un dispositivo in grado di eseguire immagini di fase istantanee senza queste limitazioni. La nostra soluzione ha uno spessore di poche centinaia di nanometri e potrebbe essere integrata negli obiettivi delle fotocamere, sotto forma di una pellicola piatta sopra l'obiettivo.

Come abbiamo fatto

We inscribed a nanostructure into a very thin film (less than 200 nanometers thick) which enables phase imaging using an effect sometimes referred to as "optical spin-orbit coupling."

The principle of operation is simple. A transparent object, such as a biological cell, is placed on top of the device. Light is shone through the cell and the previously invisible structure of the cell becomes visible on the other side.

In our recent publication in ACS Photonics , we detail how we successfully demonstrated the use of this method in a laboratory environment, with artificially generated transparent objects. The objects were only a few micrometers in size, and therefore comparable to biological cells.

Since this method enables phase imaging, but does not deal with the magnification of small objects such as cells, it currently still requires bulky lenses to provide magnification. However, we are confident in the future our device could be integrated with flat lenses, emerging from other advances in nanotechnology.

Where could it lead us?

A challenge with the current device prototype is the fabrication cost of approximately A$1,000. We used several costly nanofabrication methods that are also used for the fabrication of computer chips.

That said, by leveraging the economies of scale associated with chip production, we believe we may achieve the rapid and low-cost production of this device within the next few years.

So far we've only done this work in the lab. Seeing the technology become available in medical mobile devices will require collaboration with engineers and medical scientists who specialize in the development of such tools.

Our long-term vision for the technology is to allow mobile devices to investigate biological specimens in a way that hasn't yet been possible.

Apart from allowing remote medical diagnostics, it could also provide at-home disease detection, wherein a patient could obtain their own specimen through saliva, or a pinprick of blood, and send the image to a laboratory anywhere in the world. + Esplora ulteriormente

New nanotech imaging tool may allow smartphone disease diagnosis

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.