2013年9月30日

智能手机显微镜可检测纳米颗粒和病毒

手机/显微镜图 研究人员开发了一种附在手机上的荧光显微镜。ACS纳米

研究人员开发了一种轻巧的显微镜,可以固定在手机上。紧凑型荧光成像设备可以检测单个纳米颗粒和病毒。它可能有一天被用于在偏远和资源有限的地区进行生物医学测试。

人发的直径约为100微米。您可以用眼睛看到一根头发,甚至可以用智能手机拍照。相比之下,病毒的直径可能约为100-300纳米(nm)。大约需要300-1,000个病毒并排排列,才能等于人发的宽度。

可视化病毒或纳米级存在的其他结构通常需要昂贵的精密显微镜。这些显微镜具有笨重的镜头和专用的光学组件,这些组件难以按比例缩小并难以在小型便携式设备中实现。但是,这种紧凑的设备可能具有巨大的健康益处。例如,它可能允许研究人员在现场跟踪病毒并执行其他诊断测试。

Drs。领导的团队。加利福尼亚大学洛杉矶分校的魏庆山和Aydogan Ozcan试图克服构建紧凑,轻巧的荧光显微镜以检测纳米级单个颗粒所涉及的许多挑战。他们的工作部分是由美国国立卫生研究院主任的新创新奖资助的。

研究人员使用3D打印机构建了可以连接到智能手机的手持组件。对于光源,他们使用了紧凑的蓝色激光二极管,该二极管由3节AAA电池供电。他们将激光定位成以陡峭的斜角照射样品。这样可以防止背景光干扰样品信号的检测。该设备还包括一个专门的过滤器,以进一步阻止图像中的背景噪声。科学家于2013年9月9日在线描述了该设备的构造和测试 ACS纳米.

将标本放置在微型机械载物台上的样品架中,可以移动该载物台以调节深度和聚焦。样品和激光源都被放置在一个单元中,该单元可以防止用户暴露在激光下,并且可以在强环境光下观察样品。这种“光机械”附件的重量不到半磅。

样品通过手机相机的内置镜头和外部镜头进行了放大。然后通过手机中的传感器芯片记录放大的荧光图像。

研究人员通过观察荧光珠对设备进行了测试。他们可以检测到小至约100 nm的珠子。他们还能够查看荧光标记的人类巨细胞病毒,其直径范围为150至300 nm。他们通过使用常规扫描电子显微镜和共聚焦显微镜观察相同的样品,证实了该设备能够检测亮度变化的纳米级物体的能力。

“这种基于手机的成像平台可用于对包括细菌和病毒在内的亚波长物体进行特异性和灵敏的检测,因此可以在野外环境甚至在远程和资源受限的环境中实现纳米技术和生物医学测试的实践, ” Ozcan说。

— Carol Torgan博士

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参考文献: 智能手机上的单个纳米颗粒和病毒的荧光成像. ACS纳米。 2013年9月12日。 PMID:24016065。

资金: 美国国家卫生研究院(NIH)主任的新创新者奖,诺基亚大学合作基金,美国国家科学基金会陆军研究办公室(ARO)生命科学部,总统总统科学家和工程师职业早期奖(PECASE)。