一種用于醫(yī)療應(yīng)用的新型多模式無透鏡顯微技術(shù)

如今，通過光學(xué)顯微鏡對生物樣品進(jìn)行的最新分析包括從常規(guī)的明場顯微鏡和相襯顯微鏡到高分辨率共聚焦激光掃描顯微鏡以及最近開發(fā)的超分辨率顯微鏡技術(shù)(如受激發(fā)射損耗)等多種技術(shù)。 (STED)或隨機光學(xué)重建顯微鏡(STORM)，從而消除了阿貝的衍射極限。

盡管可以使用這些復(fù)雜的超高分辨率技術(shù)，但要在生物樣品中進(jìn)行可重現(xiàn)的細(xì)胞可視化和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)鑒定，仍然需要使用染料染色或通過針對特定細(xì)胞抗原的抗體進(jìn)行免疫標(biāo)記。

通常，活細(xì)胞的體外觀察可以提供有關(guān)其結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的有價值的見解，包括細(xì)胞器的組織以及涉及細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用的化學(xué)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)。不幸的是，由于大多數(shù)高分辨率顯微鏡技術(shù)需要經(jīng)過處理/固定的組織或細(xì)胞，因此長期體外成像的用途有限。由于高分辨率光學(xué)顯微鏡和熒光成像通常都需要高技能的用戶，昂貴的設(shè)備和維護(hù)，因此提出的新型數(shù)字在線全息顯微鏡(DIHM)體外成像技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)用戶打開了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。這種分析光學(xué)系統(tǒng)以低成本提供了快速且可重復(fù)的結(jié)果。此外，醫(yī)生(普通從業(yè)人員和專家)的診斷工具。

DIHM基于數(shù)字記錄的全息圖的數(shù)值重建。它允許獲取由顯微樣品整形的波前的幅度和相位信息。DIHM的優(yōu)點在于安裝簡單：顯微鏡由發(fā)光二極管(LED)作為照明源，適當(dāng)?shù)臑V波以增強相干性和圖像傳感器組成。全面的數(shù)據(jù)處理算法通過角譜方法和數(shù)字濾波將記錄的全息圖轉(zhuǎn)換為顯微鏡圖像。通常，這種顯微鏡的分辨率會受到照明的空間相干長度的強烈影響，可以通過減小發(fā)射面積(通過用針孔切掉一部分波陣面或使用點光源來減小)來增強這種分辨率。像nanoLED。EU Horizo??n 2020計劃ChipScope項目中開發(fā)的nanoLED陣列將允許增強與常規(guī)光學(xué)顯微鏡兼容的成像分辨率。

無透鏡DIHM顯微鏡

這一事實使得無透鏡顯微鏡的理想工具，醫(yī)療診斷在偏遠(yuǎn)地區(qū)，因為沒有必要為醫(yī)生帶來并維護(hù)大型，重型和敏感的分析設(shè)備。一個簡單的筆記本電腦和一個手提箱大小的無透鏡顯微鏡組件就足以(例如)從體液樣本(例如瘧疾，變形蟲等)進(jìn)行寄生蟲診斷。堅固的結(jié)構(gòu)不僅可以結(jié)合高分辨率光學(xué)顯微鏡，而且可以基于檢測人類DNA的變化，識別病毒基因組和在一臺設(shè)備中進(jìn)行免疫學(xué)表征，結(jié)合現(xiàn)代分析技術(shù)，實現(xiàn)對標(biāo)本的快速，可靠和自動化的分析。

為了提供最高的光靈敏度和光學(xué)分辨率，該系統(tǒng)配備了普通的灰度相機，可以在多單元成像的明場模式下工作。這款新穎的無透鏡顯微鏡配備了微流控通道系統(tǒng)，用于處理活細(xì)胞和成像。