När du tittar genom ett mikroskop, vad som än står på scenen förstoras i en grad det blotta ögat knappt kan tänka sig. Medan traditionella mikroskopitekniker tillåter små detaljer att synas, standardutrustning ger oss inte hela bilden.

De flesta optiska mikroskop har ett begränsat synfält, bara en till två millimeter. Detta är en stor olägenhet för livforskare och patologer som förlitar sig på mikroskopi för att analysera och diagnostisera sjukdomar, eftersom beredda vävnadsprover har dimension inom centimeterområdet.

För att möta detta ouppfyllda kliniska behov, en ny mikroskopiplattform som utvecklats vid UConn tar bort en central komponent i traditionella mikroskop - objektiv. Genom att gå linslös, forskare kan faktiskt ge kliniker en fullständigare bild, vilket leder till mer exakta diagnoser.

Guoan Zheng, en professor i biomedicinsk teknik från University of Connecticut, publicerade nyligen sina fynd om en lyckad demonstration av en linslös mikroskopiplattform på chip i Lab on a Chip. Denna plattform eliminerar flera av de vanligaste problemen med konventionell optisk mikroskopi och ger ett billigt alternativ för diagnos av sjukdom.

I stället för att använda linser för att förstora vävnadsprovet, Zhengs plattform är beroende av en diffusor som går mellan exemplaret och bildsensorn eller kameran. Diffusorn rör sig slumpmässigt till olika positioner medan sensorn förvärvar bilderna, samla in den kodade objektinformationen som senare kommer att användas för att återställa en bild för visning av kliniker eller forskare.

Kärnan i objektåterställningsprocessen är en bildteknik som kallas ptychography. Ptychographic imaging använder vanligtvis en fokuserad stråle för att belysa ett prov och registrera mönstret som skapas av det diffrakterade ljuset. För att återställa en hel komplex bild - som ett vävnadsprov - för visning, ptychography kräver att tusentals mönster ska spelas in medan provet skannas till olika positioner.

"Även om ptychography har varit av ökande intresse för forskare runt om i världen, bred implementering av metoden har försvårats av dess långsamma hastighet och kravet på exakt mekanisk skanning, "säger Shaowei Jiang, en doktorand vid UConn och huvudförfattaren till studien.

Zhengs nya ptychographic -teknik tar itu med dessa frågor genom att föra provet nära bildsensorn. Denna nya konfiguration gör att laget kan ha hela bildsensorområdet som bildfält. Dessutom, det kräver inte längre den exakta mekaniska skanning som behövs för traditionell ptychography. Detta beror på att den nya konfigurationen har det högsta Fresnel -antalet som någonsin testats för ptychography, cirka 50, 000. Fresnel -talet kännetecknar hur en ljusvåg rör sig över en sträcka efter att ha passerat genom en öppning, som ett nålhål. Det ultrahöga Fresnel-talet som används i Zhengs experiment indikerar att det är mycket liten ljusdiffraktion från objektplanet till sensorplanet. Låga diffraktionsnivåer innebär att diffusorns rörelse kan spåras direkt från de tagna råbilderna, eliminera behovet av ett exakt rörelsesteg, vilket är avgörande för konventionell ptychography.

"Detta tillvägagångssätt minskar handläggningstiden, kosta, och möjliggör en mer komplett bild av provet, säger Zheng.

Med konventionell objektivmikroskopi, forskare kan bara se en liten del av en bild under varje visning. Zhengs plattform erbjuder en stor förbättring genom att effektivt utöka mikroskopets synfält. Zhengs nuvarande prototyp erbjuder ett 30 mm2 synfält, jämfört med standarden ~ 2 mm2. Genom att använda en bildsensor i helformat i en vanlig fotokamera, Zhengs teknik gör det möjligt för läkare att analysera två hela bilder på en gång.

"Tänk dig att kunna läsa en hel bok på en gång istället för bara en sida i taget. Det är i huvudsak det vi hoppas att vår teknik kommer att tillåta kliniker att göra, säger Zheng.

Lägger till sin redan långa lista med förbättringar, Zhengs plattform eliminerar behovet av cellfärgning. I vanliga fall, forskare fläckar delar av celler, som kärnan, för att identifiera hur många det är. Zheng testade plattformens förmåga att utföra automatisk cellsegmentering med hjälp av de återställda etikettfria faskartorna.

På grund av sin kompakta konfiguration och robusta prestanda, Zheng och hans team föreställer sig att deras plattform skulle passa bra för användning inom en rad olika vårdpunkter, global hälsa, och telemedicinska applikationer. Deras teknik kan också vara användbar för röntgen- och elektronmikroskopi.

"Genom att använda våra linsfria, nyckelfärdigt bildsystem, vi kan kringgå de fysiska begränsningarna i optik och skaffa högupplöst kvantitativ information för chipmikroskopi. Vi är glada att fortsätta förfina denna teknik för kommersiella och kliniska tillämpningar för att få en påtaglig inverkan för patienter och forskare, "Säger Zheng.

De Lab on a Chip papper heter "Brett fält, högupplöst linslös on-chip-mikroskopi via nära fält blind pytografisk modulering. "