Fluorescensmikroskop använder teknologi som gör det möjligt för dem att utföra uppgifter som inte är lätta att uppnå med vanliga ljusmikroskop, inklusive avbildning av DNA-molekyler för att upptäcka och diagnostisera cancer, störningar i nervsystemet såsom Alzheimers sjukdom, och läkemedelsresistens vid infektionssjukdomar.
Dessa mikroskop fungerar genom att märka proverna med fluorescerande molekyler som "exciteras" med en laser. Denna process avger ljus i olika färger som mikroskopet upptäcker och använder för att bygga bilder av fluorescensmärkta prover, visualisera föremål som är 100 till 1000 gånger mindre än diametern på människohår. Dessa fluorescerande mikroskop är dyra, skrymmande och relativt komplicerad, gör dem vanligtvis endast tillgängliga i högteknologiska laboratorier.
Nu har forskare från UCLA:s California NanoSystems Institute rapporterat om den första demonstrationen av avbildning och mätning av storleken på enskilda DNA-molekyler med hjälp av en lätt och kompakt enhet som omvandlar en vanlig smartphone till ett avancerat fluorescensmikroskop.
Leds av Aydogan Ozcan, biträdande direktör för UCLA California NanoSystems Institute och kanslersprofessor i elektroteknik och bioteknik vid UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, forskargruppen publicerade sina resultat online den 10 december i tidskriften ACS Nano .
Den mobila mikroskopienheten är en billig, 3-D-printad optisk enhet som använder telefonens kamera för att visualisera och mäta längden på enmolekylära DNA-strängar. Enheten inkluderar ett tillbehör som skapar en hög kontrast, mörkfältsbilduppsättning med en billig extern lins, tunnfilmsinterferensfilter, ett miniatyr laxstjärtssteg och en laserdiod som exciterar de fluorescensmärkta DNA-molekylerna.
Enheten innehåller också en app som ansluter smarttelefonen till en server på UCLA, som mäter längden på de enskilda DNA-molekylerna. Molekylerna är märkta och sträckta på engångschips som passar i smartphone-tillbehöret.
Applikationen överför råbilderna till servern, som snabbt mäter längden på varje DNA-sträng. Resultaten av DNA-detektion och längdmätning kan ses på mobiltelefonen och på fjärrdatorer kopplade till UCLA-servern.
"Förmågan att översätta dessa och andra befintliga mikroskopi- och avkänningstekniker till fältbärbara, kostnadseffektiva och högeffektiva instrument kan möjliggöra otaliga nya tillämpningar för point-of-care medicin och global hälsa, sa Ozcan, som också är HHMI-professor vid Howard Hughes Medical Institute. Han fortsatte med att säga att dessa enheter kan ha långtgående positiva effekter på forsknings- och utbildningsinsatser i utvecklingsländer eller resursbegränsade institutioner, hjälpa till att demokratisera avancerade vetenskapliga instrument och mätverktyg.
Ozcans laboratorium är specialiserat på datoravbildning, avkännings- och diagnostiska apparater för olika mobila hälso- och telemedicinapplikationer och deras tidigare arbete inkluderar snabb analys av livsmedelsprover för allergener, vattenprover för tungmetaller och bakterier, cellantal i blodprover och använda Google Glass för att bearbeta diagnostiska testresultat. Den första författaren till denna forskning är Qingshan Wei, en postdoktor vid UCLA Engineering och CNSI, som har arbetat på Ozcans laboratorium med mobiltelefonbaserad fluorescerande mikroskopi och dess biomedicinska och miljömässiga tillämpningar.
