UCLA-forskare som arbetar med ett team på Verily Life Sciences har designat ett mobilt mikroskop som kan upptäcka och övervaka fluorescerande biomarkörer inuti huden med en hög känslighetsnivå, ett viktigt verktyg för att spåra olika biokemiska reaktioner för medicinsk diagnostik och terapi.

Detta nya system väger mindre än en tiondel av ett pund, gör den liten och lätt nog för en person att bära runt sin bicep, bland andra delar av deras kropp. I framtiden, Teknik som denna skulle kunna användas för kontinuerlig patientövervakning hemma eller på vårdcentralen.

Forskningen, som publicerades i tidskriften ACS Nano , leddes av Aydogan Ozcan, UCLA:s kanslersprofessor i elektroteknik och bioteknik och biträdande direktör för California NanoSystems Institute och Vasiliki Demas från Verily Life Sciences (tidigare Google Life Sciences).

Fluorescerande biomarkörer används rutinmässigt för cancerdetektering och läkemedelstillförsel och frisättning bland andra medicinska terapier. Nyligen, biokompatibla fluorescerande färgämnen har dykt upp, skapa nya möjligheter för icke-invasiv avkänning och mätning av biomarkörer genom huden.

Dock, att upptäcka artificiellt tillsatta fluorescerande föremål under huden är utmanande. kollagen, melanin och andra biologiska strukturer avger naturligt ljus i en process som kallas autofluorescens. Olika metoder har prövats för att undersöka detta problem med olika avkänningssystem. De flesta är ganska dyra och svåra att göra små och kostnadseffektiva nog att användas i ett bärbart bildsystem.

För att testa det mobila mikroskopet, forskare designade först en vävnadsfantom - ett artificiellt skapat material som efterliknar mänskliga hudoptiska egenskaper, såsom autofluorescens, absorption och spridning. Mållösningen för fluorescerande färgämne injicerades i en mikrobrunn med en volym på ungefär en hundradels mikroliter, tunnare än ett människohår, och därefter implanteras i vävnadsfantomen en halv millimeter till 2 millimeter från ytan – vilket skulle vara tillräckligt djupt för att nå blod och andra vävnadsvätskor i praktiken.

För att mäta det fluorescerande färgämnet, det bärbara mikroskopet skapat av Ozcan och hans team använde en laser för att träffa huden i en vinkel. Den fluorescerande bilden vid ytan av huden fångades via det bärbara mikroskopet. Bilden laddades sedan upp till en dator där den bearbetades med en specialdesignad algoritm, digitalt separera målfluorescenssignalen från hudens autofluorescens, på en mycket känslig nivå för detektering av delar per miljard.

"Vi kan placera olika små biosensorer inuti huden bredvid varandra, och genom vårt bildsystem, vi kan skilja dem åt, " sa Ozcan. "Vi kan övervaka alla dessa inbäddade sensorer inuti huden parallellt, till och med förstå potentiella feljusteringar av den bärbara avbildaren och korrigera den för att kontinuerligt kvantifiera en panel av biomarkörer."

Detta ramverk för beräkningsavbildning kan också användas i framtiden för att kontinuerligt övervaka olika kroniska sjukdomar genom huden med hjälp av ett implanterbart eller injicerbart fluorescerande färgämne.