Des chercheurs aux États-Unis et en Chine ont développé une méthode pour transformer un smartphone en un microscope à fluorescence. L'appareil portable de microscope à fluorescence pour smartphone (HSFM) permet des analyses biomédicales complexes à la fois rapidement et à moindre coût. Les microscopes à fluorescence conventionnels jouent un rôle important pour détecter diverses cellules et protéines, mais ils sont encombrants et peu pratiques pour les diagnostics au point de service. Maintenant en train d'écrire Lumière :science et applications , Bo Dai et une équipe de recherche interdisciplinaire ont détaillé l'utilisation de polymères liquides pour créer des lentilles miniatures à deux gouttelettes teintes avec des solvants colorés. Les objectifs étaient compatibles avec plusieurs appareils photo de smartphones différents. Le low cost, le dispositif expérimental leur a permis d'observer et de compter les cellules, surveiller l'expression des gènes marqués par fluorescence et faire la distinction entre les tissus normaux et les tumeurs. La technologie des smartphones facilement accessible et abordable peut contribuer à une science frugale et conduira à une meilleure administration de la médecine personnalisée sur place et économiquement viable.

La microscopie à fluorescence est omniprésente dans de multiples disciplines, y compris la biologie cellulaire et moléculaire, le secteur de la santé, surveillance environnementale et hygiène alimentaire. En biomédecine et applications cliniques, l'imagerie fluorescente peut détecter et suivre les cellules, protéines et autres molécules d'intérêt avec une sensibilité et une précision élevées. Les microscopes à fluorescence conventionnels sont généralement conçus avec des composants volumineux, ce qui les rend extrêmement difficiles pour le diagnostic au point de service dans les régions à ressources limitées. Par conséquent, Les microscopes portables sont un développement important sur une plate-forme smartphone idéale pour la mobilité et l'accessibilité à une gamme d'utilisateurs.

Les chercheurs avaient déjà utilisé des microscopes basés sur des smartphones pour imager des cellules sanguines humaines, parasites d'origine hydrique et cytomégalovirus humain. Pour ces efforts de recherche, ils ont inclus des éléments clés tels que des diodes électroluminescentes (DEL) pour l'éclairage, lentilles externes pour l'imagerie optique et le grossissement ainsi que le filtrage d'émission de fluorescence pour acheminer la lumière. Les lentilles en polymère sont faciles à développer et offrent un pouvoir de résolution élevé pour construire un microscope « à faire soi-même » pour des applications aux ressources limitées. Cependant, en raison de la diversité des modèles de smartphones actuellement disponibles, les chercheurs visent à développer un accessoire pour la microscopie sur smartphone dont la conception est indépendante d'un modèle de téléphone spécifique.

Pour relever ce défi dans le présent travail, Dai et al. développé un microscope à fluorescence pour smartphone (HFSM) portable à faible coût dans une taille portable. Le HRSM a utilisé une seule lentille couleur compacte et multifonctionnelle pour convertir n'importe quel modèle de smartphone en un microscope à fluorescence sans modifier la conception de la fixation entre les téléphones. La conception expérimentale a réduit la complexité du dispositif HRFM et a permis son adoption sur une variété de smartphones. Le produit est fonctionnellement cohérent sur plusieurs plates-formes de smartphones, facile à utiliser, à bas prix, et peut être produit en série. L'équipe de recherche a utilisé l'appareil pour démontrer l'imagerie en champ clair et en fluorescence dans plusieurs applications bioanalytiques dans les cellules et les tissus.

Pour le module HFSM, Dai et al. inclus une lentille composée de couleur pour l'imagerie et le filtrage de la lumière. Ils ont développé la lentille miniature en utilisant deux gouttelettes à indice de réfraction élevé, les uns dans les autres teints avec des solvants colorés pour transmettre la lumière d'émission souhaitée au capteur d'imagerie. Les chercheurs ont développé deux modèles dans l'étude pour soit (1) dépasser de l'arrière du téléphone (modèle I) ou (2) rester de profil avec le téléphone (modèle II). Pour les deux versions, ils comprenaient une conception de lentille avec un prépolymère de polydiméthylsiloxane (PDMS) coloré et un polymère de méthyl phényle (diméthyl diphényl siloxanes à terminaison vinyle). Pour déterminer comment la gouttelette de polymère s'est propagée pendant le processus de fabrication, les chercheurs ont calculé le rayon de la gouttelette et la longueur du capillaire.

Ils ont d'abord testé et détecté la gouttelette de PDMS pour former une calotte sphérique sous l'influence de la force de tension interfaciale et ont pris plusieurs facteurs en considération pour déterminer la courbure interne et externe de la calotte en PDMS. Après, lorsqu'ils ont équipé le smartphone de lentilles composées de 3,2 µL de gouttelettes de polymère, la caméra pouvait résoudre une ligne de 2,76 µm. Étant donné que la gouttelette de polymère à l'état liquide est restée complètement scellée dans le capuchon en PDMS stable et durci, l'équipe de recherche a évité les problèmes liés aux vibrations mécaniques externes et aux perturbations thermiques ou aux détériorations chimiques lors de son utilisation. Ils ont collé l'objectif à l'appareil photo dans le cadre du smartphone pour le transporter facilement, et pourrait décoller l'objectif de l'appareil photo pour le remplacer par un autre objectif personnalisé pour l'imagerie.

L'équipe de recherche a développé et utilisé un outil d'éclairage personnalisé dans le processus d'imagerie microscopique pour observer et compter les cellules sous un éclairage en lumière blanche. À l'aide de la configuration, ils ont observé des agrégats cellulaires cubiques et fusiformes en petits amas. Au cours des expériences de comptage cellulaire, Dai et al. clairement distingué les cellules individuelles et calculé la concentration cellulaire, qui était en excellent accord avec les résultats obtenus à partir d'un compteur de cellules commercial pour valider le dispositif HSFM. Après, les scientifiques ont incubé des tissus hépatiques humains avec des anticorps marqués par fluorescence pour détecter les caractéristiques normales ou défectueuses à l'aide du HSFM équipé d'une lentille verte. À l'aide du microscope du smartphone, Dai et al. des images précisément identifiées de tissus normaux, tissus para-tumoraux et tissus cancéreux. Par exemple, une expression plus élevée de fluorescence vert vif a confirmé la présence d'anomalies, tissu malade.

L'équipe de recherche a ensuite utilisé le HSFM avec une lentille verte pour surveiller la transfection et l'expression de la protéine fluorescente verte améliorée (EGFP; gène rapporteur pour étudier les processus physiologiques) dans un plasmide. Pour ça, ils ont transfecté le gène NLRP3 humain marqué à la GFP dans une lignée cellulaire de rein embryonnaire humain 293T et ont excité les cellules transfectées avec une lumière bleue à 480 nm pour une émission de fluorescence vert vif. La lumière d'excitation filtrée à travers la lentille verte pour l'émission de fluorescence, dont Dai et al. capturés sous forme de points verts à l'aide du smartphone. Les résultats concordaient bien pour les deux modèles de lentilles (modèle I et II) par rapport aux valeurs mesurées à l'aide d'un microscope conventionnel.

Dai et al. ensuite utilisé la configuration pour quantifier la production de superoxyde; un marqueur physiologique des maladies cardiovasculaires et neurodégénératives. Pour ça, ils ont coloré une lignée cellulaire épithéliale bronchique humaine HBEC3-KT avec MitoSox Red, une sonde fluorogène capable de détecter de manière très sélective le superoxyde, qu'ils ont produit en interagissant des cellules HBEC3-KT avec des lipopolysaccharides (LPS) dans ce travail. L'équipe a observé une augmentation constante de l'intensité de fluorescence moyenne de MitoSox Red pour soutenir la production accrue de superoxyde après le déclenchement du LPS.

De cette façon, Bo Dai et ses collègues ont fourni un compact, plate-forme abordable pour la microscopie à fluorescence à l'aide d'un smartphone à lentille. La configuration a capturé des images à une résolution cellulaire et un champ de vision (FOV) à l'échelle du tissu. Les capacités reposaient sur la taille des pixels et du capteur d'image dans le smartphone ; une technologie qui continue d'évoluer. L'équipe de recherche s'est inspirée des travaux de recherche précédents sur un objectif de smartphone nommé DOTlens développé ailleurs. Les travaux présentés ici peuvent servir de modules de lentilles multifonctionnelles de nouvelle génération pour les microscopes portables pour smartphones. Dai et al. Je pense que les applications observées ne sont que la pointe de l'iceberg avec plus de potentiel pour de futures applications avec le dispositif HSFM. Ils prévoient de développer des lentilles composées de couleurs pour des canaux fluorescents supplémentaires afin d'améliorer considérablement les capacités du microscope rentable. Les scientifiques envisagent la fabrication en série de produits à faible coût, des appareils HFSM simples pour des applications de soins de santé mobiles et personnalisées au point de service.

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