加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)研究人員們最近開(kāi)發(fā)出一種新的手機(jī)附件設(shè)備，能將任何智能手機(jī)變成一款DNA掃描熒光顯微鏡。這項(xiàng)創(chuàng)新可望對(duì)于醫(yī)療診斷帶來(lái)深遠(yuǎn)影響，并再次展現(xiàn)如何有效利用智能手機(jī)來(lái)降低醫(yī)療成本，以及為開(kāi)發(fā)中國(guó)家?guī)?lái)先進(jìn)的醫(yī)療診斷技術(shù)。
這款智能手機(jī)的附件包括一個(gè)外部透鏡、薄膜干涉濾光器、可微調(diào)的微型楔形榫頭支架，以及雷射二極管，全部封裝在一個(gè)以3D打印的小型方盒中，并整合成一款手持式熒光顯微鏡。
“DNA單分子在拉長(zhǎng)時(shí)的寬度約2nm，”UCLA霍華德.休斯醫(yī)學(xué)院(HHMI)教授Aydogan Ozcan表示，“以透視來(lái)看，它使DNA較人的發(fā)絲還細(xì)約50,000倍。目前，為單個(gè)DNA分子進(jìn)行成像需要昂貴又龐大的光學(xué)顯微鏡工具，使其幾乎僅限于先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置才能進(jìn)行。相形之下，這款適用于個(gè)人手機(jī)的附件設(shè)備顯然就沒(méi)那么昂貴了?！?/P>
雖然其他“智能手機(jī)變身顯微鏡”的設(shè)備也能夠成像出較大規(guī)模的對(duì)象，例如細(xì)胞;但是，Ozcan的研究團(tuán)隊(duì)最新開(kāi)發(fā)出的這款智能手機(jī)光學(xué)附件，則是首款可成像DNA單分子纖薄鏈以及調(diào)整其大小的設(shè)備。
該設(shè)備主要用于遠(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置，以診斷不同類(lèi)型的癌癥與神經(jīng)系統(tǒng)疾病，例如阿爾茲海默癥(Alzheimer)，以及偵測(cè)傳染病的抗藥性。為了利用手機(jī)上的相機(jī)，首先必須以熒光標(biāo)記隔絕以及標(biāo)示所需的DNA。Ozcan表示，如今，這種實(shí)驗(yàn)室程序已經(jīng)能在偏遠(yuǎn)地區(qū)以及資源有限的環(huán)境下進(jìn)行了。
為了掃描DNA，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出可執(zhí)行在同一支智能手機(jī)上的運(yùn)算接口，以及一款Windows智能應(yīng)用程序。掃描后的信息可被傳送至遠(yuǎn)程O(píng)zcan實(shí)驗(yàn)室中的服務(wù)器，然后測(cè)量DNA分子長(zhǎng)度。在聯(lián)機(jī)可靠可情況下，完整的數(shù)據(jù)處理過(guò)程只需要10秒鐘的時(shí)間。
在Ozcan的實(shí)驗(yàn)室中，研究人員們成像熒光標(biāo)記與拉伸DNA節(jié)段，為該設(shè)備的準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)它能夠可靠地倍增10,000個(gè)堿基對(duì)或更長(zhǎng)的DNA節(jié)段(堿基對(duì)是構(gòu)成DNA的基本結(jié)構(gòu)單元)。許多重要的基因都落在這個(gè)大小范圍，包括為金黃色葡萄球菌與其他細(xì)菌提供抗生素抗藥性的細(xì)菌基因 ，大約有14,000個(gè)堿基對(duì)長(zhǎng)。
然而，由于較短節(jié)段時(shí)的訊噪比(SNR)偵測(cè)減少以及明顯差異，智能手機(jī)顯微鏡在5,000或更短堿基對(duì)節(jié)段時(shí)的準(zhǔn)確度急速下降。這時(shí)，必須將該設(shè)備的現(xiàn)有透鏡置換成更高數(shù)倍數(shù)，就可以輕易地解決這個(gè)問(wèn)題。
除了用于定點(diǎn)照護(hù)診斷，Ozcan建議該平臺(tái)也可用于區(qū)別高分子量的DNA節(jié)段，從而有助于解決使用傳統(tǒng)凝膠電泳的問(wèn)題——在生物化學(xué)和分子生物學(xué)中，這種凝膠電泳經(jīng)常用來(lái)擴(kuò)展DNA與RNA節(jié)段。接下來(lái)，Ozcan及其研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃測(cè)試該領(lǐng)域的其他組件，進(jìn)一步偵測(cè)與瘧疾有關(guān)的抗藥性。
根據(jù)MarketsandMarkets發(fā)布的全球顯微鏡市場(chǎng)報(bào)告顯示：目前，光學(xué)顯微鏡占據(jù)了全球顯微鏡市場(chǎng)最大的份額，達(dá)到39.5%。但是從2014到2019年，電子顯微鏡預(yù)計(jì)將擁有顯微鏡領(lǐng)域最高的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。由于超分辨顯微技術(shù)持續(xù)不斷的進(jìn)步，使得超分辨顯微鏡成為目前顯微鏡市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域。
從地域來(lái)看，由于政府優(yōu)惠政策和企業(yè)投入，發(fā)展中的新興市場(chǎng)，如中東、巴西、阿根廷、墨西哥、中國(guó)和印度，是顯微鏡供應(yīng)商有利可圖的重要市場(chǎng)。
按照應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分，顯微鏡重要的應(yīng)用市場(chǎng)可以分為半導(dǎo)體、生物科學(xué)、納米技術(shù)和材料科學(xué)。大家對(duì)于納米技術(shù)不斷增加的關(guān)注，政府和企業(yè)的良好投資，以及技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了這一領(lǐng)域的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)這一應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒊蔀轱@微鏡新的重要收入來(lái)源。
歸因于研究活動(dòng)的增加和良好的政府資助，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)是目前最主要的顯微鏡終端用戶(hù)，其次是工業(yè)用戶(hù)。
對(duì)于提高市場(chǎng)占有率，各個(gè)主要的顯微鏡供應(yīng)商都將推出新的創(chuàng)新型產(chǎn)品作為主要的手段。
顯微鏡下的世界很奇妙，平日肉眼看不見(jiàn)的微生物在放大后，宛若一片片奇形怪狀的“小森林”，好像科幻小說(shuō)中的外星生物。來(lái)自俄羅斯的地理學(xué)家Valeriya Zvereva花費(fèi)數(shù)月接近這些被忽視的小菌蟲(chóng)，拍攝下它們活力多姿的身影，為我們展示了一個(gè)不為人知的奇妙世界。
上圖中的菌蟲(chóng)如同晶瑩剔透的珊瑚叢，只不過(guò)它們生活在地面上而不是深海里。這些小霉菌就在人們的腳下，然而很少有人了解它們的存在。
美國(guó)休斯敦大學(xué)研究人員近日開(kāi)發(fā)出一種新型光學(xué)鏡頭，能直接貼在智能手機(jī)上，將圖像放大120倍，分辨率達(dá)到1微米，而成本只需3美分。相關(guān)論文發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)》雜志上。
休斯敦大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程副教授石為川(音譯)說(shuō)，這種鏡頭能像顯微鏡一樣工作，成本低，使用方便，因此非常適合用在中小學(xué)生教室里。它還可用在臨床上，讓那些小型偏遠(yuǎn)的診所也能與其他地方的專(zhuān)家共享圖像。
據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)報(bào)道，這種鏡頭用聚二甲硅氧烷(PDMS)制成。PDMS是一種濃度像蜂蜜的材料，能精確附著在一個(gè)預(yù)熱表面逐漸凝固。論文第一作者、博士生宋宇龍(音譯)說(shuō)，鏡頭的曲率，也就是放大率取決于PDMS的加熱時(shí)間和加熱溫度。最后形成的鏡頭柔韌靈活，就像柔軟的隱形眼鏡，但它們更厚，也略小一些。這種鏡頭可以簡(jiǎn)單地貼到智能手機(jī)的攝像頭上，即可把攝像頭變成顯微鏡，光學(xué)放大120倍后，圖像分辨率能達(dá)到1微米。而且，由于PDMS和玻璃并不會(huì)永久性地粘在一起，用過(guò)后鏡頭還可以很容易地取下來(lái)。
傳統(tǒng)鏡頭是通過(guò)機(jī)械拋光或注射成型制成的，材料一般是玻璃或塑料。雖然也有液體鏡頭，但不能凝固，要裝在特殊容器里保持穩(wěn)定。宋宇龍說(shuō)，其他液體鏡頭需要附加設(shè)備才能貼在智能手機(jī)上，這種鏡頭能直接貼上去而不會(huì)掉下來(lái)，還能重復(fù)使用。對(duì)于研究來(lái)說(shuō)，要拍攝人類(lèi)皮膚毛囊組織的幻燈片，就可以用智能手機(jī)-PDMS系統(tǒng)或奧林巴斯IX-70顯微鏡。在放大120倍時(shí)，智能手機(jī)鏡頭比得上奧林巴斯100倍顯微鏡，有軟件支持的數(shù)字放大還能進(jìn)一步提高。
研究人員估計(jì)，造一個(gè)這種鏡頭總成本可能是3美分。相比之下，傳統(tǒng)科研用顯微鏡則要花上萬(wàn)美元。因而，這種鏡頭很適宜中小學(xué)生使用，是他們進(jìn)行田間或室內(nèi)研究的一種廉價(jià)、便利的手段。他們只需把鏡頭貼在智能手機(jī)上，就能通過(guò)電子郵件或文檔很容易地共享照片，而且由于這種鏡頭非常便宜，丟了或壞了也不是大事。
徠卡在瑞士Heerbrugg發(fā)布了最新的視頻顯微鏡Leica DVM6, 這是一款多功能視頻顯微鏡，可以用在檢測(cè)分析，質(zhì)量控制，失效分析，研發(fā)產(chǎn)品和公安等領(lǐng)域的測(cè)量分析。集成的照明和復(fù)消色差物鏡確保了高品質(zhì)的圖像。 Leica DVM6的設(shè)計(jì)讓用戶(hù)可以直觀地操作機(jī)器，比如單手傾斜機(jī)器和替換顯微鏡的物鏡。顯微鏡的編碼功能使得測(cè)量結(jié)果很容易重現(xiàn)，報(bào)告和文檔都可以一鍵生成。
徠卡的產(chǎn)品經(jīng)理Georg Schlaffer表示：“每個(gè)人都可以是 Leica DVM6的專(zhuān)家，因?yàn)橛?6:1的變倍比，用戶(hù)可以簡(jiǎn)單地操作樣品，單手傾斜鏡頭，甚至可以單手替換鏡頭同時(shí)保持聚焦?fàn)顟B(tài)。編碼功能把很多信息和圖像一起保存，這樣重現(xiàn)樣品結(jié)果和日常的文檔報(bào)告都非常地容易?！?/P>
除了16:1的變倍比，用戶(hù)可以選擇3個(gè)不同的物鏡覆蓋10倍到2350倍的放大范圍，能夠分辨0.4mm的細(xì)節(jié)。復(fù)消色差的物鏡在整個(gè)放大范圍都能避免彩色邊框效果，用戶(hù)可以單手換物鏡同時(shí)工作不會(huì)被打斷，同時(shí)保持聚焦?fàn)顟B(tài)。由于帶有可傾斜的支架，用戶(hù)可以?xún)A斜-60度到+60度范圍來(lái)觀察樣品。加上不同的照明選擇和對(duì)比度選擇，用戶(hù)可以看到很多直立的時(shí)候看不到的細(xì)節(jié)。
Leica DVM6能夠追蹤精確的參數(shù)值并且和圖像一起保存，編碼的信息包括物鏡，攝像頭，照明設(shè)置，樣品臺(tái)高度，手動(dòng)和電動(dòng)樣品臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度等信息。這些保存的參數(shù)可以隨時(shí)調(diào)用，編碼功能能夠提高效率，使工作更有效率。用戶(hù)可以一鍵生成文檔和報(bào)告。
