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Microscope minuscule à 10 $
Un minuscule microscope qui utilise le même type de puce utilisée dans les appareils photo numériques peut produire des images haute résolution de cellules sans les lentilles coûteuses et encombrantes qui font partie de la conception des microscopes depuis des siècles. Les chercheurs de Caltech, qui ont développé le système d'imagerie révolutionnaire, affirment que les appareils pourraient être produits en série à un coût de 10 $ chacun et intégrés dans de grands réseaux, permettant une imagerie à haut débit dans les laboratoires de biologie. L'appareil pourrait également élargir l'accès à la technologie d'imagerie : incorporés dans des appareils de la taille d'un PDA, par exemple, les microscopes pourraient permettre aux médecins ruraux de transporter des systèmes d'imagerie sophistiqués dans leurs poches.
Microscope miniature : Ce minuscule microscope, qui utilise la microfluidique pour faire passer un échantillon sur une puce d'imagerie à partir d'un appareil photo numérique, a la même résolution qu'un microscope optique conventionnel.
Le dispositif Caltech utilise un système de minuscules canaux de fluide appelés microfluidiques pour diriger les cellules et même les animaux microscopiques sur une puce photosensible. La puce, un capteur standard identique à ceux des appareils photo numériques, est recouverte d'une fine couche de métal qui bloque la plupart des pixels. Quelques centaines de minuscules ouvertures percées dans le métal le long du canal de fluide laissent entrer la lumière. Au fur et à mesure que l'échantillon traverse le microscope, chaque ouverture capture une image. Une version du microscope utilise la gravité pour contrôler le flux de l'échantillon à travers les ouvertures. Une autre version, qui permet un bien meilleur contrôle, utilise un potentiel électrique pour piloter le flux de cellules.
Les 100 à 200 images sont ensuite combinées à l'aide d'un simple logiciel de traitement d'images. La puissance de traitement d'un PDA est plus que suffisante pour effectuer les calculs, selon l'ingénieur de Caltech Changhuei Yang , qui a conçu le microscope. Le microscope doit être éclairé d'en haut, mais la lumière du soleil est suffisante. La résolution du microscope est similaire à celle d'un microscope optique conventionnel - environ un micromètre - et est limitée par la taille des ouvertures.
L'appareil de Yang fait partie d'une nouvelle révolution en microscopie, selon Michael Champ , physicien au MIT. Les microscopes ordinaires ne sont plus le seul jeu en ville, dit-il. D'autres avancées récentes ont inclus des technologies sophistiquées pour surmonter les limitations physiques de longue date de la résolution des microscopes optiques et améliorer leur pénétration. dans le tissu . Le minuscule microscope de Yang, cependant, amène la technologie dans une autre direction, plus simple. Il est bon marché, compact et élégant, dit Feld.
Yang dit que les microscopes pourraient être fabriqués à l'aide de techniques de fabrication conventionnelles utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs et regroupés en matrices de centaines voire de milliers pour une imagerie automatisée à haut débit. Un logiciel de traitement d'image supplémentaire pourrait alerter les chercheurs sur les cellules d'intérêt dans un échantillon, leur libérant ainsi du temps pour faire autre chose pendant que l'expérience se poursuit.
Les microscopes miniatures ont une multitude d'utilisations potentielles. Parce qu'ils sont bon marché et compacts, Yang espère qu'ils seront utilisés dans des appareils portables dans le monde en développement. L'étalon-or pour détecter le paludisme consiste à examiner un échantillon de sang sous un microscope à haute puissance, dit-il. Cependant, les microscopes conventionnels sont trop fragiles, encombrants et gourmands en énergie pour être mis en œuvre dans de nombreux endroits où le parasite sanguin est répandu. Des microscopes à dix dollars pourraient être insérés dans des appareils de la taille d'un PDA qui affichent les images sur un petit écran. Un tel appareil coûterait probablement environ 100 $ ; les systèmes de microscope pourraient être remplacés comme les cartouches d'imprimante lorsqu'ils présentent des signes d'usure.
Les appareils pourraient également être utiles pour le suivi du cancer. Yang a récemment commencé une collaboration avec Richard Cote , un urologue de l'Université de Californie du Sud qui développe des dispositifs de surveillance en temps réel des thérapies contre le cancer. La technologie de Cote utilise des filtres pour extraire du sang les grosses cellules cancéreuses errantes. Les médecins doivent examiner les cellules pour déterminer si le cancer d'un patient se propage, mais mettre les cellules sur une lame de microscope n'est tout simplement pas pratique. Les lentilles sont la proposition limitante, et le système de Yang les élimine, dit Cote. Yang envisage également des microscopes implantables qui recherchent des cellules cancéreuses errantes et identifient un sous-ensemble d'images qu'un clinicien examinera manuellement.
L'imagerie à haut débit sera une aubaine pour les sociétés pharmaceutiques, selon Pierre donc , responsable du laboratoire d'ingénierie, d'analyse et de microscopie en bioinstrumentation du MIT. Au cours du développement du médicament, des centaines de versions du même composé sont d'abord testées dans des cellules. L'état actuel de l'art consiste à plaquer des cellules dans de minuscules puits, puis à les exposer à des médicaments, puis à tester leur réponse à l'aide d'une combinaison de technologies, y compris la microscopie. Selon So.
Yang dit qu'il discute avec plusieurs entreprises de la commercialisation du microscope sur puce, et il espère qu'il sera sur le marché dans cinq ans. Il travaille également sur des modifications du système pour permettre l'imagerie par fluorescence - les microscopes ne peuvent actuellement pas détecter les couleurs - et pour augmenter la résolution des oscilloscopes.