利用智能手机改进的显微镜测量单个DNA分子

荧光显微镜技术能够完成普通光显微镜难以完成的任务,例如通过影像DNA分子来检测和诊断癌症、神经系统疾病以及感染性疾病的药物抗性。

这些荧光显微镜的成像依赖于能受激光“激发”的荧光分子对样品进行标记。这个过程所产生的不同颜色的光,最终可以被显微镜检测到并构建为图像,分辨率可以达到比人类头发的直径小1000倍的物体。然而,这些荧光显微镜昂贵、笨重、结构复杂,因此通常只能由高科技实验室提供。

如今,加州大学洛杉矶分校加州纳米技术研院的研究人员报告了第一个由普通智能手机改进而成的小巧轻便的荧光显微镜设备,该设备甚至可以用于测量单个DNA分子的长度。这个研究小组由加州纳米技术研究院副院长,电气工程和生物工程系教授Aydogan Ozcan带领,其结果于12月10日发表在ACS Nano期刊上。

这种移动显微镜使用手机照相机来显示和测量单分子DNA链长度。该装置包括了一个能产生高对比度和暗视场成像环境的手机附件,该手机附件里包含一个外部透镜、薄膜干涉滤光片、微型调焦台和一个小型激光二极管。该移动显微镜还包括了一个手机应用程序,用来连接智能手机与服务器。DNA分子用荧光分子进行了标记,然后拉伸成线性。应用程序能发送原始手机图像到服务器,后者迅速测量每个DNA链的长度。DNA的检测和长度测量的结果可以直接在智能手机上显示,也能够连接到远程服务器上读取。

这项研究的第一作者是加州大学洛杉矶分校加州纳米技术研究院的魏青山博士后研究员。其所在的Ozcan教授实验室长期专注于计算成像技术和各种移动医疗设备研发。Ozcan教授认为,转化这些(荧光显微镜)和其他现有显微镜和感测技术成为便携式、廉价和高通量的仪器,可以给医学和全球健康领域带来无数可能的新应用。 这些设备也会对发展中国家或资源有限的机构产生积极深远的影响,并促进先进科学仪器和测量工具的大众化。

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