最近(jìn),美國電子工程學家埃道甘?奧(ào)茲坎(Aydogan Ozcan)領導的(de)實驗室製造(zào)了一(yī)部具有特殊(shū)功能的原型手機:既可用於監測艾滋(zī)病、瘧疾患者的身體狀(zhuàng)況,也可用於檢測欠發達或受災地區的(de)水質。在這部手機上,研究人員(yuán)引入了一(yī)種創新性成像技(jì)術,而發明這(zhè)項技術的正是目前任職於加利福尼亞大學伯克利分校的奧茲坎教授。
奧(ào)茲坎教授發明的技術名為“基於側影成(chéng)像的無透鏡超寬視野單元監(jiān)測陣列”(Lensless Ultra-wide-field Cell monitoring Array platform based on Shadow imaging,簡稱 LUCAS),目前已成(chéng)功應用於上述手機和網絡攝像(xiàng)頭(tóu)上。不論是手機還是攝像頭,其實都采用的是同一種(zhǒng)成像方式:利用短(duǎn)波長藍光照射血液、唾(tuò)液或其他液(yè)體樣品,再通過一個傳感器(qì)陣列,捕捉(zhuō)樣(yàng)品中的微(wēi)粒圖像。
由於液體樣品中的不同微粒擁(yōng)有(yǒu)不同(tóng)衍射圖譜(diffraction pattern),因此(cǐ)通過(guò)決策算法(custom-developed),與已有微粒圖譜庫進行對比,LUCAS很快就能鑒定出樣(yàng)品中(zhōng)的微粒類型。然後,人們就可以使用手機,將LUCAS采(cǎi)集到的數據發往醫院以供進一步分析和診斷,或(huò)利用USB接口把數(shù)據轉移到電腦上,再發往醫療機構。
不過,LUCAS手機並非(fēi)顯微鏡的替代品,而是一種補充工具。與LUCAS產生的粒狀和(hé)像素化圖像相比,顯微鏡(jìng)下的圖像(xiàng)更為細膩。但LUCAS也有自身優勢:在很多情況下(xià),人們不可能(néng)隨(suí)時攜帶顯微鏡,而LUCAS手機卻能及時鑒定液體樣品中的微粒類型,並完成計數。另外,由於LUCAS成像不需要鏡頭,因(yīn)此隻有一個因(yīn)素能限製LUCAS手機的尺寸:構建LUCAS的(de)芯片大小(xiǎo)。
奧茲坎教授教授說:“LUCAS技術不僅能用於健(jiàn)康(kāng)醫療領域,在細胞生物學領域也有很好的應用前景。通常,研究人員統計血液中的細胞數量時(shí),都(dōu)是用流式細胞儀(flow-cytometer),一次隻能記錄一個細胞,而LUCAS成像卻可以同時記錄成千上萬個細胞,準確(què)率(lǜ)也不比流式細胞儀差。”
2008年(nián)12月5日,奧茲坎教授在《芯片上的實驗室》雜誌(Lab on a Chip)上發表文章稱,經過一係列改進,他製造出了第二代LUCAS係統??全息LUCAS(holographic LUCAS)。改進後,全息LUCAS可以鑒定更(gèng)微小(xiǎo)的顆粒,比如大腸杆菌(jun1),這是第一代LUCAS無法做到的。通過改變(biàn)光源的空間位置,全息LUCAS捕(bǔ)捉到(dào)的二維微粒影像會比經典微粒成像含有更多的信息。
奧茲坎教授未來幾年的計劃(huá)是,把LUCAS係統真(zhēn)正融入手機等手持(chí)設備(bèi)。有了這些設備,人們即使在偏遠地(dì)區,也能(néng)及時(shí)監控疾病的流行情況,讓醫療機構能針(zhēn)對重點地區做(zuò)好防治工作。另外,LUCAS係(xì)統也能用於監測水質,比如(rú)檢測飲用水中的有害微粒。LUCAS係統在日本(běn)展出後,東京大學和九州大學的科學家還曾(céng)與奧茲坎教授聯係,希望能將該係統用於抗震救災。
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更多>2018-10-12