Stel je voor dat je een microscoop verkleint, integreren met een chip en gebruiken om in realtime in levende cellen te observeren. Zou het niet geweldig zijn als deze kleine microscoop ook in elektronische gadgets zou kunnen worden ingebouwd, op dezelfde manier als smartphonecamera's tegenwoordig? Wat als artsen erin slagen om een ​​dergelijk hulpmiddel te gebruiken voor diagnose in afgelegen gebieden zonder de noodzaak van grote, zware en gevoelige analyseapparatuur? Het door de EU gefinancierde ChipScope-project heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het bereiken van deze doelstellingen.

Onderzoekers die betrokken zijn bij het door de EU gefinancierde ChipScope-project ontwikkelen nu een nieuwe strategie om optische microscopie te verbeteren. Een nieuwsbericht op de projectwebsite stelt:"In klassieke optische microscopie, het geanalyseerde monstergebied wordt gelijktijdig verlicht, het verzamelen van het licht dat vanaf elk punt wordt verstrooid met een gebiedsselectieve detector, bijv. het menselijk oog of de sensor van een camera. In plaats daarvan, in het Chipscope-idee, een gestructureerde lichtbron met kleine, afzonderlijk adresseerbare elementen wordt gebruikt."

In hetzelfde nieuwsbericht wordt opgemerkt dat "het exemplaar zich bovenop deze lichtbron bevindt, in de nabije omgeving. Telkens wanneer afzonderlijke zenders worden geactiveerd, de lichtvoortplanting hangt af van de ruimtelijke structuur van het monster, zeer vergelijkbaar met wat bekend staat als schaduwbeeldvorming in de macroscopische wereld." Een beeld wordt gecreëerd wanneer "de totale hoeveelheid licht die door het monstergebied wordt doorgelaten, wordt gedetecteerd door een detector, het activeren van één lichtelement per keer en daardoor scannen over de monsterruimte. Als de lichte elementen afmetingen hebben in het nanometerregime en het monster in nauw contact met hen staat, het optische nabije veld is van belang en beeldvorming met superresolutie kan mogelijk worden met een op chips gebaseerde opstelling."

Innovatieve technologieën

Het ChipScope-project brengt verschillende expertisegebieden samen om de alternatieve benadering van optische superresolutie te voltooien. "De gestructureerde lichtbron wordt gerealiseerd door kleine lichtgevende diodes (LED's), die zijn ontwikkeld aan de Technische Universiteit in Braunschweig, Duitsland, ", voegt het nieuwsbericht toe. Het benadrukt dat er momenteel "geen gestructureerde LED-arrays met individueel adresseerbare pixels tot aan het sub-μm-regime in de handel verkrijgbaar zijn. Deze taak behoort tot de verantwoordelijkheid van TU Braunschweig in het kader van het ChipScope-project."

Het concept omvat ook een ander onderdeel:"single-photon lawinedetectors (SPAD's), die zeer lage lichtintensiteiten tot aan enkele fotonen kan detecteren." In het nieuwsbericht staat:"De eerste tests met die detectoren geïntegreerd in een prototype van de ChipScope-microscoop zijn al uitgevoerd en hebben veelbelovende resultaten opgeleverd." Het voegt eraan toe:"Bovendien, een manier om specimens in de buurt van de gestructureerde lichtbron te brengen is van vitaal belang voor een goede werking van de microscoop. Een gevestigde technologie om dit te realiseren maakt gebruik van microfluïdische kanalen, waar een fijn systeem van kanalen is gestructureerd in een polymeermatrix. Met behulp van zeer nauwkeurige pompen, een microvolume vloeistof wordt door dit systeem gedreven en voert het monster mee naar de doelpositie. Dit deel van de microscoopassemblage wordt bijgedragen door het Oostenrijkse Instituut voor Technologie AIT."

Het ChipScope-project (Overcoming the Limits of Diffraction with Superresolution Lighting on a Chip) loopt af in december 2020. Projectpartners hebben al een prototype van de voorgestelde microscoop ontwikkeld en hopen tegen het einde van het project een krachtigere versie met hogere resolutie te presenteren .