Fluorescentiemicroscopen gebruiken technologie waarmee ze taken kunnen uitvoeren die niet gemakkelijk te bereiken zijn met normale lichtmicroscopen, inclusief beeldvorming van DNA-moleculen om kanker op te sporen en te diagnosticeren, aandoeningen van het zenuwstelsel, zoals de ziekte van Alzheimer, en resistentie tegen geneesmiddelen bij infectieziekten.

Deze microscopen werken door de monsters te labelen met fluorescerende moleculen die worden "opgewonden" met een laser. Dit proces geeft verschillende kleuren licht af dat de microscoop detecteert en gebruikt om afbeeldingen te maken van fluorescent gelabelde monsters, het visualiseren van objecten die 100 tot 1000 keer kleiner zijn dan de diameter van mensenhaar. Deze fluorescentiemicroscopen zijn duur, omvangrijk en relatief ingewikkeld, waardoor ze meestal alleen beschikbaar zijn in hightech-laboratoria.

Nu hebben onderzoekers van het California NanoSystems Institute van UCLA de eerste demonstratie gerapporteerd van beeldvorming en het meten van de grootte van individuele DNA-moleculen met behulp van een lichtgewicht en compact apparaat dat een gewone smartphone omzet in een geavanceerde fluorescentiemicroscoop.

Onder leiding van Aydogan Ozcan, associate director van het UCLA California NanoSystems Institute en Chancellor's Professor van elektrotechniek en bio-engineering aan de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, het onderzoeksteam publiceerde zijn resultaten op 10 december online in het tijdschrift ACS Nano .

De mobiele microscopie-eenheid is een goedkope, 3D-geprint optisch apparaat dat de camera van de telefoon gebruikt om de lengte van enkelvoudige DNA-strengen te visualiseren en te meten. Het apparaat bevat een opzetstuk dat zorgt voor een contrastrijk, donkerveldbeeldvorming met behulp van een goedkope externe lens, dunne-film interferentiefilters, een miniatuur zwaluwstaarttrap en een laserdiode die de fluorescent gelabelde DNA-moleculen opwindt.

Het apparaat bevat ook een app die de smartphone verbindt met een server bij UCLA, die de lengte van de individuele DNA-moleculen meet. De moleculen zijn gelabeld en uitgerekt op wegwerpchips die in de smartphonebevestiging passen.

De applicatie verzendt de onbewerkte afbeeldingen naar de server, die snel de lengte van elke DNA-streng meet. De resultaten van DNA-detectie en lengtemeting zijn te zien op de mobiele telefoon en op externe computers die zijn gekoppeld aan de UCLA-server.

"Het vermogen om deze en andere bestaande microscopie- en detectietechnieken te vertalen naar draagbare, kosteneffectieve en high-throughput instrumenten kunnen talloze nieuwe toepassingen mogelijk maken voor point-of-care geneeskunde en mondiale gezondheid, " zei Ozcan, die ook een HHMI-hoogleraar is bij het Howard Hughes Medical Institute. Hij ging verder met te zeggen dat deze apparaten een verreikende positieve impact kunnen hebben op onderzoeks- en onderwijsinspanningen in ontwikkelingslanden of instellingen met beperkte middelen, helpen bij het democratiseren van geavanceerde wetenschappelijke instrumenten en meetinstrumenten.

Het laboratorium van Ozcan is gespecialiseerd in computationele beeldvorming, detectie- en diagnostische apparaten voor verschillende mobiele gezondheids- en telegeneeskundetoepassingen en hun eerdere werk omvatte snelle analyse van voedselmonsters op allergenen, watermonsters voor zware metalen en bacteriën, celtellingen in bloedmonsters en het gebruik van Google Glass om diagnostische testresultaten te verwerken. De eerste auteur van dit onderzoek is Qingshan Wei, een postdoctoraal onderzoeker bij UCLA Engineering en CNSI, die in het laboratorium van Ozcan heeft gewerkt aan fluorescentiemicroscopie op basis van mobiele telefoons en de biomedische en milieutoepassingen.