Исследователи разработали новое легкое по весу устройство, которое будучи присоединено к смартфону, легким движением руки позволяет превратить телефон в чувствительный флуоресцентный микроскоп. Дополнительная насадка позволяет использовать камеру смартфона для получения изображений отдельных наночастиц и вирусов, что, в перспективе может использоваться для диагностики различного рода заболеваний в развивающихся странах или областях с недостаточной развитой медицинской инфраструктурой.

Флуоресцентные микроскопы позволяют детектировать и изучать важные биомолекулы или отдельные клетки, если в них введены флуоресцентные метки. Однако, как отмечает Айдоган Озкан (Aydogan Ozcan) из Университета Калифорнии, флуоресцентные микроскопы представляют собой громоздкие и дорогие приборы, в результате чего в условиях ограниченности ресурсов и фондов весьма затруднительно иметь доступ к этим важным диагностическим инструментам.

Рис. 1. Рисунок из ACS Nano 2013, DOI: 10.1021/nn4037706.

Озкан решил создать портативный флуоресцентный микроскоп с помощью устройства, совместимого и применяющегося совместно с камерой смартфона – смартфоны небольшие по размеру, не отличаются особой дороговизной (по сравнению с флуоресцентными микроскопами), сотовые сети триумфально отвоевывают все новые и новые территории земного шара, многие люди обладают персональным смартфоном (и не одним).

Однако обнаружение и генерация образа наночастиц и вирусов представляет собой непростую задачу, поскольку индивидуальные частицы, меченные флуоресцентным красителем, излучают очень слабый сигнал эмиссии, особенно в сравнении с другими источниками света в эксперименте, как, например, с излучением лазера, возбуждающим флуоресцентный краситель.

По словам Озкана, разработанное в его группе устройство представляет собой первый пример портативной, совместимой со смартфонами системы для детектирования индивидуальных вирусов и наночастиц.

Для коммерциализации этой и других аналитических методик, основанных на применении сотовых телефонов, Озкан создал компанию Holomic. В его группе был также разработан ряд мобильных приложений для анализа данных.

Исследователи из группы Озкана решили сложную задачу, разработав компактную систему линз и фильтров, которая может удалять фоновый шум, вызванный излучением лазера. Для начала они оптимизировали способ, с помощью которого свет попадает на образец, находящийся на покровном стекле, расположенном над камерой мобильного устройства. Исследователи расположили лазерный диод таким образом, что он освещал образец под углом 15 градусов по отношению к плоскости стекла с образцом. Падая под таким углом, большая часть излучения источника света с длиной волны 450 нм не попадает в объектив камеры, регистрирующий флуоресцентный сигнал от красителя. Система также была дополнена фильтром, осуществляющим пропускание в длинноволновой области спектра, что позволяло отсекать излучение лазера, рассеянное образцом.

Таким образом, на объектив камеры мобильного устройства и на сенсор камеры попадает только излучение эмиссии, испускаемое флуоресцентной меткой.

Для проверки возможностей своего портативного флуоресцентного микроскопа исследователи из группы Озкана изучили содержащие флуоресцентные метки частицы цитомегаловируса человека, размером от 150 до 300 нм и полистироловые бусины радиусом около 100 нм. Последние наночастицы были самыми маленькими, которые могло детектировать новое устройство.

Исследователи использовали для независимого подтверждения положения и размеров изученных частиц метод сканирующей электронной микроскопии и показали, что

результаты, полученные с помощью прямого метода согласуются с результатами, полученными с помощью смартфона-флуоресцентного микроскопа.