水稻团队设计无透镜荧光显微镜

水稻团队设计无透镜荧光显微镜

镜头没有必要再为一些显微镜,根据莱斯大学的工程师开发的平坦度仪、薄层荧光显微镜的能力承诺超过老式设备。

水稻工程师Ashok与科学的进步,Jacob Robinson的论文,Richard Baraniuk和他们的实验室介绍了宽场显微镜比信用卡更薄,小到可以放在指尖可微米分辨率的卷上的几个立方毫米。

平坦度仪消除阻碍传统的权衡显微镜透镜阵列可以收集不光从一个大的视野或收集更多的光从一个较小的领域。

美国国防部高级研究计划局作为一个可植入的高分辨率神经接口,Rice团队开始开发该设备作为联邦倡议的一部分。但是这种装置的潜力要大得多。研究人员声称,FlatScope,在实验室前期flatcam前进,可以作为植入内窥镜,大面积成像或灵活的显微镜。

“我们认为这是提升flatcam可以解决更大的问题,”Baraniuk说。

传统荧光显微镜是生物学中必不可少的工具。他们从插入细胞和组织的粒子中提取荧光信号,这些光被特定波长的光所照亮。这种技术允许科学家用纳米尺度的分辨率探测和跟踪生物制剂。

但是,像所有传统的显微镜、望远镜和照相机一样,它们的分辨率取决于镜片的大小,它们的体积大,重量大,限制了它们在生物应用中的应用。

Rice团队采取了不同的方法。它使用相同的互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片发现所有的电子相机捕捉进来的光,但比较停止在那里。像flatcam项目的启发,FlatScope的视野与CCD传感器的尺寸,可根据需要或大或小。它是扁平的,因为它用传统的振幅掩模代替了传统显微镜中的透镜阵列。

这种类似于条形码的掩模直接位于CCD的前面。通过掩模和传感器发出的光成为计算机程序解释产生图像的数据。

该算法可以集中在三维数据的任何部分,范围捕获并生成物体在某个地方小于微米的图像。

鲁滨孙说,这项决议使设备成为了显微镜。“在你的手机或数码单反相机通常会在100微米分辨率的秩序,”他说。当你拍摄微距照片时,分辨率大约是20到50微米。

他说:“我认为显微镜是一种可以让你在微米尺度上成像的东西。”。“这意味着比人的头发直径小的东西,比如细胞、细胞的部分或纤维的细微结构。”

实现这一决议要求修改的flatcam面具进一步削减光线到达传感器以及一个重写他们的软件,鲁滨孙说。“这不是琐碎的简单应用flatcam算法利用图像远处的东西相同的技术,”他说。

面具是类似于在一个透镜的相机,光线聚焦到传感器的孔径,但来自传感器只有几百微米,只允许现有的光的一部分获得通过,限制数据简化处理量。

“在一个百万像素的摄像头的情况下,计算问题需要一个矩阵的一百万倍一百万个元素,”鲁滨孙说。“这是一个难以置信的大矩阵。但是由于我们通过行和列的模式将其分解,我们的矩阵仅仅是100万个元素。

将数据从六百万兆字节每个快照更实用的21兆字节,这意味着加工时间短。从需要一个小时或更多的时间来处理图像flatcam早期版本,平坦度仪捕捉三维数据每秒30帧。

Veeraraghavan说,物联网蓬勃发展的互联网可以提供平坦的摄像机和显微镜应用。这反过来又会降低成本。“这个技术的一个很大的优点与传统的相机相比,因为我们不需要眼镜,我们不需要postfabrication组件,”他说。“我们可以想象这是从生产线上滚过来的。”

但他们的主要目标是医疗用途,从诊所的可植入范围到战场上的手掌大小的显微镜。“能够在你的口袋里携带一个显微镜是一个整洁的技术,”Veeraraghavan说。

研究人员指出,他们目前的工作主要集中在荧光应用,平坦度仪也可用于明场,暗场和反射光显微镜。他们建议在一个灵活的背景flatscopes数组可以用来匹配一个目标的轮廓。

Rice的研究生Jesse Adams和Vivek Boominathan领导的论文作者。作者是研究生Daniel Vercosa和范叶。Baraniuk是电气和计算机工程教授Victor E. Cameron。鲁滨孙是助理教授,和Veeraraghavan是一个电气和计算机工程系副教授。

国家科学基金会和国防高级研究计划局资助了这项研究。

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