Derfor har vi udviklet et mikroskop til din telefon – og offentliggjort designet

Mine kolleger og jeg har udviklet en 3-D printbar "clip-on", der kan gøre din smartphone til et fuldt funktionelt mikroskop.

Vi har frigivet designet online, så alle kan printe det og ændre det, så det passer til deres behov.

Men hvorfor?

Til meget medicinsk diagnostik, du skal se på små ting – ned til niveauet af individuelle celler. At gøre det, du har brug for et mikroskop.

Der har været et skub i det seneste årti af forskere og ingeniører for at bringe diagnostik ind i hjemmet, og til andre områder, hvor man ikke rigtig kan medbringe traditionelt laboratorieudstyr.

Forskere håber, at dette vil tillade dem at, for eksempel, opdage malaria og andre blodbårne parasitter i marken i Afrika.

Og rygraden i mange bærbare medicinske diagnostiske enheder er et mobiltelefonbaseret mikroskop.

Et godt sted at starte

Du tænker måske ikke på din mobiltelefon som noget som et mikroskop, men det har næsten alle de dele, du har brug for. Objektivet og kamerasensoren er arrangeret nøjagtigt, som de ville være inde i et mikroskop - alt du skal gøre for at få forstørrelse er at holde en anden linse foran.

Den næste del er at tænke over, hvordan du vil belyse din prøve, hvilket ofte er lige så vigtigt som de linser du bruger.

Der har været en masse fantastisk arbejde i løbet af det sidste årti eller deromkring med at udvikle mobiltelefonmikroskoper med fantastiske egenskaber – f.eks. Fletcher-laboratoriet ved UC Berkeley, og Ozcan-laboratoriet ved UCLA – og meget af det har at gøre med tilpasset belysning.

Tekniken involveret i at samle disse mobiltelefonmikroskoper er ikke triviel, imidlertid. Du har ofte brug for en anstændig mængde færdigheder og et laboratorium for at kunne sætte disse enheder sammen. Vi ville se, hvor enkelt vi kunne lave et mikroskop, hvilket betyder færrest mulige ekstra dele og monteringstrin.

Styre blitzen

Vi regnede med, at det gav meget mening at bruge den interne blitz i kameraet til at tænde din prøve. Udfordringen er, at blitzen peger i den forkerte retning - du skal vende den rundt for at skinne gennem prøven og ind i kameraet.

At omdirigere lys som dette kræver normalt noget fancy som et spejl eller et prisme. Men vi indså, at blitzen på en telefon er så lysstærk, at vi bare kan bruge den diffuse refleksion (blænding) fra almindelig plastik. Så vi designede klippet til at have en række tunneler, der begrænser lys og vender det rundt for at vende prøven og kameraet.

Meget lys absorberes af clipsens 3D-printede harpiks, som er sort. Men den er ikke helt sort, og selv den lille brøkdel af lys, der kommer gennem tunnelerne og reflekterer fra den sorte overflade, er mere end nok til at oplyse en mikroskopisk prøve. Og det er det – ingen spejle, prismer eller belysningslinser er nødvendige.

Lys og mørk

Næste, selvfølgelig, du har brug for noget at se på. Den lokale dam er et godt sted at starte. Læg noget vand på et rutsjebane eller i et kapillarrør, og du vil finde mange seje mikroorganismer, der går deres liv.

Denne type belysning kaldes lysfeltsmikroskopi. Men vi gik faktisk lidt længere, og viste, at du kan slukke for blitzen og bruge solen til at udføre mørkfeltsmikroskopi - hvor prøven lyser op, men feltet omkring det er mørkt.

Clipsen er designet på en sådan måde, at sollys (eller lys fra omgivelserne) bliver fanget i prøveglasset, og kan kun omdirigeres til mobiltelefonens kamera, hvis det rammer et objekt i prøven. Hvis prøveglaset er tomt, baggrunden er mørk (derfor mørkt felt). Hvis der er et objekt, skinner det klart på den mørke baggrund, og som sådan er dette en fantastisk måde at opdage virkelig subtile genstande, såsom celler (som for det meste er vand), der sidder i vand.

Det, vi håber, er, at vores design, eller noget lignende, bliver brugt til ultra simple, billige og robuste mobiltelefonbaserede enheder – det være sig til medicinsk diagnostik i underbetjente områder som den fjerntliggende australske outback og det centrale Afrika, eller overvågning af mikroorganismepopulationer i lokale vandkilder.

Vi har frigivet designet online, så alle kan printe det og ændre det, så det passer til deres behov. Denne del er vigtig, fordi missionen med lavprismikroskopi er at lette adgangen til dette højteknologiske udstyr. Dette opnås bedst, når alle har mulighed for at lave en til sig selv eller tilpasse den frit.

Klippet kan printes ved hjælp af en hvilken som helst 3D-printer - vi foretrækker Formlabs-familien af ​​printere - og du skal bruge sort harpiks. Prisen i harpiks pr. klip er typisk højst et par dollars. Du skal også bruge en linse til at sætte i clipsen. Vi køber vores fra en online -forhandler og fjerner derefter objektivet fra kameramodulet.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.