Plasmonics øger følsomheden af ​​smartphone -mikroskopi

Et internationalt team af forskere fra University of California, Los Angeles og Braunschweig University of Technology i Tyskland har udviklet en tilgang til at øge følsomheden af ​​smartphone-baserede fluorescensmikroskoper ti gange i forhold til tidligere rapporterede mobiltelefonbaserede håndholdte mikroskoper. Dette er en vigtig udvikling i retning af brug af mobiltelefoner til avanceret mikroskopisk undersøgelse af prøver, registrering af sygdomsbiomarkører, sporing af kroniske tilstande, og molekylær diagnostik og test generelt.

Fluorescens er en af ​​de dominerende detektionsmetoder for molekylære diagnostiske værktøjer og medicinske tests på grund af den følsomhed og specificitet, som den muliggør. Smartphone-baseret mikroskopi og sansningsteknikker kræver forbedret detekteringsfølsomhed for at muliggøre kvantificering af ekstremt lave koncentrationer af målmolekyler, for eksempel, kræftbiomarkører, patogenproteiner eller endda DNA. Derfor, disse nylige resultater om forbedret fluorescensmikroskopi ved hjælp af mobiltelefoner er især vigtige for at give yderst følsomme, mobile og omkostningseffektive læsere til molekylære diagnostiske tests, potentielt påvirker globale sundheds- og point-of-care-applikationer.

Følsomhedsforbedringen blev opnået ved at placere fluorescerende prøver på en tynd sølvfilm. Selvom tykkelsen af ​​sølvfilmen er cirka 2, 000 gange tyndere end et menneskehår, det er tilstrækkeligt til at øge styrken af ​​excitationslyset, især i nærheden af ​​de fluorescerende prøver. Dette opnås ved at koble energien fra en optisk stråle til plasmoniske bølger (kendt som overfladeplasmon polaritoner), der dannes ved elektronsvingninger i sølvfilmen. Denne plasmonikbaserede optiske forbedring resulterede i et omkostningseffektivt fluorescensmikroskop til mobiltelefoner, der vejer cirka 370 gram, herunder smartphonen, og opnåede gentagelig detektion af enkelte kvantepunkter og så få som ~ 50-80 fluoroforer pr. prøvepunkt. Sammenlignet med standard fluorescensmikroskoper ved bordet, denne mobile enhed er mere end 20 gange billigere og lettere.

"Vi er nu i stand til at detektere et par snesevis af fluoroforer for hvert prøvepunkt ved hjælp af et billigt lommemikroskop, aktiveret af plasmonik og mobiltelefoner. Dette vil skabe mange muligheder for at bringe avanceret molekylær test og diagnostik til håndtering af globale sundhedsproblemer, især i udviklingslande, "sagde Aydogan Ozcan, som ledede forskerteamet ved UCLA og er en kanslerprofessor i elektroteknik og bioingeniør og associeret direktør for California NanoSystems Institute (CNSI).