Forskere designer et bærbart mikroskop, der kan måle fluorescerende farvestoffer gennem huden

UCLA -forskere, der arbejder med et team på Verily Life Sciences, har designet et mobilt mikroskop, der kan detektere og overvåge fluorescerende biomarkører inde i huden med en høj følsomhed, et vigtigt værktøj til at spore forskellige biokemiske reaktioner til medicinsk diagnostik og terapi.

Dette nye system vejer mindre end en tiendedel af et pund, gør den lille og let nok til at en person kan bære rundt om deres bicep, blandt andre dele af deres krop. I fremtiden, teknologi som denne kunne bruges til kontinuerlig patientmonitorering i hjemmet eller på plejestedet.

Forskningen, som blev offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , blev ledet af Aydogan Ozcan, UCLA's kanslers professor i elektroteknik og bioteknik og associeret direktør for California NanoSystems Institute og Vasiliki Demas fra Verily Life Sciences (tidligere Google Life Sciences).

Fluorescerende biomarkører bruges rutinemæssigt til cancerdetektion og lægemiddellevering og frigivelse blandt andre medicinske terapier. For nylig, der er opstået biokompatible fluorescerende farvestoffer, skabe nye muligheder for ikke -invasiv sansning og måling af biomarkører gennem huden.

Imidlertid, det er udfordrende at opdage kunstigt tilføjede fluorescerende genstande under huden. kollagen, melanin og andre biologiske strukturer udsender naturligt lys i en proces kaldet autofluorescens. Forskellige metoder er blevet forsøgt til at undersøge dette problem ved hjælp af forskellige sensorsystemer. De fleste er ret dyre og svære at lave små og omkostningseffektive nok til at blive brugt i et bærbart billedbehandlingssystem.

For at teste det mobile mikroskop, forskere designet først et vævsfantom - et kunstigt skabt materiale, der efterligner menneskelige hudoptiske egenskaber, såsom autofluorescens, absorption og spredning. Mål-fluorescerende farvestofopløsningen blev injiceret i en mikrobrønd med et volumen på omkring en hundrededel af en mikroliter, tyndere end et menneskehår, og efterfølgende implanteret i vævsfantomet en halv millimeter til 2 millimeter fra overfladen - hvilket ville være dybt nok til at nå blod og andre vævsvæsker i praksis.

For at måle det fluorescerende farvestof, det bærbare mikroskop skabt af Ozcan og hans team brugte en laser til at ramme huden i en vinkel. Det fluorescerende billede på overfladen af ​​huden blev fanget via det bærbare mikroskop. Billedet blev derefter uploadet til en computer, hvor det blev behandlet ved hjælp af en specialdesignet algoritme, digital adskillelse af målfluorescerende signal fra hudens autofluorescens, på et meget følsomt dele-per-milliard niveau af detektion.

"Vi kan placere forskellige bittesmå biosensorer inde i huden ved siden af ​​hinanden, og gennem vores billedbehandlingssystem, vi kan skille dem ad, "Ozcan sagde. "Vi kan overvåge alle disse indlejrede sensorer inde i huden parallelt, selv forstå potentielle fejljusteringer af det bærbare billedkamera og korrigere det for løbende at kvantificere et panel af biomarkører."

Denne beregningsmæssige billeddannelsesramme kan også blive brugt i fremtiden til løbende at overvåge forskellige kroniske sygdomme gennem huden ved hjælp af et implanterbart eller injicerbart fluorescerende farvestof.