Et multishot-objektivløst kamera under udvikling kan hjælpe med at diagnosticere sygdom

En ny type billeddannelse, der ikke kræver en linse og bruger rekonfigurerbare partikelbaserede masker til at tage flere billeder af et objekt, er ved at blive udviklet af forskere ved Penn State. Den elektriske feltstyrede selvsamlende masketeknologi forventes at kunne bruges til billigere og hurtigere sygdomsdiagnose, forbedring af optisk mikroskopi, og kan endda føre til tyndere mobiltelefonteknologi.

Hvordan det virker

Forskerne laver en maske af mikroskopiske guldtråde og placerer den i nærheden af ​​det objekt, der skal afbildes. Masken spreder lyset, der reflekteres fra objektet, og en billedsensor opsamler lyset. En elektrisk strøm omarrangerer partiklerne i masken, producere en ny maske med hver iteration, og systemet registrerer hvert nyt billede. De mange lysfangster bliver derefter beregningsmæssigt rekonstrueret til det originale objektbillede, resulterer i stærkt forbedret opløsning og kvalitet.

"Vi er ikke den eneste gruppe, der laver linsefri billedbehandling, " forklarede Jennifer Miller, en doktorgradskandidat i kemi og en førsteforfatter på et papir, der for nylig blev offentliggjort online i ACS Nano . "Det, der er anderledes ved vores arbejde, er, at du typisk ville være nødt til at lave flere masker og fysisk flytte dem rundt for at få flere billeder. Dette bliver omfangsrigt og dyrt og ophæver noget af den enkelhed, der er fordelen ved linsefri billeddannelse."

I typisk mikroskopi, der eksisterer en afvejning mellem synsfeltet og beslutningens kraft, så et 10x felt er bredere end et 100x felt. Ved at bruge en linsefri billedteknologi, det er muligt at kombinere et bredt synsfelt med høj forstørrelse for billigere billeder og hurtigere diagnosticering af sygdom. Dette kan især være nyttigt i udviklingslande, hvor avancerede mikroskoper ikke er tilgængelige.

"Traditionelle masker er passive, " sagde co-first forfatter Cheng-Yu Wang, ph.d.-kandidat i elektroteknik. "Vi kan tilføje funktionalisering til vores mikrotråd, som polarisering, selektivitet og plasmoniske effekter, som gør vores billedbehandlingssystem mere kraftfuldt."

I tilfælde af mobiltelefoner, en væsentlig bidragyder til deres bulk skyldes, at kameralinsen skal have en vis afstand til detektoren. Et objektivfrit kamera kan hjælpe med at minimere pladsbehovet. Ligeledes, et linsefrit system tilføjet til en mobiltelefon kunne forvandle mobiltelefonen til et laveffektmikroskop.

Sammen med Miller og Yang, seniorforfattere på ACS Nano papir, "Partikelbaserede rekonfigurerbare spredningsmasker til linsefri billeddannelse, "er Christine Keating, fremtrædende professor i kemi, og Zhiwen Liu, professor i elektroteknik.