Laboratorium chipowe? Trwają prace rozwojowe nad miniaturowym mikroskopem optycznym wysokiej rozdzielczości
Wyobraźcie sobie zminiaturyzowany mikroskop zintegrowany z układem scalonym, który umożliwia obserwowanie w czasie rzeczywistym wnętrza komórek żywych organizmów. Zastanówmy się nad tym, jak wspaniałe byłoby, gdyby można było zintegrować taki mikroskop z istniejącymi gadżetami elektronicznymi, podobnie jak aparaty fotograficzne zostały zintegrowane ze smartfonami. Wprowadzenie na rynek takiej technologii mogłoby pozwolić lekarzom na wykorzystywanie tego rodzaju rozwiązań do przeprowadzania badań diagnostycznych w trudno dostępnych terenach bez konieczności wykorzystywania w tym celu dużych, ciężkich i delikatnych urządzeń diagnostycznych. Finansowany ze środków UE projekt ChipScope osiągnął znaczne postępy na drodze do osiągnięcia tych celów. Badacze skupieni wokół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ChipScope opracowują właśnie nowatorską strategię doskonalenia optycznej mikroskopii. W komunikacie prasowym na stronie internetowej projektu czytamy: „W tradycyjnej technologii mikroskopowej obszar analizowanej próbki jest oświetlany w jednym czasie, a rozproszone światło jest zbierane z każdego punktu detektorem o selektywnym charakterze względem obszaru, np. ludzkim okiem lub sensorem aparatu. Zasada działania rozwiązania Chipscope opiera się na zastosowaniu strukturalnego źródła światła składającego się z malutkich, indywidualnie adresowalnych elementów”. W tym samym komunikacie prasowym czytamy, że „preparat jest umieszczony w małej odległości, tuż nad źródłem takiego światła. Za każdym razem, kiedy włączane są pojedyncze emitery, propagacja światła jest uzależniona od przestrzennej struktury próbki, co jest bardzo podobne do zjawiska, które w kontekście technologii makroskopowej znane jest jako obrazowanie cieniowe”. Obraz powstaje, kiedy „całkowita ilość światła transmitowanego przez region próbki jest odbierana przez detektor uruchamiając jednorazowo jeden element świetlny i w ten sposób skanując całą przestrzeń próbki. W sytuacji, gdy rozmiary elementów oświetlających wynoszą zaledwie kilka nanometrów, natomiast próbka jest z nimi w bliskim kontakcie, ma zastosowanie zasada pola bliskiego, w związku z czym możliwe jest obrazowanie w super-rozdzielczości mikroskopem zintegrowanym z układem scalonym”.
Innowacyjne technologie
Projekt ChipScope gromadzi ekspertów zajmujących się szeregiem zróżnicowanych dziedzin tworząc alternatywne podejście do technologii super-rozdzielczości w optyce. „Strukturyzowane źródło światła jest zbudowane z miniaturowych diod elektroluminescencyjnych, które zostały opracowane na Politechnice w Brunszwiku w Niemczech”, czytamy w tym samym komunikacie. Autorzy komunikatu podkreślają także, że aktualnie „na rynku nie są dostępne macierze LED o indywidualnych adresowalnych pikselach o rozmiarach wynoszących poniżej mikrometra. Realizacja takiego rozwiązania została powierzona Politechnice w Brunszwiku w ramach projektu ChipScope”. Koncepcja ta obejmuje również inny element: „czujniki oparte na jednofotonowych fotodetektorach lawinowych, które mogą wykrywać światło o bardzo niskim natężeniu, a nawet pojedyncze fotony”. W tym samym komunikacie czytamy: „Do tej pory zostały zrealizowane pierwsze testy rozwiązania wykorzystującego te nowatorskie czujniki zintegrowane z prototypowym mikroskopem ChipScope, które dały bardzo obiecujące wyniki”. Dalej czytamy: „Ponadto, aby umożliwić prawidłowe działanie mikroskopu, konieczne jest opracowanie sposobu pozwalającego na umieszczanie preparatów odpowiednio blisko źródła strukturalnego światła. Takie rozwiązanie jest możliwe dzięki sprawdzonej technologii wykorzystującej kanały mikroprzepływowe, która umożliwia .osadzenie sieci niewielkich kanalików w matrycy polimerowej. Dzięki zastosowaniu pomp o wysokiej precyzji możliwe jest doprowadzanie niewielkich ilości cieczy do sieci i transportowanie preparatu do docelowego miejsca. Ten element mikroskopu został opracowany w Austriackim Instytucie Technologii AIT”. Projekt ChipScope (Overcoming the Limits of Diffraction with Superresolution Lighting on a Chip) dobiegnie końca w grudniu 2020 roku. Partnerzy skupieni wokół projektu opracowali już prototyp swojego mikroskopu i mają nadzieję, że do czasu zakończenia projektu będą w stanie zaprezentować wydajniejszą wersję urządzenia o wyższej rozdzielczości. Więcej informacji: Strona internetowa projektu ChipScope
Kraje
Hiszpania