As lentes não são mais necessárias para alguns microscópios, de acordo com os engenheiros da Rice University desenvolvendo o FlatScope, um microscópio fluorescente fino cujas habilidades prometem superar as dos dispositivos da velha escola.

Um papel em Avanços da Ciência pelos engenheiros do Rice Ashok Veeraraghavan, Jacob Robinson, Richard Baraniuk e seus laboratórios descrevem um microscópio de campo amplo mais fino do que um cartão de crédito, pequeno o suficiente para ficar na ponta de um dedo e capaz de resolução micrométrica sobre um volume de vários milímetros cúbicos.

O FlatScope elimina a compensação que atrapalha os microscópios tradicionais, nos quais os arranjos de lentes podem coletar menos luz de um grande campo de visão ou coletar mais luz de um campo menor.

A equipe do Rice começou a desenvolver o dispositivo como parte de uma iniciativa federal da Defense Advanced Research Projects Agency como um dispositivo implantável, interface neural de alta resolução. Mas o potencial do aparelho é muito maior. Os pesquisadores afirmam que o FlatScope, um avanço na FlatCam anterior dos laboratórios, pode ser usado como um endoscópio implantável, um gerador de imagens de grande área ou um microscópio flexível.

"Pensamos nisso como uma ampliação da FlatCam para que ela possa resolver problemas ainda maiores, "Baraniuk disse.

Os microscópios fluorescentes tradicionais são ferramentas essenciais em biologia. Eles captam sinais fluorescentes de partículas inseridas em células e tecidos que são iluminados com comprimentos de onda de luz específicos. A técnica permite aos cientistas sondar e rastrear agentes biológicos com resolução em escala nanométrica.

Mas, como todos os microscópios tradicionais, telescópios e câmeras, sua resolução depende do tamanho de suas lentes, que podem ser grandes e pesados ​​e limitar seu uso em aplicações biológicas.

A equipe do Rice tem uma abordagem diferente. Ele usa os mesmos chips de dispositivo de carga acoplada (CCD) encontrados em todas as câmeras eletrônicas para capturar a luz que entra, mas as comparações param por aí. Como o projeto FlatCam que o inspirou, O campo de visão do FlatScope é igual ao tamanho do sensor CCD, que pode ser tão grande ou tão pequeno quanto necessário. É plano porque substitui o conjunto de lentes em um microscópio tradicional por uma máscara de amplitude personalizada.

Esta máscara, que se assemelha a um código de barras, fica diretamente em frente ao CCD. A luz que passa pela máscara e atinge o sensor torna-se dados que um programa de computador interpreta para produzir imagens.

O algoritmo pode se concentrar em qualquer parte dos dados tridimensionais que o osciloscópio captura e produzir imagens de objetos menores que um mícron em qualquer lugar do campo.

Essa resolução é o que torna o dispositivo um microscópio, Disse Robinson. "Uma câmera em seu telefone celular ou DSLR normalmente fica na ordem de 100 mícrons de resolução, "disse ele." Quando você tira uma foto macro, a resolução é de cerca de 20 a 50 mícrons.

"Eu penso em um microscópio como algo que permite que você visualize coisas na escala de mícron, "disse ele." Isso significa coisas que são menores do que o diâmetro de um fio de cabelo humano, como células, partes de células ou a estrutura fina de fibras. "

Alcançar essa resolução exigiu modificações na máscara FlatCam para reduzir ainda mais a quantidade de luz que atinge o sensor, bem como uma reescrita de seu software, Disse Robinson. "Não foi tão trivial quanto simplesmente aplicar o algoritmo FlatCam às mesmas técnicas que usamos para criar imagens de coisas que estão distantes, " ele disse.

A máscara é semelhante à abertura de uma câmera com lente que focaliza a luz no sensor, mas está a apenas algumas centenas de micrômetros do sensor e permite que apenas uma fração da luz disponível passe, limitar a quantidade de dados para simplificar o processamento.

"No caso de uma câmera megapixel, que o problema computacional requer uma matriz de um milhão de vezes um milhão de elementos, "Robinson disse." É uma matriz incrivelmente grande. Mas porque o dividimos por meio desse padrão de linhas e colunas, nossa matriz tem apenas 1 milhão de elementos. "

Isso corta os dados de cada instantâneo de seis terabytes para 21 megabytes mais práticos, o que se traduz em tempos de processamento curtos. Das primeiras versões do FlatCam que exigiam uma hora ou mais para processar uma imagem, O FlatScope captura 30 quadros de dados 3-D por segundo.

Veeraraghavan disse que a crescente internet das coisas pode fornecer muitas aplicações para câmeras planas e microscópios. Isso, por sua vez, reduziria os custos. "Uma das grandes vantagens dessa tecnologia em comparação com as câmeras tradicionais é que, como não precisamos de lentes, não precisamos de montagem pós-fabricação, "disse ele." Podemos imaginar isso saindo de uma linha de fabricação. "

Mas seus alvos principais são usos médicos, de telescópios implantáveis ​​para a clínica a microscópios do tamanho da palma da mão para o campo de batalha. "Ser capaz de carregar um microscópio no bolso é uma tecnologia bacana, "Veeraraghavan disse.

Os pesquisadores notaram que, embora seu trabalho atual seja focado em aplicações fluorescentes, FlatScope também pode ser usado para campo claro, microscopia de campo escuro e luz refletida. Eles sugeriram que uma matriz de FlatScopes em um fundo flexível poderia ser usada para combinar os contornos de um alvo.