Os pesquisadores usaram a impressão 3-D para fazer um microscópio de alta resolução barato e portátil, pequeno e robusto o suficiente para ser usado no campo ou ao lado do leito. As imagens 3D de alta resolução fornecidas pelo instrumento podem ser potencialmente usadas para detectar diabetes, doença falciforme, malária e outras doenças.

"Este novo microscópio não requer coloração especial ou rótulos e pode ajudar a aumentar o acesso a testes de diagnóstico médico de baixo custo, "disse o líder da equipe de pesquisa Bahram Javidi, da Universidade de Connecticut." Isso seria especialmente benéfico no desenvolvimento de partes do mundo onde há acesso limitado aos cuidados de saúde e poucas instalações de diagnóstico de alta tecnologia. "

Os pesquisadores descrevem seu novo microscópio, que se baseia em microscopia holográfica digital, no jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica . O instrumento portátil produz imagens 3-D com o dobro da resolução da microscopia holográfica digital tradicional, que normalmente é realizado em uma mesa óptica em um laboratório. Além de aplicações biomédicas, também pode ser útil para pesquisas, fabricação, defesa e educação.

"Todo o sistema consiste em peças impressas em 3D e componentes ópticos comumente encontrados, tornando-o barato e fácil de replicar, "disse Javidi." Fontes alternativas de laser e sensores de imagem reduziriam ainda mais o custo, e estimamos que uma única unidade poderia ser reproduzida por várias centenas de dólares. A produção em massa da unidade também reduziria substancialmente o custo. "

Do laboratório para o campo pronto

Na microscopia holográfica digital tradicional, uma câmera digital registra um holograma produzido a partir da interferência entre uma onda de luz de referência e a luz proveniente da amostra. Um computador então converte esse holograma em uma imagem 3-D da amostra. Embora esta abordagem de microscopia seja útil para estudar células sem quaisquer rótulos ou corantes, normalmente requer uma configuração óptica complexa e ambiente estável, livre de vibrações e flutuações de temperatura que podem introduzir ruído nas medições. Por esta razão, microscópios holográficos digitais geralmente são encontrados apenas em laboratórios.

Os pesquisadores conseguiram aumentar a resolução da microscopia holográfica digital além do que é possível com a iluminação uniforme, combinando-a com uma técnica de super-resolução conhecida como microscopia de iluminação estruturada. Eles fizeram isso gerando um padrão de luz estruturado usando um disco compacto transparente.

"A impressão 3-D do microscópio nos permitiu alinhar precisamente e permanentemente os componentes ópticos necessários para fornecer a melhoria da resolução, ao mesmo tempo que tornou o sistema muito compacto, "disse Javidi.

Testando o novo microscópio

Os pesquisadores avaliaram o desempenho do sistema gravando imagens de um gráfico de resolução e, em seguida, usando um algoritmo para reconstruir imagens de alta resolução. Isso mostrou que o novo sistema de microscopia pode resolver recursos tão pequenos quanto 0,775 mícrons, o dobro da resolução dos sistemas tradicionais. Usar uma fonte de luz com comprimentos de onda mais curtos melhoraria ainda mais a resolução.

Experimentos adicionais mostraram que o sistema era estável o suficiente para analisar as flutuações nas células biológicas ao longo do tempo, que precisam ser medidos na escala de algumas dezenas de nanômetros. Os pesquisadores então demonstraram a aplicabilidade do dispositivo para imagens biológicas, adquirindo uma imagem de alta resolução de uma alga verde.

"Nosso design fornece um sistema altamente estável com alta resolução, "disse Javidi." Isso é muito importante para examinar estruturas e dinâmicas subcelulares, que pode ter detalhes e flutuações notavelmente pequenos. "

Os pesquisadores afirmam que o sistema atual está pronto para uso prático. Eles planejam usá-lo para aplicações biomédicas, como identificação de células e diagnóstico de doenças, e continuarão sua colaboração com seus parceiros internacionais para investigar a identificação de doenças em áreas remotas com acesso limitado aos cuidados de saúde. Eles também estão trabalhando para aprimorar ainda mais a resolução e a relação sinal-ruído do sistema sem aumentar o custo do dispositivo.