Pesquisadores nos EUA e na China desenvolveram um método para transformar um smartphone em um microscópio de fluorescência. O dispositivo de microscópio de fluorescência portátil para smartphone (HSFM) permite análises biomédicas complexas de forma rápida e econômica. Os microscópios de fluorescência convencionais desempenham um papel importante na detecção de diversas células e proteínas, mas são volumosos e inconvenientes para diagnósticos locais. Agora escrevendo em Light:Ciência e Aplicações , Bo Dai e uma equipe de pesquisa interdisciplinar detalhou o uso de polímeros líquidos para criar lentes em miniatura de duas gotas tingidas com solventes coloridos. As lentes eram compatíveis com várias câmeras de smartphones diferentes. O baixo custo, configuração experimental permitiu-lhes observar e contar células, monitorar a expressão de genes marcados com fluorescência e distinguir entre tecidos normais e tumores. A tecnologia do smartphone facilmente acessível e acessível pode contribuir para a ciência econômica e levará a uma melhor administração da medicina personalizada no local e economicamente viável.

A microscopia de fluorescência é onipresente em várias disciplinas, incluindo biologia celular e molecular, o setor de saúde, monitoramento ambiental e saneamento alimentar. Em biomedicina e aplicações clínicas, a imagem fluorescente pode detectar e rastrear células, proteínas e outras moléculas de interesse com alta sensibilidade e precisão. Microscópios convencionais de fluorescência são normalmente projetados com componentes volumosos, o que os torna extremamente desafiadores para o diagnóstico de ponto de atendimento em regiões com recursos limitados. Como resultado, microscópios portáteis são um desenvolvimento importante em uma plataforma de smartphone ideal para mobilidade e acessibilidade para uma variedade de usuários.

Os pesquisadores já haviam usado microscópios baseados em smartphones para obter imagens de células sanguíneas humanas, parasitas transmitidos pela água e citomegalovírus humano. Para esses esforços de pesquisa, eles incluíram elementos-chave, como diodos emissores de luz (LEDs) para iluminação, lentes externas para imagens ópticas e ampliação, bem como filtragem de emissão de fluorescência para direcionar a luz. As lentes de polímero são fáceis de desenvolver e fornecem alto poder de resolução para construir um microscópio "faça você mesmo" para aplicações com recursos limitados. Contudo, devido aos diversos modelos de smartphones disponíveis atualmente, os pesquisadores pretendem desenvolver um acessório para microscopia baseada em smartphone cujo design seja independente de um modelo específico de telefone.

Para enfrentar esse desafio no presente trabalho, Dai et al. desenvolveu um microscópio de fluorescência portátil de baixo custo para smartphone (HFSM) em um tamanho portátil. O HRSM usou uma única lente colorida compacta e multifuncional para converter qualquer modelo de smartphone em um microscópio de fluorescência sem modificar o design de conexão entre os telefones. O projeto experimental reduziu a complexidade do dispositivo HRFM e permitiu sua adoção em uma variedade de smartphones. O produto é funcionalmente consistente em várias plataformas de smartphone, fácil de operar, baixo custo, e pode ser produzido em massa. A equipe de pesquisa usou o dispositivo para demonstrar o campo brilhante e a imagem fluorescente em várias aplicações bioanalíticas em células e tecidos.

Para o módulo HFSM, Dai et al. incluiu uma lente composta de cor para imagem e filtragem de luz. Eles desenvolveram a lente em miniatura usando duas gotas de alto índice de refração, um dentro do outro tingido com solventes coloridos para transmitir a emissão de luz desejada para o sensor de imagem. Os pesquisadores desenvolveram dois modelos no estudo para (1) projetar-se da parte de trás do telefone (modelo I) ou (2) permanecer no perfil do telefone (modelo II). Para ambas as versões, eles incluíram um design de lente com pré-polímero de polidimetilsiloxano (PDMS) colorido e polímero de metil fenil (dimetil difenil siloxanos terminados em vinil). Para determinar como a gota de polímero se espalhou durante o processo de fabricação, os pesquisadores calcularam o raio da gota e o comprimento do capilar.

Eles primeiro testaram e detectaram a gota de PDMS para formar uma capa esférica sob a influência da força de tensão interfacial e levaram vários fatores em consideração para determinar a curvatura interna e externa da capa de PDMS. Depois disso, quando equiparam o smartphone com lentes feitas de gotículas de polímero de 3,2 µL, a câmera pode detectar uma linha de 2,76 µm. Uma vez que a gota de polímero em estado líquido permaneceu completamente selada dentro da tampa de PDMS estável e curada, a equipe de pesquisa evitou problemas associados a vibrações mecânicas externas e distúrbios térmicos ou deterioração química durante seu uso. Eles aderiram a lente à câmera como parte do smartphone para transportar convenientemente, e pode descolar a lente da câmera para substituí-la por uma lente personalizada diferente para a geração de imagens.

A equipe de pesquisa desenvolveu e utilizou uma ferramenta de iluminação customizada no processo de imagem microscópica para observar e contar células sob iluminação de luz branca. Usando a configuração, eles viram agregados de células cuboidais e fusiformes em pequenos aglomerados. Durante os experimentos de contagem de células, Dai et al. distinguiu claramente as células individuais e calculou a concentração de células, que concordou perfeitamente com os resultados obtidos a partir de um contador de células comerciais para validar o dispositivo HSFM. Depois disso, os cientistas incubaram tecidos de fígado humano com anticorpos marcados com fluorescência para detectar características normais ou defeituosas usando o HSFM equipado com lentes verdes. Usando o microscópio do smartphone, Dai et al. imagens identificadas com precisão de tecidos normais, tecidos para-tumorais e tecidos cancerígenos. Por exemplo, uma maior expressão de fluorescência verde brilhante confirmou a presença de anormais, tecido doente.

A equipe de pesquisa então usou o HSFM com lentes verdes para monitorar a transfecção e a expressão da proteína fluorescente verde aprimorada (EGFP; gene repórter para estudar processos fisiológicos) dentro de um plasmídeo. Por esta, eles transfectaram o gene NLRP3 humano marcado com GFP em uma linha celular de rim embrionário humano 293T e excitaram as células transfectadas com uma luz azul de 480 nm para emissão de fluorescência verde brilhante. A luz de excitação filtrada através da lente verde para emissão de fluorescência, qual Dai et al. capturados como pontos verdes usando o smartphone. Os resultados concordaram bem para ambos os modelos de lente (modelo I e II) em relação aos valores medidos usando um microscópio convencional.

Dai et al. posteriormente usou a configuração para quantificar a produção de superóxido; um marcador fisiológico de doenças cardiovasculares e neurodegenerativas. Por esta, eles coraram uma linha de células epiteliais brônquicas humanas HBEC3-KT com MitoSox Red, uma sonda fluorogênica que pode detectar superóxido de forma altamente seletiva, que eles produziram através da interação de células HBEC3-KT com lipopolissacarídeos (LPS) neste trabalho. A equipe observou um aumento consistente na intensidade média de fluorescência de MitoSox Red para apoiar a produção aumentada de superóxido após o desencadeamento de LPS.

Desta maneira, Bo Dai e colegas de trabalho forneceram um pacto, plataforma acessível para microscopia de fluorescência usando um smartphone baseado em lente. A configuração capturou imagens em resolução celular e um campo de visão (FOV) em uma escala ampla de tecido. Os recursos dependiam do pixel e do tamanho do sensor de imagem do smartphone; uma tecnologia que continua a evoluir. A equipe de pesquisa foi inspirada por trabalhos de pesquisa anteriores em lentes de smartphone chamadas DOTlens, desenvolvidas em outro lugar. O trabalho apresentado aqui pode servir como módulos de lentes multifuncionais de última geração para microscópios de smartphone portáteis de campo. Dai et al. acredito que as aplicações observadas são apenas a ponta do iceberg com mais potencial para aplicações futuras com o dispositivo HSFM. Eles esperam desenvolver lentes compostas de cores para canais fluorescentes adicionais para aumentar significativamente as capacidades do microscópio de baixo custo. Os cientistas imaginam a fabricação em massa de produtos de baixo custo, dispositivos HFSM simples para aplicativos de saúde móveis e personalizados no local de atendimento.

© 2019 Science X Network