Naukowcy z uniwersytetu w Houston w Stanach Zjednoczonych stworzyli soczewkę optyczną, która po umieszczeniu na obiektywie aparatu zwykłego smartfona pozwala na wykorzystanie go jako mikroskopu o powiększeniu 120x - to wszystko przy koszcie soczewki na poziomie około 3 centów!
Profesor Wei-Chuan Shih, zajmujący się inżynierią elektryczną i komputerową na uniwersytecie w Houston mówi, że smartfon z tego rodzaju soczewką może pracować jako mikroskop, a dzięki łatwości montażu (mocuje się ją bezpośrednio do obiektywu, bez konieczności stosowania dodatkowych elementów) i niskim kosztom, rozwiązanie to jest idealne np. dla młodszych studentów czy uczniów i wspaniale nadaje się do zastosowania w szkołach.
Dodatkowo, rozwiązanie tego rodzaju ma szansę doczekać się zastosowania klinicznego w medycynie. Tego rodzaju mikroskopy pozwoliłyby niewielkim klinikom czy przychodniom udostępniać obrazy mikroskopowe różnych preparatów tkankowych specjalistom ulokowanym zdalnie, jak mówi profesor Shih.
W artykule opublikowanym w Journal of Biomedical Optics, profesor Shih wraz z trzema współautorami będącymi jego studentami, opisał metodę produkcji soczewki i zbadał jakość obrazu z tego rodzaju mikroskopu. Współautorami byli doktorant Yu-Lung Sung, student Jenn Jeang, który rozpocznie studia doktoranckie na Liberty University w Virginia oraz Chia-Hsiung Lee, który po skończeniu swojej edukacji w Houston rozpoczął pracę w przemyśle na Taiwanie.
Soczewka wykonana jest z polidimetylosiloksanu (PDMS), polimeru, który swoją konsystencją przypomina miód. Nadaje jej się ostateczny kształt poprzez ogrzewanie kropli polimeru w ściśle określonych warunkach. Krzywizna soczewki, a zatem też i powiększenie mikroskopu, zależy od czasu i temperatury ogrzewania kropli PDMS, jak opisuje Sung. Rezultatem tej procedury jest stworzenie miękkiej, elastycznej soczewki, podobnej do soczewki kontaktowej, jednakże grubszej i mniejszej. "Nasza soczewka może zmienić aparat fotograficzny w smartfonie w mikroskop. Przyczepia się ona sama do jego obiektywu, bez konieczności dodawania dodatkowych mechanizmów czy elementów mocujących" - piszą naukowcy. "Silne, ale niepermanentne przyleganie PDMSowej soczewki do szkła pozwala na łatwe mocowanie i zdejmowanie soczewki po skorzystaniu z mikroskopu. Przy rozdzielczości optycznej jednego mikrometra udało osiągnąć się powiększenie na poziome 120x".
Klasyczne soczewki optyczne wytwarza się poprzez albo szlifowanie i polerowanie fragmentów materiału, albo poprzez odlewanie ich w formach. Typowo elementy optyczne tego typu wykonuje się ze szkła lub odpowiedniego plastiku. Dostępne są także ciekłe soczewki, ale one wymagają specjalnych obudów, aby były trwałe. Inne z kolei rodzaje ciekłych soczewek wymagają mocowania ich do smartfonów z pomocą specjalnych klamer, co nie jest zbyt wygodne. Soczewka z PDMS, opracowana w USA przyczepia się bezpośrednio do obiektywu i pozostaje tam stabilna, aż nie zostanie usunięta, opisuje Sung. Co istotne, jest też wielorazowego użytku.
Do badań naukowcy wykorzystali zdjęcia mikroskopowe preparatu histologicznego mieszków włosowych ludzkiej skóry. Zdjęcia wykonywane były z pomocą smartfona z PDMSową soczewką i mikroskopu Olympus IX-70. Przy powiększeniu równym 120x zdjęcia ze smartfona były porównywalnej jakości jak te z mikroskopu Olympusa przy powiększeniu równym 100x. Dzięki wykorzystaniu cyfrowego powiększenia obrazu w oprogramowaniu smartfona można poprawić jakość obrazu i zwiększyć powiększenie.
Profesor Shih zatrudniony jest nie tylko na wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej, ale także na wydziale Chemicznym w zakładzie Inżynierii Biomedycznej. Dzięki zebraniu tak interdyscyplinarnego zespołu skupionego na nanobiofotonice i nanofluidyce możliwe jest rozwijanie nowoczesnych rozwiązań dla obrazowania i sensoryki, w tym sensoryki medycznej i środowiskowej pomagającej w diagnostyce chorób i monitorowaniu skażeń. Profesor Sung wykorzystuje PDMS do konstrukcji systemów nanofluidyki już od dawna, dzięki temu doskonale zna technologię tego materiału, co pozwoliło mu zauważyć, że PDMS nakroplony na laboratoryjną płytę grzewczą zastyga. Dzięki tej obserwacji mógł spróbować wykonać soczewkę.
"Położyłem ją na aparacie w telefonie i to wszystko zadziałało" - opisuje Sung, który do pierwszych testów wykorzystał Nokię Lumię 520 - jak sam mówi to mikroskop złożony z "telefonu za 20 dolarów i soczewki za jednego centa". Koszt jednego centa pokrywa koszt materiału potrzebnego do wykonania soczewki, profesor Shih i Sung obliczyli, że wraz z kosztami wytwarzania i materiałów, finalny koszt soczewki mikroskopowej powinien wynosić około 3 centów, przy masowej produkcji. Dla porównania - obiektyw profesjonalnego mikroskopu to koszt około 10 tysięcy dolarów (??? - cały profesjonalny mikroskop za <100USD: http://pl.levenhuk.com/wszystkie_produkty/mikroskop-levenhuk-40l-ng/#.VUtoc_ARGyA ). "Mikroskop jest oczywiście o wiele bardziej wszechstronny, ale też i droższy" - podsumowuje Sung.
Pierwszym pomysłem wykorzystania soczewki była aplikacja w edukacji. Dzięki niskim kosztom można by stosować ją np. na wycieczkach w szkole, gdzie uczniowie mogliby badać otaczający ich świat. Ponieważ soczewka przyczepiona jest do smartfona, można wysłać zdjęcia poprzez e-mail czy MMS, jak mówią naukowcy. A ponieważ jest tak tania, to jeśli ktoś ją zgubi czy uszkodzi, to nic się nie stanie. "Niemalże każdy ma smartfona" - mówi Sung. "Zamiast wykorzystywać przystawki kosztujące 30 czy 50 dolarów, lepiej wykorzystać tanią soczewkę, zważywszy, że uczeń skorzysta z niej raz czy dwa razy w ciągu roku szkolnego".
Póki co naukowcy produkują soczewki manualnie, używając do tego własnoręcznie zbudowanego urządzenia, działającego podobnie do drukarki atramentowej. Aby rozpocząć produkcję masową, konieczne są jednak dalsze badania i inwestycje, dlatego też studenci rozpoczęli zbieranie pieniędzy poprzez kampanię crowdfundingową - potrzebują zebrać 12 tysięcy dolarów, a póki co udało im się zebrać ponad trzy tysiące. Póki co podzielili się oni swoim pomysłem z ministerstwem edukacji Tajwanu oraz teachHOUSTON - projektem mającym przygotowywać uczniów do studiowania w Houston.
Źródło:
http://phys.org/news/2015-05-lens-smartphone-microscope.html#jCp
Cool? Ranking DIY
