Fra nevrovitenskapelig forskning til mobiltelefonmikroskopi

Det startet i et nevrovitenskapelig laboratorium.

Andrea Antonini forsket på endoskopisk mikroskopi – i hovedsak mikroskopisk avbildning av kroppens indre organer – sammen med andre nevrovitenskapsmenn ved det italienske teknologiske instituttet (IIT) i Genova. Men mikroendoskopifeltet var relativt lite, og han ville gjøre noe stort.

Mens han verktøyet rundt i mikroskopilaboratoriet en dag, skjønte han at han kunne bruke noen av disse linsene med telefonen sin. Det var hans store øyeblikk. "Jeg så denne sjansen til å bruke teknologi til å lage noe for forbrukerelektronikk."

Det er et eksempel på hvordan en idé generert i grunnleggende, utforskende vitenskap kan finne en helt annen nisje, kommenterer Tommaso Fellin, leder av IIT-nevrovitenskapsgruppen som bruker lysfølsomme proteiner for å belyse hvordan hjernen behandler sensorisk informasjon. For å fylle denne nisjen begynte de å 3D-printe veldig myke polymerlinser, med målet om "å gjøre mobiltelefonen om til et potent og bærbart digitalt mikroskop."

Og i 2015 grunnla de to et spinoff-selskap, SmartMicroOptics, hvor Antonini begynte å jobbe på heltid ett år senere. Han fikk til slutt selskap av sin kone som administrator, sammen med en markedsføringsspesialist.

Disse bøyelige linsene ble til produktet Blips: miniatyrlinser festet til en film, som fester seg til en telefon eller et nettbrett. Avhengig av modell, tillater dette forstørrelse på ca. 8–45x og oppløsning på opptil 3 mikrometer. Det er et veldig enkelt trykk-og-bruk-produkt.

Blips førte til et mer avansert mobilt mikroskopisett i en boks, som kan oppnå detaljer på under 1 mikrometer. Dette systemet er kjent som DIPLE. Produktets boks er også den "mekaniske strukturen for systemet," forklarer Antonini mens han enkelt monterer settet på omtrent ett minutt. Denne strukturen huser den batteridrevne lyskilden og fungerer som base for plattformen ("scenen"), der brukeren skruer inn linsen.

Avhengig av modell kommer settene også med vanlige lysbilder; lysbilder tilberedt med insekt-, plante- og blodprøver; en linjal for mikroskop; og andre gjenstander som pipette og pinsett. Hele settet veier litt over et pund, og kan enkelt settes opp selv av ungdomsskoleelever. Og selvfølgelig, fordi den er designet rundt smarttelefonen, kan bilder og videoer tas med forstørrelsen.

Det er ikke det eneste bærbare mikroskopet som er tilgjengelig, men "etter min mening har vi det beste forholdet mellom kostnad og ytelse," mener Antonini. Et sett med plattform, lyskilde og linser kjører for tiden fra ca. $60 til $155. Han sier at dette betyr at hver elev i en klasse kan ha sitt eget personlige mikroskopisystem for samme pris som et enkelt konvensjonelt mikroskop som bor inne i et klasserom.

Selskapet har vært gjennom noen opp- og nedturer. Blips og DIPLE ble til å begynne med lansert på målknusende Kickstarter-kampanjer, og selskapet hadde tidlig suksess før pandemien rammet. Dette førte til de nå kjente forsyningskjedeproblemene med spesifikke komponenter, men også til noen endringer i kundenes fokus.

For eksempel, i en kampanjekampanje samarbeidet SmartMicroOptics med et hodelussjamposelskap for å gi en Blips-linse sammen med en flaske sjampo. Dermed ville barn eller deres familier kunne oppdage om lusene hadde blitt utryddet av sjampoen. Under pandemien ble lus mindre av et problem fordi barn ikke klunget seg sammen på skolen og passerte rundt parasittene.

De siste årene har forskere og helsearbeidere også prøvd DIPLE på mer sofistikerte måter. Det er testet til diagnostisere bakteriell vaginose i USA, og vannkvalitet i Rwanda og Costa Rica. Forskere ved Universitetet i Pisa har også prøvd å bruke DIPLE til malariadeteksjon. (Sertifisering vil være nødvendig for klinisk bruk.)

Antonini mener at portabiliteten kan gjøre det nyttig i eksterne miljøer og miljøer med lite ressurser; lysbatteriet kan vare opptil to dager ved kontinuerlig bruk, sier han. I tillegg, ifølge Antonini, har det bærbare systemet vært nyttig for forhåndsscreening av feltprøver, for å bringe mikroskopet til feltet i stedet for prøven til laboratoriet. DIPLE kan selvfølgelig ikke matche kraften til et konvensjonelt mikroskop, men det kan være et nyttig supplement.

Hvis de er i stand til å utvide, ønsker Antonini å lage fagspesifikke sett basert på folks forespørsler. For eksempel har marinbiologer uttrykt et ønske om linser med større arbeidsavstand fra objektet, mens agronomer har bedt om verktøy tilpasset for å sjekke jordstrukturen.

Hvis hver student, vitenskapsmann og rett og slett nysgjerrig person egentlig kan bære et mikroskop i lomma, er det blendende utsikter for å åpne opp den naturlige verden for alle.

Denne historien ble rapportert under et journalistikk-in-residence-stipend ved det italienske instituttet for teknologi (IIT), finansiert av European Research Council (ERC).