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Articles by Aydogan Ozcan in JoVE
JoVE General
无透镜片上的细胞成像提供了一种高通量细胞生物学和医疗诊断的新工具
1Electrical Engineering Department, University of California, Los Angeles, 2California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles
Lensfree片上的成像和细胞的特性说明。这片上的细胞成像方法用于医疗诊断和高通量细胞生物学的应用提供了一个紧凑和成本效益的工具，使得它特别适合资源贫乏地区。
JoVE Bioengineering
片上的无透镜荧光显微镜
Department of Electrical Engineering, University of California, Los Angeles
一个无透镜片上荧光显微镜平台，证明可以超过，如超宽现场，查看荧光图像对象，> 0.6-8平方厘米<4μm的使用压缩采样的解码算法的决议。这种紧凑型和宽视场荧光片上的成像方式，可用于高通量流式细胞仪，罕见的细胞研究和基因芯片分析的价值。
JoVE Bioengineering
lensfree芯片断层用人多角度的光照和像素超高分辨率的显微镜
1Electrical Engineering Department, University of California, Los Angeles, 2Bioengineering Department, University of California, Los Angeles, 3California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles
lensfree光学断层扫描是一个立体显微镜技术，提供了一个<1微米的空间分辨率×<1微米×<3微米，在X，Y和Z尺寸，分别超过15-100毫米大成像容积
JoVE Bioengineering
一个手机上的宽视场荧光显微镜和荧光成像流式细胞仪
1Electrical Engineering Department, University of California, Los Angeles, 2Bioengineering Department, University of California, Los Angeles, 3California NanoSystems Institute (CNSI), University of California, Los Angeles
荧光显微镜及成像流式细胞仪检测工具，一个手机上使用紧凑和具成本效益的光流体附件的整合，我们回顾我们最近的研究结果。这些手机的微观分析设备可能是有益的，如流式细胞仪分析，以及高通量筛选，例如，水样在资源有限的环境中执行各种细胞计数任务。
Other articles by Aydogan Ozcan on PubMed
最小相位函数基于频域光学相干层析成像系统中处理。
我们目前使用最小相位函数的概念，以提高频率域光学相干层析成像系统的简易加工工艺。我们的方法删除自相关噪声，并因此增加的可访问深度范围和恢复精度。就我们所知，这是已应用最小相位函数的概念，以改善光学相干层析成像技术的首次。
微分近场扫描光学显微镜。
我们从理论上和实验说明新受光阑限制近场扫描光学显微镜 （NSOM） 技术，称为微分 NSOM (DNSOM)。它涉及到扫描相对较大 （例如，0.3 2 妈妈宽） 矩形光圈 （或探测器） 附近领域的对象和记录作为函数的扫描位置检测到电源。图像重建被通过采取记录的电源映射二维导数。与常规的受光阑限制 NSOM，不同的是每个探测器的孔径矩形的大小并不决定在 DNSOM ； 决议相反，由每个探测器的孔径矩形的边角的锐度几乎确定这项决议。此外可以向其他光圈/探测器几何图形三角形和平行四边形等扩展 DNSOM 的原则。
使用数字滤波的光学相干层析成像图像中的斑点噪声。
散斑噪声是无处不在的工件的限制解释的光学相干断层扫描图像。在这里我们将各种斑减少数字筛选器应用于光学相干断层扫描图像，并比较其性能。我们的研究结果表明平移不变、 非正交小波变换过滤器以及增强李和自适应维纳过滤器可以大大减少斑点和提高信号的信噪比，同时保留强边缘。这些筛选器的斑减少能力也被相比斑减少从非相干角配制。我们的研究结果表明通过使用这些数字的筛选器，可以减少个别角度达到一定水平的斑减少所需的数量。
超低宽视场透镜免费监测细胞芯片。
我们通过实验和理论上证明无透镜的新单元格中，监测平台，它涉及到使用光电传感器阵列传感器平面上的单元格的阴影图像记录的原则证明。这项技术可以监测/计数细胞在字段-的-认为是较传统的光学显微镜多两个数量级。此外，它不需要任何机械扫描或光学元件，如显微镜目标或镜头。我们还显示此光学方法可以方便地组合与微流控通道，使各种不同类型的细胞，例如，并行芯片监测血液细胞、 NIH 3T3 成纤维细胞小鼠胚胎干细胞、 反洗钱 12 肝细胞。这种方法的一个重要应用可能是小型化的点的护理技术，以获得有限的资源设置受爱滋病病毒感染患者的 CD4 T 淋巴细胞计数。
荧光干涉测量: 原则和在生物学中的应用。
使用荧光辐射是为解决最近的示威的探测在纳米尺度的生物系统在生命科学中的测量问题具有根本重要性。通常情况下，荧光光为基础的工具和技术使用强度的光波，是很容易衡量的探测器。然而，荧光波的阶段包含微妙，但同样重要的是，信息浪潮 ；然而，一直主要是蛮荒之地。在这里，我们介绍的荧光干涉测量，允许测量荧光光波的相位信息的概念。原则上，荧光干涉可以考虑使用荧光作为低时间相干光源的光学低相干干涉的一种独特形式。荧光干涉开辟发展新基于光的荧光成像技术、 传感、 不等，和分析方法，在某种程度上类似于基于白色光源的干涉测量技术的新途径。我们建议两个荧光干涉的实验实现检测荧光字段强制转换的干扰模式。本文讨论其测量的功能和局限性，并将它们与所提供的光学低相干干涉计划进行比较。我们还描述的荧光干涉成像、 测距，和分析的任务和本实验证据的宽视场横断面成像中的高分辨率和大范围的深度，以及与纳米级精度的量化分析的应用。最后，我们指出，未来的研究方向在荧光干涉，如荧光层析成像的整个机体和量子点和生物发光分子干涉的扩展。
高吞吐量芯片上流式细胞仪的多角度卢卡斯。
我们说明通过记录取样下衍射模式的细胞在不同光照角度，我们可以实现异构细胞液的高吞吐量芯片上表征超大量的大约 5 毫升以上。这一平台，称为多角度卢卡斯，成本效益高点的护理单元格计数的应用程序尤其是充满希望。
Lensfree 全息成像芯片上流式细胞分析和诊断。
我们通过实验说明 lensfree 全息成像平台来执行对芯片流式细胞仪。通过控制的空间相干性照明源，我们记录每个单元格或使用高分辨率传感器阵列具有大约 2 microm 像素大小的芯片上的微粒子的 2D 全息衍射的图案。通过使用一种自定义开发的决策算法匹配到现有库图像芯片上表征为检测到的全息图像纹理和异构解决方案感兴趣的点票则处理记录全息图像。全息衍射签名的任何微小是对象的同一对象的古典衍射模式有很大不同。它提高了信号信噪比和签名均匀性的单元格图案 ；和也展品多好敏感性弱散射相物体如小细菌对芯片成像或细胞。我们通过自动表征的红血球、 酵母细胞、 大肠杆菌和各种中小型的微颗粒无需使用任何镜片或镜目标异构解决方案验证此流式细胞仪上芯片全息方法的显著改进的性能。特别是，此透镜片上全息平台将有用点的护理流式细胞分析和诊断应用程序如涉及艾滋病毒或疟疾等传染病。
集成微流体和透镜成像测试点的照顾。
我们证明合并到目标 CD4(+) T 淋巴细胞计数为艾滋病毒点-的护在资源有限的设置测试的透镜成像微流控芯片的集成的平台。芯片设计及无需使用昂贵的洁净室设备只需用一台激光切割机捏造。要捕获 CD4(+) T 淋巴细胞从血液、 抗 CD4 抗体将只有一侧的微流控芯片固定化。通过使用电荷耦合的器件 （CCD） 传感器成像技术的透镜阴影透明芯片检测到这些被俘的单元格。灰度图像的 24 毫米 x 4 毫米 x 50 microm 微流控芯片中捕捉到的单元格被通过透镜成像平台。单元格自动计数软件列举 3s 中捕捉到的单元格。捕获的细胞都还用荧光显微镜成像和手动计算在内，以定性的综合管理平台的功能。综合管理平台实现 70.2+/-6.5%捕获效率、 88.8+/-5.4%捕获特异性 96 1.6 %ccd 效率、 和 83.5+/-2.4%+ CD4(+) T 淋巴细胞为整个平台的性能 （n = 9 设备） 相比黄金标准，即流流式细胞计数。综合的系统从血液在 10 分钟内使 CD4 计数。综合管理平台点看好方向点的护理检验 (POCT) 到迅速捕获、 图像和计数的细胞亚群从血液样本中自动的事。
高吞吐量 Lensfree 成像与芯片上的异构单元解决方案的表征。
介绍了高通量芯片成像平台，可以迅速监测和深度--字段的大约 4 毫米和字段-的-视图的大约 10 cm(2) 定性异构解决方案内的各种细胞类型。此功能强大的系统可以迅速图像/监视的单元格，在大约 4 毫升所有在并行而不需要任何镜头、 显微镜目标或任何机械扫描的卷内的多个图层。在少于一秒检测的整个示例卷内每个微粒子的古典衍射图样 (即阴影） 到此高吞吐量的透镜成像计划，使用光电传感器芯片。后天的阴影图像是然后进行数字处理使用一个自定义开发"决定算法"，使两个位置标识的粒子在 3D 和示例卷内每个微粒子类型的表征。通过实验的结果，我们显示不同的单元格类型 （例如，红色血液细胞、 成纤维细胞等） 或其他微观粒子所有展示唯一不同的阴影模式并因此可以快速标识使用发达国家的决策算法，毫不含糊地使高吞吐量的异构解决方案的表征。此 lensfree 芯片细胞成像平台上的显示巨大的希望，尤其是对于医疗诊断应用程序相关的全球健康问题，紧凑和具成本效益的诊断工具资源中的迫切需要限制设置。
Lensfree 彩色成像使用压缩解码纳米芯片上。
我们证明子像素级彩色成像能力 lensfree 非相干的片上显微镜平台上。通过使用纳米衬底，调制的非相干的排放物对象平面要创建独特的远场衍射图案对应于每个对象平面上的点。这些 lensfree 衍射模式然后样本使用颜色传感器阵列在像素有三种不同类型的彩色滤光片在红色、 绿色和蓝色 (RGB) 波长的远场。记录的 RGB 衍射模式 （对于结构化的衬底上的每个点） 构成了可以用来迅速重建任何任意多色非相干对象分布在子像素分辨率，使用压缩采样算法的基础。此 lensfree 计算成像平台可能是非常有用的是创建具有彩色成像能力紧凑荧光灯片上显微镜。
全息光电流控显微镜。
在过去十年微流体已创建一个通用的平台，取得了显著进展的方法在微尺度生物和对象控制、 处理和调查，通过改进成本、 压实度和吞吐量方面的分析。微流体还扩大到光学创建可重构和灵活的光学设备，如可重构镜片、 激光器、 波导、 交换机和片上显微镜。在这里我们提出新的光电流控显微镜形态，即全息光电-流控显微镜 (|)，基于透镜全息成像。这种成像方式补充提供的微流体的小型化和将允许显微镜融入现有的微流控芯片上设备的各种功能。我们的成像方式利用部分相干的线在全息和像素分辨率，创建高分辨率的振幅和相位图像对象流内微流控渠道，我们展示的成像 C.线虫、 蓝氏贾第鞭毛虫、 和桑树花粉。红磡并不涉及复杂的制作过程或精确对齐方式，也不要求高度均匀流动的微流控通道内的对象。
Lensfree 遥感使用电浆子 Nanoapertures 微流控芯片上。
我们证明 lensfree 芯片内的部分相干的准单色光源使用被照亮的电浆子 nanoapertures 微流控通道传感。在此方法中，位于微流控通道底部的金属 nanoapertures lensfree 衍射图样记录使用光电传感器阵列。这些 lensfree 衍射模式可以再得到迅速处理，使用阶段恢复技术、 回传播到任意深度，创建数字光学领域重点复杂的传输模式。交叉相关的这些模式使 lensfree 芯片上传感的电浆子的 nanoapertures 附近域周围的本地折射率。基于这一原则，我们通过实验证明 lensfree 遥感的折射率变化小，∼2×10(-3)。此片上遥感方法可能是非常有用的无标签的芯片技术的发展，通过多路复用成千上万的电浆子结构上的相同的微流控芯片，可以显著提高吞吐量的传感。
Lensfree 抗体芯片技术高通量检测白细胞数量及功能的全息成像技术。
白细胞的表征是血液分析和基于血的诊断程序的一个组成部分。在本文件中，我们结合快速和多参数分析从人体的血液白细胞的抗体微阵列透镜全息成像。数组，可并列细胞捕获和细胞因子检测抗体 (Ab) 点中印 (CD4 和 CD8) 白细胞表面抗原的单克隆抗体 （Abs） 特定细胞因子 (TNF-α、 干扰素-γ，白细胞介素-2)。融入的 Ab 芯片微流控流量分庭 （4 muL 卷） 跟孵化与人体血液导致 CD4 和 CD8 T 细胞对特定 Ab 点捕获。片上有丝分裂激活这些细胞的诱导释放的细胞因子的分子，后来被俘相邻抗细胞因子 Ab 点。绑定的白细胞介素-2、 肿瘤坏死因子-α 和干扰素 γ 分子在其各自的 Ab 点检测到使用辣根过氧化物酶 (HRP)-标记抗细胞因子 Abs 和可见色试剂。Lensfree 全息成像然后习惯于迅速 （约 4 s) 枚举 CD4 和 CD8 T 淋巴细胞捕获 Ab 点并量化产生的白细胞介素-2、 肿瘤坏死因子-α 和干扰素 γ 点在同一芯片上的细胞因子信号。为了证明我们的传染病的监测方法的实用程序，血液样本的健康志愿者和人体免疫缺陷病毒 (HIV)-感染的患者被分析以确定 CD4/CD8 比例，艾滋病毒/艾滋病诊断的重要标志。获得的 lensfree 芯片上成像的 CD4 和 CD8 T 细胞上 Ab 点捕获的比率是密切与常规显微镜基于细胞计数的协议中。本文件，描述串联使用 Ab 芯片和 lensfree 全息成像技术，为微型流式细胞仪设备多参数血液分析在护理或在资源有限的设置为未来的发展铺平了道路。
广泛的视野无透镜荧光成像芯片上。
我们表现出对芯片荧光检测平台，可以同时图像荧光显微物体或标记细胞在超大型字段-的-视图的 2.5 厘米 × 3.5 厘米无需使用任何镜头、 薄膜过滤器和机械扫描仪。这种广泛的视场透镜荧光成像方式，尽管它的分辨率有限，可能是很重要的高通量筛选应用程序以及检测和计数的罕见大面积微流控设备内的单元格。
微分干涉对比显微镜利用数字全息透镜片上。
我们引进的双折射晶体透镜数字全息创建一个片上微分干涉对比 (DIC) 显微镜的使用。使用大光圈的非相干源，行在全息图微对象的创建，其中与单轴晶体和吸收的偏光片，编码在芯片上微分干涉对比信息的对象进行交互。尽管已经使用单位附带放大倍数和非相干源大口径，全息数字处理的这种全息图迅速恢复标本的差分相位对比度图像过大字段-的-视图的大约 24 mm(2)。
彩色和单色透镜片上成像的秀丽隐杆线虫宽视图字段上方。
我们在广泛领域的-视图使用非相干透镜行在全息显示彩色和单色片上成像的秀丽隐杆线虫样本。记录透镜全息图的数字重建迅速创建内的线虫图像 < 1 字段-的-视图上方的 s > 24 mm2。通过数字组合再现三个不同波长 （红色、 绿色和蓝色），还获得了染色样品的彩色图像。这广泛的字段的视图和紧凑的片上成像方式还允许直接与微流控系统的集成。
紧凑、 重量轻、 成本效益高的显微镜基于远程医疗应用非相干全息透镜。
尽管光学成像迅速取得进展，最先进的显微镜方式仍然需要复杂而且成本高昂的仪器，不幸的是限制其使用超出齐全的实验室。与此同时，显微镜在资源有限的情况已大大不同于那些先进的实验室，在遇到的要求和这种成像设备应符合成本效益、 紧凑、 重量轻和适当地准确和简单可以使用微训练有素的人员。此外，这些便携式显微镜应最理想的是数字集成作为各种移动的卫生保健提供者连接到中央实验室或医院的远程医疗网络的一部分。为达到此目的，在这里我们展示透镜片上显微镜重约 46 克尺寸小于 4.2 厘米 × 4.2 厘米 × 5.8 厘米以上约 24 mm(2) 大视场达到亚细胞的决议。这种紧凑、 重量轻的显微镜基于数字线在全息和不需要任何镜头、 笨重的光学/机械组件或相干源激光器等。相反，它利用简单光-发光二极管 (LED) 和紧凑光电传感器阵列到记录透镜全息图的对象，然后允许快速数字化改造的经常传播或微分干涉对比 (DIC) 图像的对象。因为这种透镜的非相干全息显微镜有订单的规模改进光收集效率，是非常强大到机械失调它可能提供尤其是涉及资源的各种全球卫生问题的远程医疗应用效益高的手段有限的设置。
Lensfree 在手机上的显微镜。
我们表现出的手机 lensfree 数码显微镜。这种紧凑、 重量轻的全息显微镜，安装在手机上不利用任何镜片、 激光器或其他笨重的光学组件和它可能提供具成本效益的工具远程医疗应用，以应对各种全球卫生挑战。重约 38 克 （< 1.4 盎司），成像平台这 lensfree 可以机械地附加到摄影机的手机位置示例加载从侧面，和垂直由一个简单的发光二极管 (LED) 照明。然后从每个微型对象，连贯地干扰背景光，手机在探测器阵列上创建的每个对象的 lensfree 全息分散此非相干的 LED 灯。这些手机被捕获的全息签名允许通过快速数字处理对象的显微图像的重建。我们通过影像学各种中小型的微粒子，以及血红细胞、 白细胞、 血小板和水性寄生虫 （蓝氏贾第鞭毛虫） 报告此 lensfree 手机显微镜的性能。
芯片上的高吞吐量镜头无血液分析。
我们目前的无透镜全息显微朝着高吞吐量芯片上血液分析性能进行详细的调查。使用的来自大口径非相干源，自动计数的红血细胞与密度达到大约 0.4 x 10(6)，每 muL 的单元格的最小样本准备步骤被提出。我们使用相同的无透镜全息显微平台，还的特点是通过光学相位信息的每个单元格的恢复单个单元格级别的红血细胞的数量。我们进一步证明全血样品血红蛋白浓度的测量，以及自动计数的白血细胞，还产生足以区分每个其他的粒细胞、 淋巴细胞和单核细胞、 亚细胞一级的空间分辨率。这些结果揭示全息透镜免费-芯片上成像为全球健康问题，提供一个有用的工具，尤其是通过促进全血分析在资源贫乏的环境中的前景。
使用纳米结构表面的 Lensfree 芯片上成像。
我们采用 lensfree 芯片显微镜的纳米结构表面使用。此非相干的片上成像方式，感兴趣的对象直接定位到纳米金属薄膜，那里发出的光从对象平面后被调制的纳米结构，, diffracts 在近距离以取样，没有使用任何镜片阵列探测器。检测到的远场衍射图样然后允许对象分布的快速重建算法压缩取样的子像素一级芯片上。这种基于纳米结构基底的成像方式尤其是可能有用来创建 lensfree 荧光显微镜在一个紧凑的芯片上。
多角度透镜全息术用于深度解析成像芯片上。
介绍了可以准确地描述单元格位于多层微通道内的轴向和横向立场多角度 lensfree 全息成像平台。在这个平台上，在芯片上的微型对象 lensfree 数字全息图记录不同光照角度使用部分相干。这些数字全息图开始转向传感器平面上的横向 （源的照射角度倾斜。由于这一侧的每个对象全息图转变的确切数额可以打光的衍射极限的精度计算，可以在不使用任何镜头的大视场来确定从基板上的每个单元格的高度。我们通过使用发光二极管来描述各种中小型的微粒对大约 60 mm(2) 字段的视图位于亚微米轴向和横向定位芯片上证明这种多角度的透镜成像平台的概念。此外，我们成功地应用这种透镜成像方法同时位于多层微通道计数、 个别厚度和卷的每一层细胞的血液样品定性。因为这个平台不需要任何镜片、 激光器或其他笨重的光学/机械组件，它提供了紧凑和高吞吐量的替代传统的办法涉及芯片系统实验室的流式细胞仪和诊断应用程序。
透镜的宽视场荧光成像芯片使用压缩解码的稀疏的对象上。
我们在超大型-的视图字段显示压缩采样算法用于芯片上荧光成像的稀疏的对象 (> 8 cm(2)) 而不需要任何镜片或机械扫描。在此 lensfree 成像技术，通过棱镜界面，其中泵光全内反射后兴奋整个样本量筛选出兴奋是荧光样品放在一个芯片上。发出荧光光的标本片上光纤面板通过收集和传递到宽的视场光电传感器阵列透镜录制的对应于样品的荧光斑点。然后压缩采样基于的优化算法用于迅速重建的荧光的来源，实现大约 10 microm 空间分辨率传感器阵列，整个活动地区上空即成像领域的-视图的稀疏分布 > 8 cm(2)。这种宽视场透镜荧光成像平台尤其是可显著为高吞吐量成像流式细胞仪，罕见细胞分析，以及微阵列研究。
Lensfree-芯片显微镜通过广域网字段的视图使用像素分辨率。
我们表现出对芯片来实现大约 0.6 microm 空间分辨率过大字段-的-视图的大约 24 mm2 对应数值孔径约 0.5 lensfree 全息显微。通过使用大光圈 （大约 50 microm） 从部分相干照明，我们获得较低与单位附带放大对象决议 lensfree 线在全息图。每个 lensfree 全息图，在传感器芯片的像素大小限制再现图像的空间的分辨率。若要绕过此限制，我们实现子像素转移基于超分辨率算法有效地恢复高出很多分辨率数字全息图的对象，允许亚微米空间分辨率要实现跨整个传感器芯片活动区，这也是相当于成像领域的-视图 (24 mm2) 由于单位放大。我们展示这种成像图案透明衬底、 血液涂片样本，以及 Caenoharbditis 线虫的像素超分辨方法的成功。
使用字段便携式和具成本效益的 Lensfree 显微镜的水性寄生虫的检测。
保护人类健康和福祉通过水质量管理是世界的一个重要的目标，为发达国家和发展中地区。与此同时，不足消毒技术仍未能消除致病性污染物在淡水，以及娱乐的水资源。因此，有水质量筛查重大需要防止暴发和与水有关的疾病的事件。在这里我们为此目的，调查使用的字段-便携式和具成本效益的 lensfree 全息显微镜图像和检测致病性原虫蓝氏贾第鞭毛虫和隐孢子虫在低浓度水平等。这种紧凑的透镜显微镜 (O.Mudanyali 中南工业大学、 芯片实验室，2010 年，10，1417年-1428年），重约 46 克，达到大约 0.1-0.2 成像视场比大于典型 10 X 物镜，并因此可能提供了一个重要的高通量分析工具打击水性疾病，尤其是在资源有限的设置一个数量级以上数值孔径。
使用 Lensfree 芯片显微镜的紧凑、 重量轻的自动的精液分析平台。
我们表现出小巧、 轻便的平台进行自动的精液分析使用 lensfree 芯片显微镜。此全息片上成像平台重量 ∼46 g、 措施 ∼4.2 × 4.2 × 5.8 厘米，并且不需要任何镜片、 激光器或其他笨重的光学元件，实现在 ∼24 mm(2) 字段-的-视图与 ∼0.2 的有效数值孔径的相位和振幅成像的精子。使用此宽视场 lensfree 芯片显微镜，精液样本被映像 ∼10 s，捕获 ∼20 全息帧总数。这些连续的 lensfree 帧，其次是适当的数字减影处理的再现，使能够自动的定量计数、 速度和动态轨迹的能动性的精子，求和的相同帧允许的 immotile 精子计数。这种紧凑和轻量的自动的精液分析平台运行上宽视场 lensfree 芯片显微镜可以尤其重要，生育诊所，个人男性生育能力测试，以及对于外地的兽医如螺柱耕作和动物育种的应用程序中使用。
组合的反射和透射显微镜远程医疗中的应用程序域设置。
我们可以展示现场便携式直立和倒置显微镜图像可以在反射和透射的模式标本。此紧凑和具成本效益的双模式显微镜的重量只有 ∼135 克 （< 4.8 盎司），并利用一个简单的发光二极管 (LED) 照亮感兴趣使用以上对象平面定位分束器多维数据集的示例。此 LED 照明然后部分反映样本将收取的两个镜头，从创建到光电传感器阵列标本的反射映像，位于上方的分束器多维数据集。此外，照明光束也部分地通过相同的试样，然后铸 lensfree 线在全息图相同的对象拖到第二个光电传感器阵列，位于下方的分束器多维数据集的传递。通过收购的 lensfree 全息图的快速数字化改造，也会创建传输图像 （相位和振幅) 同一试样。我们测试这场便携式显微镜的性能成像各种微颗粒、 血液抹片检查，以及相应的皮肤组织病理学幻灯片。正在紧凑、 重量轻、 成本效益高，此组合的反射和透射显微镜特别是可能远程医疗中的应用程序资源有限的设置非常有用。
Optofluidic 荧光成像流式细胞在手机上。
荧光显微镜与流式被广泛用在生物医学的工具。具成本效益的翻译，这些技术的远程和资源有限的环境可以创造新的机会，尤其是对远程医疗应用。在这里向这个方向发展，我们表现出成像流式细胞术和荧光显微镜使用紧凑、 重量轻、 和具成本效益的 optofluidic 附件的手机上的集成。在成像流式细胞仪这基于单元格的电话 optofluidic 平台，遗传物质标有粒子或感兴趣的单元格连续传送到位于上方的手机现有的相机单位一次性微流控渠道我们成像卷。相同的微流控设备还作为一种多层的 optofluidic 波导和有效地指导我们激发光，这就是我们使用廉价的发光二极管的微流控通道的一侧方面从耦合对接。由于样本量的励磁发生通过传播垂直于探测路径的导波，我们的手机相机可以记录标本的荧光电影，因为他们通过微通道流。然后迅速处理这些荧光电影数码相框来量化计数和感兴趣的目标解决方案中标记颗粒/单元格的密度。我们通过测量密度的白血细胞在人体血液样本，提供体面匹配到商业上可用的血液分析仪测试流式细胞我们基于单元格的电话成像仪的性能。我们进一步特点是在同一个平台来展示 ~ 2 μ m 的空间分辨率的成像质量。成像流式细胞仪此单元格电话启用 optofluidic 特别是可用于快速和敏感成像的体液进行不同的单元格计数 （例如，朝向监测艾滋病毒 + 病人) 或罕见细胞分析以及水质远程和缺乏资源设置的筛选。
Lensfree Optofluidic 显微镜和层析成像。
微流控设备旨在小型化、 自动化并因此降低化学和生物样本操纵和检测的费用，创造新的机会，为芯片实验室平台。最近，optofluidic 设备也出现了光学用于一般提高功能和微流控组件的性能。Lensfree 成像微流控通道内的是一个这种 optofluidic 的平台，并在本文中，我们专注于全息执行 lensfree optofluidic 显微镜和断层扫描，可能为三维 (3D) 芯片成像提供更简单、 更强大的解决方案。成像平台这 lensfree optofluidic 利用部分相干的数字行中全息允许相位和振幅成像的标本流经微通道，并且利用射流流来实现更高的空间分辨率成像相比，在同一芯片上固定标本。此外，同一样品的 3D 断层图像还可以通过捕获 lensfree 投影图像在不同的光照角度的样品作为函数的流体流动的重建。基于 lensfree 数字全息成像技术，此 optofluidic 显微镜和层析成像概念可以宝贵尤其是为提供芯片实验室设备紧凑，但功能强大的工具集。
Lensfree 分辨率的全息显微使用润湿电影在一个芯片上。
我们调查使用的润湿电影大大改善成像性能的 lensfree 像素分辨率芯片显微镜，实现大面积成像的 ~ 24 mm(2) < 1 µ m 空间分辨率。对试样超薄湿膜形成有效地创建在每个对象，从而显著提高了信号与噪声的比例，因此我们的 lensfree 图像的分辨率微透镜效果。我们验证这种方法，通过不同的对象具有如大肠埃希氏大肠杆菌 （大肠杆菌）、 精子、 蓝氏贾第鞭毛虫滋养、 聚苯乙烯微珠以及红血细胞，精细形态特征 （与例如 ≤ 0.5 µ m 的尺寸） 的 lensfree 芯片上成像的性能。资源有限的设置，这些结果是高度敏感领域便携式显微分析工具的发展尤为重要。
基于全息透镜的现场便携式反射和透射显微镜。
我们证明可以图像传输和反射的几何图形，分别使用线路中传输和离轴反射全息标本 lensfree 双模式全息显微镜。此字段便携式双模式全息显微镜具有 ~ 200 g 的重量与尺寸 15 × 5.5 × 5 厘米，激光源位置由两个电池提供动力。基于全息术在行，我们透射显微镜达到子像素横向分辨力 ≤ 2 µ m 宽-的-视场 (FOV) 在 ~ 24 mm(2) 由于其单位附带放大几何。尽管它的简单性和易用性的操作，线路中传输几何不适合于图像密集或连接对象，如组织幻灯片由于参照光束获取扭曲这类物体的重建中导致严重的畸变。为了减轻这一挑战，我们建基于一个分束器用于干预倾斜的参考波与反射光从物体的表面、 数字离轴全息透镜反射模式显微镜 CMOS 传感器芯片上创建离轴全息图的标本相同的具有成本效益和现场便携式大会上。结果相比，对应的行中的离轴几何的减少的空间带宽产品，我们的思考模式成像视场是同时仍实现一个类似的子像素决议 ≤ 2 µ m 的减至 ~ 9 mm(2)。我们测试紧凑的双模式显微镜本机的性能成像美国空中武力分辨率测试目标、 各种微粒子，以及相应的皮肤组织病理学幻灯片。由于其紧凑，符合成本效益，以及轻量化设计，这双模式透镜全息显微镜特别是可能有用的字段使用或进行微观分析在资源贫乏。
Lensfree 部分相干层析成像显微镜 [请]。
光学切片的生物标本提供体积就其内部结构的详细的信息。提供现有的三维 (3D) 显微镜模式的一种补充做法，我们最近已充份表现提供了一个紧凑和简单的平台内的高吞吐量成像的 lensfree 光学层析。在此方法中，对象在不同角度的部分相干的线在全息图记录使用数字传感器阵列，使试样的计算像素 super-resolved 层析成像。这种成像方式，形成此审查的重点，提供微米尺度 3D 决议相比成像量很大，例如，10-15 mm(3)，和可以组装重量轻和紧凑的体系结构。因此，lensfree 光学层析成像可能为芯片实验室的应用程序对于显微镜需要在资源有限的设置特别有用。
透镜荧光片上显微镜使用光纤锥。
我们表现出的 lensfree 芯片上荧光显微镜平台可以图像遗传物质标记细胞超过-60 mm(2)-的-视野与 < 4 金塔空间分辨率.在此 lensfree 成像系统中，微对象感兴趣的都直接位于圆锥的光纤面板具有 > 五折密度更高的光纤波导在底部 facet 相比其顶部小关节。为激励、 非相干光源 （例如，简单发光二极管-牵头） 用来通过玻璃半球界面泵荧光物体。后整个样本量与交互，激发光被拒绝通过底部的样品基质发生全内反射过程。从对象的荧光发射然后收集的圆锥面板的小面，并且传递到 ∼2.4 X 图像放大与阵列探测器。根据压缩采样的解码算法用于稀疏信号恢复，这进一步增加了我们 lensfree 芯片上荧光成像仪空间带宽产品。我们验证成像平台使用荧光微粒子这 lensfree 的性能，以及标有水媒寄生虫 （如贾第鞭毛虫虫卵囊肿)。这种紧凑和宽视场荧光显微镜平台可能是宝贵的流式细胞仪和稀有细胞成像应用程序以及微阵列研究。
在手机上的宽视场荧光显微镜。
我们表现出宽视场荧光成像技术在手机上的使用紧凑和具成本效益的光学元件，机械地附加到现有的手机相机单位。使用电池供电发光二极管 (Led) 向侧面泵浦使用对接耦合的感兴趣的示例。泵光内样本试管均匀激发试样的指导。从该样本的荧光发射然后图样在用额外的镜头，是对现有的手机相机镜头。由于激励通过传播垂直于探测路径的导波发生，因此不足以创建所需的荧光成像的暗场背景廉价塑料彩色滤光片。红色和绿色荧光微球，实现影像领域的-视图的 ∼81 mm(2) 和 ∼10 μ m，这通过使用压缩采样基于稀疏信号恢复的捕获的手机图像数字处理提高空间分辨率与特点是这轻平台 （∼28 克） 成像性能。我们通过标记的白血细胞分离全血样本，以及水媒致病性原虫如蓝氏贾第鞭毛虫囊肿的影像学表现出此手机的荧光显微镜的性能。
便携式和成本效益高的像素分辨率芯片上显微镜的远程医疗应用。
我们报告现场便携式透镜片上显微镜的横向分辨率 < 1 μ m 和大场看的 ∼24mm(2)。这个显微镜基于数字串联全息和像素超分辨算法可以处理多个 lensfree 全息图和获取单个高分辨率全息图。在其紧凑和具成本效益的设计中，我们利用 23 发光二极管对接耦合到 23 多模光纤和简单的光学滤波器，没有移动部件。我们重仅 ∼95 克，影像学各种对象，包括人类疟疾寄生虫在薄血液抹片检查表明此字段便携式显微镜的性能。
Optofluidic 芯片上成像。
首次展示的 optofluidic 层析成像被提交。使用部分相干，全息图的对象是在录得多角度观看，因为它们通过直接名列光电传感器阵列微流控通道流。然后进行数字处理这些 lensfree 全息图来计算要实现截面光电流控成像芯片上的微型对象的像素 super-resolved 的 tomograms。
经济高效、 紧凑宽视场荧光成像在手机上。
我们表现出宽视场荧光灯和暗视野成像与紧凑、 重量轻、 成本效益高的光学元件，机械地附加到现有的手机相机单位的手机上。为此目的，我们用于电池供电发光二极管 (Led) 泵感兴趣的示例从使用对接耦合光泵内样本试管均匀激发试样为指导一侧。然后从该样本的荧光发射进行映像使用额外的镜头，位于右前现有的手机相机镜头。由于励磁发生通过传播到我们检测路径垂直的导波，廉价塑料颜色过滤器不足以创建所需的荧光成像，而不需要薄膜干涉滤光片的暗场背景。我们通过在大-的-视场 (FOV) ∼81 mm(2) ∼20 μ m 的原始空间分辨率的成像各种荧光微对象 2 种颜色 (即，红色和绿色） 验证此平台的性能。与其他数字处理捕获的手机图像，使用压缩采样理论，我们表现出 ∼2 折改进我们解决的力量，在我们 FOV 实现 ∼10 μ m 解决不平衡的情况下。另外，我们还证明非荧光标本使用相同的界面，在这个时候从对象的散射光的暗视野成像检测到无需使用任何筛选器。成像视场的能力将是极其重要的是探讨大样本量 (例如 > 0.1 毫升) 如血、 尿、 痰液或水，并为此目的我们也证明的荧光成像标有白血细胞从全血样本，以及水媒致病性原虫蓝氏贾第鞭毛虫囊肿等。重量仅为 ∼28 g (∼1 盎司），这个紧凑和具有成本效益荧光成像平台附加到的手机可能是非常有用，尤其是对于资源有限的设置，和可能提供宽视场成像和量化发达国家对于全球卫生应用程序，如监测艾滋病毒 + CD4 计数或病毒载量测量病人的各种芯片实验室检测方法的重要工具。
现场移动式 Lensfree 层析成像的显微镜。
我们目前可以实现大量的断层影像检查现场便携式 lensfree 层析成像显微镜 （与轴向分辨率的芯片上的 ∼20 mm(3)) < 7 μ m。在此契约层析成像平台 （重量只有 ∼110 克），24 发光二极管 （Led） 是每个对接耦合到光纤波导按顺序控制通过成本效益微型处理器到照亮从不同的角度记录 lensfree 全息图的示例的数字传感器阵列的顶部放置到该示例。为了生成像素 super-resolved (SR) lensfree 全息图，因此数字提高了可实现横向分辨率，多个子像素转移全息图在每个照射角度记录的电磁驱动使用紧凑线圈和磁铁的光纤波导。±50 ° 角范围内获得这些 SR 投影全息图迅速重建来产生投影图像的示例中，然后可以背投影来计算 tomograms 传感器芯片上的对象。此紧凑、 重量轻的 lensfree 层析成像显微镜的性能是通过影像的不同维度，以及膜壳绦虫娜娜蛋，这是传染性的寄生性扁虫微珠进行验证。实现体面的立体空间分辨率，此字段便携式片上光学层析成像显微镜可能远程医疗和高吞吐量在资源贫乏的成像应用程序提供一个有用的工具集。
Optofluidic 层析成像芯片上。
我们可以使用 lensfree 全息展示 optofluidic 层析成像芯片上。部分相干光源被用来照亮的对象直接置于数字传感器阵列微流控通道内流。光源旋转为记录 lensfree 全息图在不同的查看方向的对象。通过捕获多个帧，在每个照明角度，像素分辨率技术被用来重建高分辨率透射图像在每个角度。Tomograms 的流动对象然后计算通过这些筛选反投影重建 lensfree 图像，从而使光学切片上微芯片。概念证明，足以证明 lensfree 层析成像研究线虫。
Lensfree 超宽-的视图字段上方的转基因秀丽隐杆线虫的荧光片上成像。
我们证明 lensfree 芯片上荧光成像的转基因秀丽隐杆线虫 （线虫） 超宽-的-视场 (FOV) 在例如 > 2-8 cm(2) ∼10 µ m 的空间分辨率。这是一个 lensfree 芯片平台已成功成像荧光 C.线虫样品的首次。成像平台我们宽视场 lensfree，在转基因的样品是使用在泵光被拒绝通过在底部 facet 的基板上发生全内反射棱镜界面从侧面，感到兴奋。从线虫样品发出的荧光信号然后升幅大面积光电传感器阵列上的 FOV 例如 > 2-8 cm(2)，无需使用任何镜片、 薄膜干涉滤光片或机械扫描仪。荧光发射迅速发散，因为这种 lensfree 荧光图像记录在芯片看模糊由于广泛点扩展函数的我们的平台上。为打击这一决议挑战，我们使用压缩采样算法来唯一解码记录的 lensfree 荧光图案到高分辨率的照片，表明 ∼10 µ m 号决议。我们用不同类型的光电传感器，实现了类似的分辨率水平，独立的成像芯片的测试此压缩解码方法的疗效。我们进一步证明这宽视场 lensfree 荧光成像平台还可以执行相同的顺序明亮视场成像样品使用从顶部 facet 的荧光励磁中使用同样的棱镜耦合的部分相干 lensfree 数字串联全息。这种独特的组合允许超宽场双模式成像的线虫上芯片，特别是可以为高通量筛选生物医学研究中的应用程序提供一个有用的工具。
宽视场透镜荧光显微镜在芯片上使用圆锥的光纤面板。
我们过去大字段-的-视图 ~ 60 mm(2) 的空间分辨率显示透镜荧光显微镜 < 4 µ m.这对芯片中荧光成像方式，样品都放在光纤面板，成圆锥形，顶部的小平面上的光纤光波导的密度是 > 5 折大于底部之一。放在此圆锥的面板上，荧光样品抽水从通过玻璃半球接口一侧。后的样品的激励、 泵光被拒绝通过发生在底部 facet 的样品基体的全内反射。从该样本的荧光发射由较小的圆锥面板结束然后收集，并且传递到光电传感器阵列，数字取样。我们使用一种压缩采样算法，解码这些原料 lensfree 图像，以验证该决议 （< 4 µ m） 的这片上荧光成像平台使用微粒以及标有贾第鞭毛虫虫卵囊肿。特别是为流式细胞仪，罕见细胞分析 （涉及大面积微流控系统） 以及芯片成像应用此宽视场 lensfree 荧光显微镜平台，正在紧凑和高吞吐量，可能提供一个宝贵的工具。
便携式透镜片上显微镜使用光纤阵列的全息像素分辨率。
我们的报告可以实现便携式透镜片上显微镜 < 1 µ m 宽领域-的-视图上方的 ∼ 24 mm(2) 无需使用任何机械扫描的决议。此紧凑的片上显微镜 ∼ 95 克的重量和基于部分相干数字串联全息。多光纤波导是对接耦合到发光二极管由一个低成本微控制器按顺序照亮示例控制。由此产生的 lensfree 全息图然后捕获由数字传感器阵列和迅速处理使用像素分辨率算法来生成高出很多决议全息图像 （相位和振幅） 的对象。此宽视场和高分辨率的片上显微镜、 紧凑、 重量轻，将重要的全球健康问题，如在远程位置的传染性疾病的诊断。为达到此目的，我们验证此字段便携式显微镜的性能成像人类疟疾寄生虫 （疟原虫） 在薄血液抹片检查。我们的结果构成首次 lensfree 芯片显微镜已成功拍摄疟疾寄生虫。
无镜头的光学层析成像显微镜成像芯片上的大量。
我们目前无镜头的光学层析成像显微镜，使分别成像在芯片上，大约 15 mm(3) < 1 μ m × < 1 μ m × < 3 微米在 x、 y 和 z 的尺寸、 空间分辨率与大体积。在这种无镜头的成像方式，样品是直接置于数字传感器阵列与对其活动的区域例如距离 ≤ 4 毫米。放置大约 70 毫米距离传感器部分相干光源从不同的视角被受雇到记录镜头自由行在全息图的示例。在每个照明角度来看，也录下多个子像素转移全息图，这进行数字处理使用像素超分辨技术来创建单个的高分辨率全息图的对象的每个角投影。这些超衍射全息图数字重建角范围的 ± 50 °，然后是背投影来计算样本的 tomograms。为了尽量减少由于倾斜照明有限角范围的项目，通过双轴断层扫描计划，其中两个正交轴旋转光源。层析成像性能被量化使用微球的不同维度，以及由野生型杆线虫的影像。探讨体面的 3D 空间分辨率的大卷，此无镜头的光学层析成像平台芯片上可以高通量成像中的应用程序，例如，细胞与发育生物学提供一个强大的工具。
High-throughput Screening of Large Volumes of Whole Blood Using Structured Illumination and Fluorescent On-chip Imaging
Undiluted blood samples are difficult to image in large volumes since blood constitutes a highly absorbing and scattering medium. As a result of this limitation, optical imaging of rare cells (e.g., circulating tumour cells) within unprocessed whole blood remains a challenge, demanding the use of special microfluidic technologies. Here we demonstrate a new fluorescent on-chip imaging modality that can rapidly screen large volumes of absorbing and scattering media, such as undiluted whole blood samples, for detection of fluorescent micro-objects at low concentrations (for example ≤50-100 particles/mL). In this high-throughput imaging modality, a large area microfluidic device (e.g., 7-18 cm(2)), which contains for example ~0.3-0.7 mL of undiluted whole blood sample, is directly positioned onto a wide-field opto-electronic sensor-array such that the fluorescent emission within the microchannel can be detected without the use of any imaging lenses. This microfluidic device is then illuminated and laterally scanned with an array of Gaussian excitation spots, which is generated through a spatial light modulator. For each scanning position of this excitation array, a lensfree fluorescent image of the blood sample is captured using the opto-electronic sensor-array, resulting in a sequence of images (e.g., 144 lensfree frames captured in ~36 s) for the same sample chip. Digitally merging these lensfree fluorescent images based on a maximum intensity projection (MIP) algorithm enabled us to significantly boost the signal-to-noise ratio (SNR) and contrast of the fluorescent micro-objects within whole blood, which normally remain undetected (i.e., hidden) using conventional uniform excitation schemes, involving plane wave illumination. This high-throughput on-chip imaging platform based on structured excitation could be useful for rare cell research by enabling rapid screening of large volume microfluidic devices that process whole blood and other optically dense media.
A Mathematical Framework for Combining Decisions of Multiple Experts Toward Accurate and Remote Diagnosis of Malaria Using Tele-microscopy
We propose a methodology for digitally fusing diagnostic decisions made by multiple medical experts in order to improve accuracy of diagnosis. Toward this goal, we report an experimental study involving nine experts, where each one was given more than 8,000 digital microscopic images of individual human red blood cells and asked to identify malaria infected cells. The results of this experiment reveal that even highly trained medical experts are not always self-consistent in their diagnostic decisions and that there exists a fair level of disagreement among experts, even for binary decisions (i.e., infected vs. uninfected). To tackle this general medical diagnosis problem, we propose a probabilistic algorithm to fuse the decisions made by trained medical experts to robustly achieve higher levels of accuracy when compared to individual experts making such decisions. By modelling the decisions of experts as a three component mixture model and solving for the underlying parameters using the Expectation Maximisation algorithm, we demonstrate the efficacy of our approach which significantly improves the overall diagnostic accuracy of malaria infected cells. Additionally, we present a mathematical framework for performing 'slide-level' diagnosis by using individual 'cell-level' diagnosis data, shedding more light on the statistical rules that should govern the routine practice in examination of e.g., thin blood smear samples. This framework could be generalized for various other tele-pathology needs, and can be used by trained experts within an efficient tele-medicine platform.
Lens-free Computational Imaging of Capillary Morphogenesis Within Three-dimensional Substrates
Endothelial cells cultured in three-dimensional (3-D) extracellular matrices spontaneously form microvessels in response to soluble and matrix-bound factors. Such cultures are common for the study of angiogenesis and may find widespread use in drug discovery. Vascular networks are imaged over weeks to measure the distribution of vessel morphogenic parameters. Measurements require micron-scale spatial resolution, which for light microscopy comes at the cost of limited field-of-view (FOV) and shallow depth-of-focus (DOF). Small FOVs and DOFs necessitate lateral and axial mechanical scanning, thus limiting imaging throughput. We present a lens-free holographic on-chip microscopy technique to rapidly image microvessels within a Petri dish over a large volume without any mechanical scanning. This on-chip method uses partially coherent illumination and a CMOS sensor to record in-line holographic images of the sample. For digital reconstruction of the measured holograms, we implement a multiheight phase recovery method to obtain phase images of capillary morphogenesis over a large FOV (24 mm2) with ≈ 1.5 μm spatial resolution. On average, measured capillary length in our method was within approximately 2% of lengths measured using a 10 × microscope objective. These results suggest lens-free on-chip imaging is a useful toolset for high-throughput monitoring and quantitative analysis of microvascular 3-D networks.
无掩模成像的密集使用像素分辨率的样本基于 Multi-height 的 Lensfree 芯片上显微镜。
Lensfree 线在全息显微跨大-的-视图字段 （例如，~ 24 毫米 <sup>2</sup>） 提供了具有成本效益和紧凑的设计，适合现场使用的亚微米的决议。然而，它仅限于较低密度的样本。为了减轻这种限制，我们证明基于像素分辨率和阶段恢复，它迭代之间多个 lensfree 强度测量，每个有稍有不同的样品到传感器距离上芯片成像方法。通过数字对齐并注册这些 lensfree 强度测量，密集和连接标本的相位和振幅的图像可以在大场-的-视图不使用的任何空间口罩 ~ 24 毫米 <sup>2</sup> 反复重建。我们的成像密巴氏涂片 （即子宫颈抹片检查) 和血液样本证明此 multi-height 线在全息方法的成功。
现场移动式宽视场显微镜的密集使用 Multi-height 像素分辨率的样本根据 Lensfree 成像。
我们报告现场便携式 lensfree 显微镜，可以在大场看的 ∼30 mm(2) 图像密集和连接标本与亚微米决议 (即 ∼6.4 m m × ∼4.6 毫米） 使用像素分辨率和迭代阶段恢复技术。此镜重 ∼122 克 4 厘米 × 4 厘米 × 15 厘米的尺寸，记录 lensfree 线在全息图的标本到使用部分相干照明光电传感器阵列。重建密样品的相位和振幅形象 （与 > 每年的 3 亿像素的图像，即 > 6 亿像素总），我们使用 multi-height 的成像方法，凡通过使用机械接口传感器与样品的距离动态更改由随机连续的步骤，例如，∼10 的 80 μ m。通过数字传播来回之间 （对应通常 2-5 飞机），这些 multi-height super-resolved 全息图相位和振幅密样本图像可以恢复不需要任何空间口罩或过滤。我们表现出性能的这场便携式 multi-height lensfree 显微镜成像巴氏涂片 （也称为巴氏试验）。我们的研究结果揭示无限潜力，例如病理此 multi-height lensfree 计算显微镜平台的需要在资源有限的设置。
无透镜成像生物的应用程序。
无透镜 （或透镜） 成像正在作为一种具有成本效益、 简洁且轻量的检测方法可以为众多生物应用程序服务。无透镜成像可以生成高分辨率的图像内现场移动式平台，它是瞄准资源有限的设置的可负担得起点的护理设备的理想选择。在此想方设法，我们首先描述了不同的操作无透镜成像模式，然后突出显示的这几个最近生物应用新兴技术的平台。
量子点启用使用手机的大肠杆菌的检测。
我们报告的液体样品筛选基于手机大肠埃希氏大肠杆菌 （大肠杆菌） 检测平台。在此紧凑和具有成本效益设计附加到手机中，我们利用反 E.大肠杆菌 o157: h7 抗体作为固体基质进行量子基于夹心斑点具体检测的液体样品中大肠杆菌 o157: h7 官能玻璃毛细血管。使用电池供电廉价光发光二极管 (Led) 我们激发/泵捕获毛细管表面上，这些标记的大肠杆菌粒子的排放物量子点在哪里然后映像使用手机相机股通过插入毛细管与手机之间的额外镜头。通过量化荧光光发射的每个毛细管，确定样本中的大肠杆菌浓度。我们通过实验证实了这个手机的检测限制基于荧光成像和遥感平台作为缓冲溶液中 10 cfu mL(-1) 到 ∼5。我们还测试此大肠杆菌检测平台的特异性由加标样品与不同的物种 (如沙门氏菌)，以确认该非特定绑定/检测是可以忽略不计。我们进一步表明，我们在一个复杂的粮食矩阵，如无脂的牛奶，尽管存在于牛奶中的蛋白质的密度与关联的挑战达成类似的检测限 10 cfu mL(-1) 到 ∼5 的做法的概念证明。我们的研究结果揭示无限潜力，此手机启用字段-便携式的和具成本效益的大肠杆菌检测平台筛查如，即使在资源中的水和食物样本有限的环境。提交的平台也可以适用于其他病原体的利益使用不同的抗体。
Lensfree 计算显微镜细胞和组织成像技术在护理点和低资源设置的工具。
数字技术和信息处理方法目前重要的机会，改变方式，执行光学成像，特别是对提高吞吐量的同时降低其相对成本和复杂性的显微镜中最近的革命。Lensfree 计算显微技术正在迅速兴起，为达到此目的，并通过丢弃镜片和其他笨重光学组件以及常规成像系统，而依靠数字计算，它可以实现反射和透射模式显微镜在大场-的-视图内紧凑、 成本效益和机械鲁棒的体系结构。这种较高的吞吐量和微型成像设备可以提供一个辅助的工具集远程医疗的应用和点的护理诊断通过促进复杂和重要的任务，如流式细胞分析和微观分析如血液抹片检查、 巴氏试验和组织样本。在本文中，将审查这些 lensfree 显微镜方式的基本知识，并将讨论其临床相关的应用程序。
在手机上的读卡器快速诊断测试综合的平台。
我们演示基于手机的快速诊断测试 (RDT) 读卡器平台可以使用的各种横向流动免疫色谱测定及类似的测试，感觉到的目标分析物在样品中存在。此紧凑和具有成本效益数字 RDT 读者，重量只有 ∼65 g、 机械地重视手机，可以插入位置的各种类型的移动，可以在反射或传输模式下发光二极管 (LED) 映像的现有相机单位-基于照明。这些测试的捕捉到的原始图像然后进行数字处理 （内小于 0.2 s 每个图像） 通过智能 RDT 验证以及其诊断结果自动读的手机上运行的应用程序。同一智能应用程序中，然后将得到的数据，以及 RDT 图像和其他相关的信息 （例如，人口数据），传输到一个中央服务器，通过地理标记的世界地图显示诊断结果。此动态时空图的各种 RDT 结果然后可以查看和使用互联网浏览器共享或通过相同的手机应用程序。我们测试的基于 android 系统的智能手机和 iPhone 上安装使用疟疾、 结核病和艾滋病毒移动这个平台。提供实时的时空统计各种传染性疾病的流行，这在手机上运行的智能 RDT 读卡器平台可能协助医护专业人员和决策者，跟踪全球新出现的流行病和帮助流行病防备。
分布式医学图像分析和诊断通过来自人群的游戏： 疟疾个案研究。
在这项工作我们调查是否可以进行可靠的走向诊断的生物医学样品的微观分析使用的先天视觉识别和未受过训练的人学习的能力。为此目的，我们设计了娱乐数字游戏的智囊机构和人工学习及加工后端要证明在二进制医疗诊断决定的情况下 （例如，与未受感染感染），使用来自群众的游戏就可能接近医学专家在进行这种诊断的准确性。我们具体来说，使用非专家玩家报告诊断疟疾感染血红细胞诊断程序作出的决定由受过训练的医疗专业人员的 1.25%以内的精度。
使用近场光学探针的纳米加工。
使用近场光学探针的纳米加工是一种既定的快速原型制造及其自动化无掩模纳米器件的技术。在这次审查，我们目前近场探头和其物理处理机制的主要的类型。最近的事态发展的亮点包括改进的决议通过优化探测器形状、 探头表面蚀纳入设计在生物和磁存储应用程序中，更广泛地使用和增加了吞吐量使用探针阵列，以及高速写作和阵列。
Crowd-sourced BioGames: Managing the Big Data Problem for Next-generation Lab-on-a-chip Platforms
We describe a crowd-sourcing based solution for handling large quantities of data that are created by e.g., emerging digital imaging and sensing devices, including next generation lab-on-a-chip platforms. We show that in cases where the diagnosis is a binary decision (e.g., positive vs. negative, or infected vs. uninfected), it is possible to make accurate diagnosis by crowd-sourcing the raw data (e.g., microscopic images of specimens/cells) using entertaining digital games (i.e., ) that are played on PCs, tablets or mobile phones. We report the results and the analysis of a large-scale public experiment toward diagnosis of malaria infected human red blood cells (RBCs), where binary responses from approximately 1000 untrained individuals from more than 60 different countries are combined together (corresponding to more than 1 million cell diagnoses), resulting in an accuracy level that is comparable to those of expert medical professionals. This platform holds promise toward cost-effective and accurate tele-pathology, improved training of medical personnel, and can also be used to manage the "Big Data" problem that is emerging through next generation digital lab-on-a-chip devices.
Imaging Without Lenses: Achievements and Remaining Challenges of Wide-field On-chip Microscopy
We discuss unique features of lens-free computational imaging tools and report some of their emerging results for wide-field on-chip microscopy, such as the achievement of a numerical aperture (NA) of ∼0.8-0.9 across a field of view (FOV) of more than 20 mm(2) or an NA of ∼0.1 across a FOV of ∼18 cm(2), which corresponds to an image with more than 1.5 gigapixels. We also discuss the current challenges that these computational on-chip microscopes face, shedding light on their future directions and applications.
Giga-pixel Lensfree Holographic Microscopy and Tomography Using Color Image Sensors
We report Giga-pixel lensfree holographic microscopy and tomography using color sensor-arrays such as CMOS imagers that exhibit Bayer color filter patterns. Without physically removing these color filters coated on the sensor chip, we synthesize pixel super-resolved lensfree holograms, which are then reconstructed to achieve ~350 nm lateral resolution, corresponding to a numerical aperture of ~0.8, across a field-of-view of ~20.5 mm(2). This constitutes a digital image with ~0.7 Billion effective pixels in both amplitude and phase channels (i.e., ~1.4 Giga-pixels total). Furthermore, by changing the illumination angle (e.g., ± 50°) and scanning a partially-coherent light source across two orthogonal axes, super-resolved images of the same specimen from different viewing angles are created, which are then digitally combined to synthesize tomographic images of the object. Using this dual-axis lensfree tomographic imager running on a color sensor-chip, we achieve a 3D spatial resolution of ~0.35 µm × 0.35 µm × ~2 µm, in x, y and z, respectively, creating an effective voxel size of ~0.03 µm(3) across a sample volume of ~5 mm(3), which is equivalent to >150 Billion voxels. We demonstrate the proof-of-concept of this lensfree optical tomographic microscopy platform on a color CMOS image sensor by creating tomograms of micro-particles as well as a wild-type C. elegans nematode.
High-throughput Lensfree 3D Tracking of Human Sperms Reveals Rare Statistics of Helical Trajectories
Dynamic tracking of human sperms across a large volume is a challenging task. To provide a high-throughput solution to this important need, here we describe a lensfree on-chip imaging technique that can track the three-dimensional (3D) trajectories of > 1,500 individual human sperms within an observation volume of approximately 8-17 mm(3). This computational imaging platform relies on holographic lensfree shadows of sperms that are simultaneously acquired at two different wavelengths, emanating from two partially-coherent sources that are placed at 45° with respect to each other. This multiangle and multicolor illumination scheme permits us to dynamically track the 3D motion of human sperms across a field-of-view of > 17 mm(2) and depth-of-field of approximately 0.5-1 mm with submicron positioning accuracy. The large statistics provided by this lensfree imaging platform revealed that only approximately 4-5% of the motile human sperms swim along well-defined helices and that this percentage can be significantly suppressed under seminal plasma. Furthermore, among these observed helical human sperms, a significant majority (approximately 90%) preferred right-handed helices over left-handed ones, with a helix radius of approximately 0.5-3 μm, a helical rotation speed of approximately 3-20 rotations/s and a linear speed of approximately 20-100 μm/s. This high-throughput 3D imaging platform could in general be quite valuable for observing the statistical swimming patterns of various other microorganisms, leading to new insights in their 3D motion and the underlying biophysics.
Optical Imaging Techniques for Point-of-care Diagnostics
Improving access to effective and affordable healthcare has long been a global endeavor. In this quest, the development of cost-effective and easy-to-use medical testing equipment that enables rapid and accurate diagnosis is essential to reduce the time and costs associated with healthcare services. To this end, point-of-care (POC) diagnostics plays a crucial role in healthcare delivery in both developed and developing countries by bringing medical testing to patients, or to sites near patients. As the diagnosis of a wide range of diseases, including various types of cancers and many endemics, relies on optical techniques, numerous compact and cost-effective optical imaging platforms have been developed in recent years for use at the POC. Here, we review the state-of-the-art optical imaging techniques that can have a significant impact on global health by facilitating effective and affordable POC diagnostics.
A Personalized Food Allergen Testing Platform on a Cellphone
We demonstrate a personalized food allergen testing platform, termed iTube, running on a cellphone that images and automatically analyses colorimetric assays performed in test tubes toward sensitive and specific detection of allergens in food samples. This cost-effective and compact iTube attachment, weighing approximately 40 grams, is mechanically installed on the existing camera unit of a cellphone, where the test and control tubes are inserted from the side and are vertically illuminated by two separate light-emitting-diodes. The illumination light is absorbed by the allergen assay, which is activated within the tubes, causing an intensity change in the acquired images by the cellphone camera. These transmission images of the sample and control tubes are digitally processed within 1 s using a smart application running on the same cellphone for detection and quantification of allergen contamination in food products. We evaluated the performance of this cellphone-based iTube platform using different types of commercially available cookies, where the existence of peanuts was accurately quantified after a sample preparation and incubation time of ~20 min per test. This automated and cost-effective personalized food allergen testing tool running on cellphones can also permit uploading of test results to secure servers to create personal and/or public spatio-temporal allergen maps, which can be useful for public health in various settings.
Cost-effective and Rapid Blood Analysis on a Cell-phone
We demonstrate a compact and cost-effective imaging cytometry platform installed on a cell-phone for the measurement of the density of red and white blood cells as well as hemoglobin concentration in human blood samples. Fluorescent and bright-field images of blood samples are captured using separate optical attachments to the cell-phone and are rapidly processed through a custom-developed smart application running on the phone for counting of blood cells and determining hemoglobin density. We evaluated the performance of this cell-phone based blood analysis platform using anonymous human blood samples and achieved comparable results to a standard bench-top hematology analyser. Test results can either be stored on the cell-phone memory or be transmitted to a central server, providing remote diagnosis opportunities even in field settings.
Lensfree Computational Microscopy Tools for Cell and Tissue Imaging at the Point-of-Care and in Low-Resource Settings
The recent revolution in digital technologies and information processing methods present important opportunities to transform the way optical imaging is performed, particularly toward improving the throughput of microscopes while at the same time reducing their relative cost and complexity. Lensfree computational microscopy is rapidly emerging toward this end, and by discarding lenses and other bulky optical components of conventional imaging systems, and relying on digital computation instead, it can achieve both reflection and transmission mode microscopy over a large field-of-view within compact, cost-effective and mechanically robust architectures. Such high throughput and miniaturized imaging devices can provide a complementary toolset for telemedicine applications and point-of-care diagnostics by facilitating complex and critical tasks such as cytometry and microscopic analysis of e.g., blood smears, Papanicolaou (Pap) tests and tissue samples. In this article, the basics of these lensfree microscopy modalities will be reviewed, and their clinically relevant applications will be discussed.
On-chip Biomedical Imaging
Lab-on-a-chip systems have been rapidly emerging to pave the way toward ultra-compact, efficient, mass producible and cost-effective biomedical research and diagnostic tools. Although such microfluidic and microelectromechanical systems have achieved high levels of integration, and are capable of performing various important tasks on the same chip, such as cell culturing, sorting and staining, they still rely on conventional microscopes for their imaging needs. Recently, several alternative on-chip optical imaging techniques have been introduced, which have the potential to substitute conventional microscopes for various lab-on-a-chip applications. Here we present a critical review of these recently emerging on-chip biomedical imaging modalities, including contact shadow imaging, lens-free holographic microscopy, fluorescent on-chip microscopy and lens-free optical tomography.
