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Articles by Sungkyu Seo in JoVE
JoVE General
Lensless sur puce imagerie de cellules fournit un nouvel outil pour le haut débit de biologie cellulaire et le diagnostic médical
1Electrical Engineering Department, University of California, Los Angeles, 2California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles
Lensfree sur puce d'imagerie et de caractérisation des cellules est illustré. Cette approche sur-puce d'imagerie cellulaire fournit un outil compact et rentable pour le diagnostic médical et applications à haut débit biologie cellulaire, ce qui rend particulièrement adapté aux milieux pauvres en ressources.
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Multi-angle LUCAS Pour Haut-débit Sur Puce Cytométrie
Nous illustrons ce que par l'enregistrement sous-échantillonnés de diffraction de cellules à différents angles d'éclairage, nous pouvons réaliser à haut débit sur puce caractérisation d'une solution hétérogène de cellules sur un volume ultra grande d'environ 5 ml. Cette plate-forme, appelée multi-angle LUCAS, est particulièrement prometteur pour des applications rentables des cellules au point de soins de comptage.
Lensfree Imagerie Holographique Sur Puce Pour Cytométrie Et Diagnostics
Nous avons expérimentalement illustrent une plate-forme d'imagerie holographique lensfree à effectuer sur la puce cytométrie. En contrôlant la cohérence spatiale de la source d'éclairage, nous enregistrons un diagramme de diffraction holographique 2D de chaque cellule ou micro-particules sur une puce en utilisant un tableau haute résolution du capteur qui a environ 2 taille de pixel microm. L'image enregistrée holographique est ensuite traitée en utilisant un algorithme de décision personnalisé développé pour faire correspondre la texture hologramme détecté à des images existantes de la bibliothèque pour les sur-puce de caractérisation et de comptage d'une solution hétérogène de l'intérêt. La signature de diffraction holographique d'un objet microscopique est significativement différent de la figure de diffraction classique de l'objet même. Il améliore le rapport signal sur bruit et l'uniformité de signature des motifs de cellule, et présente également une sensibilité et une pour sur-puce d'imagerie de faiblement diffusant objets tels que des bactéries en phase petites ou des cellules. Nous vérifions des performances nettement améliorées de cette approche cytométrie sur puce holographique par caractériser automatiquement des solutions hétérogènes de globules rouges, cellules de levure, E. coli et de différentes tailles micro-particules sans l'utilisation de toutes les lentilles ou les objectifs de microscope. Cette plate-forme holographie lensless sur puce sera particulièrement utile pour le point-of-care cytométrie et les applications de diagnostic impliquant par exemple, les maladies infectieuses comme le VIH ou le paludisme.
À Haut Débit D'imagerie Et La Caractérisation Lensfree D'une Solution Hétérogène De Cellules Sur Une Puce
Une plate-forme à haut débit sur puce d'imagerie qui peut rapidement surveiller et caractériser les divers types de cellules dans une solution hétérogène sur une profondeur de champ d'environ 4 mm et un champ de vision d'environ 10 cm (2) est introduit. Ce puissant système peut rapidement l'image / de surveiller de multiples couches de cellules, dans un volume d'environ 4 ml tout en parallèle, sans la nécessité pour toutes les lentilles, le microscope-objectifs ou tout balayage mécanique. Dans ce système à haut débit sans lentille d'imagerie, le diagramme de diffraction classique (c.-à-, l'ombre) de chaque particule de micro-échantillon dans le volume entier est détecté en moins d'une seconde en utilisant une puce de capteur opto-électronique. L'image acquise est alors l'ombre traitées numériquement en utilisant une mesure développé "algorithme de décision" pour permettre l'identification de l'emplacement de particules en 3D et la caractérisation de chaque type de micro-particules dans le volume de l'échantillon. Grâce à des résultats expérimentaux, nous montrons que les différents types de cellules (par exemple, les globules rouges, les fibroblastes, etc) ou d'autres micro-particules tous les modèles d'exposition unique ombre différentes et ne peuvent donc être rapidement identifié sans ambiguïté en utilisant l'algorithme de décision mis au point, permettant de haute la caractérisation débit-d'une solution hétérogène. Cette lensfree sur la plate-forme d'imagerie cellulaire puce montre une promesse importante en particulier pour les applications médicales de diagnostic pertinentes aux problèmes de santé mondiaux, où compacts et rentable des outils de diagnostic sont nécessaires de toute urgence en situation de ressources limitées.
Lensfree Imagerie Holographique Des Biopuces D'anticorps à Haut Débit Pour La Détection De Nombre De Leucocytes Et De Fonction
La caractérisation de leucocytes est une partie intégrante de l'analyse du sang et des diagnostics. Dans le présent document, nous combinons lensless imagerie holographique avec des microréseaux d'anticorps pour l'analyse rapide et multiparamétrique des leucocytes du sang humain. Les anticorps monoclonaux (Abs) spécifiques pour des antigènes de surface des leucocytes (lymphocytes CD4 et CD8) et des cytokines (TNF-alpha, IFN-gamma, IL-2) ont été imprimés dans un tableau de façon à juxtaposer de capture de cellules et d'anticorps de détection des cytokines (Ab) taches. Intégration de puces Ab dans une chambre d'écoulement microfluidique (4 volumes MUL) suivie d'une incubation avec du sang humain a entraîné la capture de CD4 et CD8 T-cellules sur des taches spécifiques Ab. Sur la puce d'activation mitogénique de ces cellules induit la libération de molécules de cytokines qui ont ensuite été capturés sur des taches voisines Ab anticytokines. La liaison des molécules d'IL-2, TNF-alpha, et l'IFN-gamma sur leurs taches respectives Ab a été détecté en utilisant la peroxydase de raifort (HRP) étiquetés Abs anticytokines et un réactif de couleur visible. Lensfree imagerie holographique a été ensuite utilisé pour rapidement (environ 4 s) CD4 et CD8 énumérer les lymphocytes T capturé sur des spots Ab et de quantifier le signal émanant de cytokines IL-2, TNF-alpha, et l'IFN-gamma taches sur la même puce. Pour démontrer l'utilité de notre approche pour la surveillance des maladies infectieuses, des échantillons de sang de volontaires sains et des virus de l'immunodéficience humaine (VIH) ont été les patients infectés par analysés afin de déterminer le ratio CD4/CD8, un important VIH / SIDA marqueur diagnostique. Le ratio obtenu en lensfree sur-puce d'imagerie des cellules CD4 et CD8 T-cellules capturées sur des spots Ab était en étroit accord avec le comptage des cellules à base de la microscopie conventionnelle. Le présent document, décrivant l'utilisation de puces à ADN en tandem Ab et lensfree imagerie holographique, ouvre la voie pour le développement futur des appareils de cytométrie en miniatures pour l'analyse de sang multiparamétrique au point de soins ou dans un environnement aux ressources limitées.
Compact, Léger Microscope Et Le Coût-efficace, Basé Sur Holographie Incohérente Lensless Pour Les Applications De Télémédecine
Malgré les progrès rapides en matière d'imagerie optique, la plupart des modalités de microscopie de pointe nécessitent encore complexes et coûteux set-ups qui, malheureusement, limitent leur utilisation au-delà de laboratoires bien équipés. Dans l'intervalle, la microscopie dans le pays à ressources limitées a des exigences très différentes de celles rencontrées dans les laboratoires de pointe, et des dispositifs d'imagerie telles devraient être rentable, compact, léger et de manière appropriée précis et simple pour être utilisable par le personnel peu qualifié. En outre, ces microscopes portables devraient idéalement être intégrés numériquement dans le cadre d'un réseau de télémédecine qui relie différents mobiles prestataires de soins à un laboratoire central ou à l'hôpital. À cette fin, ici nous démontrons une lensless sur puce microscope pesant environ 46 grammes avec des dimensions plus petites que 4.2 cm x 4.2 cm x 5.8 cm qui atteint le sub-cellulaire de résolution sur un grand champ de vue d'environ 24 mm (2). Ce microscope compact et léger est basé sur le numérique en ligne holographie et n'a pas besoin de lentilles, encombrants composants optiques / mécaniques ou des sources cohérentes comme les lasers. Au lieu de cela, il utilise un simple émetteur de lumière à diode (LED) et un compact capteur opto-électronique-réseau pour enregistrer des hologrammes lensless des objets, ce qui permet ensuite rapidement la reconstruction numérique de la transmission régulière ou le contraste d'interférence différentiel (DIC) des images de la objets. Parce que ce lensless microscope holographique incohérente a des ordres de grandeur amélioration de l'efficacité de collecte de lumière et est très robuste aux distorsions mécaniques, il peut offrir un outil de rapport coût-efficacité, surtout pour les applications de télémédecine impliquant divers problèmes de santé mondiaux dans les pays à ressources limitées.
À Haut Débit Sans Lentille Analyse De Sang Sur Une Puce
Nous présentons une étude détaillée de la performance de la lentille sans microscopie holographique vers analyse à haut débit du sang sur la puce. Utilisation d'une source incohérente qui est spatialement émanant d'une grande ouverture, le comptage automatique des globules rouges avec un minimum étapes de préparation d'échantillon à des densités atteignant jusqu'à environ 0,4 x 10 (6) des cellules / muL est présenté. Utilisation de la même lentille sans plateforme de microscopie holographique, on a également caractériser le volume des globules rouges au niveau de cellule unique à travers la récupération de l'information de phase optique de chaque cellule. Nous avons en outre démontrer la mesure de la concentration en hémoglobine des échantillons de sang total ainsi que le comptage automatique de globules blancs, aussi céder une résolution spatiale au niveau subcellulaire suffisante pour différencier les granulocytes, les monocytes et les lymphocytes de l'autre. Ces résultats découvrir les perspectives de la lentille sans holographique sur-puce d'imagerie de fournir un outil utile pour les problèmes de santé mondiaux, notamment en facilitant l'analyse de sang total dans les pays pauvres environnements.
