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Articles by Ting-Wei Su 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。
Other articles by Ting-Wei Su on PubMed
[妖： 继承的胰岛素抵抗综合征引起的胰岛素受体缺陷]。
妖是继承的胰岛素抵抗综合征、 胰岛素受体基因 (博州) 合子或复合杂合性基因突变所致。一个 17 岁女孩与妖和她的家人进行临床和分子遗传学的研究。
2 路交叉，打开标记的审判，要比较的疗效和安全性的门冬胰岛素和 ⅱ R 交付与泵 21 中国糖尿病患者。
皮下吸收被加速胰岛素锐，提供良好的血糖控制的低血糖和体重增加较少的风险更低的单体形态。在本研究中我们调查的疗效和安全性与持续皮下胰岛素输注 (泵) 传送到中国的糖尿病患者短效人胰岛素类似物 (门冬胰岛素)。
在 15 岁病人的初级右心房副神经节。
胸嗜铬细胞占不少于 2%的个案，而主心脏副神经节甚至是罕见。以下的例子说明主右心房副神经节瘤的 15 岁患者。这位病人被提到阵发性高血压和过多的汗。嗜铬细胞瘤是怀疑，然后确认了很高的血清也不-metanephrine，上面的正常上限超过运输量增加。131 碘-metaiodobenzylguanidine (间碘苄胍) 显像显示高吸收，只在中间的纵隔，但不是在肾上腺或其它地方。这两个对比 CT 和封闭的胸部 MRI 披露 5.0 x 4.0 cm2 大众在右心房。冠状动脉造影证明大众一起从右冠状动脉喂养的船只。当病人的血压也多沙唑嗪与美托洛尔控制的时然后进行手术。6.0 X 4.9 x 4.0 厘米 3 轮称重 41.7 g 固体右心房副神经节瘤被切除。第二天后手术、 血清也不 metanephrine 和尿去甲肾上腺素水平迅速下降到正常范围，和病人是免费的临床症状与 BP.的术后心功能正常，超声心动图，来衡量是正常的。虽然心脏副神经节瘤可能很难切除，它可以治好。
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。
异位促肾上腺皮质激素综合征的胸腺神经内分泌肿瘤 (类癌) 的基因表达谱揭示新的分子机制。
虽然有关分子生物学研究神经内分泌肿瘤 (网) 增加的知识，很少是已知有关胸腺类癌和更少关于那些有过多的激素失调，如异位 ACTH 综合征。这项研究旨在深入了解基本的与促肾上腺皮质激素分泌胸腺类癌肿瘤发生的分子网络。通过集成应用基因芯片技术和计算生物学方法的一种方法，我们进行比较产生促肾上腺皮质激素的胸腺类癌与正常胸腺之间基因表达谱。总共有 63 生物类别增加和减少在胸腺类癌 108。刺激细胞增殖，这可能解释了肿瘤的相对不受控制的细胞生长。时的 Notch 信号通路异常很可能会依据这种类型的肿瘤的神经内分泌功能。而且，抑制免疫及增加神经肽信号分子 (黑皮和其排序分子 CPE) 作出合理的临床表现，从而验证数组数据。最后，胸腺类癌已正常胸腺，从不同的基因表达谱和他们的特点是一系列的 biofunctions，可能涉及的蚊帐的发展管制的解除。因此，这项研究提供了不只是一种详细与异位 ACTH 综合征，但也路线图来处理在系统级别的胸腺蚊帐胸腺类癌分子发病机制的理解。
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 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。
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。
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 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。
选择性 α1-肾上腺素能受体拮 (控释片) 嗜铬细胞瘤术前管理中。
这篇文章的目的是评估多沙唑嗪甲磺酸控制缓释片嗜铬细胞瘤患者术前治疗的疗效。2003 至 2008 年期间，在本研究中招收了 67 患者证实诊断嗜铬细胞瘤。根据术前管理中使用的药物，患者被分成两组： 甲磺酸多沙唑嗪预处理组 (n = 36） 和有效成分的一预处理组 (n = 31）。只有在满足最优的术前条件的患者进行了手术。红细胞压积显著下降 (P < 0.001) 抗肾上腺素预处理与有效成分的一或多沙唑嗪的患者治疗后。有了这两个组的操作期间的液体摄入量之间没有显著差别。收缩期动脉压力两者之前和之后的麻醉诱导了都大大高出的多沙唑嗪的病人比中有效成分的一组 (P < 0.05）。肿瘤切除后，最低的收缩期动脉压是明显高于中有效成分的一组比多沙唑嗪组 (P < 0.05）。在操作期间的收缩期动脉血压波动是更稳定中有效成分的一组比多沙唑嗪组 (P < 0.05）。控制甲磺酸多沙唑嗪控释片是在术前体积膨胀中有效成分的一一样有效。虽然有效成分的一提供更好的动脉血压控制，但没有与预处理的病人经历更稳定围术期血流动力学变化、 术前管理短和更多的简单治疗。
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。
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。
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。
