أغسطس 17, 2011
وأظهر lensless على الرقاقة منصة المجهر الفلورسنت التي يمكن أن الكائنات صورة الفلورسنت عبر واسعة جدا مجال الرؤية من لمثل> 0،6-8 CM2 مع القرار 4μm <باستخدام عينة الضغط على فك الخوارزمية. يمكن لهذا الاتفاق على نطاق واسع في الميدان الفلورسنت طريقة التصوير على رقاقة لتكون ذات قيمة عالية الإنتاجية الخلوي ، والبحوث نادرة خلية التحليل وميكروأري.
الهدف العام من هذا الإجراء هو إظهار منصة مجهرية فلورية أقل عدسة على رقاقة لتصوير الأجسام الفلورية عبر مجال رؤية واسع للغاية. لتحقيق ذلك ، يتم وضع مرشح امتصاص رقيق ولوحة وجه من الألياف البصرية برفق فوق مجموعة مستشعر كهربائي بصري ، أو طحلب CCDC ، ثم يتم وضع شريحة مائع دقيقة أعلى لوحة الوجه. بعد ذلك ، يتم تجميع المنشور مع الرقاقة من خلال استخدام زيت مطابقة المؤشر.
يتم تحقيق الاقتباس الفلوري من خلال الجانب الجانبي للمنشور المعيني ويتم إجراء الإضاءة الثلاثية الأبعاد من خلال الجانب العلوي من نفس المنشور. في النهاية ، يمكن الحصول على صور مجهرية عالية الدقة من صور الفلورسنت المكتسبة عن طريق فك تشفير الصور الأولية من خلال الخوارزميات الرقمية. إذا لزم الأمر ، يمكن حساب الأجسام الفلورية التي تم فك تشفيرها تلقائيا باستخدام واجهة مطورة مخصصة.
على عدسة رقاقة. يهدف التصوير بشكل عام إلى استبدال المجاهر البصرية الضخمة القائمة على العدسات بتصميمات أبسط وأكثر إحكاما. تتمتع منصة التكنولوجيا الناشئة هذه بالقدرة على التخلص من الحاجة إلى مكونات الجاذبية الضخمة والمكلفة من خلال مساعدة النظريات الجديدة وخوارزميات إعادة البناء الرقمية.
تتكون قائمة العدسات على منصة التصوير على الرقاقة من العديد من المكونات البصرية ، بما في ذلك مجموعة أجهزة استشعار رقمية ، ومصدر إضاءة غير متماسك ، ومنشور ، ومرشح امتصاص ، ولوحة وجه ألياف بصرية ، أو تفتق الألياف البصرية. في هذه المنصة ، يمكن استخدام أنواع مختلفة من مصفوفات المستشعرات للكشف عن إشارة الفلورسنت من الأجسام الدقيقة المستهدفة. لأغراض هذا الفيديو ، سيتم استخدام جهاز مقترن بالشحن ، ويتم استخدام مصدر ضوء غير متماسك ، مثل الصمام الثنائي البسيط الباعث للضوء لإثارة الفلورة.
يتم استخدام طريقتين مختلفتين لتصفية الإثارة بالتوازي لإنشاء خلفية المجال المظلم المطلوبة كما هو موضح في هذا الرسم التخطيطي. أولا ، يتم استخدام منشور زجاجي أو نصف كرة زجاجي لإنشاء انعكاس داخلي كلي أو TIR على السطح السفلي لشريحة الموائع الدقيقة التي تستضيف العينات ذات الأهمية. بالتوازي مع ذلك ، يتم استخدام مرشح امتصاص غير مكلف لإزالة أضواء الإثارة المتناثرة الأسبوعية التي لا تطيع عملية النقل البري الدولي.
عند الرفض الناجح للإثارة باستخدام هاتين الآليتين ، يتم الحصول على انبعاث الفلورسنت للعينات فقط في مستوى الكاشف. على الرغم من هذه الفتحة العددية الكبيرة للكشف ، تصبح بقع الفلورسنت الخام في مصفوفة المستشعرات واسعة إلى حد ما لهندسة الانتشار المكاني لإشارة الفلورسنت هذه والتحكم فيه بشكل أفضل. سيتم وضع لوحة وجه من الألياف البصرية بين الكائن ومستويات المستشعر كبديل للوحة الوجه العادية.
يمكن استخدام لوحة وجه الألياف البصرية المدببة ، والتي تحتوي على كثافة أكبر بكثير من كابلات الألياف الضوئية على وجهها العلوي مقارنة بالجانب السفلي ، للتصوير عالي الدقة من خلال التكبير. يتم تصنيع رقائق الموائع الدقيقة المستخدمة في هذه المنصة باستخدام جدران بولي ثنائي ميثيل سلون الموضوعة على شرائح زجاجية لإنشاء القنوات الدقيقة اللازمة للتصوير على الرقاقة لبدء تجميع منصة التصوير التي لا أرض لها على الرقاقة. أولا ، قم بإزالة زجاج الغطاء لمجموعة المستشعرات الإلكترونية الضوئية باستخدام قلم مفرغ ، ضع مرشح امتصاص رقيق برفق في الجزء العلوي من المنطقة النشطة للكاشف.
ضع لوحة وجه الألياف الضوئية أعلى مرشح الامتصاص هذا. ثم ضع شريحة الموائع الدقيقة المصنعة مباشرة أعلى مجموعة الألياف البصرية. بعد ذلك ، يتم تجميع منشور زجاجي فوق رقاقة الموائع الدقيقة باستخدام مؤشر مطابقة الزيت بحيث يتطابق معامل الانكسار للواجهة مع معامل الانكسار للزجاج.
قم بتوصيل مصادر الضوء بكابلات الألياف الضوئية من خلال استخدام موصلات FC. أحد أصعب جوانب هذا الإجراء هو محاذاة المكونات. قم بمحاذاة المسافات بين المكونات وموضع وزاوية الإضاءة بعناية.
أخيرا ، حرك ألياف الإضاءة الجانبية بالقرب من المنشور واضبط زاويتها لضمان حدوث انعكاس داخلي كلي في واجهة الهواء الزجاجية المقابلة لرقائق الموائع الدقيقة. يمكن تصوير الركيزة السفلية أو الخلايا المختلفة أو نماذج الصغيرة باستخدام هذه المنصة الموجودة على الرقاقة ، ولكن سيتم تصوير خلايا الدم البيضاء لأغراض هذا العرض التوضيحي. لتسمية خلايا الدم البيضاء بصبغة فلورية ، قم أولا بخلط حوالي 100 ميكرولتر من الدم الكامل مع حوالي ملليلتر واحد من خلايا الدم الحمراء التي ترتفع في المخزن المؤقت لمدة ثلاث دقائق تقريبا من درجة حرارة الغرفة ، ثم قم بالطرد المركزي لمحلول الدم الكاذب.
بعد إزالة الطبقة العليا باستخدام ماصة دقيقة ، أعد تعليق طبقة الحبيبات في محلول ملحي مخزن بالفوسفات لتسمية الحمض النووي للخلايا بصبغة فلورية ، وأضف SYTO 16 إلى معلق الإعادة ثم احتضان العينة لمدة 30 دقيقة تقريبا في الظلام في درجة حرارة الغرفة. بعد 30 دقيقة ، قم بالطرد المركزي للعينة المسماة. قم بإزالة supinate لتقليل ضوضاء الخلفية بسبب انبعاث الفلورسنت من الأصباغ غير المرتبطة.
قام ريس بثني طبقة حبيبات خلايا الدم البيضاء في حوالي خمسة ملليلتر من PBS. العينة جاهزة الآن للتحميل في شريحة الموائع الدقيقة للحصول على عدسة خالية من التصوير الفلوري للرقاقة. قبل تصوير خلايا الدم البيضاء ، يجب معايرة منصة التصوير باستخدام ميكروبيدات الفلورسنت.
تحضير عينة من الميكروبيدات المخففة باستخدام الماء منزوع الأيونات ومحلول الخرز الخام. باستخدام حقنة إبرة حادة. حقن هذه العينة الأولية في شريحة الموائع الدقيقة من جانب جدران PDMS.
بعد تجميع المكونات لتحقيق التصوير الفلوري على الرقاقة ، احصل على صور أولية لخرز الفلورسنت باستخدام واجهة عرض المختبر المطورة خصيصا من خلال جهاز كمبيوتر. تأكد من التحقق من وجود ما لا يقل عن 20 صورة معزولة من حبة الفلورسنت عبر مجال الرؤية بأكمله. احفظ بيانات المعايرة ، والتي سيتم استخدامها لاحقا لمعايرة واستخراج وظيفة انتشار النقاط لمنصة الفحص المجهري الأقل فلورية للعدسة.
قم بإزالة شريحة الموائع الدقيقة التي تحتوي على عينة حبة الفلورسنت وافصل المنشور عن هذه الشريحة. حقن عينة خلايا الدم البيضاء المعدة مسبقا في شريحة ميكروفلويديك أخرى غير مستخدمة من جانب جدران PDMS. أ تجميع المكونات مرة أخرى بنفس الظروف التجريبية ، خاصة فيما يتعلق بالمسافات وقوة الإثارة.
احصل على الصور الأولية لخلايا الدم البيضاء باستخدام عرض المختبر المخصص بنفس معلمات البرنامج المستخدمة في الميكروبيدات الفلورية. ثم يتم استخدام بيانات المعايرة وصور خلايا الدم البيضاء الخام لإنشاء صور عالية الدقة في MATLAB من خلال المعالجة الرقمية. تظهر هنا النتائج التمثيلية للتصوير الفلوري على الرقاقة بعدسة واسعة المجال لخليط يحتوي على أربعة ميكرون و 10 ميكرون جزيئات فلورية خضراء لأغراض المقارنة ، 10 × مجهر.
يتم أيضا توفير صور موضوعية ، والتي تتفق بشكل جيد مع صور العدسة الأقل فلورية المعروضة. بعد ذلك ، نتائج عدسة واسعة المجال ، وتصوير أقل فلورية لخليط يحتوي على جزيئات فلورية حمراء 10 ميكرون و 10 ميكرون. توفر صور العدسة الأقل فلورية تطابقا لائقا مع 10 × صور موضوعية مجهرية لنفس العينات.
يوفر هذا الشكل مقارنة أداء لإزالة الالتفاف لوسي ريتشاردسون وأخذ العينات الانضغاطية بناء على خوارزميات فك التشفير لتصوير أزواج مختلفة من الخرز 10 ميكرون. يوضح الصف العلوي للعدسة أقل صورا فلورية خام حيث تظهر الصور الداخلية مقارنات المجهر لنفس الجسيمات المطلوبة باستخدام عدسة موضوعية 10 ×. يوضح الصف الأوسط نتائج فك التشفير الانضغاطي بينما يوضح الصف السفلي نتائج إزالة الالتفاف لوسي ريتشاردسون DDCS و DLR تشير إلى المركز إلى المركز والصور المجهرية ، وصور العدسة التي تم فك تشفيرها CS ، و LR de صور أقل من العدسة المعقدة على التوالي.
بعد ذلك ، يتم توضيح المعالجة الرقمية للعدسة ، والصور الأولية الأقل فلورسنت. يتم استخدام خوارزمية قائمة على أخذ العينات الانضغاطية لتحقيق دقة مكانية أقل من أربعة ميكرون عن طريق حل زوجين من الخرز بقطر ميكرون معبأة عن كثب. تظهر الأجزاء الداخلية 40 × مقارنات موضوعية مجهرية ، والتي تتفق جيدا مع صور الفلورسنت التي تم فك تشفيرها.
هنا يشير D إلى المركز إلى المسافات المركزية في صور المجهر. بينما يشير DCS إلى المركز إلى المسافات المركزية في عدسة CS التي تم فك تشفيرها ، فإن الصور الفلورية أقل. يوضح هذا الشكل نتائج تصوير أقل للعدسة لخلايا الدم البيضاء المصنفة بالفلورسنت.
يتم فك تشفير الصور الخالية من العدسة الأولية بسرعة باستخدام وحدة فك ترميز قائمة على CS ، والتي تتفق جيدا مع صورة المجهر التقليدية لنفس العينة التي يتم الحصول عليها باستخدام عدسة موضوعية 10 ×. بالإضافة إلى التصوير إذا لزم الأمر ، يمكن أيضا حساب الأجسام الفلورية التي تم فك تشفيرها تلقائيا باستخدام واجهة مطورة مخصصة لتطبيقات القياس الخلوي على الرقاقة ، كما هو موضح هنا واجهة عد كائنات الفلورسنت الآلية المصممة خصيصا في matlab. لقد أظهرنا للتو إجراء الفحص المجهري الفلوري الذي لا أرض له للخلايا المصنفة والنبضات الدقيقة على مجال رؤية يبلغ طوله ثمانية سنتيمترات مربعة.
مثل هذه المقارنة منصة تصوير السفن مع وحدة فك التشفير الانضغاطية السريعة خلفها. سيكون متغيرا تماما لقياس الخلايا عالي الإنتاجية ، والتحليل النادر الدقيق ، وتطبيقات أبحاث الخلايا الحقيقية.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
توضح هذه المقالة منصة مجهر فلوريسنت بدون عدسة على الشريحة قادرة على تصوير الأجسام الفلوريسنت عبر مجال رؤية واسع جدًا. يحقق النظام دقة أقل من 4 ميكرومتر باستخدام خوارزمية فك ترميز تعتمد على أخذ العينات المضغوطة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الإنتاجية العالية.
Lensless on-chip fluorescent microscopy addresses the need for compact, high-throughput imaging in early discovery workflows by eliminating bulky optical components. The platform enables rapid screening of fluorescently labeled samples over ultra-wide fields of view, supporting scalable cytometric and microarray applications. Its integration with digital decoding algorithms enhances predictive confidence in target validation and phenotypic screening by delivering quantitative, reproducible imaging data.
The method integrates into the discovery continuum from early target hypothesis testing through lead identification and preclinical validation, particularly for assays requiring wide-field, label-specific detection.