方法論記事

携帯電話上の広視野蛍光顕微鏡と蛍光イメージングフローサイトメトリー

DOI：

10.3791/50451

⸱

2013年4月11日

 , 
1Electrical Engineering Department, University of California, Los Angeles , 2Bioengineering Department, University of California, Los Angeles , 3California NanoSystems Institute (CNSI), University of California, Los Angeles

この記事について

サマリー

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我々は、コンパクトでコスト効果の高い光流体添付ファイルを使用して携帯電話上の蛍光顕微鏡やイメージングフローサイトメトリーツールの統合、我々の最近の結果を確認します。これらの携帯電話基にしたマイクロ分析装置は、以下のようなリソースが限られた設定で、例えば、水試料のハイスループットスクリーニングのためだけでなく、様々な細胞計数タスクを実行するように、フローサイトメトリー分析のために有用かもしれません。

要約

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蛍光顕微鏡やフローサイトメトリーは、広く生物医学研究と臨床診断のツールを使用されています。しかし、これらのデバイスは、リソースが限られた設定で、それらはあまり効果的なもの、一般的には相対的にかさばるし、高価である。潜在的に、これらの制限に対処するために、我々は最近、小型·軽量、かつ費用対効果の高い光流体添付ファイルを使用して携帯電話で広視野の蛍光顕微鏡やイメージングフローサイトメトリーツールの統合を実証している。私たちのフローサイトメトリーの設計では、蛍光標識された細胞は、既存の携帯電話のカメラユニットの上方に位置しているマイクロ流体チャネルを介してフラッシュされます。電池式発光ダイオード（LED）が効果的に励起光を均一に蛍光ターゲットを励起するために導かれ、マルチモードのスラブ導波路として機能し、このマイクロ流体チップの側面に尻結合されています。携帯電話のカメラが流れる蛍光細胞のタイムラプスムービーを記録するこの映画のデジタルフレームが目的の標的ソリューション内で標識された細胞の数を数えるのに使われるマイクロ流体チャネル、。我々はこれらの蛍光標識された細胞は、 例えば、2つのスライドガラスの間に蛍光粒子を挟むと、 例えばの空間分解能を達成することができる携帯電話のカメラを使用してその蛍光画像をキャプチャすることにより、静的モードで画像も、同様の光流体設計をすることができます使用して〜 〜81 mm 2の非常に大きな視野以上10μmである。この携帯電話ベースの蛍光イメージングフローサイトメトリーや顕微鏡プラットフォームは、HIV陽性患者のモニタリングに向けたり、水を飲んで水を媒介とする寄生虫の検出のためのCD4 + T細胞の計数などのために、特にリソースが限られた設定で役に立つかもしれません。

概要

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顕微鏡およびフローサイトメトリーは、広く生物医学および科学研究のテクニック1月12日だけでなく、様々な種類の細胞の計数および特性評価のための臨床診断に使用されます。しかし、従来の顕微鏡やフローサイトメトリー機器は、主に定評のある中央研究所にその使用を制限する、比較的複雑で高価である。最近、私たちは約束を示している携帯電話、13,14上に集積コンパクトかつ軽量蛍光イメージングサイトメトリーや顕微鏡装置を開発したコスト効率のための資源が限られた環境に蛍光顕微鏡、フローサイトメトリーおよび関連ミクロ解析技術を翻訳世界的な健康に影響を与える様々な遠隔医療アプリケーション。

optofluidicフローサイトメトリーの設定では（ 例えば、 図1C及び1D参照）、カスタム設計のポリジメチルシロキサン（PDMS）ベースのマイクロ流体チャネルはpositioneです携帯電話のカメラユニットの前面で、dは、どこで、発光ダイオード（LED）は、チャネルのエッジに突き合わせ結合されている。一緒に液体試料の入ったこのマイクロ流体チップは、励起光を均一にマイクロ流路内の蛍光標識された試料を圧送するように導かれるように光流体平面導波路を（例えば、PDMS液-PDMS用で構成）を形成する。これらの標識されたオブジェクトからの蛍光発光、EG細胞は、さらに携帯電....

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プロトコル

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このセクションでは、我々の携帯電話ベースの広視野蛍光顕微鏡13と光流体イメージングサイトメトリープラットフォーム14のための実験プロトコールを紹介します。我々は、これらのイメージングプラットフォームをテストするために蛍光ビーズおよび蛍光標識白血球を使用します。

広視野蛍光顕微鏡オプト流体イメージングフローサイトメーター基づき携帯電話のA.準備

カメラ付き携帯電話やコンパクトフォトカプラ流体アタッチメントアドオン：携帯電話ベースの広視野蛍光顕微鏡またはフローサイトメーターは、2つの主要な部分から構成されます。

1。カメラ付き携帯電話

紹介する手法は、ほぼすべてのカメラ付き携帯電話にも適用可能であるが、我々は、これらのデバイスのためのベースとしてソニーエリクソン相野を選択しました。この携帯電話は、それと〜4.65ミリメートルの焦点距離（f 1）を内蔵しており、レンズにインストール〜8メガピクセルのRGBのCMOSセンサーを持っています。

2。広視野蛍光顕微鏡用オプト流体アタッチメント

光学添付ファイルは、オートデスクが設計されており、ABSplus熱可塑性材....

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結果

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携帯電話のカメラが流れる細胞のタイムラプス蛍光顕微鏡映画を記録しながら、ポンピング光流/励起スキーム（ 図1Cおよび1D）で、蛍光標識された細胞は、連続して、シリンジポンプを用いて、マイクロ流体チャネルに配信することができます。これらの蛍光映画はその後急速に蛍光イメージングフローサイトメータの機能を考慮して、自動的に絶対数とマイクロ流体チャネルを流れる細胞の密度を決定するために輪郭検出と追跡アルゴリズム14,15を用いて分析することができる。我々は、することができ、上記のプラットフォーム（ 図1Cおよび1D）と試料調製プロトコルに基づいて、我々は標準的な血液分析装置に対して同等の結果を達成するため、ヒト血液試料中の総白血細胞（白血球）の正確なカウントを示した。あるいは14また画像蛍光細胞/粒子静的モードでは、このような任意の流体の流れがないこと13、 などの非常に大規模なサンプ.......

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ディスカッション

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我々は、携帯電話のカメラに軽量かつコンパクトな光流体添付ファイルを使用して携帯電話ベースの広視野の蛍光顕微鏡と光流体イメージングフローサイトメトリーでの我々の最近の結果を発表しました。このプラットフォーム技術を用いて、我々は、微小粒子と全血サンプル中の標識された白血球を含む蛍光オブジェクトをイメージした。したがって、このコンパクトで費用対効果の高い携帯電話ベースの蛍光イメージングツールセットは、CD4のためにこのようなHIV陽性患者のモニタリングなど、様々な地球規模の健康問題を対処するための、特にリソースが限られた地域では、ポイント·オブ·ケア診断に有用かもしれない+ Tリンパ球数。

体液の分析に加えて、同一の携帯電話ベースのオプトメトリ流体プラットフォームはまた、他の検出に有用であることができるようなリソースが限られた設定で、水/食品品質の監視などのための蛍光免疫測定法の定量化として必要。この目的に向かって、我々は最近、デモがある同じ光流体携帯電話アタッチメント16を使用し 、水や牛乳試料におけるH7（大腸菌）.......

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開示事項

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博士OZCANは、計算イメージングと顕微鏡ツールの実用化を目指しているベンチャー企業の創設者でもある。

謝辞

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A. OZCANは感謝して科学者やエンジニアのための大統領早いキャリア賞（PECASE）の支援を認める陸軍研究局（ARO）若手研究者賞、全米科学財団（NSF）のキャリア賞、海軍研究局（ONR）若手研究者賞と米国立衛生研究所（NIH）所長、国立衛生研究所のオフィスからディレクターズ新イノベーター·アワードDP2OD006427。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
携帯電話ソニーソニー エリクソン アイノ
平凸レンズエドモンド オプティクス#NT45-302
非球面レンズThorlab# C230TME-A
フィルターエドモンド オプティクス#NT54-46
青色LEDDigikey#365-1201-ND
バッテリーDigikey#P032-ND
ポリスチレンチューブFisher Scientific#05-408-129
赤血球溶解バッファーSigma AldrichR7757
SYLGARD 184 シリコーンエラストマーキットダウコーニング
レッド蛍光ビーズ (10 μm)ライフテクノロジーズ#F8834
緑色蛍光ビーズ (10 μm)ライフテクノロジーズ #F8836
SYTO16核酸蛍光標識ライフテクノロジーズ#S7578

参考文献

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  1. Sklar, L. A. Flow Cytometry for BioTechnology. , Oxford University Press Inc. (2005).
  2. Nunez, R. Flow cytometry for research scientists: principle and applications. , Horizon Press. Wymondham, UK. (2001).
  3. Mertz, J.

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タグ

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