व्यापक क्षेत्र फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी और एक सेल फोन पर फ्लोरोसेंट इमेजिंग फ्लो
Summary
हम और एक कॉम्पैक्ट और लागत प्रभावी ऑप्टो fluidic संलग्नक का उपयोग सेल फोन पर फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी इमेजिंग प्रवाह cytometry उपकरण के एकीकरण पर हमारे हाल के परिणाम की समीक्षा करें. ये सेल फोन आधारित सूक्ष्म विश्लेषण उपकरणों cytometric विश्लेषण के लिए विभिन्न सेल गिनती कार्यों जैसे, संसाधन सीमित सेटिंग्स में पानी के नमूनों के उच्च throughput स्क्रीनिंग के लिए के रूप में के रूप में अच्छी तरह से प्रदर्शन के रूप में उपयोगी हो सकता है.
Abstract
फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी और प्रवाह cytometry जैव चिकित्सा अनुसंधान और नैदानिक निदान में व्यापक रूप से उपकरणों का इस्तेमाल कर रहे हैं. हालांकि इन उपकरणों को सामान्य रूप में अपेक्षाकृत भारी और महंगा, उन्हें कम संसाधन सीमित सेटिंग में प्रभावी बना. संभवतः इन सीमाओं का पता करने के लिए, हम हाल ही में व्यापक क्षेत्र फ्लोरोसेंट और सेल फोन पर माइक्रोस्कोपी इमेजिंग प्रवाह cytometry उपकरण के एकीकरण का प्रदर्शन किया है कॉम्पैक्ट, हल्के वजन, और लागत प्रभावी ऑप्टो fluidic संलग्नक का उपयोग. हमारे प्रवाह cytometry डिजाइन में fluorescently लेबल कोशिकाओं कि मौजूदा कैमरा सेल फोन इकाई के ऊपर तैनात है एक microfluidic चैनल के माध्यम से प्लावित कर रहे हैं. बैटरी संचालित प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) बट इस microfluidic चिप है, जो प्रभावी रूप से एक बहु मोड स्लैब waveguide, जहां उत्तेजना प्रकाश के लिए समान रूप फ्लोरोसेंट लक्ष्य को उत्तेजित करने के लिए निर्देशित किया गया है के रूप में कार्य करता है की ओर करने के लिए मिलकर कर रहे हैं. सेल फोन कैमरा फ्लोरोसेंट के माध्यम से बह कोशिकाओं की एक समय व्यतीत हो फिल्म रिकॉर्डmicrofluidic चैनल, जहां इस फिल्म की डिजिटल फ्रेम करने के लिए ब्याज की लक्ष्य समाधान के भीतर लेबल की कोशिकाओं की संख्या गिनने के लिए कार्रवाई कर रहे हैं. एक समान ऑप्टो fluidic डिजाइन का उपयोग करना, हम भी छवि इन fluorescently लेबल कोशिकाओं जैसे दो गिलास स्लाइड के बीच फ्लोरोसेंट कणों sandwiching और कैमरा सेल फोन का उपयोग कर अपने फ्लोरोसेंट छवियों, जो उदाहरण के लिए एक स्थानिक संकल्प प्राप्त कर सकते हैं पर कब्जा कर सकते हैं स्थैतिक मोड में ~ सुक्ष्ममापी 10 ~ 81 मिमी 2 के एक बहुत बड़े क्षेत्र के देखने पर. यह सेल फोन फ्लोरोसेंट इमेजिंग प्रवाह cytometry आधारित है और माइक्रोस्कोपी मंच संसाधन सीमित सेटिंग में सीडी 4 + टी कोशिकाओं का एचआईवी रोगियों की निगरानी की ओर या पीने के पानी में जल जनित परजीवी का पता लगाने के लिए की गिनती उदाहरण के लिए, विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है.
Introduction
माइक्रोस्कोपी और प्रवाह cytometry जैव चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुसंधान के क्षेत्र में व्यापक रूप से 1-12 तकनीक के रूप में के रूप में अच्छी तरह से और विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं की गिनती के लक्षण वर्णन के लिए नैदानिक निदान किया जाता है. हालांकि, पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी और प्रवाह cytometry उपकरणों अपेक्षाकृत जटिल और महंगी है, जो मुख्य रूप से अच्छी तरह से स्थापित केंद्रीय प्रयोगशालाओं के लिए उनके उपयोग को सीमित कर रहे हैं. हाल ही में हम एक कॉम्पैक्ट और हल्के फ्लोरोसेंट इमेजिंग cytometry और माइक्रोस्कोपी एक सेल फोन, 13,14 पर एकीकृत जो वादा दिखाता है डिवाइस विकसित किया है लागत प्रभावी ढंग से लिए संसाधन सीमित वातावरण के लिए फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी, प्रवाह cytometry और संबंधित सूक्ष्म विश्लेषण तकनीक का अनुवाद विभिन्न टेलीमेडिसिन अनुप्रयोगों वैश्विक स्वास्थ्य को प्रभावित.
Optofluidic प्रवाह cytometry विन्यास में (जैसे चित्रा 1C और 1D देखें), एक कस्टम डिजाइन polydimethysiloxane (PDMS) आधारित microfluidic चैनल positione हैसेल फोन कैमरा इकाई है, जहां प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) बट चैनल के किनारों को मिलकर कर रहे हैं के सामने में घ. इस microfluidic चिप, तरल नमूना के अंदर के साथ एक साथ, एक planar ऑप्टो fluidic (PDMS तरल PDMS उदाहरण के लिए बना) waveguide रूपों जैसे कि उत्तेजना प्रकाश करने के लिए समान रूप से चैनल सूक्ष्म अंदर फ्लोरोसेंट लेबल नमूनों पंप करने के लिए निर्देशित किया गया है. इन वस्तुओं से लेबल प्रतिदीप्ति उत्सर्जन, जैसे कोशिकाओं, आगे एक अतिरिक्त लेंस के माध्यम से सेल फोन कैमरा यूनिट के बाद सही रखा imaged है और सेल फोन पूरक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (CMOS) छवि संवेदक पर प्रतिचित्रित है. चूंकि फ्लोरोसेंट उत्सर्जन उत्तेजना प्रकाश पथ सीधा एकत्र किया जाता है, एक सस्ती प्लास्टिक अवशोषण फिल्टर बिखरे उत्तेजना प्रकाश को दूर करने के लिए पर्याप्त है और एक सभ्य काले क्षेत्र फ्लोरोसेंट इमेजिंग के लिए आवश्यक पृष्ठभूमि प्रदान कर सकते हैं. एक समान ऑप्टो fluidic डिजाइन का उपयोग करना है, हम भी स्टेट में छवि फ्लोरोसेंट वस्तुओंआईसी (चित्रा 1a और 1b देखें) मोड, जिसमें फ्लोरोसेंट कणों दो गिलास के बीच sandwiched हैं एक microfluidic और इन फ्लोरोसेंट कणों से फ्लोरोसेंट उत्सर्जन चैनल के माध्यम से बहने की बजाय स्लाइड कण गिनती के लिए सेल फोन CMOS छवि संवेदक और के द्वारा कब्जा कर लिया है लक्षण वर्णन. अलग आवेदन आवश्यकताओं, प्रवाह cytometry या व्यापक क्षेत्र फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी के आधार पर चुना जा सकता है. उदाहरण के लिए, सेल फोन प्रवाह cytometry डिवाइस दुर्लभ कोशिकाओं या रोगज़नक़ों का पता लगाने के लिए तरल नमूने (उदाहरण के लिए कुछ मिलीलीटर) की बड़ी मात्रा में स्क्रीनिंग के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है.
इस पांडुलिपि में हम और एक कॉम्पैक्ट और लागत प्रभावी ऑप्टो fluidic संलग्नक का उपयोग सेल फोन पर फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी इमेजिंग प्रवाह cytometry उपकरण के एकीकरण पर परिणामों के अपने हाल के कुछ की समीक्षा. ये सेल फोन आधारित सूक्ष्म विश्लेषण, इमेजिंग cytometry और संवेदन प्लेटफार्मों विभिन्न अवसर प्रदान कर सकता हैटेलीमेडिसिन और बिंदु की देखभाल के निदान के लिए, विशेष रूप से दुनिया के संसाधन सीमित क्षेत्रों में वैश्विक स्वास्थ्य चुनौतियों के खिलाफ हमारी लड़ाई को प्रभावित.
Protocol
Representative Results
Discussion
हम व्यापक क्षेत्र फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी और ऑप्टो fluidic इमेजिंग प्रवाह सेल फोन कैमरे के लिए हल्के वजन और कॉम्पैक्ट ऑप्टो fluidic संलग्नक का उपयोग cytometry आधारित सेल फोन पर अपने हाल के परिणाम प्रस्तुत किया है. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ए Ozcan कृतज्ञता राष्ट्रपति के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के लिए जल्दी कैरियर पुरस्कार (PECASE), के समर्थन को स्वीकार सेना अनुसंधान कार्यालय (एआरओ) युवा अन्वेषक पुरस्कार, राष्ट्रीय विज्ञान (NSF) कैरियर पुरस्कार फाउंडेशन, नौसेना अनुसंधान के कार्यालय (ONR) युवा अन्वेषक पुरस्कार और स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान (एनआईएच) निदेशक निदेशक, राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान के कार्यालय से नई अन्वेषक पुरस्कार DP2OD006427.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cell-phone | Sony | Sony Ericsson Aino | |
| Plano-convex lens | Edmund Optics | # NT45-302 | |
| Aspherical lens | Thorlab | # C230TME-A | |
| Filter | Edmund Optics | #NT54-46 | |
| Blue LED | Digikey | #365-1201-ND | |
| Battery | Digikey | #P032-ND | |
| Polystyrene tube | Fisher Scientific | #05-408-129 | |
| Red blood cell lysing buffer | Sigma Aldrich | R7757 | |
| SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER KIT | Dow Corning | ||
| Red fluorescent beads (10 μm) | Life Technologies | #F8834 | |
| Green fluorescent beads (10 μm) | Life Technologies | #F8836 | |
| SYTO16 nucleic acid fluorescent labeling | Life Technologies | # S7578 |
References
- Sklar, L. A. . Flow Cytometry for BioTechnology. , (2005).
- Nunez, R. . Flow cytometry for research scientists: principle and applications. , (2001).
- Mertz, J. . Introduction to optical microscopy. , (2010).
- Ntziachristos, V. Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology. Nature Methods. 7, 603-614 (2010).
- Hell, S. W. Toward fluorescence nanoscopy. Nature Biotechnology. 21, 1347-1355 (2003).
- Gustafsson, M. G. Nonlinear structured-illumination microscopy: wide-field fluorescence imaging with theoretically unlimited resolution. Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 102, 13081-13086 (2005).
- Betzig, E., Patterson, G. H., Sougrat, R., Lindwasser, O. W., Olenych, S., Bonifacino, J. S., Davidson, M. W., Lippincott-Schwartz, J., Hess, H. F. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 313, 1642-1645 (2006).
- Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM. Nature Methods. 3, 793-796 (2006).
- Hess, S. T., Girirajan, T. P., Mason, M. D. Ultra-high resolution imaging by fluorescence photoactivation localization microscopy. Biophysical Journal. 91, 4258-4272 (2006).
- Ma, Z., Gerton, J. M., Wade, L. A., Quake, S. R. Fluorescence near-field microscopy of DNA at sub-10 nm resolution. Physical Review Letters. 97, 260801 (2006).
- Chung, E., Kim, D., Cui, Y., Kim, Y., So, P. T. Two-dimensional standing wave total internal reflection fluorescence microscopy: superresolution imaging of single molecular and biological specimens. Biophysical Journal. 93, 1747-1757 (2007).
- Greenbaum, A., Luo, W., Su, T. -. W., Göröcs, Z., Xue, L., Isikman, S. O., Coskun, A. F., Mudanyali, O., Ozcan, A. Imaging without lenses: achievements and remaining challenges of wide-field on-chip microscopy. Nature Methods. 9, 889-895 (2012).
- Zhu, H., Yaglidere, O., Su, T. -. W., Tseng, D., Ozcan, A. Cost-effective and compact wide-field fluorescent imaging on a cell-phone. Lab on a Chip. 11 (2), 315-322 (2011).
- Zhu, H., Mavandadi, S., Coskun, A. F., Yaglidere, O., Ozcan, A. Optofluidic fluorescent imaging cytometry on a cell phone. Analytical Chemistry. 83, 6641-6647 (2011).
- Suzuki, S., Abe, K. Computer Visualand Graphics. Image Processing. 30, 32-46 (1985).
- Zhu, H., Sikora, U., Ozcan, A. Quantum dot enabled detection of Escherichia coli using a cell-phone. Analyst. 137, 2541-2544 (2012).
- Mudanyali, O., Dimitrov, S., Sikora, U., Padmanabhan, S., Navruz, I., Ozcan, A. Integrated Rapid-Diagnostic-Test Reader Platform on a Cellphone. Lab on a Chip. 12 (15), (2012).
- Candes, E. J., Romberg, J. K., Tao, T. Stable signal recovery from incomplete and inaccurate measurements. Communication of Pure and Applied Mathematics. 59, 1207-1223 (2006).
