Largo-campo microscopia de fluorescência e citometria de fluxo fluorescente de imagens em um telefone celular
Summary
Analisamos nossos resultados recentes sobre a integração de microscopia de fluorescência e ferramentas de imagem de citometria de fluxo em um telefone celular usando compactos e de baixo custo opto-fluídicos anexos. Estes celular baseado micro-dispositivos de análise pode ser útil para a análise citométrica, como a realização de tarefas de contagem de células diferentes, bem como para rastreio de alto rendimento de amostras, por exemplo, água em ambientes com recursos limitados.
Abstract
Microscopia de fluorescência e citometria de fluxo são amplamente utilizadas ferramentas na pesquisa biomédica e diagnóstico clínico. No entanto, estes dispositivos são, em geral, relativamente volumosos e dispendiosos, tornando-as menos eficazes para os ambientes com recursos limitados. Para potencialmente resolver estas limitações, que recentemente demonstraram a integração do grande campo de microscopia de fluorescência e ferramentas de imagem de citometria de fluxo em telefones celulares usando compacto, leve, e de custo-benefício opto-fluídicos anexos. Na nossa concepção de citometria de fluxo, as células marcadas por fluorescência são lavadas por meio de um canal microfluídico que está posicionado por cima da unidade de câmara existente telemóvel. Alimentados por bateria diodos emissores de luz (LEDs) são butt-acoplada ao lado do chip de microfluidos, que actua efectivamente como um guia de ondas multi-modo de laje, onde a luz de excitação é guiada para excitar uniformemente os alvos fluorescentes. A câmera de celular grava um filme lapso de tempo de as células fluorescentes que fluem atravéso canal microfluídico, onde os quadros digital deste filme são processados para contar o número de células marcadas dentro de solução alvo de interesse. Usando um projeto opto-fluídico semelhante, também podemos imagem dessas células marcadas com fluorescência no modo estático, por exemplo, imprensando as partículas fluorescentes entre duas lâminas de vidro e capturar suas imagens fluorescentes usando a câmera de telefone celular, que podem atingir uma resolução espacial de ex ~ 10 m ao longo de um grande campo de visão de ~ 81 mm 2. Este celular baseado citometria de fluxo fluorescente imagem e plataforma de microscopia pode ser útil especialmente em ambientes com recursos limitados, por exemplo, para a contagem de células T CD4 + em direção acompanhamento de pacientes HIV + ou para a detecção de parasitas transmitidas pela água em água potável.
Introduction
Microscopia e citometria de fluxo são amplamente utilizadas técnicas de 1-12 em pesquisa biomédica e científica, bem como o diagnóstico clínico para a contagem e caracterização de vários tipos celulares. No entanto, os microscópios convencionais e de citometria de fluxo-instrumentos são relativamente complexos e caros, o que limita a sua utilização para principalmente bem estabelecidas laboratórios centrais. Recentemente, temos desenvolvido uma citometria de imagem compacto e leve fluorescente e dispositivo microscopia integrados em um telefone celular, que mostra 13,14 promessa de custo-benefício traduzir microscopia de fluorescência, citometria de fluxo e análise relacionados com técnicas de micro-para ambientes de recursos limitados para várias aplicações de telemedicina que impactam a saúde global.
Na configuração de citometria de fluxo optofluidic (ver Figura 1C e 1D por exemplo), um design personalizado polydimethysiloxane (PDMS) canal baseado microfluídico é positioned em frente com o telemóvel da unidade de câmara, em que emitem luz-diodos (LEDs) são acoplados à extremidade das bordas do canal. Este chip de microfluidos, juntamente com a amostra de líquido no interior, forma um guia de ondas planar opto-fluídica (composto de, por exemplo PDMS-líquido-PDMS) de tal modo que a luz de excitação é guiada para bombear uniformemente os espécimes fluorescentes marcados no interior do micro-canal. A emissão de fluorescência de esses objetos marcados, por exemplo, células, é mais trabalhada através de uma lente adicional colocada logo após o telemóvel câmera de unidade e é mapeado para o telemóvel Complementar sensor de imagem Metal-Oxide Semiconductor (CMOS). Uma vez que a emissão fluorescente é recolhido perpendicular ao percurso de luz de excitação, um filtro de absorção de plástico barato é suficiente para eliminar a luz de excitação espalhada e pode proporcionar uma base de campo escuro decente necessárias para imagens de fluorescência. Usando um projeto opto-fluídico semelhante, podemos também a imagem dos objetos fluorescentes em estatísticaic modo (ver Figura 1A e 1B), em que as partículas fluorescentes são prensadas entre duas lâminas de vidro, em vez de fluir através de um canal microfluídico e a emissão fluorescente a partir destas partículas fluorescentes são captadas pelo sensor de imagem CMOS celular para contagem de partículas e caracterização. Com base nos requisitos de aplicação diferentes, citometria de fluxo ou de campo amplo de microscopia fluorescente podem ser escolhidos. Por exemplo, o dispositivo celular por citometria de fluxo pode ser especialmente útil para o rastreio de grandes volumes de amostras de líquidos (por exemplo, alguns mililitros) para a detecção de células raras ou agentes patogénicos.
Neste artigo, rever alguns dos nossos resultados recentes sobre a integração de microscopia de fluorescência e ferramentas de imagem de citometria de fluxo em um telefone celular usando compactos e de baixo custo opto-fluídicos anexos. Estas celular baseado micro-análise, citometria de imagens e plataformas de sensoriamento poderia fornecer várias oportunidadespara diagnóstico de telemedicina e de ponto-de-cuidado, especialmente impactando nossa luta contra os problemas globais de saúde em regiões com recursos limitados do mundo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nós apresentamos nossos resultados recentes sobre celular baseado de campo amplo de microscopia fluorescente e opto-fluídico citometria de fluxo de imagens usando leve e compacto opto-fluídicos anexos para câmeras de telefones celulares. Utilizando esta tecnologia de plataforma que imaged objectos fluorescentes incluindo as micro-partículas e rotulados glóbulos brancos em amostras de sangue total. Portanto, este compacto e de baixo custo de telefone celular conjunto de ferramentas de imagem baseada fluorescente po…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
A. Ozcan agradece o apoio do Prémio Carreira presidencial antecipada para Cientistas e Engenheiros (PECASE), Army Research Office (ARO) Young Investigator Award, National Science Foundation (NSF) Prémio Carreira, o Office of Naval Research (ONR) Young Investigator Award e National Institutes of Health (NIH) Prêmio Diretor Innovator Nova DP2OD006427 do Escritório do Diretor, National Institutes of Health.
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 |
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