Los investigadores han utilizado la impresión 3-D para fabricar un microscopio de alta resolución portátil y económico que sea lo suficientemente pequeño y robusto para usarlo en el campo o junto a la cama. Las imágenes en 3D de alta resolución proporcionadas por el instrumento podrían usarse para detectar diabetes, enfermedad de célula falciforme, malaria y otras enfermedades.

"Este nuevo microscopio no requiere tinciones o etiquetas especiales y podría ayudar a aumentar el acceso a pruebas de diagnóstico médico de bajo costo, ", dijo el líder del equipo de investigación Bahram Javidi de la Universidad de Connecticut." Esto sería especialmente beneficioso en las partes en desarrollo del mundo donde hay un acceso limitado a la atención médica y pocas instalaciones de diagnóstico de alta tecnología ".

Los investigadores describen su nuevo microscopio, que se basa en microscopía holográfica digital, en la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica . El instrumento portátil produce imágenes en 3-D con el doble de resolución que la microscopía holográfica digital tradicional, que normalmente se realiza en una mesa óptica en un laboratorio. Además de las aplicaciones biomédicas, también podría ser útil para la investigación, fabricación, defensa y educación.

"Todo el sistema consta de piezas impresas en 3D y componentes ópticos que se encuentran comúnmente, haciéndolo económico y fácil de replicar, ", dijo Javidi." Las fuentes láser alternativas y los sensores de imagen reducirían aún más el costo, y estimamos que una sola unidad podría reproducirse por varios cientos de dólares. La producción en masa de la unidad también reduciría sustancialmente el costo ".

Del laboratorio al campo listo

En microscopía holográfica digital tradicional, una cámara digital registra un holograma producido por la interferencia entre una onda de luz de referencia y la luz proveniente de la muestra. Luego, una computadora convierte este holograma en una imagen tridimensional de la muestra. Aunque este enfoque de microscopía es útil para estudiar células sin etiquetas ni colorantes, normalmente requiere una configuración óptica compleja y un entorno estable libre de vibraciones y fluctuaciones de temperatura que puedan introducir ruido en las mediciones. Por esta razón, Los microscopios holográficos digitales generalmente solo se encuentran en laboratorios.

Los investigadores pudieron aumentar la resolución de la microscopía holográfica digital más allá de lo que es posible con la iluminación uniforme combinándola con una técnica de súper resolución conocida como microscopía de iluminación estructurada. Lo hicieron generando un patrón de luz estructurado usando un disco compacto transparente.

"La impresión en 3-D del microscopio nos permitió alinear de forma precisa y permanente los componentes ópticos necesarios para proporcionar la mejora de la resolución y al mismo tiempo hacer que el sistema sea muy compacto, "dijo Javidi.

Probando el nuevo microscopio

Los investigadores evaluaron el rendimiento del sistema grabando imágenes de un gráfico de resolución y luego utilizando un algoritmo para reconstruir imágenes de alta resolución. Esto demostró que el nuevo sistema de microscopía podría resolver características tan pequeñas como 0,775 micrones, duplicar la resolución de los sistemas tradicionales. El uso de una fuente de luz con longitudes de onda más cortas mejoraría aún más la resolución.

Experimentos adicionales demostraron que el sistema era lo suficientemente estable como para analizar las fluctuaciones en las células biológicas a lo largo del tiempo, que deben medirse en la escala de unas pocas decenas de nanómetros. Luego, los investigadores demostraron la aplicabilidad del dispositivo para la obtención de imágenes biológicas mediante la adquisición de una imagen de alta resolución de un alga verde.

"Nuestro diseño proporciona un sistema muy estable con alta resolución, ", dijo Javidi." Esto es muy importante para examinar las estructuras y la dinámica subcelular, que puede tener pequeños detalles y fluctuaciones ".

Los investigadores dicen que el sistema actual está listo para su uso práctico. Planean usarlo para aplicaciones biomédicas como la identificación celular y el diagnóstico de enfermedades y continuarán su colaboración con sus socios internacionales para investigar la identificación de enfermedades en áreas remotas con acceso limitado a la atención médica. También están trabajando para mejorar aún más la resolución y la relación señal / ruido del sistema sin aumentar el costo del dispositivo.