Investigadores de EE. UU. Y China han desarrollado un método para transformar un teléfono inteligente en un microscopio de fluorescencia. El dispositivo portátil de microscopio de fluorescencia de teléfono inteligente (HSFM) permite análisis biomédicos complejos de forma rápida y económica. Los microscopios de fluorescencia convencionales juegan un papel importante para detectar diversas células y proteínas, pero son voluminosos e inconvenientes para los diagnósticos en el punto de atención. Ahora escribiendo en Luz:ciencia y aplicaciones , Bo Dai y un equipo de investigación interdisciplinario detallaron el uso de polímeros líquidos para crear lentes en miniatura de dos gotas teñidas con disolventes de colores. Las lentes eran compatibles con varias cámaras de teléfonos inteligentes diferentes. El de bajo costo, La configuración experimental les permitió observar y contar células, controlar la expresión de genes marcados con fluorescencia y distinguir entre tejidos normales y tumores. La tecnología de teléfonos inteligentes de fácil acceso y asequible puede contribuir a la ciencia frugal y conducirá a una mejor administración de la medicina personalizada in situ y económicamente viable.

La microscopía de fluorescencia es omnipresente en múltiples disciplinas, incluida la biología celular y molecular, la industria de la salud, vigilancia ambiental y saneamiento de alimentos. En biomedicina y aplicaciones clínicas, las imágenes fluorescentes pueden detectar y rastrear células, proteínas y otras moléculas de interés con alta sensibilidad y precisión. Los microscopios de fluorescencia convencionales suelen estar diseñados con componentes voluminosos, lo que los vuelve extremadamente desafiantes para el diagnóstico en el punto de atención en regiones con recursos limitados. Como resultado, Los microscopios portátiles son un desarrollo importante en una plataforma de teléfono inteligente ideal para la movilidad y accesibilidad para una variedad de usuarios.

Los investigadores habían utilizado previamente microscopios basados ​​en teléfonos inteligentes para obtener imágenes de células sanguíneas humanas, parásitos transmitidos por el agua y citomegalovirus humano. Para estos esfuerzos de investigación, incluyeron elementos clave como diodos emisores de luz (LED) para iluminación, lentes externos para imágenes ópticas y aumento, así como filtrado de emisión de fluorescencia para enrutar la luz. Las lentes de polímero son fáciles de desarrollar y proporcionan un alto poder de resolución para construir un microscopio "hágalo usted mismo" para aplicaciones con recursos limitados. Sin embargo, debido a los diversos modelos de teléfonos inteligentes disponibles actualmente, Los investigadores tienen como objetivo desarrollar un archivo adjunto para microscopía basada en teléfonos inteligentes cuyo diseño sea independiente de un modelo de teléfono específico.

Para abordar este desafío en el presente trabajo, Dai y col. desarrolló un microscopio de fluorescencia de mano para teléfonos inteligentes (HFSM) de bajo costo en un tamaño portátil. El HRSM utilizó una única lente de color compacta y multifuncional para convertir cualquier modelo de teléfono inteligente en un microscopio de fluorescencia sin modificar el diseño de los accesorios entre teléfonos. El diseño experimental redujo la complejidad del dispositivo HRFM y permitió su adopción en una variedad de teléfonos inteligentes. El producto es funcionalmente consistente en múltiples plataformas de teléfonos inteligentes, fácil de operar, bajo costo, y puede producirse en masa. El equipo de investigación utilizó el dispositivo para demostrar imágenes fluorescentes y de campo brillante en varias aplicaciones bioanalíticas dentro de células y tejidos.

Para el módulo HFSM, Dai y col. incluyó una lente compuesta de color tanto para imágenes como para filtrado de luz. Desarrollaron la lente en miniatura utilizando dos gotas de alto índice de refracción, uno dentro de otro teñido con disolventes de colores para transmitir la luz de emisión deseada al sensor de imagen. Los investigadores desarrollaron dos modelos en el estudio para (1) sobresalir de la parte posterior del teléfono (modelo I) o (2) permanecer de perfil con el teléfono (modelo II). Para ambas versiones, incluían un diseño de lente con prepolímero de polidimetilsiloxano (PDMS) coloreado y polímero de metilfenilo (dimetil difenil siloxanos terminados en vinilo). Para determinar cómo se esparció la gota de polímero durante el proceso de fabricación, los investigadores calcularon el radio de la gota y la longitud del capilar.

Primero probaron y detectaron la gota de PDMS para formar un casquete esférico bajo la influencia de la fuerza de tensión interfacial y tomaron en consideración varios factores para determinar la curvatura interna y externa del casquete de PDMS. Después de eso, cuando equiparon el teléfono inteligente con lentes hechos de gotas de polímero de 3.2 µL, la cámara podría resolver una línea de 2,76 µm. Dado que la gota de polímero en estado líquido permaneció sellada completamente dentro de la tapa de PDMS estable y curada, el equipo de investigación evitó problemas asociados con vibraciones mecánicas externas y perturbaciones térmicas o deterioros químicos durante su uso. Adhirieron la lente a la cámara como parte del teléfono inteligente para llevarla cómodamente, y podría despegar la lente de la cámara para reemplazarla con una lente personalizada diferente para la toma de imágenes.

El equipo de investigación desarrolló y empleó una herramienta de iluminación personalizada en el proceso de imágenes microscópicas para observar y contar células bajo iluminación de luz blanca. Usando la configuración, vieron agregados de células cuboidales y fusiformes en pequeños grupos. Durante los experimentos de conteo de células, Dai y col. distinguió claramente las células individuales y calculó la concentración celular, que coincidió excelentemente con los resultados obtenidos de un contador celular comercial para validar el dispositivo HSFM. Después de eso, los científicos incubaron tejidos de hígado humano con anticuerpos marcados con fluorescencia para detectar características normales o defectuosas utilizando el HSFM equipado con una lente verde. Usando el microscopio del teléfono inteligente, Dai y col. imágenes identificadas con precisión de tejidos normales, tejidos para-tumorales y tejidos cancerosos. Por ejemplo, una mayor expresión de fluorescencia verde brillante confirmó la presencia de anomalías, tejido enfermo.

Luego, el equipo de investigación usó el HSFM con una lente verde para monitorear la transfección y la expresión de la proteína fluorescente verde mejorada (EGFP; gen informador para estudiar procesos fisiológicos) dentro de un plásmido. Para esto, transfectaron el gen NLRP3 humano marcado con GFP en una línea celular de riñón embrionario humano 293T y excitaron las células transfectadas con una luz azul de 480 nm para la emisión de fluorescencia verde brillante. La luz de excitación se filtró a través de la lente verde para la emisión de fluorescencia, que Dai et al. capturados como puntos verdes con el teléfono inteligente. Los resultados coincidieron bien para ambos modelos de lentes (modelo I y II) en relación con los valores medidos con un microscopio convencional.

Dai y col. posteriormente utilizó la configuración para cuantificar la producción de superóxido; un marcador fisiológico de enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas. Para esto, tiñeron una línea celular epitelial bronquial humana HBEC3-KT con MitoSox Red, una sonda fluorogénica que puede detectar superóxido de forma altamente selectiva, que produjeron al interactuar células HBEC3-KT con lipopolisacáridos (LPS) en este trabajo. El equipo observó un aumento constante en la intensidad media de fluorescencia de MitoSox Red para respaldar la producción mejorada de superóxido después de la activación de LPS.

De este modo, Bo Dai y sus compañeros de trabajo proporcionaron un pacto, plataforma asequible para microscopía de fluorescencia utilizando un teléfono inteligente con lentes. La configuración capturó imágenes con resolución celular y un campo de visión (FOV) en una escala de tejido amplio. Las capacidades dependían del tamaño del sensor de imagen y píxel dentro del teléfono inteligente; una tecnología que sigue evolucionando. El equipo de investigación se inspiró en el trabajo de investigación anterior sobre una lente de teléfono inteligente llamada DOTlens desarrollada en otro lugar. El trabajo presentado aquí puede servir como módulos de lentes multifuncionales de próxima generación para microscopios de teléfonos inteligentes portátiles en el campo. Dai y col. creen que las aplicaciones observadas son simplemente la punta del iceberg con más potencial para futuras aplicaciones con el dispositivo HSFM. Esperan desarrollar lentes compuestos de color para canales fluorescentes adicionales para mejorar significativamente las capacidades del microscopio rentable. Los científicos prevén la fabricación masiva de productos de bajo costo, dispositivos HFSM sencillos para aplicaciones sanitarias móviles y personalizadas en el punto de atención.

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