Инженеры обнаруживают и измеряют отдельные молекулы ДНК с помощью микроскопа на смартфоне

Флуоресцентные микроскопы позволяют визуализировать молекулы ДНК для обнаружения и диагностики рака, болезней нервной системы (например, болезни Альцгеймера) и лекарственной устойчивости при инфекциях. Они работают с образцами, помеченными флуоресцентными молекулами, которые "возбуждаются" лазером и излучают свет разного цвета. Эти микроскопы визуализируют объекты в 100–1000 раз меньше диаметра человеческого волоса, но они дороги, громоздки и сложны, что ограничивает их использование высокотехнологичными лабораториями.

Исследователи из Калифорнийского наносистемного института UCLA впервые продемонстрировали визуализацию и измерение размера отдельных молекул ДНК с помощью лёгкого и компактного устройства, превращающего обычный смартфон в продвинутый флуоресцентный микроскоп. Результаты опубликованы 10 декабря в журнале ACS Nano.

Устройство мобильной микроскопии представляет собой недорогой 3D-печатный оптический модуль, который использует камеру телефона. Оно включает:

• насадку для создания высококонтрастной темнопольной визуализации с использованием недорогой внешней линзы, тонкоплёночных интерференционных фильтров, миниатюрной направляющей и лазерного диода для возбуждения флуоресцентно меченых молекул ДНК;
• приложение, которое соединяет смартфон с сервером в UCLA для измерения длин отдельных молекул ДНК.

Молекулы ДНК помечаются и растягиваются на одноразовых чипах, которые помещаются в насадку смартфона. Приложение передаёт необработанные изображения на сервер, который быстро измеряет длину каждой цепи ДНК. Результаты можно видеть на телефоне и на удалённых компьютерах.

Айдоан Озджан, руководитель исследования, профессор электротехники и биоинженерии, отметил: "Возможность переноса этих и других существующих методов микроскопии и сенсорики в портативные, экономичные и высокопроизводительные приборы может открыть множество новых применений для медицины у постели больного и глобального здравоохранения". По его словам, такие устройства могут оказать далеко идущее положительное влияние на исследования и образование в развивающихся странах, помогая демократизировать передовые научные инструменты.

Лаборатория Озджана специализируется на вычислительной визуализации, сенсорике и диагностических устройствах для мобильного здравоохранения. Их предыдущие работы включали быстрый анализ образцов пищи на аллергены, воды на тяжёлые металлы и бактерии, подсчёт клеток в образцах крови и использование Google Glass для обработки диагностических тестов.