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Un microscopio senza lenti come alternativa low cost per test veloci

Scienza, smartphone e portabilità. Nuovi strumenti e software innovativi per migliorare la qualità delle immagini
Una immagine tissutale ottenuta con il microscopio senza lenti (credit e immagine: Aydogan Ozcan / UCLA)
Aydogan Ozcan dirige uno dei laboratori alla UCLA da cui ogni tanto escono chicche tecnologiche di pronto utilizzo in varie aree della scienza applicata. Sia che si tratti di "appendici" fisiche o software, i prodotti qui sviluppati si dimostrano capaci di trasformare un semplice smartphone in uno rilevatore capace di individuare la presenza di allergeni nei cibi o di contaminanti (ad esempio batteri e metalli pesanti) nelle acque.

Tra gli ultimi prodotti realizzati vi è un dispositivo in grado di funzionare da microscopio con una risoluzione sufficiente per una analisi rapida di sezioni istologiche; strumento questo particolarmente utile quando il fine sia una rapida valutazione di anomalie tissutali come ad esempio le neoplasie.
La particolarità dello strumento? Non ha lenti.
Un "dettaglio" che lo rende de facto una alternativa low cost rispetto a strumenti da laboratorio il cui costo oscilla intorno al migliaio di euro. Chiariamo subito che non si tratta di un sostituto ma di una alternativa a basso costo quando il fine sia una analisi rapida implementabile in situazioni dove il microscopio professionale non sia disponibile.

Il dispositivo funziona utilizzando la luce, emessa da un laser o da un diodo, diretta su vetrino su cui è posta la classica sezione di tessuto (o striscio di sangue). Grazie ad una serie di sensori posti su un chip (dello stesso tipo di quelli presenti in uno smartphone) è possibile registrare le ombre che la luce incidente produce sul campione. I dati raccolti vengono poi rielaborati dal chip e riprodotti come una serie di ologrammi, in pratica immagini 3-D del campione, con il pregio (oltre alla tridimensionalità) di avere un elevato contrasto grazie ad un algoritmo dedicato al colore.
Maggiore contrasto uguale maggiore facilità di identificare anomalie strutturali a cui si associa, cosa non secondaria, la possibilità di avere immagini di grandi dimensioni.

La prova sul campo è stata fatta in cieco da patologi esperti che hanno effettuato diagnosi su strisce simili a quelle usate nel Pap test contenenti campioni di varia natura come tessuti cancerosi e campioni ematici presi da soggetti affetti da anemia falciforme. L'accuratezza diagnostica è stata del 99 per cento.
Non un sostituto quindi di strumenti sofisticati e dimensionalmente cospicui ma un valido (e molto più economico) sostituto per analisi rapide.

I dati sono stati pubblicati su Science Translational Medicine.

***

Rimaniamo nel laboratorio di Ozcan per parlare dello sviluppo di un altro progetto, centrato su come migliorare la qualità delle immagini ottenute al microscopio ottico.
credit: Ozcan Lab / UCLA
La nuova tecnica, chiamata wavelength scanning pixel super-resolution, si basa sulla scansione di un dato campione con luce a diversa lunghezza d'onda. Le immagini "monocromatiche" così ottenute vengono analizzate attraverso un algoritmo dedicato che divide i pixel di ciascuna immagine in pixel più piccoli, con conseguente aumento della risoluzione dell'immagine.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Light: Science and Applications, contiene l'analisi comparativa fatta usando microscopi convenzionali a lenti e senza lenti on-chip come quelli sopra descritti.
Il miglioramento della qualità dell'immagine dopo l'utilizzo dell'algoritmo (credit: Ozcan Lab / UCLA)

 I vantaggi sono molteplici e non solo in campo clinico. In questo ambito l'esempio migliore è la rapida valutazione di un gran numero di immagini direttamente in sala operatoria.

Per approfondimenti sul tema rimando alla esaustiva pagina sul sul sito della UCLA dove ognuno degli articoli pubblicati dal team è accompagnato da immagini riassuntive --> http://innovate.ee.ucla.edu/refereed-journal-publications.html

Fonti
- Laboratorio di Aydogan Ozcan
- Wide-field Computational Imaging of Pathology Slides using Lensfree On-Chip Microscopy 
   Science Translational Medicine (2014) --> PDF
-  Pixel super-resolution using wavelength scanning
   Wei Luo et al, Light: Science & Applications (2016) --> PDF


 Per chi volesse approfondire l'argomento microscopia con un testo completo

Ulteriori info --> Amazon


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