Von der neurowissenschaftlichen Forschung zur Handymikroskopie

Es begann in einem neurowissenschaftlichen Labor.

Andrea Antonini forschte zusammen mit anderen Neurowissenschaftlern am Italian Institute of Technology (IIT) in Genua über endoskopische Mikroskopie – im Wesentlichen mikroskopische Abbildung der inneren Organe des Körpers. Aber das Feld der Mikroendoskopie war relativ klein, und er wollte etwas Großes machen.

Als er eines Tages im Mikroskopielabor herumwerkelte, wurde ihm klar, dass er könnte einige dieser Objektive mit seinem Telefon verwenden. Es war sein großer Moment. „Ich sah diese Chance, mithilfe von Technologie etwas für die Unterhaltungselektronik herzustellen.“

Es ist ein Beispiel dafür, wie eine Idee, die in der Grundlagenforschung generiert wurde, eine völlig andere Nische finden kann, Kommentare Tommaso Fellin, dem Leiter der neurowissenschaftlichen Gruppe des IIT, die mithilfe lichtempfindlicher Proteine ​​aufklärt, wie das Gehirn sensorische Informationen verarbeitet. Um diese Nische zu füllen, begannen sie mit dem 3D-Druck sehr weicher Polymerlinsen mit dem Ziel, „das Mobiltelefon in ein leistungsstarkes und tragbares digitales Mikroskop zu verwandeln“.

Und 2015 gründeten die beiden ein Spin-off-Unternehmen, SmartMicroOptics, bei dem Antonini ein Jahr später Vollzeit zu arbeiten begann. Er wurde schließlich von seiner Frau als Administratorin zusammen mit einem Marketingspezialisten unterstützt.

Aus diesen biegsamen Linsen wurde das Produkt Blips: Miniaturlinsen, die an einer Folie befestigt sind, die an einem Telefon oder Tablet haftet. Je nach Modell, dies ermöglicht eine Vergrößerung von etwa 8–45x und eine Auflösung von bis zu 3 Mikrometern. Es ist ein sehr einfaches Press-and-Use-Produkt.

Blips führte zu einem fortschrittlicheren mobilen Mikroskopie-Kit in einer Box, das Details von unter 1 Mikrometer erreichen kann. Dieses System ist als DIPLE bekannt. Die Produktverpackung ist auch die „mechanische Struktur des Systems“, erklärt Antonini, während er den Bausatz in etwa einer Minute reibungslos zusammenbaut. Diese Struktur beherbergt die batteriebetriebene Lichtquelle und fungiert als Basis für die Plattform („Bühne“), auf der der Benutzer die Linse einschraubt.

Je nach Modell werden die Bausätze auch mit glatten Schlitten geliefert; mit Insekten-, Pflanzen- und Blutproben präparierte Objektträger; ein Mikroskoplineal; und andere Gegenstände wie eine Pipette und eine Pinzette. Das gesamte Kit wiegt etwas mehr als ein Pfund und kann selbst von Mittelschülern problemlos aufgebaut werden. Und da es um das Smartphone herum konzipiert ist, können natürlich Fotos und Videos mit der Vergrößerung aufgenommen werden.

Es ist nicht das einzige tragbare Mikroskop auf dem Markt, aber „meiner Meinung nach haben wir das beste Preis-Leistungs-Verhältnis“, glaubt Antonini. Derzeit läuft ein Bausatz mit Plattform, Lichtquelle und Linsen ab ca. $60 bis $155. Er sagt, dass dies bedeutet, dass jeder Schüler in einer Klasse sein eigenes persönliches Mikroskopiesystem zum gleichen Preis wie ein einzelnes herkömmliches Mikroskop haben könnte, das in einem Klassenzimmer steht.

Das Unternehmen hat einige Höhen und Tiefen überstanden. Blips und DIPLE wurden ursprünglich im Rahmen von bahnbrechenden Kickstarter-Kampagnen gestartet, und das Unternehmen hatte einige frühe Erfolge, bevor die Pandemie ausbrach. Dies führte zu den heute bekannten Lieferkettenproblemen bei bestimmten Komponenten, aber auch zu einigen Änderungen in der Kundenorientierung.

Beispielsweise arbeitete SmartMicroOptics in einer Werbekampagne mit einem Shampoo-Unternehmen für Kopfläuse zusammen, um eine Blips-Linse zusammen mit einer Flasche Shampoo bereitzustellen. So könnten Kinder oder ihre Familien feststellen, ob die Läuse durch das Shampoo ausgerottet wurden. Während der Pandemie wurden Läuse weniger zu einem Problem, weil sich die Kinder nicht in der Schule versammelten und die Parasiten herumreichten.

In den letzten Jahren haben Forscher und Gesundheitspersonal DIPLE auch auf raffiniertere Weise ausprobiert. Es wurde getestet Bakterielle Vaginose diagnostizieren in den USA und Wasserqualität in Ruanda und Costa Rica. Forscher der Universität Pisa haben auch versucht, DIPLE zur Erkennung von Malaria einzusetzen. (Für klinische Anwendungen wäre eine Zertifizierung erforderlich.)

Antonini glaubt, dass die Portabilität es in abgelegenen und ressourcenarmen Umgebungen nützlich machen könnte; Der leichte Akku kann bei Dauerbetrieb bis zu zwei Tage halten, sagt er. Laut Antonini war das tragbare System auch für das Vorscreening von Feldproben nützlich, um das Mikroskop zum Feld zu bringen und nicht die Probe ins Labor. DIPLE kann natürlich nicht an die Leistung eines herkömmlichen Mikroskops heranreichen, aber es kann eine sinnvolle Ergänzung sein.

Wenn sie expandieren können, möchte Antonini fachspezifische Kits basierend auf den Anfragen der Leute erstellen. Beispielsweise haben Meeresbiologen den Wunsch nach Objektiven mit einem größeren Arbeitsabstand zum Objekt geäußert, während Agronomen nach maßgeschneiderten Werkzeugen zur Überprüfung der Bodenstruktur gefragt haben.

Wenn jeder Student, Wissenschaftler und einfach neugierige Mensch im Wesentlichen ein Mikroskop in seiner Tasche tragen kann, gibt es schillernde Aussichten, die Welt der Natur für alle zu öffnen.

Diese Geschichte wurde während eines Journalism-in-Residence-Stipendiums am Italian Institute for Technology (IIT) berichtet, das vom European Research Council (ERC) finanziert wurde.