美科學家製造可檢測疾病和水質的手機
http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 15:56:46 來源:網絡
最近,美國電子工程學家埃道甘·奧茲坎(Aydogan Ozcan)領導的實驗室製造了一部具有特殊功能的原型手機:既可用於監測艾滋病、瘧(nue)疾(ji)患(huan)者(zhe)的(de)身(shen)體(ti)狀(zhuang)況(kuang),也(ye)可(ke)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)欠(qian)發(fa)達(da)或(huo)受(shou)災(zai)地(di)區(qu)的(de)水(shui)質(zhi)。在(zai)這(zhe)部(bu)手(shou)機(ji)上(shang),研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)引(yin)入(ru)了(le)一(yi)種(zhong)創(chuang)新(xin)性(xing)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu),而(er)發(fa)明(ming)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)的(de)正(zheng)是(shi)目(mu)前(qian)任(ren)職(zhi)於(yu)加(jia)利(li)福(fu)尼(ni)亞(ya)大(da)學(xue)伯(bo)克(ke)利(li)分(fen)校(xiao)的(de)奧(ao)茲(zi)坎(kan)教(jiao)授(shou)。
奧茲坎教授發明的技術名為“基於側影成像的無透鏡超寬視野單元監測陣列”(Lensless Ultra-wide-field Cell monitoring Array platform based on Shadow imaging,簡稱 LUCAS),目前已成功應用於上述手機和網絡攝像頭上。不論是手機還是攝像頭,其實都采用的是同一種成像方式:利用短波長藍光照射血液、唾液或其他液體樣品,再通過一個傳感器陣列,捕捉樣品中的微粒圖像。
由於液體樣品中的不同微粒擁有不同衍射圖譜(diffraction pattern),因此通過決策算法(custom-developed),與已有微粒圖譜庫進行對比,LUCAS很快就能鑒定出樣品中的微粒類型。然後,人們就可以使用手機,將LUCAS采集到的數據發往醫院以供進一步分析和診斷,或利用USB接口把數據轉移到電腦上,再發往醫療機構。
不過,LUCAS手機並非顯微鏡的替代品,而是一種補充工具。與LUCAS產生的粒狀和像素化圖像相比,顯微鏡下的圖像更為細膩。但LUCAS也有自身優勢:在很多情況下,人們不可能隨時攜帶顯微鏡,而LUCAS手機卻能及時鑒定液體樣品中的微粒類型,並完成計數。另外,由於LUCAS成像不需要鏡頭,因此隻有一個因素能限製LUCAS手機的尺寸:構建LUCAS的芯片大小。
奧茲坎教授教授說:“LUCAS技術不僅能用於健康醫療領域,在細胞生物學領域也有很好的應用前景。通常,研究人員統計血液中的細胞數量時,都是用流式細胞儀(flow-cytometer),一次隻能記錄一個細胞,而LUCAS成像卻可以同時記錄成千上萬個細胞,準確率也不比流式細胞儀差。”
2008年12月5日,奧茲坎教授在《芯片上的實驗室》雜誌(Lab on a Chip)上發表文章稱,經過一係列改進,他製造出了第二代LUCAS係統——全息LUCAS(holographic LUCAS)。改進後,全息LUCAS可以鑒定更微小的顆粒,比如大腸杆菌,這是第一代LUCAS無法做到的。通過改變光源的空間位置,全息LUCAS捕捉到的二維微粒影像會比經典微粒成像含有更多的信息。
奧茲坎教授未來幾年的計劃是,把LUCAS係xi統tong真zhen正zheng融rong入ru手shou機ji等deng手shou持chi設she備bei。有you了le這zhe些xie設she備bei,人ren們men即ji使shi在zai偏pian遠yuan地di區qu,也ye能neng及ji時shi監jian控kong疾ji病bing的de流liu行xing情qing況kuang,讓rang醫yi療liao機ji構gou能neng針zhen對dui重zhong點dian地di區qu做zuo好hao防fang治zhi工gong作zuo。另ling外wai,LUCAS係統也能用於監測水質,比如檢測飲用水中的有害微粒。LUCAS係統在日本展出後,東京大學和九州大學的科學家還曾與奧茲坎教授聯係,希望能將該係統用於抗震救災。