Van neurowetenschappelijk onderzoek tot microscopie van mobiele telefoons

Het begon in een neurowetenschappelijk laboratorium.

Andrea Antonini deed onderzoek naar endoscopische microscopie - in wezen microscopische beeldvorming van de interne organen van het lichaam - samen met andere neurowetenschappers aan het Italiaanse Instituut voor Technologie (IIT) in Genua. Maar het veld van micro-endoscopie was relatief klein en hij wilde iets groots doen.

Toen hij op een dag in het microscopielaboratorium aan het sleutelen was, realiseerde hij zich dat hij zou sommige van deze lenzen kunnen gebruiken met zijn telefoon. Het was zijn grote moment. "Ik zag deze kans om technologie te gebruiken om iets te maken voor consumentenelektronica."

Het is een voorbeeld van hoe een idee dat is voortgekomen uit fundamentele, verkennende wetenschap een heel andere niche kan vinden, merkten de commentaren op Tommaso Fellin, het hoofd van de IIT-neurowetenschappengroep die lichtgevoelige eiwitten gebruikt om te verhelderen hoe de hersenen sensorische informatie verwerken. Om deze niche te vullen, begonnen ze met het 3D-printen van zeer zachte polymere lenzen, met als doel "de mobiele telefoon in een krachtige en draagbare digitale microscoop te veranderen".

En in 2015 richtten de twee een spin-offbedrijf op, SmartMicroOptics, waar Antonini een jaar later fulltime begon te werken. Hij kreeg uiteindelijk gezelschap van zijn vrouw als administrateur, samen met een marketingspecialist.

Die plooibare lenzen veranderden in het product Blips: miniatuurlenzen bevestigd aan een film, die aan een telefoon of tablet kleeft. Afhankelijk van het model, dit maakt een vergroting van ongeveer 8-45x en een resolutie van maximaal 3 micrometer mogelijk. Het is een heel eenvoudig pers-en-gebruik product.

Blips leidde tot een geavanceerdere mobiele microscopiekit in een doos, die details van minder dan 1 micrometer kan bereiken. Dit systeem staat bekend als DIPLE. De doos van het product is ook de 'mechanische structuur van het systeem', legt Antonini uit terwijl hij de kit in ongeveer een minuut in elkaar zet. Deze structuur herbergt de lichtbron op batterijen en fungeert als basis voor het platform ("podium"), waar de gebruiker de lens inschroeft.

Afhankelijk van het model worden kits ook geleverd met gewone dia's; objectglaasjes bereid met insecten-, planten- en bloedmonsters; een microscoopliniaal; en andere items zoals een pipet en een pincet. De hele kit weegt iets meer dan een pond en kan zelfs door middelbare scholieren gemakkelijk worden opgezet. En natuurlijk, omdat het is ontworpen rond de smartphone, kunnen foto's en video's worden gemaakt met behulp van de vergroting.

Het is niet de enige beschikbare draagbare microscoop, maar "naar mijn mening hebben we de beste prijs-prestatieverhouding", meent Antonini. Een kit met een platform, lichtbron en lenzen draait momenteel vanaf ca. $ 60 tot $ 155. Hij zegt dat dit betekent dat elke student in een klas zijn eigen persoonlijke microscopiesysteem kan hebben voor dezelfde prijs als een enkele conventionele microscoop die in een klaslokaal staat.

Het bedrijf heeft wat ups en downs doorstaan. Blips en DIPLE werden aanvankelijk gelanceerd tijdens doelverpletterende Kickstarter-campagnes en het bedrijf had al vroeg succes voordat de pandemie toesloeg. Dit leidde tot de inmiddels bekende supply chain-issues met specifieke componenten, maar ook tot enkele verschuivingen in de focus van de klant.

In een promotiecampagne werkte SmartMicroOptics bijvoorbeeld samen met een hoofdluisshampoobedrijf om een ​​Blips-lens samen met een fles shampoo te leveren. Zo zouden kinderen of hun families kunnen detecteren of de luizen door de shampoo waren uitgeroeid. Tijdens de pandemie werden luizen minder een probleem omdat kinderen niet samen op school zaten en de parasieten doorgaven.

In de afgelopen jaren hebben onderzoekers en gezondheidswerkers DIPLE ook op meer geavanceerde manieren uitgeprobeerd. Er is op getest diagnose bacteriële vaginose in de VS, en de waterkwaliteit in Rwanda en Costa Rica. Onderzoekers van de Universiteit van Pisa hebben ook geprobeerd DIPLE toe te passen bij het opsporen van malaria. (Certificatie zou nodig zijn voor klinische toepassingen.)

Antonini is van mening dat de draagbaarheid het bruikbaar zou kunnen maken in afgelegen omgevingen en omgevingen met weinig middelen; de lichte batterij kan tot twee dagen meegaan bij continu gebruik, zegt hij. Volgens Antonini is het draagbare systeem ook nuttig geweest voor het vooraf screenen van veldmonsters, om de microscoop naar het veld te brengen in plaats van het monster naar het laboratorium. DIPLE kan natuurlijk niet tippen aan de kracht van een conventionele microscoop, maar het kan een nuttige aanvulling zijn.

Als ze kunnen uitbreiden, wil Antonini vakspecifieke kits maken op basis van de verzoeken van mensen. Zo hebben mariene biologen de wens geuit voor lenzen met een grotere werkafstand van het object, terwijl landbouwkundigen hebben gevraagd om instrumenten op maat om de bodemstructuur te controleren.

Als elke student, wetenschapper en gewoon nieuwsgierig persoon in wezen een microscoop in zijn zak kan dragen, zijn er schitterende vooruitzichten om de natuurlijke wereld voor iedereen open te stellen.

Dit verhaal werd gerapporteerd tijdens een journalistiek-in-residence-fellowship aan het Italian Institute for Technology (IIT), gefinancierd door de European Research Council (ERC).