Microscópio sem lentes amplia amostra inteira de uma só vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/03/2020

O microscópio inteiro cabe dentro de um chip, com a imagem sendo reconstruída por computador.
[Imagem: Sean Flynn/UConn]

Microscópio em um chip

Quando você olha através de um microscópio, tudo o que está na mesa - ou platina - pode ser ampliado a um grau que depende das lentes usadas.

Infelizmente, apenas uma parte da amostra pode ser ampliada de cada vez, de forma que um microscópio padrão não nos fornece uma imagem completa da amostra.

Este foi o problema que Shaowei Jiang e seus colegas da Universidade de Connecticut, nos EUA, queriam resolver, de olho na automação da microscopia que está se tornando necessária para análises médicas em tempo real, baseadas nos biochips.

Eles começaram removendo um componente central dos microscópios tradicionais - as lentes objetivas. Na verdade, esta nova plataforma elimina vários dos problemas mais comuns da microscopia óptica convencional, além de representar uma opção de baixo custo para viabilizar o diagnóstico de doenças no ponto de atendimento.

Em vez de usar lentes para ampliar a amostra de tecido, a plataforma conta com um difusor que fica entre a amostra e o sensor de imagem ou a câmera. O difusor move-se aleatoriamente para diferentes posições, enquanto o sensor captura as imagens. Juntamente com informações de posição, tudo é então usado para reconstruir uma imagem para visualização.

O resultado é uma configuração essencialmente plana e que cabe inteira dentro de um chip - o limite de tamanho fica por conta do tamanho da amostra que se deseja observar.

O microscopio plano e sem lentes funciona com base em uma tecnica chamada pticografia.
[Imagem: Shaowei Jiang et al. - 10.1039/c9lc01027k]

Pticografia

O cerne do processo é uma técnica de imageamento chamada pticografia. A imagem pticográfica tipicamente usa um feixe focalizado para iluminar uma amostra e registrar o padrão criado pela luz que se espalha a partir da amostra iluminada. Hoje, para recuperar uma imagem complexa inteira - como uma amostra de tecido - para visualização, é necessário gravar milhares de padrões enquanto a amostra é digitalizada em diferentes posições.

Os inconvenientes, que têm impedido uma implementação mais ampla desse método, são a necessidade de uma varredura mecânica muito precisa e sua baixa velocidade. Jiang solucionou os dois problemas aproximando a amostra do sensor de imagem, o que permitiu ampliar o campo de visão para toda a área do sensor de imagem.

A movimentação mecânica precisa foi dispensada porque a equipe alcançou o maior número de Fresnel já obtido para a pticografia, aproximadamente 50.000 - o número de Fresnel caracteriza como uma onda de luz viaja por uma distância após passar por uma abertura, como o diafragma de uma câmera.

O protótipo atual oferece um campo de visão de 30 mm2, em comparação com o padrão de 2 mm2 obtidos anteriormente com a mesma técnica.

"Essa abordagem reduz o tempo de processamento, o custo e permite a produção de uma imagem mais completa da amostra," disse o professor Guoan Zheng, que trabalha há anos com a chamada microscopia computacional.

Bibliografia:

Artigo: Wide-field, high-resolution lensless on-chip microscopy via near-field blind ptychographic modulation
Autores: Shaowei Jiang, Jiakai Zhu, Pengming Song, Chengfei Guo, Zichao Bian, Ruihai Wang, Yikun Huang, Shiyao Wang, He Zhanga, Guoan Zheng
Revista: Lab on a Chip
DOI: 10.1039/c9lc01027k