Från neurovetenskaplig forskning till mobiltelefonmikroskopi

Det började i ett neurovetenskapslabb.

Andrea Antonini forskade på endoskopisk mikroskopi – i huvudsak mikroskopisk avbildning av kroppens inre organ – tillsammans med andra neuroforskare vid det italienska tekniska institutet (IIT) i Genova. Men mikroendoskopiområdet var relativt litet, och han ville göra något stort.

När han en dag arbetade runt i mikroskopilabbet insåg han att han kunde använda några av dessa linser med sin telefon. Det var hans stora ögonblick. "Jag såg den här chansen att använda teknik för att göra något för hemelektronik."

Det är ett exempel på hur en idé som genereras inom grundläggande, utforskande vetenskap kan hitta en helt annan nisch, kommenterar Tommaso Fellin, chef för IIT-neurovetenskapsgruppen som använder ljuskänsliga proteiner för att klargöra hur hjärnan bearbetar sensorisk information. För att fylla denna nisch började de 3D-printa mycket mjuka polymerlinser, med målet "att förvandla mobiltelefonen till ett potent och bärbart digitalt mikroskop."

Och 2015 grundade de två ett spinoff-företag, SmartMicroOptics, där Antonini började arbeta heltid ett år senare. Han fick så småningom sällskap av sin fru som administratör, tillsammans med en marknadsföringsspecialist.

Dessa böjliga linser förvandlades till produkten Blips: miniatyrlinser fästa på en film, som fastnar på en telefon eller surfplatta. Beroende på modell, detta tillåter förstoring på cirka 8–45x och upplösning på upp till 3 mikrometer. Det är en väldigt enkel tryck-och-använd produkt.

Blips ledde till ett mer avancerat mobilt mikroskopkit i en låda, som kan uppnå detaljer på under 1 mikrometer. Detta system är känt som DIPLE. Produktens låda är också den "mekaniska strukturen för systemet", förklarar Antonini när han smidigt sätter ihop satsen på ungefär en minut. Denna struktur inrymmer den batteridrivna ljuskällan och fungerar som bas för plattformen ("scen") där användaren skruvar i linsen.

Beroende på modell kommer kit också med vanliga diabilder; objektglas förberedda med insekts-, växt- och blodprover; en linjal för mikroskop; och andra föremål som en pipett och pincett. Hela kitet väger lite över ett halvt kilo och kan enkelt sättas upp även av mellanstadier. Och naturligtvis, eftersom den är designad kring smarttelefonen, kan foton och videor tas med hjälp av förstoringen.

Det är inte det enda bärbara mikroskopet som finns, men "enligt min åsikt har vi det bästa förhållandet mellan kostnad och prestanda", anser Antonini. Ett kit med en plattform, ljuskälla och linser körs för närvarande från ca. $60 till $155. Han säger att det innebär att varje elev i en klass kan ha sitt eget personliga mikroskopisystem för samma pris som ett enda konventionellt mikroskop som bor i ett klassrum.

Företaget har klarat av upp- och nedgångar. Blips och DIPLE lanserades ursprungligen på målknäppande Kickstarter-kampanjer, och företaget hade en del tidiga framgångar innan pandemin slog till. Detta ledde till de nu välkända leveranskedjeproblemen med specifika komponenter, men också till vissa förändringar i kundernas fokus.

Till exempel, i en reklamkampanj samarbetade SmartMicroOptics med ett schampoföretag för huvudlöss för att tillhandahålla en Blips-lins tillsammans med en flaska schampo. På så sätt skulle barn eller deras familjer kunna upptäcka om lössen hade utrotats av schampot. Under pandemin blev lössen ett mindre problem eftersom barn inte samlades i skolan och gick runt parasiterna.

Under de senaste åren har forskare och hälsoarbetare också provat DIPLE på mer sofistikerade sätt. Det har testats för diagnostisera bakteriell vaginos i USA och vattenkvalitet i Rwanda och Costa Rica. Forskare vid universitetet i Pisa har också försökt använda DIPLE för att upptäcka malaria. (Certifiering skulle behövas för klinisk användning.)

Antonini tror att portabiliteten kan göra den användbar i avlägsna och resurssnåla miljöer; det lätta batteriet kan hålla i upp till två dagar vid kontinuerlig användning, säger han. Dessutom, enligt Antonini, har det bärbara systemet varit användbart för förundersökning av fältprover, för att föra mikroskopet till fältet snarare än provet till laboratoriet. DIPLE kan naturligtvis inte matcha kraften hos ett konventionellt mikroskop, men det kan vara ett användbart komplement.

Om de kan expandera vill Antonini skapa ämnesspecifika kit baserat på folks önskemål. Till exempel har marinbiologer uttryckt önskemål om linser med ett större arbetsavstånd från objektet, medan agronomer har bett om verktyg anpassade för att kontrollera markstrukturen.

Om varje student, vetenskapsman och helt enkelt nyfiken person i princip kan bära ett mikroskop i fickan, finns det bländande utsikter att öppna upp den naturliga världen för alla.

Den här historien rapporterades under ett stipendium för journalistik vid det italienska institutet för teknologi (IIT), finansierat av Europeiska forskningsrådet (ERC).