Ampio campo di microscopia a fluorescenza e citometria di flusso Imaging fluorescente su un telefono cellulare
Summary
Esaminiamo i nostri risultati recenti sull'integrazione di microscopia a fluorescenza e di imaging strumenti di citometria a flusso su un telefono cellulare utilizzando compatte e convenienti opto-fluidici allegati. Questi cellulare basato micro-dispositivi di analisi può essere utile per l'analisi citometrica, ad esempio per eseguire operazioni di conteggio cellulari diversi e per high throughput screening di campioni di acqua, ad esempio in impostazioni delle risorse limitate.
Abstract
Microscopia a fluorescenza e citometria a flusso sono ampiamente utilizzati strumenti nella ricerca biomedica e diagnosi clinica. Tuttavia questi dispositivi sono in generale relativamente ingombranti e costosi, rendendoli meno efficaci nelle impostazioni delle risorse limitate. Per far fronte a queste limitazioni potenzialmente, abbiamo recentemente dimostrato l'integrazione di ampio campo di microscopia a fluorescenza e di imaging strumenti di citometria a flusso su telefoni cellulari utilizzando compatto, leggero, e costo-efficacia opto-fluidici allegati. Nel nostro disegno citometria di flusso, le cellule sono contrassegnati in modo fluorescente lavata attraverso un canale microfluidico che è posizionata sopra l'esistente cellulare telecamera. Alimentati a batteria diodi emettitori di luce (LED) sono di testa accoppiata al lato di questo chip microfluidica, che agisce efficacemente come una guida d'onda multimodale lastra, dove viene guidato la luce di eccitazione per eccitare uniformemente gli obiettivi fluorescenti. Il telefono cellulare fotocamera registra un film lasso di tempo di cellule fluorescenti fluisce attraversoil canale microfluidico, dove vengono elaborate le cornici digitali di questo film per contare il numero di cellule marcate nella soluzione bersaglio di interesse. Utilizzando un simile opto-fluidico disegno, possiamo anche un'immagine queste cellule contrassegnati in modo fluorescente in modalità statica es intramezzando particelle fluorescenti tra due vetrini e catturare le loro immagini fluorescenti utilizzando il telefono cellulare fotocamera, che possono raggiungere una risoluzione spaziale di esempio ~ 10 micron su un grande campo di vista di ~ 81 mm 2. Questo telefono cellulare basato fluorescente citofluorimetria imaging e microscopia piattaforma potrebbe essere utile specialmente in impostazioni di risorse limitate, per esempio il conteggio delle cellule T CD4 + verso il monitoraggio dei pazienti HIV + o per il rilevamento di acqua da parassiti nell'acqua potabile.
Introduction
Microscopia e citometria a flusso sono ampiamente utilizzate tecniche di 1-12 nella ricerca biomedica e scientifica, nonché la diagnosi clinica per il conteggio e la caratterizzazione di vari tipi di cellule. Tuttavia, microscopi convenzionali e flusso-citometria strumenti sono relativamente complesse e costose, che limita il loro uso principalmente alla laboratori centrali consolidate. Recentemente abbiamo sviluppato un citometria compatto e leggero dispositivo di imaging a fluorescenza e microscopia integrato su un telefono cellulare, che mostra la promessa 13,14 a costi contenuti tradurre microscopia a fluorescenza, citometria a flusso e le relative micro tecniche di analisi di ambienti con risorse limitate per applicazioni di telemedicina vari settori: la salute globale.
Nel optofluidic citometria a flusso di configurazione (vedere ad esempio la Figura 1C e 1D), una custom-designed polydimethysiloxane (PDMS) canale in base microfluidica è positioned davanti al telefono cellulare fotocamera-unità, dove emettitori di luce a diodi (LED) sono accoppiate di testa ai bordi del canale. Questo chip microfluidica, unito all'interno campione liquido, forma un opto-fluidico guida d'onda planare (composto ad esempio PDMS-liquido-PDMS) tale che la luce di eccitazione è guidata per pompare uniformemente i campioni etichettati fluorescenti all'interno del micro-canali. L'emissione di fluorescenza da questi oggetti etichettati, ad esempio, le cellule, è ulteriormente ripreso attraverso una lente aggiuntiva collocata subito dopo il telefono cellulare fotocamera unità ed è mappato sul cellulare Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) sensore di immagine. Poiché l'emissione fluorescente viene raccolto perpendicolare al percorso di luce di eccitazione, un filtro di assorbimento di plastica poco costoso è sufficiente rimuovere la luce diffusa di eccitazione e può fornire un discreto campo scuro sfondo necessaria per l'imaging fluorescente. Utilizzando un simile opto-fluidico disegno, possiamo anche l'immagine degli oggetti fluorescenti in static modalità (vedi figura 1A e 1B), in cui sono le particelle fluorescenti sandwich tra due vetrini invece di fluire attraverso un canale microfluidico e l'emissione fluorescente da queste particelle fluorescenti vengono catturati dal telefono cellulare sensore di immagine CMOS per conteggio di particelle e caratterizzazione. Sulla base delle diverse esigenze applicative, citometria a flusso o grande campo di microscopia a fluorescenza possono essere scelti. Per esempio, cellulare dispositivo citometria di flusso potrebbe essere particolarmente utile per lo screening di grandi volumi di campioni liquidi (ad esempio alcuni ml) per la rilevazione di cellule rare o patogeni.
In questo manoscritto passiamo in rassegna alcuni dei nostri recenti risultati sull'integrazione di microscopia a fluorescenza e di imaging strumenti di citometria a flusso su un telefono cellulare utilizzando compatte e convenienti opto-fluidici allegati. Questi cellulare a base di micro-analisi, citometria di imaging e le piattaforme di rilevamento in grado di fornire diverse opportunitàper la diagnostica di telemedicina e point-of-care, in particolare impatto la nostra lotta contro le sfide della salute globale nelle regioni delle risorse limitate del mondo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo presentato i nostri risultati recenti sul telefono cellulare basato ampio campo microscopia a fluorescenza e opto-fluidici citometria a flusso di immagini utilizzando leggeri e compatti opto-fluidici allegati a telefoni cellulari fotocamere. Grazie a questa tecnologia piattaforma abbiamo ripreso oggetti fluorescenti incluse micro-particelle ed etichettati globuli bianchi in campioni di sangue intero. Pertanto, questo compatto ed economico cellulare set di strumenti basati imaging a fluorescenza può essere utile…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
A. Ozcan ringrazia il sostegno del Premio Presidenziale per Early Career Scientists and Engineers (PECASE), Army Research Office (ARO) Young Investigator Award, National Science Foundation (NSF) premio alla carriera, Office of Naval Research (ONR) Young Investigator Award e National Institutes of Health (NIH) Innovator Award Nuovo direttore DP2OD006427 presso l'Ufficio del Direttore, National Institutes of Health.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cell-phone | Sony | Sony Ericsson Aino | |
| Plano-convex lens | Edmund Optics | # NT45-302 | |
| Aspherical lens | Thorlab | # C230TME-A | |
| Filter | Edmund Optics | #NT54-46 | |
| Blue LED | Digikey | #365-1201-ND | |
| Battery | Digikey | #P032-ND | |
| Polystyrene tube | Fisher Scientific | #05-408-129 | |
| Red blood cell lysing buffer | Sigma Aldrich | R7757 | |
| SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER KIT | Dow Corning | ||
| Red fluorescent beads (10 μm) | Life Technologies | #F8834 | |
| Green fluorescent beads (10 μm) | Life Technologies | #F8836 | |
| SYTO16 nucleic acid fluorescent labeling | Life Technologies | # S7578 |
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