美國休斯頓大學(xué)Wei-Chuan Shih領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組報告稱，他們使用智能手機(jī)和3D打印機(jī)開發(fā)了一種多色熒光顯微鏡，他們已經(jīng)在網(wǎng)上免費(fèi)提供了計算機(jī)輔助設(shè)計版本。科學(xué)家們聲稱，裝備有3D噴墨印刷彈性體透鏡和聚乳酸（PLA）外殼的智能手機(jī)顯微鏡能夠幫助發(fā)展中地區(qū)和農(nóng)村地區(qū)的研究人員和醫(yī)療人員以及業(yè)余愛好者和背包客利用這種新型診斷技術(shù)，例如檢測水生病原體。

據(jù)研究人員介紹，這種新型工具具有自發(fā)熒光、熒光染色和免疫熒光三種常見的熒光顯微檢查類型。而且，這種新型工具不僅比傳統(tǒng)的臺式顯微鏡更便宜，而且更便于使用。

3D打印

由于該方法需要精確的光學(xué)對準(zhǔn)、精確的定向照明、昂貴的濾光片和物鏡以及可重新定位的光源，所以熒光顯微鏡難以縮小成為便攜式設(shè)備。Shih的研究小組表示，通過在智能手機(jī)顯微鏡上安裝可更換的自粘式鏡頭和一個固定的側(cè)向發(fā)射光源，簡化了光學(xué)對準(zhǔn)和照明以克服這些障礙。

3D打印的聚合物鏡頭能夠自動粘附在手機(jī)的相機(jī)鏡頭上，其他鏡頭部件是由聚乳酸組成的，包括：一個安裝在手機(jī)相機(jī)端的適配器、一個帶有彩色濾光片用于去除系統(tǒng)雜散光的粘合環(huán)、連接到適配器的基環(huán)、用于光軸聚焦的螺紋桶和用于插入樣品載玻片的狹槽、遮蓋環(huán)境光線的蓋子，和一個容納五個用于樣品照明的發(fā)光二極管（LED）模塊。

固定的熒光距離

側(cè)面安裝的LED和普通的需要適應(yīng)不同透鏡或濾光片的可調(diào)光源不同。發(fā)光二極管發(fā)出的光線穿過一個標(biāo)準(zhǔn)的1mm厚的蓋玻片，通過頂部和底部的玻璃空氣界面之間的全內(nèi)反射提供照明。放置在載玻片上的樣品與照明耦合，彈性散射的光子被粘合環(huán)中的濾光片阻擋，而熒光可以到達(dá)手機(jī)攝像頭上的彈性體透鏡。

由熒光光子成像得到的圖像首先被轉(zhuǎn)換成未壓縮的數(shù)字負(fù)片格式，然后被解碼為無損的TIFF圖像格式以便在手機(jī)中觀看，并輸出到計算機(jī)用于進(jìn)一步處理。

對水中的寄生蟲成像

Shih和他的團(tuán)隊使用他們的智能手機(jī)顯微鏡，通過多色免疫熒光法對含有藍(lán)氏賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲（兩種水生寄生蟲）的水樣進(jìn)行成像。與使用臺式熒光顯微鏡拍攝的圖像相比，智能手機(jī)圖像的分辨率稍低。然而，研究人員仍然能夠區(qū)分水樣中類似大小的聚苯乙烯珠粒的寄生蟲。

研究人員表示，整個智能手機(jī)附件重達(dá)26.5克，使用兩節(jié)1.5V紐扣電池能夠工作一個小時，成本低于20美元。他們希望這項技術(shù)最終能夠用于在任何地方向幾乎任何人提供現(xiàn)場分析、按需監(jiān)測和即時檢測診斷。

開源

Shih在新聞稿中解釋了向所有人開放設(shè)備的決定：“我認(rèn)為，如果讓人們都能夠使用它，智能手機(jī)顯微鏡將會產(chǎn)生更大的影響。我們應(yīng)該盡可能為每個人提供簡單易用的服務(wù)。”

早在2015年，Shih和他的同事們就開發(fā)了一種能夠?qū)⒅悄苁謾C(jī)變成顯微鏡的噴墨印刷鏡頭。該項目幫助實驗室創(chuàng)建了一家名為Dotlens的公司來生產(chǎn)和裝配顯微鏡片。