Από την έρευνα της νευροεπιστήμης στη μικροσκοπία κινητού τηλεφώνου

Ξεκίνησε σε ένα εργαστήριο νευροεπιστημών.

Ο Andrea Antonini ερεύνησε την ενδοσκοπική μικροσκοπία – ουσιαστικά, τη μικροσκοπική απεικόνιση των εσωτερικών οργάνων του σώματος – μαζί με άλλους νευροεπιστήμονες στο Ιταλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (IIT) στη Γένοβα. Αλλά το πεδίο της μικροενδοσκόπησης ήταν σχετικά μικρό και ήθελε να κάνει κάτι μεγάλο.

Ενώ εργαζόταν στο εργαστήριο μικροσκοπίας μια μέρα, συνειδητοποίησε ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει μερικούς από αυτούς τους φακούς με το τηλέφωνό του. Ήταν η μεγάλη στιγμή του. «Είδα αυτή την ευκαιρία να χρησιμοποιήσω την τεχνολογία για να φτιάξω κάτι για ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης».

Είναι ένα παράδειγμα του πώς μια ιδέα που δημιουργείται στη βασική, διερευνητική επιστήμη μπορεί να βρει μια εντελώς διαφορετική θέση, σχόλια Τομάζο Φέλλιν, επικεφαλής της ομάδας νευροεπιστήμης IIT που χρησιμοποιεί φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες για να διευκρινίσει πώς ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις αισθητηριακές πληροφορίες. Για να καλύψουν αυτή τη θέση, ξεκίνησαν την τρισδιάστατη εκτύπωση πολύ μαλακών πολυμερικών φακών, με στόχο «να μετατρέψουν το κινητό τηλέφωνο σε ένα ισχυρό και φορητό ψηφιακό μικροσκόπιο».

Και το 2015 οι δυο τους ίδρυσαν μια spinoff εταιρεία, την SmartMicroOptics, όπου ο Antonini άρχισε να εργάζεται με πλήρη απασχόληση ένα χρόνο αργότερα. Μαζί του ήρθε τελικά η σύζυγός του ως διαχειριστής, μαζί με έναν ειδικό στο μάρκετινγκ.

Αυτοί οι εύκαμπτοι φακοί μετατράπηκαν στο προϊόν Blips: μικροσκοπικοί φακοί προσαρτημένοι σε μια μεμβράνη, η οποία κολλάει σε ένα τηλέφωνο ή tablet. Ανάλογα με το μοντέλο, αυτό επιτρέπει μεγέθυνση περίπου 8–45x και ανάλυση έως και 3 μικρόμετρα. Είναι ένα πολύ απλό προϊόν που πιέζει και χρησιμοποιεί.

Τα Blips οδήγησαν σε ένα πιο προηγμένο κιτ μικροσκοπίου κινητού σε κουτί, το οποίο μπορεί να επιτύχει λεπτομέρεια κάτω του 1 μικρομέτρου. Αυτό το σύστημα είναι γνωστό ως DIPLE. Το κουτί του προϊόντος είναι επίσης η «μηχανική δομή για το σύστημα», εξηγεί ο Antonini καθώς συναρμολογεί ομαλά το κιτ σε περίπου ένα λεπτό. Αυτή η δομή στεγάζει την πηγή φωτός που τροφοδοτείται από μπαταρία και λειτουργεί ως βάση για την πλατφόρμα («στάδιο»), όπου ο χρήστης βιδώνει τον φακό.

Ανάλογα με το μοντέλο, τα κιτ έρχονται επίσης με απλές διαφάνειες. διαφάνειες που παρασκευάζονται με δείγματα εντόμων, φυτών και αίματος. ένα χάρακα μικροσκοπίου? και άλλα αντικείμενα όπως πιπέτα και τσιμπιδάκια. Ολόκληρο το κιτ ζυγίζει λίγο περισσότερο από ένα κιλό και μπορεί να ρυθμιστεί εύκολα ακόμα και από παιδιά μέσης ηλικίας. Και φυσικά, επειδή έχει σχεδιαστεί γύρω από το smartphone, οι φωτογραφίες και τα βίντεο μπορούν να ληφθούν χρησιμοποιώντας τη μεγέθυνση.

Δεν είναι το μόνο διαθέσιμο φορητό μικροσκόπιο, αλλά «κατά τη γνώμη μου, έχουμε την καλύτερη σχέση κόστους-απόδοσης», πιστεύει ο Antonini. Αυτή τη στιγμή λειτουργεί ένα κιτ με πλατφόρμα, πηγή φωτός και φακούς από περίπου. $60 έως $155. Λέει ότι αυτό σημαίνει ότι κάθε μαθητής σε μια τάξη θα μπορούσε να έχει το δικό του προσωπικό σύστημα μικροσκοπίας στην ίδια τιμή με ένα ενιαίο συμβατικό μικροσκόπιο που ζει μέσα σε μια τάξη.

Η εταιρεία έχει αντιμετωπίσει κάποια σκαμπανεβάσματα. Το Blips και το DIPLE κυκλοφόρησαν αρχικά σε καμπάνιες Kickstarter που πέτυχαν στόχους και η εταιρεία είχε κάποια πρόωρη επιτυχία πριν από το χτύπημα της πανδημίας. Αυτό οδήγησε στα γνωστά πλέον ζητήματα της εφοδιαστικής αλυσίδας με συγκεκριμένα εξαρτήματα, αλλά και σε ορισμένες αλλαγές στην εστίαση των πελατών.

Για παράδειγμα, σε μια διαφημιστική καμπάνια η SmartMicroOptics συνεργάστηκε με μια εταιρεία σαμπουάν για ψείρες κεφαλής για να παράσχει έναν φακό Blips μαζί με ένα μπουκάλι σαμπουάν. Έτσι τα παιδιά ή οι οικογένειές τους θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν εάν οι ψείρες είχαν εξαλειφθεί από το σαμπουάν. Κατά τη διάρκεια της πανδημίας, οι ψείρες έγιναν λιγότερο πρόβλημα επειδή τα παιδιά δεν συγκεντρώνονταν μαζί στο σχολείο, περνώντας γύρω από τα παράσιτα.

Τα τελευταία χρόνια ερευνητές και εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας δοκιμάζουν το DIPLE και με πιο εξελιγμένους τρόπους. Έχει δοκιμαστεί σε διάγνωση βακτηριακής κολπίτιδας στις ΗΠΑ και την ποιότητα του νερού στη Ρουάντα και την Κόστα Ρίκα. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Πίζας προσπάθησαν επίσης να εφαρμόσουν το DIPLE στην ανίχνευση της ελονοσίας. (Θα χρειαστεί πιστοποίηση για κλινικές χρήσεις.)

Ο Antonini πιστεύει ότι η φορητότητα θα μπορούσε να το κάνει χρήσιμο σε απομακρυσμένα περιβάλλοντα και περιβάλλοντα χαμηλών πόρων. Η ελαφριά μπαταρία μπορεί να διαρκέσει έως και δύο ημέρες με συνεχή χρήση, λέει. Επίσης, σύμφωνα με τον Antonini, το φορητό σύστημα ήταν χρήσιμο για την προεπιλογή δειγμάτων πεδίου, για να φέρει το μικροσκόπιο στο πεδίο και όχι το δείγμα στο εργαστήριο. Το DIPLE δεν μπορεί φυσικά να ανταποκριθεί στη δύναμη ενός συμβατικού μικροσκοπίου, αλλά μπορεί να είναι ένα χρήσιμο συμπλήρωμα.

Εάν είναι σε θέση να επεκταθούν, ο Antonini θέλει να δημιουργήσει κιτ για συγκεκριμένο θέμα με βάση τα αιτήματα των ανθρώπων. Για παράδειγμα, οι θαλάσσιοι βιολόγοι έχουν εκφράσει την επιθυμία για φακούς με μεγαλύτερη απόσταση εργασίας από το αντικείμενο, ενώ γεωπόνοι ζήτησαν εργαλεία προσαρμοσμένα για τον έλεγχο της δομής του εδάφους.

Εάν κάθε μαθητής, επιστήμονας και απλά περίεργος άνθρωπος μπορεί ουσιαστικά να έχει ένα μικροσκόπιο στην τσέπη του, υπάρχουν εκθαμβωτικές προοπτικές για το άνοιγμα του φυσικού κόσμου σε όλους.

Αυτή η ιστορία αναφέρθηκε κατά τη διάρκεια μιας υποτροφίας δημοσιογραφίας στο Ιταλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (IIT), που χρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας (ERC).