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Realizzare un microscopio con un cellulare

Microscopio da un cellulare

Un gruppo di ricercatori ha realizzato un semplice, leggero, compatto, ed economico microscopio con un normale cellulare, aprendo la porta per applicazioni nel campo della diagnosi medica di base.

Un piccolo microscopio digitale del costo di pochi euro può essere collegato ad un normale cellulare dotato di fotocamera ed eseguire una diagnostica medica di base che altrimenti richiederebbe attrezzatura da laboratorio costosa. Il microscopio, che non ha lenti, permette un risparmio in termini di peso e di costi utilizzando degli algoritmi che estrapolano maggiori informazioni dalle immagini acquisite. Il dispositivo può ad esempio essere impiegato per misurare la quantità di globuli rossi e bianchi, per individuare la presenza di eventuali cellule malate, per rilevare la presenza di batteri, il tutto esaminando delle semplici immagini inviate tramite un cavo USB ad un cellulare equipaggiato con un software opportuno per elaborare i dati acquisiti.

L'ultima versione del microscopio incorpora un metodo di contrasto basato sull'interferenza per fornire immagini di qualità migliori, in aggiunta alle informazioni di tipo diagnostico.

Dispositivi come questo potrebbero rendere disponibili degli strumenti diagnostici alle popolazione che vivono in parti del mondo in cui la telefonia mobile è presente, ma l'accesso alle costose apparecchiature diagnostiche è consentito solo a pochi privilegiati (o, al limite, a nessuno).

L'obiettivo di questo microscopio è quello di essere semplice ed economico, per cui non vengono utilizzate costose lenti, ma si impiega piuttosto la capacità di eleborazione di cui sono dotati gli attuali cellulari per ricavare delle informazioni di tipo medico dalle immagini acquisite.

Lo strumento è stato realizzato da un gruppo di ricercatori della University of California, Los Angeles (UCLA) guidati da Aydogan Ozcan, docente di ingegneria elettronica e biomedica. Il dispositivo è costituito solamente da due componenti hardware: un diodo LED per illuminare il campione e un chip sensibile alla luce, ciascuno con un costo di pochi centesimi di euro. I campioni di materiale da esaminare vengono collocati tra appositi vetrini e poi inseriti in una guida posta tra il LED ed il sensore luminoso (si veda l'immagine sottostante). Le dimensioni sono estremamente compatte (6cm x 4cm) con un peso di soli 46 grammi.

 

microscopio da un cellulare

 

Non avendo lenti, il microscopio non ingrandisce l'immagine, ma è tuttavia in grado di raggiungere una risoluzione inferiore a 2 micrometri, ottenendo immagini paragonabili a quelle ottenute da un microscopio con un ingrandimento di 40X. Tutto ciò è reso possibile da opportuni algoritmi software di elaborazione delle immagini. Il gruppo di ricercatori ha anche sviluppato una nuova versione di microscopio che integra un "trucco" ottico per migliorare il contrasto dell'immagine sui microscopi convenzionali.

Il metodo, chiamato contrasto dell'interferenza differenziale, usa un prisma per dividere il flusso luminoso in due fasci con polarizzazione differente prima di illuminare il campione, ed un secondo prisma per ricombinarli dopo aver attraversato il campione. Combinando i due raggi si ottiene un'immagine con un elevato contrasto. Il prisma ha un costo di circa 2$, portando il costo complessivo del microscopio a meno di 3$. Il sistema di diagnostica per immagini senza lenti è uno strumento promettente per applicazioni nel campo della telemedicina, visto che ormai i cellulari moderni sono dotati di telecamera, e, disponendo anche di una connessione sulla rete, è possibile trasmettere le immagini acquisite a distanza, per un esame più accurato.

Per quegli utenti che tuttavia non dispongono di un cellulare con fotocamera, è stata anche realizzata una versione di microscopio senza lenti di tipo stand-alone, che richiede solo una connessione USB per l'alimentazione e per trasferire le immagini acquisite su un portatile o cellulare per la successiva trasmissione remota.

Con riferimento alla precedente immagine, il microscopio senza lenti per cellulari è composto dalle seguenti parti:

  • 1 - rilevatore luminoso - il vetrino contenente il materiale da esaminare (come ad esempio sangue) può essere collocato nell'apposita slitta, sopra la fotocamera, la quale contiene un chip sensibile alla luce. Il processore del cellulare esegue poi il software appropriato di elaborazione dell'immagine
  • 2 - sorgente luminosa - il tubo nero di plastica contiene dei filtri per la luce e un LED alimentato direttamente dalle batterie del cellulare, ma non contiene alcuna lente
  • 3 - il sistema di acquisizione dell'immagine può essere rimosso per una conversazione telefonica più comoda, oppure sostituito da un'altro modello più adatto alla specifica applicazione

Per quanto riguarda le applicazioni di questo dispositivo, la prima che viene in mente è quella relativa ai centri medici per la diagnosi da remoto, per diagnosticare l'anemia, il cancro, e malattie infettive come la malaria.

Particolarmente interessante anche il seguente video relativo al dispositivo creato dal gruppo di ricerca guidato da Ozcan.

Aydogan Ozcan

 

 

 

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ritratto di lux1982

Dopo l'ecografia fatta con

Dopo l'ecografia fatta con gli smartphone vista un pò di tempo fa, penso che anche questo microscopio sia un progetto davvero interessante data l'utilità...

ritratto di Antonio Mangiardi

bellissimo, sapevo

bellissimo, sapevo dell'esistenza di microscopi usb, ma questo supera l'immaginazione... cavolo 40x !!!

ritratto di linus

per mia esperienza

ho avuto sia delle macchine fotografiche digitali che dei telefonini con telecamera incorporata, ma il grave difetto è che i cellulari non hanno (almeno da quelli utilizzati) non hanno l'autofocus che per immagini a distanza ravvicinata o in questo caso come microscopio non sono facilmente utilizzabili e vicino all'inutile se si vogliono scattare delle foto.

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Anche se è vero che le

Anche se è vero che le fotocamere integrate non hanno lenti adatte a mettere a fuoco così da vicino, è possibile mettere a fuoco utilizzando un altro sistema di lenti. Nel corso di ottica che ho seguito non abbiamo trattato sistemi con più lenti, ma probabilmente per mettere a fuoco e ingrandire un oggetto ne servono almeno due. Questo posso dirlo con certezza, dato che un giorno che non avevo cose interessanti da fare ho costruito a casa un proiettore per diapositive con una torcia a led con due lenti: una serviva a regolare la messa a fuoco, e l'altra a regolare l'ingrandimento. È da un pò che non prendo quella materia, dovrei riprenderla entro un paio di settimane per la tesi di laurea. Comunque dicono che non hanno usato lenti... mi sembra strana come cosa. nell'articolo non c'è nemmeno un link a qualche pubblicazione, quindi non so proprio che dire... Molto probabilmente comunque c'è qualche sistema per la messa a fuoco, altrimenti non mi spiego come possa funzionare.
p.s. tempo fa stavo pensando per conto mio a qualche sistema che riuscisse ad estrarre informazioni da una immagine fuori fuoco. forse a questo punto non avevo tanto torto... tocca cercare una pubblicazione

ritratto di Antonio Mangiardi

forse qui

ritratto di Casciana17

Trovata a dir poco

Trovata a dir poco geniale,basti pensare le modalità applicative ma soprattutto il dispositivo potrebbe essere utilizzato nei paesi in via di sviluppo che purtroppo non dispongono della strumentazione avanzata che possediamo noi,avere uno zoom pari a 40x senza lente è davvero impressionante

ritratto di Alex87ai

per chi volesse realizzare

per chi volesse realizzare ingrandimenti e messe a fuoco in modalità "macro" con la fotocamera del proprio cellulare semplicemente cannibalizzando la lentina del laser di un vecchio lettore DVD, allora vi consiglio di leggere questo articolo di EOS:
http://it.emcelettronica.com/macro-fotocamera-del-cellulare-con-la-lente-del-dvd

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Questo apparecchio appartiene

Questo apparecchio appartiene alla categoria dei microscopi ottici. Un microscopio ottico, è tale perchè per illuminare il campione utilizza luce appartenente allo spettro del visibile, a differenza dei microscopi elettronici che "illuminano" il campione da analizzare con elettroni, e dei microscopi a raggi x. Lo svantaggio principale dei microscopi ottici deriva dalla diffrazione della luce provocata dal campione in analisi. Come sappiamo la luce può essere caratterizzata da un comportamento sia ondulatorio che corpuscolare. Il suo comportamento ondulatorio crea delle "figure di diffrazione", che sono più accentuate quando la luce deve attraversare delle fenditure o dei pori molto stretti. Le figure di diffrazione fanno si che il raggio di luce, che uno si vorrebbe aspettare dritto, si allarga a ventaglio, e a parità di lunghezza d'onda della luce l'allargamento è tanto maggiore quanto è stretta la fenditura. Infatti per fenditure molto larghe questo effetto non si nota. A lunghezze d'onda minori (luce blu o viola) è possibile associare delle lunghezze d'onda minori e quindi i fenomeni di diffrazione sono molto più contenuti, rispetto al rosso. Per questa ragione sono stati inventati i microscopi a raggi X, dato che i raggi X hanno una lunghezza d'onda molto molto piccola, riescono a delineare meglio i contorni di oggetti piccoli. Oltre a questi problemi i microscopi ottici devono avere a che fare anche con i fenomeni di aberrazione cromatica. L'ab. cromatica è data da lenti che "deflettono" la luce in una certa maniera. Questa luce viene deflessa in accordo con le leggi di Snell, e quindi dato un materiale con un certo indice di rifrazione n, la lente permette di focalizzare l'immagine a una certa distanza da essa. Il problema è che n cambia a seconda della lunghezza d'onda della luce che vi incide, quindi succede che ad esempio se su una lente incide una immagine fatta solo con luce rossa, metto a fuoco questa lente e sto apposto, ma se poi sulla stessa lente arriva una immagine blu, se la lente non è compensata con altre lenti, devo metterla di nuovo a fuoco. Oltre che sulla messa a fuoco il problema è sull'ingrandimento. Infatti immagini di colori diversi non possono essere ingrandite esattamente dello stesso fattore. Questo fenomeno potete vederlo anche nelle macchine fotografiche. se fate una fotografia con una mano ben ferma o da un cavalletto, e vedete ad esempio il bordo netto di un oggetto potrebbe vedersi un secondo contorno bluastro, dovuto proprio a questo fenomeno. Questi sono quindi i limiti a cui vanno incontro tutti i sistemi ottici, dal microscopio ai telescopi _a lente_. Attualmente, soprattutto nei telescopi questi problemi di aberrazione sono stati risolti utilizzando specchi al posto delle lenti. lo specchio infatti non viene attraversato dalla luce, ma la luce viene solamente riflessa con un angolo di riflessione uguale a quello di incidenza. Attualmente esistono molti tipi di microscopi ottici, che sfruttano diverse caratteristiche della luce. per una panoramica abbastanza completa è possibile vedere qua
http://it.wikipedia.org/wiki/Microscopio_ottico
I microscopi ottici a luce trasmessa può avere ingrandimenti che vanno da qualche decina fino a circa un migliaio

ritratto di fra83

Lo trovo utile per

Lo trovo utile per l'assistenza e la prevenzione di eventuali malattie in parti del mondo dove è difficile reperire apparecchiature costose e quindi fare diagnosi in modo celere.
Spero prenda piede e trovi spazio nel mercato. In bocca al lupo a chi l'ha realizzato!

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Pensandoci bene comunque un

Pensandoci bene comunque un ingrandimento di 40x con un microscopio non permette di fare cose molto avanzate. Probabilmente nel terzo mondo un aggetto di questo tipo può aiutare a capire se un insetto è una pulce o una piattola (tanto per fare un esempio) ma con un ingrandimento di 40x non è possibile vedere cellule o altro. Un mio zio mi regalò tanti anni fa un microscopio "giocattolo" che aveva i suoi difetti, infatti essendo realizzato in plastica era facile piegare il braccio che regge l'oculare e metterlo fuori fuoco, ma ha un ingrandimento che raggiunge i 600x. Sotto suggerimento della mia professoressa di biologia e chimica del liceo, ho provato a vedere uno strato di epitelio di cipolla, e riuscivo con quello strumento per bambini a distinguere le cellule. Per immortalare quelle immagini ho potuto usare solo il telefono cellulare puntato dentro l'oculare, sicuramente perchè era l'unico oggetto ad avere un'ottica abbastanza piccola da entrare nell'oculare. infatti con la macchina fotografica non riuscivo a vedere niente
Crescendo mi è venuta voglia di aprirlo e vedere come è fatto, e dentro c'erano delle semplici lenti molto piccole di plastica. Anche la struttura era a dir poco spartana. Da allora mi sono convinto che realizzare un microscopio ottico era facile. Ora non so perchè i ricercatori dell'ucla hanno usato cose così complicate, forse il loro scopo non era il microscopio in se, ma era la ricerca di soluzioni alternative. probabilmente sarebbero riusciti ad ottenere immagini più ingrandite se avessero utilizzato altre tipologie di microscopio ottico

ritratto di FlyTeo

Mmmm

Ottimo ingrandimento per un dispositivo così piccolo e così portatile.Credo però che sia un pò un controsenso. nel post si dice che potrebbe essere utile in quei paesi dove le attrezzature mediche sono ridotte. Presumo che si tratti di paesi poveri..quando la popolazione potrà certo permettersi un microscopio economico, ma non di certo uno smartphone da qualche centinaio di dollari..

Forse questo oggettino non è poi così utile...
Innovativo, bello, interessante ma...utile..boh?
Sicuro è un gioiellino che noi europei acquisteremmo subito ;-)

ritratto di slovati

ingrandimento e risoluzione

Un ingrandimento 40x può essere sufficiente a visualizzare delle cellule, come in questo microscopio, a condizione che vi sia anche una buona risoluzione.
La risoluzione di un microscopio non si misura con l'ingrandimento. ma è determinata piuttosto da due caratteristiche ottiche: l'apertura e la lunghezza d'onda.
Questo microscopio, con un fattore di ingrandimento "modesto" (40x), riesce a raggiungere una risoluzione di circa 1-2 micrometri, sufficiente a visualizzare distintamente delle cellule.

Per farsi un'idea di questi concetti potete visitare questo sito (e divertirvi a variare ingrandimento e risoluzione spostando la barra relativa):
http://brunelleschi.imss.fi.it/esplora/microscopio/dswmedia/simula/isimula1.html

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

a pensarci bene hai ragione,

a pensarci bene hai ragione, forse prima ho espresso un parere affrettato... il fattore della risoluzione non l'avevo proprio considerato! :)

ritratto di linus

per quello che

Conosco l'autofocus è realizzato attraverso sensori che misurano la distanza e regolano la distanza attraverso un chip che attiva un sistema meccanico o elettromeccanico per regolarne la messa a fuoco. In alcune macchine si sente proprio un motorino che fa modificare la distanza delle lenti dell'ottica mentre si punta l'oggetto da fotografare.
Inoltre diventa più difficile quando si vogliono fotografare oggetti molto piccoli per via dei sensori che devono discriminare distanze molto piccole. Con una sola lente, mi sembra impossibile o quanto meno difficile poichè la distanza dal soggetto dovrebbe essere una sola e ben definita.

ritratto di Francesco12-92

mmmmm

Una sola cosa credo che si importante sottolineare, In questo mondo i cellulari sono nati per un solo scopo: quello di fare delle telefonate a distanza senza il bisogno di avere a disposizione il telefono di casa o aspettare ore ed ore d'avanti ad una cabina telefonica che si liberasse il telefono. Il Primo telefono cellulare er molto grande, ma era stato creato per stare in macchina, e non per stare in tasca. successivamente sono nate le diverse società costruttrici di telefoni cellulare che hanno cercato di restringere sempre di più il volume di tale dispositivo fino agli anni 90 dove nel cellulare sono stati inseriti i cosiddetti giochi, che ci hanno accompagnato per anni e anni nelle sale di attesa, in viaggio, in ogni momento che non volevamo annoiarci stando con le mani in mano. Ancora successivamente i telefoni cellulari sono diventati tuch screen e sono stati utilizzati sempre di più come console di gioco, di produttività, di lettura, ecc. tralasciando sempre di più la sua funzione di base, cioè quella di telefonare. Oggi addirittura arriviamo a montare un dispositivo in grado di far diventare il nostro "semplice" telefono cellulare, un microscopio. Ma i microscopi, strumenti adibiti ad analisi chimica che risiede solo nei laboratori di chimica, biologia, ecc. (non so esattamente in quali laboratori è necessario), perché dovrebbero essere montati sui telefoni cellulari?!, Dobbiamo analizzare i germi del sedile del mezzo pubblico?!

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

penso anche io che

penso anche io che bisognerebbe ricordare a molti che i cellulari siano prima di tutto telefoni, ma a quanto pare al mercato questo non interessa molto... In compenso possiamo farci un pò di risate quando telefoni che costano diverse centinaia di euro e che fanno anche il caffè non prendono (caso eclatante l'antenna anti mancini dell'iphone 4) gli sviluppatori stanno accecando il mondo con i giochini colorati per nascondere che le antenne non riescono più a migliorarle... Non mi trovo d'accordo però sull'uso di questo telefono/microscopio che hai descritto. Penso anche io che non sia una trovata eccezionale, ma probabilmente costituirebbe uno strumento portatile e a costo contenuto adatto a fare test sul campo di qualche campione... Non ne sono certo, ma non ho mai sentito parlare di microscopi tascabili finora

alt. chiedo scusa e mi rimangio le ultime parole
http://www.dani2000.it/product/6f3c10b3-6330-4776-8751-6ecc931cbea5.aspx

a questo punto l'unico vantaggio che potrebbe comportare la soluzione descritta nell'articolo sta nella possibilità di scattare foto e archiviarle... che non sarebbe nemmeno tanto male.

ritratto di Francesco12-92

Si ma addirittura il

Si ma addirittura il microscopio, certo credo che il microscopio portatile sia una comodità, ma per cosa, per fare una esame al volo in autostrada o sul mezzo pubblico, allora tr poco mi inventate un aggegino che mi faccia l'analisi del sangue, mi scoccio di andare dal medico :-(

ritratto di Antonio Mangiardi

non pensare che sia una roba

non pensare che sia una roba di consumo, non so se hai letto bene l'articolo
--->"applicazioni di questo dispositivo, la prima che viene in mente è quella relativa ai centri medici per la diagnosi da remoto, per diagnosticare l'anemia, il cancro, e malattie infettive come la malaria."<---

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

già oggi chi soffre di

già oggi chi soffre di diabete ha a disposizione un oggetto elettronico per misurare gli zuccheri nel sangue, sono macchinette piccole, si usa specie di provetta usa e getta per prendere una goccia di sangue e poi questo affarino lo analizza in pochi secondi. uno spettacolo! anche se sarebbe meglio che non ci fosse la necessità di usarlo...

ritratto di Alex87ai

la medesima cosa la si arriva

la medesima cosa la si arriva a fare per la misura in tempo reale dei livelli di colesterolo nel sangue. Diciamo che per le innovazioni sui metodi rapidi di diagnostica la tecnologia elettronica ha fatto davvero la differenza. Con i biosensori si è arrivato a fare di tutto, anche il test pregravidanza che da informazioni sul periodo fertile della donna e ovviamente se la stessa è incinta o meno. L'hanno chiamato "l'anticoncezionale naturale" con un margine di errore di qualche percento (e sinceramente è proprio quel margine che mi lascerebbe poco tranquillo nell'affrontare un rapporto senza le giuste precauzioni...si è capito cosa intendo!)e con una risposta nei risultati notevolmente ridotta nel tempo rispetto ai test di gravidanza classici usa e getta.

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

dovrebbero implementare anche

dovrebbero implementare anche il calcolo della probabilità di infarto del partner in caso di ritardo del ciclo... Quei test possono anche misurare la quantità di ormoni con l'errore dello 0.0001%, ma sono le donne ad essere decisamente instabili :D

ritratto di Alex87ai

Giustamente sapendo che

Giustamente sapendo che l'incertezza complessiva tra due possibili misure è pari alla radice quadrata della somma dei quadrati delle singole incertezze moltiplicate per il fattore di sensibilità relativo (reminiscenze del corso di misure elettroniche), per quanto possa essere piccola l'incertezza di valutazione della quantità di ormoni presenti in un dato momento nel corpo femminile è in realtà trascurabile rispetto al grado di instabilità della donna...ahahhaha...ho fatto tutto questo giro solo perchè mi diverto ad applicare al mondo circostante i principi matematici che tanto ci hanno fatto penare durante gli esami all'univerisità...Al di là di questo, penso che esista una relazione fissa e costante tra la quantità di ormoni secretati e lo stato di feritlità della donna, quello che può cambiare è il periodo in cui tutto ciò avviene...ritorna nuovamente il principio della relatività dal quale non possiamo proprio astenerci...XD

ritratto di Michele Sambo

bene

bene

 

 

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