Nanotech-Bildgebungsgerät zeigt Potenzial für die Diagnose von Krankheiten mit Smartphones

Ein nanotechnologisches Bildgebungsgerät, das klein genug ist, um auf die Kameralinse eines Smartphones zu passen, hat das Potenzial, die Diagnose bestimmter Krankheiten für Menschen in ländlichen und abgelegenen Regionen zugänglich und erschwinglich zu machen, sagen australische Wissenschaftler, die es entwickelt haben.

Die COVID-19-Pandemie hat die Diagnostik stark in den Fokus gerückt, und die Weltgesundheitsorganisation hat die Länder aufgefordert, Investitionen in hochwertige Diagnostik als ersten Schritt zur Kontrolle, Behandlung und Prävention von Krankheiten zu priorisieren.

Die Wissenschaftler der University of Melbourne und des Australian Research Council Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) veröffentlichten Details des Geräts in der Zeitschrift ACS Photonik.

Derzeit stützt sich der Nachweis von Krankheiten hauptsächlich auf optische Mikroskope, um Veränderungen in biologischen Zellen zu untersuchen.

Es beinhaltet normalerweise das Färben der Zellen mit Chemikalien in einer Laborumgebung und die Verwendung von High-End-Mikroskopen, die sperrig und teuer sind.

Lukas Wesemann, Erstautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der University of Melbourne und TMOS

Die Forscher haben die Phasenbildgebungstechnologie mithilfe von Metaoberflächen miniaturisiert, die das durch sie hindurchtretende Licht manipulieren können, um unsichtbare Aspekte von Objekten, wie lebende biologische Zellen, sichtbar zu machen. Die Phasenbildgebung beruht auf kontrastierenden Transparenzgraden zwischen untersuchten Geweben oder Zellen.

„Unser flaches optisches Gerät, das nur wenige hundert Nanometer dick ist, kann die gleiche Art von Mikroskopietechnik ausführen, die häufig bei der Untersuchung biologischer Zellen verwendet wird. Es kann auf einer Kameralinse integriert werden, um zu helfen, Veränderungen in biologischen Zellen zu erkennen die auf Krankheiten hinweisen”, erklärt Wesemann.

Krankheiten wie Malaria, Leishmaniose, Trypanosomiasis und Babesiose, die durch optische Mikroskopie nachgewiesen werden können, sind potenzielle Kandidaten für die zukünftige Erkennung mit diesem Gerät.

„Der Vorteil, Zellen mit dieser Art von Gerät visualisieren zu können, ist die Tatsache, dass sie leben können und in keiner Weise verarbeitet werden müssen, bevor sie visualisiert werden können. Es ist Echtzeit und erfordert keine Rechenverarbeitung. Das Gerät erledigt die ganze Arbeit“, sagt Ann Roberts, Co-Autorin der Studie, TMOS-Chefforscherin und Professorin an der University of Melbourne.

Abgesehen von der Möglichkeit der medizinischen Ferndiagnose könnte dieses neue Tool die Erkennung von Krankheiten zu Hause ermöglichen. Patienten könnten ihre eigenen Proben durch Speichel oder einen Tropfen Blut gewinnen und das Bild zur Beurteilung und schnellen Diagnose an ein Labor auf der ganzen Welt senden.

“Eine frühzeitige Diagnose könnte eine rechtzeitige Behandlung ermöglichen und zu besseren Gesundheitsergebnissen führen. Medizinische Diagnosegeräte kleiner, billiger und tragbarer zu machen, wird benachteiligten Regionen helfen, Zugang zu einer Gesundheitsversorgung zu erhalten, die derzeit nur Ländern der Ersten Welt zur Verfügung steht”, fügt Roberts hinzu.

Die Herstellungskosten des aktuellen Prototypgeräts betragen etwa 700 US-Dollar, da es mit den Werkzeugen hergestellt wird, die auch bei der Herstellung elektronischer Computerchips verwendet werden. Die Forscher sagen, dass sie nach industrieller Zusammenarbeit suchen, um das Gerät zu kommerzialisieren.

“Wir sind zuversichtlich, dass wir in naher Zukunft Herstellungsverfahren entwickeln können, die besser für die Massenfertigung geeignet sind und die Gerätekosten möglicherweise auf wenige Cent senken können”, sagt Wesemann. SciDev.Net.

„Es ist eine sehr grundlegende Technik, die jeder Ingenieur aufgreifen und in jedes mobile medizinische Bildgebungsgerät integrieren könnte, es muss nicht einmal ein Smartphone sein.“

Michael Abramoff, Augenarzt, Computeringenieur und Gründer und Vorstandsvorsitzender des in den USA ansässigen Unternehmens Digital Diagnostics, erzählt SciDev.Net: „Dies ist eine neue Bildgebungsmodalität, und die Machbarkeit einer solchen optischen Phasenbildgebung unter Verwendung von Auflicht ist vielversprechend, da es viele fast transparente Gewebe gibt, die ohne Kontrastmittel oder Strahlung schwer abzubilden sind.

„Wir freuen uns auf die Anwendung dieser Modalität auf biologisches Gewebe und insbesondere auf die Netzhaut, da dort Nerven- und Gefäßgewebe gleichzeitig abgebildet werden können.“

Quelle:

Zeitschriftenreferenz:

Wesemann, L., et al. (2022) Echtzeit-Phasenbildgebung mit einer asymmetrischen Übertragungsfunktions-Metaoberfläche. ACS Photonik. doi.org/10.1021/acsphotonics.2c00346.

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