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美研究人員發明單晶片顯微鏡
2008/08/12
IP:四川
研究人員發明了一種方法,能將針孔光學元件(pinhole optics)、微流體(microfluidic)以及電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)結合,組成一架可用的單晶片顯微鏡,這種新技術可望使目前市面上笨重而昂貴的顯微鏡變得更小、更便宜。

上述由美國加州理工學院(California Institute of Technology)的工程師們所研發的光流體顯微鏡(optofluidic microscope),其體積小到能與行動電話這類的手持式設備整合;該顯微鏡只需太陽光照明,且量產後的價格可能只要10美元,加州理工學院希望能與製造商合作,生產手持式版本做為行動監控應用,例如在戰場上辨別瘧疾或毒氣。這種小體積的設備也可以植入人體,用來即時監控血液循環,以幫助減緩癌症或其他疾病的蔓延。


該設備的研發人員,加州理工學院工程教授Changhuei Yang認為,基於針孔成像、微流體通道、次微米尺度蝕刻和影像處理演算法,該設備可以取代傳統的光學對焦顯微鏡。該設備以一個CCD感測器為基礎,頂部有一層金屬薄膜,每隔5微米有一排蝕刻的次微米孔,每個孔就和感測器上的圖元陣列對應,在孔線對角線的上方用透明材料蝕刻微流體的通道,樣本透過自身重力或是小的電壓推動而流經這個通道,而整個陣列可由日光照明。


當樣本經過那些孔道的時候,液體內部逐漸增多的物體將會連續阻擋孔內的光線,就可以產生一系列由CCD所記錄的影像;這些影像與針孔成像的影像類似,但由於這些孔是沿對角線經過微流體通道,每一個孔道會捕捉物體成像的不同部份,就可以透過晶片內部一定的演算法合成為一幅完整的影像。而完成的影像就可顯示用以識別。


加州理工學院的研發人員表示,在單一的CCD上可以整合數以千計的光流體顯微鏡,每一個顯微鏡使用不同的圖元行(lines of pixels),這樣就可以同時採集影像和分析。這項研究是由美國國防部高等研究計畫局(DARPA)、加州理工學院的光流體整合中心(Center for Optofluidic Integration)、Wallace Coulter基金、美國國家科學基金(NSF)以及美國國家衛生研究院(National Institutes of Health)所共同贊助。
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