Forscher der University of Houston haben eine Anleitung veröffentlicht, mit der man aus einem Smartphone und selbst erstellten Elementen aus dem 3D-Drucker ein Smartphone-Mikroskop herstellen kann. Das Mikroskop kann im Wasser befindliche Pathogene entdecken und noch weitere Diagnosen dieser Art durchführen. Helfen soll es vor allem Dritte Welt-Ländern.

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Forscher der University of Houston haben einen Open-Source-Datensatz veröffentlicht, um ein Smartphone in ein 3D-Mikroskop zu verwandeln. Das Mikroskop erkennt durch Wasser übertragene Pathogene und führt auch andere Diagnosen aus. Unter Pathoegen, oder auch pathogene Mikroorganismen, werden Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze, Einzeller und Viren verstanden, die ihrem Wirt (z.B. der Mensch) Schaden zufügen können.

Das Smartphone ist nicht nur zur Unterhaltung geeignet

Die meisten nutzen ihr Smartphone für soziale Medien oder Spiele. Doch solch ein Smartphone kann viel mehr, erst recht, wenn 3D-gedruckter Zubehör dabei ist. Es lässt sich in einen 3D-Drucker umwandeln, wie schon der ONO Smartphone-3D-Drucker bewiesen hat. Smartphone-Mikroskope hingegen dienen nicht einzig der Unterhaltung, sondern können in ländlichen Gebieten und Entwicklungsländern eingesetzt werden, in denen traditionellere mikroskopische Geräte nicht verfügbar sind – Smartphones hingegen schon.

Bringt man eine Inkjet-gedruckte Elastomerlinse an ein herkömmliches Smartphone, entsteht ein System für die Fluoreszenzmikroskopie. Das wird in der Biologie, medizinischen Diagnostik und anderen Bereichen eingesetzt, um sonst nicht nachweisbare Informationen über Zellen und Gewebe zu erkennen. Das teilweise 3D-gedruckte System ist in der Lage, wasserübertragbare Pathogene – Mikroorganismen, die Krankheiten übertragen können – zu erkennen und ebenso andere Diagnosen durchzuführen. Dies könnte nicht nur Ärzten, sondern auch Rucksacktouristen helfen, die beispielsweise den Inhalt von Flusswasser schnell testen möchten.

Smartphone-Mikroskop
Das Smartphone-Mikroskop erweist sich als sehr nützlich (Bild © Yulung Sung, Fernando Campa, and Wei-Chuan Shih).

Der Associate Professor Wei-Chuan Shih und sein Labor entwickelten 2015 ihr erstes externes mikroskopisches Smartphone-Objektiv. Diese Forschung wurde mit einem 100.000 US-Dollar Zuschuss der National Science Foundation weitergeführt. Nachdem Shihs Labor eine Firma für den speziellen Zweck der Herstellung und Verteilung dieser Smartphone-Objektive geschaffen hat, ist es den Forschern gelungen, das Mikroskop mit zusätzlichen Funktionen zu verbessern, einschließlich einer Plattform aus kostengünstigen Teilen und LEGO-Steinen. Die Plattform kann für die Hochdurchsatz-Qualitätsprüfung der Inkjet-gedruckten Linsen verwendet werden.

LED Emissionsreaktionen
Experimentell gemessene LED-Emissionsreaktionen (Bild © Yulung Sung, Fernando Campa, and Wei-Chuan Shih).

Die Linsen selbst verwenden eine LED-Beleuchtung und eine 3D-gedruckte Kassette, die ein Glasobjektträger hält. Sowohl die LED als auch die Kassette sind an einem Smartphone angebracht. Kommt Licht von der Seite des 1 mm dicken Objektträgers, wandert es durch das Glas und stellt das mikroskopische Bild dar.

Wasserproben zeigen, wie effektiv das Mikroskop ist

Die Forscher nahmen Wasserproben, um zu testen, ob das DIY-Mikroskop effektiv genug ist. Sie untersuchten die Proben auf Giardia lamblia und Cyrptosporidium parvum. Im Vergleich zum normalen Tischmikroskop zeigten die Ergebnisse eine Auflösung von zwei Mikrometern beim Smartphone. Das ist niedriger als beim normalen Mikroskop, aber immer noch ausreichend, um Krankheitserreger zu erkennen.

Ergebnisse der Tests
Mehrfarbige fluoreszierende Tropfen, abgebildet mit: (obere Reihe) 100x Tischmikroskop, (mittlere Reihe) Smartphone-Mikroskop und (untere Reihe) entfaltete Smartphone-Bilder (Bild © Yulung Sung, Fernando Campa, and Wei-Chuan Shih).

Shih und die anderen Forscher – aber auch wir von 3D-grenzenlos, die regelmäßig über den Einsatz der 3D-Drucker in der Forschung berichten –  sind gespannt, wie das 3D-gedruckte Smartphone-Gerät in realen Anwendungen außerhalb des Labors funktioniert. Ihre neueste Arbeit über die Forschung, wurde unter dem Namen „Open-source do-it-yourself multi-color fluorescence smartphone microscopy„, im Biomedical Optics Express, veröffentlicht. Mit dem Smartphone und einem 3D-Drucker kann man übrigens auch ein Mikroskop für Kinder herstellen, wie ein früherer Beitrag von uns zeigt.

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