智慧手機公司經常吹噓其裝置的攝像頭比競爭對手的要好多少，但科學家們可能已經超越了他們——他們可以使用一種新的輕便型行動式成像系統來發現單個病毒，該系統可以連線到智慧手機上。專家補充說，使用該系統觀察單個分子的能力可能很快就會到來。
整個系統 housed 在一個用 3D 列印機制作的外殼中，重量大約相當於一杯未煮熟的白米。在實驗中，該系統可以發現小至約 100 奈米的顆粒。（一奈米是十億分之一米。）研究人員發現它還可以檢測單個病毒，例如人鉅細胞病毒，這種病毒會危及免疫系統較弱的患者的生命，尺寸約為 150 到 300 奈米。艾滋病毒、狂犬病和流感也是類似大小的病毒。“這是首次使用基於手機的現場行動式成像系統檢測到單個奈米顆粒和病毒，”加州大學洛杉磯分校的電氣工程師和生物工程師 Aydogan Ozcan 說。Ozcan 和他的同事在 ACS Nano 的 10 月 22 日刊中描述了他們的裝置。
稱為熒光分子的分子有助於精確定位正在檢查的微小物體。熒光分子會附著在特定目標（例如，特定病毒）上，並在特定波長的光下發出熒光，以顯示其獵物的位置。成像系統將藍色雷射照射到熒光分子上以激發它們，然後將產生的光線透過透鏡並進入手機的攝像頭。“這些結果表明，您不一定需要精密而昂貴的顯微鏡來觀察直徑小至數百奈米的微小物體，”荷蘭萊頓大學的物理學家 Saumyakanti Khatua 說，他沒有參與這項研究。“一個非常重要的應用可能是在實驗室設施非常有限的農村地區檢測病毒。”
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到目前為止，該裝置只能檢測到標記有數百個熒光分子的物體——它無法對單個熒光分子成像。但研究人員表示，這種限制可能是短暫的。“我們認為透過對現有裝置進行一些小的修改，就可以實現對單個分子的檢測，”Khatua 說，他與他的同事 Michel Orrit 在 ACS Nano 上發表了關於這項研究的評論。例如，成像系統可以很容易地配備收集更多光線的透鏡和可以使熒光分子更亮的 антенны。“這些提出的更改不需要對設計進行大量修改，因此[它們]可以很快實施，”Khatua 說。
其他研究人員已經開發出可以檢測單個分子存在的感測器。Khatua 說，新型顯微鏡系統相對於此類單分子感測器的一個優勢是，它不僅可以檢測目標的存在，還可以顯示它們的位置，這對於分析生物和其他複雜系統至關重要。
除了在疾病的最初症狀可能出現之前檢測病毒外，智慧手機顯微鏡的潛在應用還包括檢測食品和水中的細菌或其他雜質。檢測和識別單個分子的潛力可能會開闢更廣泛的應用領域，例如法醫分析、汙染監測和商品認證。“例如，想想地質學家在其岩石基質中識別礦物質，或者維修車間立即能夠為未知的聚合物部件選擇合適的粘合劑，”Khatua 和 Orrit 在他們的評論中寫道。“智慧手機日益普及，目前已有超過十億部在使用，再加上在製造更快的處理器和更靈敏的手機攝像頭方面的巨大技術進步，肯定會在未來擴充套件此類裝置的範圍。”
至於 Ozcan，他的系統可能很快就會從實驗室演示走向現實世界。他創立了一家名為 Holomic 的初創公司，以將該裝置及類似裝置商業化。
一部智慧手機（左）與新的成像系統耦合。使用智慧手機和成像系統捕獲的影像（中）。使用掃描電子顯微鏡捕獲的比較影像（右）。
圖片由 U.C.L.A. 的 Ozcan 研究小組提供。