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可穿戴显微镜可以通过皮肤测量荧光染料

加州大学洛杉矶分校的研究人员与Verily Life Sciences的团队合作,设计了一种移动显微镜,能够以高灵敏度检测和监测皮肤内的荧光生物标记物,这是跟踪医学诊断和治疗的各种生化反应的重要工具。

这个新系统重量不到十分之一磅,使它小而轻,足以让人穿戴二头肌,以及身体的其他部位。将来,这样的技术可用于家庭或护理点设置的持续患者监测。

这项研究发表在ACS Nano杂志上,由加州大学洛杉矶分校的电气工程和生物工程学教授Aydogan Ozcan和加利福尼亚纳米系统研究所的副主任以及Verily Life Sciences的Vasiliki Demas(前身为Google Life Sciences)领导。

荧光生物标志物通常用于癌症检测和药物递送以及其他医学疗法中的释放。最近,出现了生物相容性荧光染料,为通过皮肤进行非侵入性感测和生物标记测量创造了新的机会。

然而,在皮肤下检测人工添加的荧光物体是具有挑战性的。胶原蛋白,黑色素和其他生物结构在称为自发荧光的过程中发出自然光。已经尝试了各种方法来使用不同的传感系统来研究这个问题。大多数都非常昂贵并且难以制造小型且成本有效的足以用于可穿戴成像系统。

为了测试移动显微镜,研究人员首先设计了一种组织体模 - 一种人工创造的材料,模仿人体皮肤的光学特性,如自发荧光,吸收和散射。将目标荧光染料溶液注入微孔中,其体积约为百分之一微升,比人发更薄,然后从表面植入半毫米至2毫米的组织体模中 - 这将是足够深,足以在实践中到达血液和其他组织液。

为了测量荧光染料,Ozcan和他的团队创建的可穿戴显微镜使用激光以一定角度击中皮肤。通过可穿戴显微镜捕获皮肤表面的荧光图像。然后将图像上传到计算机,在计算机上使用定制设计的算法对图像进行处理,将目标荧光信号与皮肤的自发荧光数字分离,处理非常敏感的十亿分之一的检测水平。

“我们可以在皮肤内部放置各种微小的生物传感器,通过我们的成像系统,我们可以区分它们,”Ozcan说。“我们可以平行监测皮肤内的所有这些嵌入式传感器,甚至可以理解可穿戴成像仪的潜在错位,并对其进行纠正,以持续量化一组生物标记物。”

该计算成像框架还可以在将来用于使用可植入或可注射的荧光染料通过皮肤连续监测各种慢性疾病。

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