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Lensless On-chip Imaging of Cells Provides a New Tool for High-throughput Cell-Biology and Medical Diagnostics

Conventional optical microscopes image cells by use of objective lenses that work together with other lenses and optical components. While quite ...

We experimentally illustrate a lensfree holographic imaging platform to perform on-chip cytometry. By controlling the spatial coherence of the illumination source, we record a 2D holographic diffraction pattern of each cell or micro-particle on a chip using a high resolution sensor array that has approximately 2 microm pixel size. The recorded holographic image is then processed by using a custom developed decision algorithm for matching the detected hologram texture to existing library images for on-chip characterization and counting of a heterogeneous solution of interest. The holographic diffraction signature of any microscopic object is significantly different from the classical diffraction pattern of the same object. It improves the signal to noise ratio and the signature uniformity of the cell patterns; and also exhibits much better sensitivity for on-chip imaging of weakly scattering phase objects such as small bacteria or cells. We verify significantly improved performance of this holographic on-chip cytometry approach by automatically characterizing heterogeneous solutions of red blood cells, yeast cells, E. coli and various sized micro-particles without the use of any lenses or microscope objectives. This lensless on-chip holography platform will especially be useful for point-of-care cytometry and diagnostics applications involving e.g., infectious diseases such as HIV or malaria.

Lensfree holographic imaging for on-chip cytometry and diagnostics.

Wir veranschaulichen experimentell eine Lensfree holographische bildgebenden Plattform, um auf dem Chip Cytometry durchf&uuml;hren. Durch die Kontrolle der r&auml;umlichen Koh&auml;renz der Beleuchtungsquelle, zeichnen wir ein 2D holographische Beugung Muster der einzelnen Zelle oder Mikro-Partikel auf einem Chip, die unter Verwendung eines hochaufl&ouml;send Sensor-Arrays, das ungef&auml;hr 2 Microm Pixelgr&ouml;&szlig;e hat. Das aufgezeichnete holographische Bild wird dann verarbeitet, mithilfe eines benutzerdefinierten entwickelten Entscheidung-Algorithmus f&uuml;r &uuml;bereinstimmende die erkannten Hologramm-Textur an vorhandenen Bibliothek Bilder auf dem Chip Charakterisierung und z&auml;hlen eine heterogene L&ouml;sung von Interesse. Die holographische Beugung Signatur eines mikroskopischen Objekts unterscheidet sich erheblich vom klassischen Beugung Muster des gleichen Objekts. Es verbessert das Signal-Rausch-Verh&auml;ltnis und die Signatur-Einheitlichkeit der Zelle Muster; und auch Exponate viel bessere Empfindlichkeit f&uuml;r on-Chip-Imaging schwach Streuung Phase Objekte wie kleine Bakterien oder Zellen. Wir &uuml;berpr&uuml;fen automatisch Charakterisierung heterogene L&ouml;sungen von roten Blutk&ouml;rperchen, Hefezellen, E. Coli und verschiedene gro&szlig;e Mikro-Partikel ohne den Einsatz von Linsen oder Mikroskop Objektive deutlich verbesserte Performance dieses Hologramm auf dem Chip Cytometry-Ansatzes. Diese lensless auf dem Chip-Holographie-Plattform wird vor allem f&uuml;r Point-of-Care-Cytometry und Diagnostik-Anwendungen, z. B. Infektionskrankheiten wie HIV oder Malaria n&uuml;tzlich sein.

Lensfree holographisches Imaging f&uuml;r on-Chip Cytometry und Diagnose.

Despite the rapid progress in optical imaging, most of the advanced microscopy modalities still require complex and costly set-ups that unfortunately limit their use beyond well equipped laboratories. In the meantime, microscopy in resource-limited settings has requirements significantly different from those encountered in advanced laboratories, and such imaging devices should be cost-effective, compact, light-weight and appropriately accurate and simple to be usable by minimally trained personnel. Furthermore, these portable microscopes should ideally be digitally integrated as part of a telemedicine network that connects various mobile health-care providers to a central laboratory or hospital. Toward this end, here we demonstrate a lensless on-chip microscope weighing approximately 46 grams with dimensions smaller than 4.2 cm x 4.2 cm x 5.8 cm that achieves sub-cellular resolution over a large field of view of approximately 24 mm(2). This compact and light-weight microscope is based on digital in-line holography and does not need any lenses, bulky optical/mechanical components or coherent sources such as lasers. Instead, it utilizes a simple light-emitting-diode (LED) and a compact opto-electronic sensor-array to record lensless holograms of the objects, which then permits rapid digital reconstruction of regular transmission or differential interference contrast (DIC) images of the objects. Because this lensless incoherent holographic microscope has orders-of-magnitude improved light collection efficiency and is very robust to mechanical misalignments it may offer a cost-effective tool especially for telemedicine applications involving various global health problems in resource limited settings.

Compact, light-weight and cost-effective microscope based on lensless incoherent holography for telemedicine applications.

Trotz der schnellen Fortschritte in der optischen Bildgebung erfordern die meisten die erweiterte Mikroskopie-Modalit&auml;ten noch komplexer und kostspieliger Set-ups, die leider ihre Verwendung &uuml;ber gut ausgestattete Labors beschr&auml;nken. In der Zwischenzeit Mikroskopie-begrenzten Ressourcen hat Anforderungen erheblich von denen im erweiterten Laboratorien begegnet sollten, und solche imaging-Ger&auml;te kosteng&uuml;nstige, kompakte, leichte und entsprechend pr&auml;zise und einfache von minimal geschultem Personal verwendet werden. Dar&uuml;ber hinaus sollte diese tragbare Mikroskope idealerweise Digital im Rahmen eines Telemedizin-Netzwerk integriert werden, die verschiedene mobile Gesundheits-Anbieter mit einem Zentrallabor oder Krankenhaus verbindet. Dazu zeigen wir hier ein lensless auf dem Chip-Mikroskop mit rund 46 Gramm mit Abmessungen kleiner als 4,2 x 4,2 cm x 5,8 cm, die &uuml;ber ein gro&szlig;es Gesichtsfeld von etwa 24 mm(2) subzellulare Aufl&ouml;sung erreicht. Dieses kompakte und leichte Mikroskop basiert auf digitale Inline-Holographie und braucht keine objektive, sperrige optische/mechanische Komponenten oder koh&auml;rente Quellen wie Laser. Stattdessen setzt es eine einfache Light-emitting-Diode (LED) und eine kompakte optoelektronische Sensor-Array zu Rekord lensless Hologramme der Objekte, die dann schnelle digitale Rekonstruktion der regelm&auml;&szlig;ige &Uuml;bermittlung oder differenzielle St&ouml;rung Kontrast (DIC) Bilder der Objekte erm&ouml;glicht. Da dieses lensless inkoh&auml;rent holographische Mikroskop der Gr&ouml;&szlig;enordnung verbesserte Licht Abscheidegrad hat und sehr robust, mechanische Schiefstellungen ist kann es bieten Ihnen eine kosteng&uuml;nstige Tool speziell f&uuml;r Telemedizin-Anwendungen mit verschiedenen globalen Gesundheitsprobleme in Ressource Einstellungen begrenzt.

Kompakte, leichte und kosteng&uuml;nstige Mikroskop basierend auf lensless inkoh&auml;rent Holografie f&uuml;r telemedizinische Anwendungen.

Wir demonstrieren Lensfree Digitale Mikroskopie auf ein Handy. Dieses kompakte und leichte holographische Mikroskop auf einem Handy installiert keinen Gebrauch keine Linsen, Laser oder andere sperrigen optischen Komponenten und es kann ein kosteng&uuml;nstiges Werkzeug f&uuml;r telemedizinische Anwendungen verschiedene globale Gesundheit Herausforderungen bieten. Ca. 38 Gramm (&lt; 1,4 Unzen), diese Lensfree imaging Plattform kann auf die Kameraeinheit von einem Handy, wo die Beispiele von der Seite geladen werden und werden vertikal durch einen einfachen Leuchtdiode (LED) beleuchtet, mechanisch befestigt werden. Diese inkoh&auml;renten LED-Licht ist dann der einzelnen Mikro-Objekte zusammenh&auml;ngend st&ouml;ren das Hintergrundlicht, Lensfree Hologramm der einzelnen Objekte im Array Detektor f&uuml;r das Handy erstellen verstreut. Diese holographische Unterschrift von dem Handy erlauben Rekonstruktion der mikroskopischen Bilder der Objekte durch schnelle digitale Verarbeitung. Wir berichten die Leistung dieses Lensfree Handy-Mikroskop von imaging verschiedener Gr&ouml;&szlig;e Mikro-Partikel sowie Erythrozyten, Leukozyten, Thrombozyten und Wasserwegen Parasit (Giardia Lamblia).

Lensfree Mikroskopie auf ein Handy.

We demonstrate lensfree digital microscopy on a cellphone. This compact and light-weight holographic microscope installed on a cellphone does not utilize any lenses, lasers or other bulky optical components and it may offer a cost-effective tool for telemedicine applications to address various global health challenges. Weighing approximately 38 grams (<1.4 ounces), this lensfree imaging platform can be mechanically attached to the camera unit of a cellphone where the samples are loaded from the side, and are vertically illuminated by a simple light-emitting diode (LED). This incoherent LED light is then scattered from each micro-object to coherently interfere with the background light, creating the lensfree hologram of each object on the detector array of the cellphone. These holographic signatures captured by the cellphone permit reconstruction of microscopic images of the objects through rapid digital processing. We report the performance of this lensfree cellphone microscope by imaging various sized micro-particles, as well as red blood cells, white blood cells, platelets and a waterborne parasite (Giardia lamblia).

Lensfree microscopy on a cellphone.

We introduce the use of nanostructured surfaces for lensfree on-chip microscopy. In this incoherent on-chip imaging modality, the object of interest is directly positioned onto a nanostructured thin metallic film, where the emitted light from the object plane, after being modulated by the nanostructures, diffracts over a short distance to be sampled by a detector-array without the use of any lenses. The detected far-field diffraction pattern then permits rapid reconstruction of the object distribution on the chip at the subpixel level using a compressive sampling algorithm. This imaging modality based on nanostructured substrates could especially be useful to create lensfree fluorescent microscopes on a compact chip.

Lensfree on-chip imaging using nanostructured surfaces.

Wir stellen die Verwendung von nanostrukturierten Oberfl&auml;chen f&uuml;r Lensfree auf dem Chip-Mikroskopie. In diesem inkoh&auml;rent auf dem Chip bildgebenden Modalit&auml;t wird das Objekt des Interesses direkt auf eine d&uuml;nne metallische Folie nanostrukturierte positioniert wo diffracts das emittierte Licht aus der Objektebene nach wird durch die Nanostrukturen, moduliert &uuml;ber eine kurze Distanz, um durch ein Detektor-Arrays ohne jede Objektive zu beproben. Das erkannte Fernfeld Beugung Muster erlaubt dann schnellen Wiederaufbau der Objekt-Distribution auf dem Chip auf Subpixel-Ebene mithilfe einen zusammenpressende Probenahme-Algorithmus. Diese bildgebenden Modalit&auml;t basierend auf nanostrukturierte Untergr&uuml;nde k&ouml;nnte vor allem Lensfree Fluoreszenz Mikroskope auf einem kompakten Chip erstellen n&uuml;tzlich sein.

Lensfree auf dem Chip Bildgebung mit nanostrukturierten Oberfl&auml;chen.

A multi-angle lensfree holographic imaging platform that can accurately characterize both the axial and lateral positions of cells located within multi-layered micro-channels is introduced. In this platform, lensfree digital holograms of the micro-objects on the chip are recorded at different illumination angles using partially coherent illumination. These digital holograms start to shift laterally on the sensor plane as the illumination angle of the source is tilted. Since the exact amount of this lateral shift of each object hologram can be calculated with an accuracy that beats the diffraction limit of light, the height of each cell from the substrate can be determined over a large field of view without the use of any lenses. We demonstrate the proof of concept of this multi-angle lensless imaging platform by using light emitting diodes to characterize various sized microparticles located on a chip with sub-micron axial and lateral localization over approximately 60 mm(2) field of view. Furthermore, we successfully apply this lensless imaging approach to simultaneously characterize blood samples located at multi-layered micro-channels in terms of the counts, individual thicknesses and the volumes of the cells at each layer. Because this platform does not require any lenses, lasers or other bulky optical/mechanical components, it provides a compact and high-throughput alternative to conventional approaches for cytometry and diagnostics applications involving lab on a chip systems.

Multi-angle lensless digital holography for depth resolved imaging on a chip.

Eine Multi-Angle Lensfree holographische bildgebenden Plattform, die genau die axialen und lateralen Positionen der Zellen befindet sich in vielschichtigen Mikro-Kan&auml;le charakterisieren kann wird eingef&uuml;hrt. In dieser Plattform sind Lensfree digital Hologramme der Mikro-Objekte auf dem Chip bei unterschiedlicher Beleuchtung Winkel mit teilweise koh&auml;rente Beleuchtung aufgenommen. Diese digitalen Hologrammen starten, seitlich auf der Sensor-Ebene zu verlagern, wenn der Beleuchtungswinkel der Quelle geneigt wird. Da der genaue Betrag dieser seitliche Verschiebung von jedem Objekt-Hologramm mit einer Genauigkeit kann, der die Beugungsgrenze Licht schl&auml;gt berechnet werden, kann die H&ouml;he der einzelnen Zellen aus dem Substrat &uuml;ber einen gro&szlig;en Sehfeld ohne jede Objektive ermittelt werden. Wir zeigen der Proof of Concept dieser Multi-Angle lensless Bildgebung Plattform mit Leuchtdioden, um verschiedene Gr&ouml;&szlig;e Mikropartikel, gelegen auf einem Chip mit Sub-Mikron-axialen und lateralen Lokalisierung &uuml;ber etwa 60 mm(2) Sehfeld zu charakterisieren. Dar&uuml;ber hinaus wenden wir erfolgreich diesen lensless Bildgebung Ansatz um Blutproben am Mikro-Kan&auml;le in Bezug auf die Grafen, individuelle St&auml;rken und das Volumen der Zellen auf jeder Ebene auf mehreren Ebenen gleichzeitig zu charakterisieren. Weil diese Plattform nicht keine Linsen, Laser oder andere sperrigen optische/mechanische Komponenten erfordert, bietet es eine kompakte und Hochdurchsatz-Alternative zu herk&ouml;mmlichen Ans&auml;tzen f&uuml;r Cytometry und Diagnostik-Anwendungen, die im Labor auf einem Chip-Systemen.

Multi-Angle lensless Digitale Holografie f&uuml;r tiefe aufgel&ouml;st Imaging auf einem Chip.

Protection of human health and well-being through water quality management is an important goal for both the developed and the developing parts of the world. In the meantime, insufficient disinfection techniques still fail to eliminate pathogenic contaminants in freshwater as well as recreational water resources. Therefore, there is a significant need for screening of water quality to prevent waterborne outbreaks and incidents of water-related diseases. Toward this end, here we investigate the use of a field-portable and cost-effective lensfree holographic microscope to image and detect pathogenic protozoan parasites such as Giardia Lamblia and Cryptosporidium Parvum at low concentration levels. This compact lensless microscope (O. Mudanyali et al., Lab Chip, 2010, 10, 1417-1428), weighing approximately 46 grams, achieves a numerical aperture of approximately 0.1-0.2 over an imaging field of view that is more than an order of magnitude larger than a typical 10X objective lens, and therefore may provide an important high-throughput analysis tool for combating waterborne diseases especially in resource limited settings.

Detection of waterborne parasites using field-portable and cost-effective lensfree microscopy.

Schutz der menschlichen Gesundheit und Wohlbefinden durch Wasser-Qualit&auml;ts-Management ist ein wichtiges Ziel f&uuml;r die Industrie- und die entwickelnden Teilen der Welt. In der Zwischenzeit nicht unzureichende Desinfektion Techniken noch krankheitserregenden Kontaminanten in S&uuml;&szlig;wasser als auch Freizeit Wasserressourcen zu beseitigen. Daher besteht ein erheblicher Bedarf f&uuml;r die Pr&uuml;fung der Wasserqualit&auml;t, wasserbasierte Ausbr&uuml;che und Vorf&auml;lle wasserbedingte Krankheiten zu verhindern. Dazu untersuchen wir hier die Verwendung eines Feld-Portable und kosteng&uuml;nstige Lensfree holographische Mikroskops und pathogene Protozoen Parasiten wie Giardia Lamblia und Cryptosporidium Parvum bei niedrigen Konzentrationen zu erkennen. Dieses kompakte lensless Mikroskop (O. Mudanyali Et Al., Lab Chip, 2010, 10, 1417 &ndash; 1428), ca. 46 Gramm, eine numerische Apertur von ca. 0.1-0.2 &uuml;ber eine bildgebende Sehfeld ist mehr als eine Gr&ouml;&szlig;enordnung gr&ouml;&szlig;er als eine typische 10 X Objektiv und wichtige Hochdurchsatz-Analyse-Tool vermitteln kann f&uuml;r Bek&auml;mpfung von Wasserwege Krankheiten besonders in Ressource Einstellungen begrenzte erreicht.

Erkennung von Wasserwegen Parasiten mit Feld-Portable und kosteng&uuml;nstige Lensfree Mikroskopie.

We demonstrate a compact and lightweight platform to conduct automated semen analysis using a lensfree on-chip microscope. This holographic on-chip imaging platform weighs âˆ¼46 g, measures âˆ¼4.2 Ã— 4.2 Ã— 5.8 cm, and does not require any lenses, lasers or other bulky optical components to achieve phase and amplitude imaging of sperms over âˆ¼24 mm(2) field-of-view with an effective numerical aperture of âˆ¼0.2. Using this wide-field lensfree on-chip microscope, semen samples are imaged for âˆ¼10 s, capturing a total of âˆ¼20 holographic frames. Digital subtraction of these consecutive lensfree frames, followed by appropriate processing of the reconstructed images, enables automated quantification of the count, the speed and the dynamic trajectories of motile sperms, while summation of the same frames permits counting of immotile sperms. Such a compact and lightweight automated semen analysis platform running on a wide-field lensfree on-chip microscope could be especially important for fertility clinics, personal male fertility tests, as well as for field use in veterinary medicine such as in stud farming and animal breeding applications.

Compact and light-weight automated semen analysis platform using lensfree on-chip microscopy.

Wir zeigen eine kompakte und leichte Plattform, um mit einem Lensfree auf dem Chip Mikroskop automatisierte Sperma-Analyse durchzuf&uuml;hren. Diese holographische Bildgebung auf dem Chip-Plattform wiegt &sim;46 g, &sim;4.2 &times; 4,2 &times; 5,8 cm, misst und erfordert keine keine Linsen, Laser oder andere sperrigen optischen Komponenten, Phase und Amplitude Bildgebung der Spermien &uuml;ber &sim;24 mm(2)-Sichtfeld des mit eine effektive numerische Apertur von &sim;0.2 zu erreichen. Mithilfe dieses weite Feld Lensfree-on-Chip-Mikroskop, sind Sperma Proben f&uuml;r &sim;10 s, Erfassung von insgesamt &sim;20 holographische Bilder &uuml;berhaupt. Digitale Subtraktion dieser aufeinanderfolgenden Lensfree Rahmen, gefolgt von entsprechenden erm&ouml;glicht Verarbeitung der rekonstruierten Bilder, automatisierte Quantifizierung der Graf, die Geschwindigkeit und die dynamischen Flugbahn der bewegliche Spermien, w&auml;hrend Summierung der gleichen Rahmen erm&ouml;glicht der immotilen Spermien z&auml;hlen. Solch eine kompakte und leichte automatisierte Sperma Analyse Plattform laufende k&ouml;nnte am weiten-Feld Lensfree auf dem Chip Mikroskop besonders wichtig f&uuml;r Fruchtbarkeit Kliniken, pers&ouml;nliche m&auml;nnliche Fruchtbarkeit Pr&uuml;fungen, sowie f&uuml;r Feld in der Veterin&auml;rmedizin wie bei Stud Landwirtschaft und Tierzucht Anwendungen zu verwenden.

Kompakte und leichte automatisierte Sperma-Analyse-Plattform mit Lensfree auf dem Chip-Mikroskopie.

We demonstrate wide-field fluorescent and darkfield imaging on a cell-phone with compact, light-weight and cost-effective optical components that are mechanically attached to the existing camera unit of the cell-phone. For this purpose, we used battery powered light-emitting diodes (LEDs) to pump the sample of interest from the side using butt-coupling, where the pump light was guided within the sample cuvette to uniformly excite the specimen. The fluorescent emission from the sample was then imaged using an additional lens that was positioned right in front of the existing lens of the cell-phone camera. Because the excitation occurs through guided waves that propagate perpendicular to our detection path, an inexpensive plastic colour filter was sufficient to create the dark-field background required for fluorescent imaging, without the need for a thin-film interference filter. We validate the performance of this platform by imaging various fluorescent micro-objects in 2 colours (i.e., red and green) over a large field-of-view (FOV) of âˆ¼81 mm(2) with a raw spatial resolution of âˆ¼20 Î¼m. With additional digital processing of the captured cell-phone images, through the use of compressive sampling theory, we demonstrate âˆ¼2 fold improvement in our resolving power, achieving âˆ¼10 Î¼m resolution without a trade-off in our FOV. Further, we also demonstrate darkfield imaging of non-fluorescent specimen using the same interface, where this time the scattered light from the objects is detected without the use of any filters. The capability of imaging a wide FOV would be exceedingly important to probe large sample volumes (e.g., >0.1 mL) of e.g., blood, urine, sputum or water, and for this end we also demonstrate fluorescent imaging of labeled white-blood cells from whole blood samples, as well as water-borne pathogenic protozoan parasites such as Giardia Lamblia cysts. Weighing only âˆ¼28 g (âˆ¼1 ounce), this compact and cost-effective fluorescent imaging platform attached to a cell-phone could be quite useful especially for resource-limited settings, and might provide an important tool for wide-field imaging and quantification of various lab-on-a-chip assays developed for global health applications, such as monitoring of HIV+ patients for CD4 counts or viral load measurements.

Cost-effective and compact wide-field fluorescent imaging on a cell-phone.

Wir zeigen weite wiese Leuchtstoffr&ouml;hren und Dunkelfeld-Imaging auf ein Handy mit kompakte, leichte und kosteng&uuml;nstige optische Komponenten, die mechanisch an die vorhandenen Kameraeinheit des Handy-angeschlossen sind. Zu diesem Zweck haben wir batteriebetriebene Leuchtdioden (LEDs) pump-das Beispiel von Interesse von der Seite mit po-Kupplung, wo st&uuml;tzte die Pumpe Licht innerhalb der Probe-K&uuml;vette, die Probe gleichm&auml;&szlig;ig zu begeistern. Die Fluoreszenz Emission von der Probe wurde dann abgebildet mit eine zus&auml;tzliche Linse, die direkt vor das vorhandene Objektiv der Handy-Kamera positioniert wurde. Da die Anregung durch gef&uuml;hrte Wellen, die senkrecht zu unserem Erkennung Weg weitergeben auftritt, reichte eine preiswerte Kunststoff-Farbfilter ben&ouml;tigt f&uuml;r Fluoreszenz-Imaging, ohne die Notwendigkeit einer D&uuml;nnschicht-Interferenzfilter Dunkelfeld-Hintergrund zu erstellen. Wir &uuml;berpr&uuml;fen die Leistung dieser Plattform von verschiedenen fluoreszierende Mikro-Objekten in 2 Farben (z.B. rot und gr&uuml;n) &uuml;ber eine gro&szlig;e-Sichtfeld des (FOV) des &sim;81 mm(2) mit einer rohen r&auml;umliche Aufl&ouml;sung von &sim;20 &mu;m imaging. Mit zus&auml;tzliche digitale Verarbeitung der erfassten Handy-Bilder, durch den Einsatz von Kompressive Probenahme Theorie, demonstrieren wir &sim;2 Falte Verbesserung in unserem Aufl&ouml;sungsverm&ouml;gen &sim;10 &micro;m Aufl&ouml;sung ohne einen Kompromiss in unser FOV zu erreichen. Dar&uuml;ber hinaus zeigen wir auch, Dunkelfeld Bildgebung nicht-fluoreszierende Probe &uuml;ber dieselbe Schnittstelle, wo diesmal das Streulicht von den Objekten ohne die Verwendung von Filtern erkannt wird. Die F&auml;higkeit von imaging ein breites FOV w&auml;re &uuml;beraus wichtig, gro&szlig;e Probenvolumina Sonde (z.B. &gt; 0,1 mL) von z. B. Blut, Urin, Sputum oder Wasser, und zu diesem Zweck wir zeigen auch fluoreszierende Bildgebung der wei&szlig;en Blutk&ouml;rperchen von Vollblutproben sowie w&auml;ssrige pathogenen Protozoen Parasiten wie Giardia Lamblia Zysten gekennzeichnet. Mit einem Gewicht von nur &sim;28 g (&sim;1 Unzen), k&ouml;nnte diese kompakte und kosteng&uuml;nstige fluoreszierende bildgebenden Plattform an ein Handy angeschlossen sehr n&uuml;tzlich besonders f&uuml;r beschr&auml;nkten Ressourcen Einstellungen, und m&ouml;glicherweise bieten ein wichtiges Werkzeug f&uuml;r Wide-Field Imaging und Quantifizierung von verschiedenen Lab-on-a-Chip-Assays f&uuml;r globale Gesundheit Anwendungen, z. B. &Uuml;berwachung von HIV-POSITIVEN Patienten f&uuml;r CD4 Grafen oder Viruslast Messungen entwickelt.

Kosteng&uuml;nstige und kompakte breite-Feld Fluoreszenz Imaging auf ein Handy.

Lensfree on-chip holography facilitates novel microscopy applications.

Lensfree auf dem Chip Holographie erm&ouml;glicht neuartige Mikroskopie-Anwendungen.

Wir zeigen ein Feld-Portable aufrecht und umgekehrtes Mikroskop, die Proben in Reflexion und Transmission Modi Bild kann. Dieses kompakte und kosteng&uuml;nstige Dual-Mode-Mikroskop wiegt nur &sim;135 Gramm (&lt; 4.8 Unzen) und nutzt eine einfache Leuchtdiode (LED) beleuchten das Beispiel von Interesse, die mit einen Strahlteiler-Cube, das &uuml;ber der Objektebene positioniert wird. Diese LED Beleuchtung wird dann teilweise reflektiert aus dem Beispiel von zwei Linsen entnommen werden soll erstellen ein Abbild der Reflexion der Probe auf eine optoelektronische Sensor-Arrays, die &uuml;ber den Strahlteiler-Cube positioniert ist. Dar&uuml;ber hinaus ist der Beleuchtung-Strahl auch teilweise durch die gleiche Probe, &uuml;bertragen, dann Lensfree Inline-Hologramme der gleichen Objekte auf ein zweites optoelektronische Sensor-Array umgewandelt, das unter den Strahlteiler-Cube positioniert wird. Schnelle digitale Rekonstruktion des erworbenen Lensfree Hologramme werden &Uuml;bertragung Bilder (Phase und Amplitude) der gleichen Probe auch erstellt. Wir testeten die Leistung dieses Feld-Portable-Mikroskop von imaging verschiedener Mikro-Partikel, Blutausstrich sowie einer entsprechenden Gewebe der Haut Histopathologie-Folie. Als kompakte, leichte und kosteng&uuml;nstige, k&ouml;nnte dieses kombinierten Reflexion und Transmission Mikroskop besonders f&uuml;r telemedizinische Anwendungen in Ressourceneinstellungen begrenzt weiterhelfen.

Kombinierte Reflexion und Transmission-Mikroskop f&uuml;r telemedizinische Anwendungen in Feldeinstellungen.

We demonstrate a field-portable upright and inverted microscope that can image specimens in both reflection and transmission modes. This compact and cost-effective dual-mode microscope weighs only âˆ¼135 grams (<4.8 ounces) and utilizes a simple light emitting diode (LED) to illuminate the sample of interest using a beam-splitter cube that is positioned above the object plane. This LED illumination is then partially reflected from the sample to be collected by two lenses, creating a reflection image of the specimen onto an opto-electronic sensor-array that is positioned above the beam-splitter cube. In addition to this, the illumination beam is also partially transmitted through the same specimen, which then casts lensfree in-line holograms of the same objects onto a second opto-electronic sensor-array that is positioned underneath the beam-splitter cube. By rapid digital reconstruction of the acquired lensfree holograms, transmission images (both phase and amplitude) of the same specimen are also created. We tested the performance of this field-portable microscope by imaging various micro-particles, blood smears as well as a histopathology slide corresponding to skin tissue. Being compact, light-weight and cost-effective, this combined reflection and transmission microscope might especially be useful for telemedicine applications in resource limited settings.

Combined reflection and transmission microscope for telemedicine applications in field settings.

We demonstrate wide-field fluorescent imaging on a cell-phone, using compact and cost-effective optical components that are mechanically attached to the existing camera unit of the cell-phone. Battery powered light-emitting diodes (LEDs) are used to side-pump the sample of interest using butt-coupling. The pump light is guided within the sample cuvette to excite the specimen uniformly. The fluorescent emission from the sample is then imaged with an additional lens that is put in front of the existing lens of the cell-phone camera. Because the excitation occurs through guided waves that propagate perpendicular to the detection path, an inexpensive plastic color filter is sufficient to create the dark-field background needed for fluorescent imaging. The imaging performance of this light-weight platform (âˆ¼28 grams) is characterized with red and green fluorescent microbeads, achieving an imaging field-of-view of âˆ¼81 mm(2) and a spatial resolution of âˆ¼10 Î¼m, which is enhanced through digital processing of the captured cell-phone images using compressive sampling based sparse signal recovery. We demonstrate the performance of this cell-phone fluorescent microscope by imaging labeled white-blood cells separated from whole blood samples as well as water-borne pathogenic protozoan parasites such as Giardia Lamblia cysts.

Wide-field fluorescent microscopy on a cell-phone.

Wir zeigen weite wiese Fluoreszenz Imaging auf ein Handy, kompakte und kosteng&uuml;nstige optische Komponenten, die die vorhandenen Kameraeinheit des Handy-mechanisch zugeordnet sind. Batteriebetriebene Leuchtdioden (LEDs) dienen zur Seite-Pumpe im Beispiel mithilfe von Hintern-Kupplung. Das Pumpe Licht orientiert sich innerhalb der Probe-K&uuml;vette, die Probe gleichm&auml;&szlig;ig zu begeistern. Die Fluoreszenz Emission von der Probe wird dann mit einem zus&auml;tzlichen Objektiv abgebildet, die vor dem vorhandenen Objektiv der Handy-Kamera gelegt wird. Da die Anregung durch gef&uuml;hrte Wellen, der senkrecht zu der Erkennung-Pfad &uuml;bertragen auftritt, reicht eine preiswerte Kunststoff-Farbfilter, Dunkelfeld-Hintergrund ben&ouml;tigt f&uuml;r Fluoreszenz-Imaging zu erstellen. Die Abbildungsleistung dieses leichte Platform (&sim;28 Gramm) zeichnet sich mit rot und gr&uuml;n fluoreszierende Microbeads, Erreichung einer Bildverarbeitungs-Sichtfeld des des &sim;81 mm(2) und einer r&auml;umlichen Aufl&ouml;sung von &sim;10 &mu;m, die durch digitale Verarbeitung der erfassten Handy-Bilder mit Kompressive Probenahme basierte sp&auml;rlich Signal Recovery noch verst&auml;rkt wird. Wir zeigen die Leistung dieses Handy-Fluoreszenz-Mikroskop von imaging beschriftete wei&szlig;en Blutzellen, die getrennt von Vollblutproben sowie w&auml;ssrige pathogenen Protozoen Parasiten wie Giardia Lamblia Zysten.

Article	Year
Lensfree holographic imaging for on-chip cytometry and diagnostics. Lab on a chip\| PubMed ID: 19255659	2009
Compact, light-weight and cost-effective microscope based on lensless incoherent holography for telemedicine applications. Lab on a chip\| PubMed ID: 20401422	2010
Lensfree microscopy on a cellphone. Lab on a chip\| PubMed ID: 20445943	2010
Lensfree on-chip imaging using nanostructured surfaces. Applied physics letters\| PubMed ID: 20502644	2010
Multi-angle lensless digital holography for depth resolved imaging on a chip. Optics express\| PubMed ID: 20588819	2010
Detection of waterborne parasites using field-portable and cost-effective lensfree microscopy. Lab on a chip\| PubMed ID: 20694255	2010
Compact and light-weight automated semen analysis platform using lensfree on-chip microscopy. Analytical chemistry\| PubMed ID: 20836503	2010
Cost-effective and compact wide-field fluorescent imaging on a cell-phone. Lab on a chip\| PubMed ID: 21063582	2011
Lensfree on-chip holography facilitates novel microscopy applications. SPIE newsroom\| PubMed ID: 21643449	2010
Combined reflection and transmission microscope for telemedicine applications in field settings. Lab on a chip\| PubMed ID: 21709875	2011
Wide-field fluorescent microscopy on a cell-phone. Conference proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference\| PubMed ID: 22255900	2011

Derek Tseng

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