В Стэнфордском университете разработали бумажный микроскоп стоимостью меньше доллара

Основным мотивом для создания микроскопа стала борьба с малярией — в развивающихся странах для диагностики малярии необходимо проводить около миллиарда микроскопических исследований образцов крови в год. Стандартный лабораторный микроскоп — дорогое и хрупкое устройство. Стэнфордским учёным удалось сконструировать микроскоп с увеличением до 2000х, стоимость всех компонентов которого при массовом производстве составляет 97 центов. Корпус микроскопа вырезается и складывается из листа плотной бумаги. Кроме неё используется батарейка-таблетка, светодиод, выключатель, кусочек токопроводящей медной ленты и сапфировая или стеклянная шариковая линза.

Бумажный микроскоп легко помещается в карман, весит меньше десяти граммов, может использоваться для светлопольной, темнопольной, поляризационной и люминесцентной микроскопии, и даже работать в качестве проектора. Одной батарейки хватает на 50 часов работы. Микроскоп без проблем переносит довольно грубое обращение, на него даже можно наступать, его можно ронять на пол — он способен выдержать всё, что может выдержать кусок картона. Качество изображения микроскопа вполне достаточно для определения разных типов инфекций в полевых условиях.

Простота конструкции и дешевизна позволяют говорить и о других перспективных применениях в научных и медицинских целях, а так же в школах. Микроскоп можно собрать за 10 — 20 минут, а его цена может быть ещё ниже, если вместо самого дорогого компонента — сапфировой линзы использовать гораздо более дешёвую оптику с меньшим увеличением. За один урок каждый ученик сможет самостоятельно собрать микроскоп и провести серию опытов.

Статья с подробным описанием конструкции и характеристик микроскопа опубликована в свободном доступе на arXiv.org.
http://habrahabr.ru/post/215223/

Макрофотографии обычных вещей от National Geographic (20 фото)

Известная компания, которая занимается производством микроскопов вместе с популярным изданием National Geographic провели очередной конкурс на лучшую фотографию из мира, который нельзя увидеть невооруженным глазом. Пока они определяют победителей, я предлагаю вам посмотреть наиболее яркие и запоминающиеся работы участников конкурса за всё время.

Вольфрамовая нить бытовой лампы накаливания
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Опыленный цветок герани
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Молотый кофе
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Часть туловища паука
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Бактерии в кишечнике человека
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Изогнутые кристаллы кремния
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Отпечаток пальца
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Пыльца лютика
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Вирус гепатита
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Эмбрион рыбки данио
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Кластеры серебра
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Пылевой клещ
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Мох и бактерия
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Тля на листе
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Пыльца ипомеи
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Фрагмент мышиной почки
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Крахмал в зерне кукурузы
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Личинка желтолихорадочного комара
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Тля

Окрашенная кишечная палочка
Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Новая технология микроскопической съемки позволяет получить высококачественные изображения на уровне атомов

При проведении съемки на атомарном уровне даже крошечные движения образца снимаемого материала могут привести к искажению и размыванию получаемого изображения. И, к сожалению, эти движения практически невозможно предотвратить. Исследователи из Университета Северной Каролины разработали новую технологию микросъемки, которая позволяет измерить движения образца и компенсировать их позже при окончательной сборке, в результате которой получается высококачественное изображение. Разработанная технология работает совместно с растровыми просвечивающими электронными микроскопами (Transmission Electron Microscopes, TEM), одним из немногих видов микроскопов, которые позволяют получать изображения отдельно взятых атомов вещества. Область, которую может охватить модернизированный TEM-микроскоп, имеет размер в 25 нанометров, а на проведение процедуры съемки требуются десятки секунд времени.

Образец снимаемого материала упирается в тонкий прут из специального материала, который расширяется или сокращается в соответствии с даже самыми малыми изменениями температуры окружающей среды. Эти изменения габаритов прута практически незаметны ни для глаза, ни для микроскопа, но они заставляют передвигаться образец материала на какие-то доли нанометра. Именно этот температурный дрейф, который компенсирован таким незамысловатым образом, является бичом традиционных технологий съемки при помощи TEM-микроскопов, который приводит к значительному искажению результирующих изображений.

"Наш подход позволяет эффективно устранить эффекты влияния температурного дрейфа при проведении достаточно длительного процесса съемки с помощью TEM-микроскопов" - рассказывает доктор Джеймс Лебо (Dr. James LeBeau).

Кроме компенсации температурного дрейфа с помощью прута, исследователи запрограммировали микроскоп таким образом, что он постоянно вращал направление, в котором он сканирует образец материала. Одно изображение микроскоп снимал, двигаясь сверху вниз, второе - двигаясь слева направо, третье - от одного угла к другом, и т.д. Каждое направление съемки позволило получить изображение с соответствующими искажениями, вызванными остаточным температурным дрейфом.

По окончанию съемки набор полученных изображений загружался в специализированную программу, которая, учитывая особенности движения для каждого снимка, с высокой точностью определяла направление и значение температурного дрейфа. Эти данные впоследствии были использованы для проведения окончательной коррекции результирующего снимка, который весьма точно передает все особенности структуры исследуемого материала, позволяя ученым увидеть даже соединения между отдельными атомами.

"Исторически сложилось так, что каждое наноразмерное изображение сопровождалось набором дополнительных данных и справочных материалов, позволявших выяснить величину температурного дрейфа для того, чтобы можно было сказать насколько сильно изображение было искажено" - рассказывает доктор Лебо, - "С нашим методом необходимость в этом полностью отпадает. Это означает, что мы можем взять абсолютно любые образцы материалов, даже те, для которых не существует табличных справочных данных, и очень подробно изучить их внутреннюю структуру. Такая возможность является ключевым моментом для изучения новых материалов и для разработки технологий управления физическими свойствами этих материалов".

http://esciencenews.com/articles/2014/01/23/new.microscopy.technique.improves.imaging.atomic.scale

Новая технология позволяет получать высококачественные трехмерные изображения процессов, происходящих внутри живых клеток

Группа исследователей из университета штата Иллинойс (University of Illinois) разработала новый метод микросъемки, который позволяет получить трехмерные изображения с высокой разрешающей способностью внутренних структур живых клеток, что позволяет отслеживать ход происходящих в них процессов. Самой главной особенностью нового метода является то, что для проведения съемки не требуется использования флуоресцентных красителей или других химических соединений, эта технология, получившая название томографии на основе дифракции белого света (White-light Diffraction Tomography, WDT), реализуется при помощи обычного микроскопа, специализированной приставки к микроскопу источника белого света.

Разработка новой технологии съемки, описание которой было опубликовано в одном из последних выпусков журнала Nature Photonics, была выполнена группой исследователей, возглавляемой профессором электротехники и биоинженерии Габриэлем Попеску (Gabriel Popescu).

Вот что рассказывает по этому поводу профессор Попеску: "Съемка внутренностей живых клеток является одним из самых основных научных инструментов при проведении исследований функционирования клеток, при определении результатов воздействия лекарственных препаратов, к примеру, при лечении онкологических заболеваний. Раньше мы должны были вводить внутрь клеток специальные красители и специальные химические агенты, которые в большинстве случаев затрагивали функционирование этих клеток. Благодаря разработанной нами технологии мы можем видеть во всех подробностях все процессы в живых клетках, абсолютно не вмешиваясь в их естественное поведение".

Технология WDT использует компонент, являющийся приставкой к обычному фазово-контрастному микроскопу (phase contrast microscope), при этом совершенно не требуется вмешательство и проведение изменений конструкции самого микроскопа. В настоящее время профессор Попеску организовал новую компанию, Phi Optics, специалисты которой займутся адаптацией технологии WDT под все наиболее популярные модели микроскопов, используемых учеными в настоящее время. А на приведенном ниже видеоролике можно ознакомиться с трехмерными изображениями клеток, полученными при помощи технологии WDT.

http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2013.349.html

Конкурс Nikon Small World Photomicrography является одним из ведущих форумов в мире для демонстрации красоты и сложности жизни, наблюдаемой через микроскоп.

Флуоресцентная блоха

Оранжевый коралл

Полосатый данио

Обонятельные луковицы полосатого данио.

Осиное гнездо

Семя журавлиного цветка

Красные водоросли

Эндотелиальные клетки

Кристалл какоксенита

Кристаллы традиционного соевого китайского соуса под микроскопом

Раковые клетки

Двустворчатый моллюск

Клетки банана

Кристаллы кислоты полученной из растения Эверния растопыренная.

Цветок Перуанское чудо

Осиный глаз

Интерференционный узор на мыльной пленке за мгновение до того как мыльный пузырь лопнул

Сетчатка крысиного глаза

Кристаллы серы в ацетанилиде

http://www.fresher.ru/2010/10/19/mikromir/?from=related

Красочные изображения микроскопической жизни - победители конкурса Olympus BioScapes 2013 года

Каждый год компания Olympus, являющаяся одним из ведущих мировых производителей фототехники, микроскопов и других оптических инструментов, проводит конкурс Olympus BioScapes Digital Imaging Competition. В этом конкурсе принимают участие снимки различных микроскопических форм жизни, сделанные при помощи оптических микроскопов с использованием различных технологий съемки. И на снимках конкурса этого года, впрочем, как и на снимках конкурсов прошлых лет, можно увидеть яркий, многокрасочный и странный мир микроскопической жизни, который обычно скрыт от глаз обычных людей.

1 место.
Автор снимка: Доктор Игорь Сиванович (Dr. Igor Siwanowicz), HHMI Janelia Farm Research Campus, Эшберн, Вирджиния, Соединенные Штаты.
Объект снимка: Открытая ловушка водного насекомоядного растения Utricularia gibba с одноклеточными организмами внутри.

2 место.
Автор снимка: Мисс Дорит Хокмен (Dorit Hockman), Оксфордский университет, Оксфордшир, Соединенное Королевство.
Объект снимка: Эмбрион летучей мыши вида Molossus rufus.
Технология съемки: Стереоскопическая микроскопия.

3 место.
Автор снимка: Доктор Игорь Сиванович (Dr. Igor Siwanowicz), HHMI Janelia Farm Research Campus, Эшберн, Вирджиния, Соединенные Штаты.
Объект снимка: Композитный снимок, составленный из изображений пресноводных одноклеточных водорослей видов Micrasterias rotata, Micrasterias sp., M. furcata, M. americana, 2x M. truncata, Euastrum sp. и Cosmarium sp.
Технология съемки: Кофокусная съемка, 400x

4 место.
Автор снимка: Спайк Уокер (Spike Walker), Стаффордшир, Соединенное Королевство.
Объект снимка: Зародыш цветка лилии, поперечное сечение.
Технология съемки: Выборочное теневое освещение, сшивка изображений

5 место.
Автор снимка: Доктор Дилан Бернетт (Dr. Dylan Burnette), Национальный Институт Здравоохранения, Мэриленд, Соединенные Штаты.
Объект снимка: Фибробласты эмбриона грызуна, красный цвет - актиновые нити, зеленый - митохондрии, синий - цепочки ДНК.
Технология съемки: Флуоресцентная микроскопия со структурированным освещением (Structured illumination microscopy, SIM), 60x

6 место.
Автор снимка: Курт Вирц (Kurt Wirz), Базель, Швейцария.
Объект снимка: "Жуки-братья", Два экземпляра насекомых вида Gonocerus acuteangulatus, размерами по 3 миллиметра, которые появились на свет два часа назад.

7 место.
Автор снимка: Чарльз Кребс (Charles Krebs), Иссакуа, Вашингтон, Соединенные Штаты.
Объект снимка: Прозрачная личинка мошки вида Chaoborus. Мускулатура личинки насекомого, которая в обычных условиях прозрачна и невидима, сделана видимой за счет использования специального освещения.
Технология съемки: Освещение поляризованным светом, 100x

8 место.
Автор снимка: Доктор Ярон Фукс (Dr. Yaron Fuchs), Медицинский институт Говарда Хьюза / Рокфеллеровский университет, Нью-Йорк, США.
Объект снимка: Стволовые клетки, волосяные фолликулы и обычные клетки на хвосте молодого животного-грызуна.
Технология съемки: Кофокусная съемка

9 место.
Автор снимка: Фабрис Паре (Fabrice Parais), DREAL (Regional Directorate of Environment, Planning and Housing) of Basse-Normandie, Каны, Франция.
Объект снимка: Голова и лапки личинки насекомого Sericostoma sp., насекомого, крайне чувствительного к загрязнению окружающей среды и используемого в целях экологического контроля.
Технология съемки: Стереоскопическая микроскопия, 15x.

10 место.
Автор снимка: Ральф Гримм (Ralph Grimm), Квинсленд, Австралия.
Объект снимка: Микроорганизм Paramecium.
Технология съемки: Дифференциальная интерференционная съемка, , 350x-1000x.

http://www.olympusbioscapes.com/gallery/2013/index.html

Удивительный микромир обычных предметов

Очень сильно увеличенные изображения привычных вещей.

Журнал

Обложка журнала, напечатанная на мелованной бумаге, в 20-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Рассел Кершман (Resolution Sciences Corp., США)

Способ фотографии: Флуоресценция

ЖК-монитор

Холестерическая фаза 55% CB15 в резисторах E48, используемых в производстве ЖК-мониторов, в 100-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Доктор Кристиан Боли (Магдебургский университет имени Отто фон Герике, факультет экспериментальной физики, Германия)

Способ фотографии: Поляризованный свет

Табак

Фрагменты вируса мозаики табака в 34 000-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Доктор Джереми Берджесс (Photo Researchers Inc., США)

Способ фотографии: Электронная трансмиссия

Ковер

Ковровые волокна в 20-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Доктор Ширли Оуэнс (Мичиганский университет, Центр современной микроскопии, США)

Способ фотографии: Флуоресценция и поляризованный свет

Кофе

Кристаллы 1,3,7-триметилпурин-2,6-диона (кофеина) в 20-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Альфред Пасиека (Photo Researchers Inc., США)

Способ фотографии: Поляризованный свет

Деньги

Cрез монеты в 63-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Петра Лутце, (Дрезденский технологический университет, Германия)

Способ фотографии: Поляризованный свет

Молоко

Коровье молоко в 2800-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Алан Пол (Science Photo Library, Великобритания)

Способ фотографии: Световой микроскоп

Поверхность компакт-диска в 416-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Оливер Мекер, Николь Оттава (Eye of Science, Германия)

Способ фотографии: Световой микроскоп

Муха

Cперматозоиды плодовой мушки Drosophila virilis в 400-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Эрл Нишигучи (Общинный колледж Кауаи, США)

Способ фотографии: Микроскоп темного поля

Жидкость для контактных линз

Кристаллы, оставшиеся после испарения жидкости для хранения контактных линз, в 400-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Доктор Дональд Поттл (Институт глазных болезней Шепенса, США)

Способ фотографии: Дифференциально-интерференционный контраст

Презерватив

Монодисперсные сферы латекса в 100-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Элис Килго (Национальная лаборатория Сандиа, США)

Способ фотографии: Световой микроскоп

Кожаная куртка

Клеточная культура LLCPK1 из эпителия свиньи в 1000-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Доктор Нассер Рузан (Университет Северной Каролины в Чепел Хилл, США)

Способ фотографии: Конфокальная и эпифлуоресцентная микроскопия

Сахарин

Кристаллы сахарина в 25-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Лос Моддерман (Нидерланды)

Способ фотографии: Поляризованный свет

Полиэтиленовый пакет

Деформированный лист полиэтилена в 40-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Зденка Еникова (Чешский технический университет, Чехия)

Способ фотографии: Поляризованный свет

Витамин B1

Кристаллы тиамина (витамина B1) в 28-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Профессор Манфред Каге (KAGE Mikrofotografie, Германия)

Способ фотографии: Поляризованный свет

Бумага

Волокна австралийского ситника (Juncus sp.) из бумаги машинного отлива в 100-кратном увеличении

Кто сфотографировал: Чарльз Казилек (Аризонский университет, «Бумажный проект» / Лаборатория биоизображений, США)

Способ фотографии: Конфокальная микроскопия

Инженеры разработали простой и недорогой способ превратить обычный микроскоп в инструмент с миллиардом пикселов разрешающей способности

Инженеры из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, Caltech) разработали новый, относительно простой метод, превращающий обычный оптический микроскоп в высококачественную систему микросъемки, имеющую разрешающую способность минимум в миллиард пикселов. Используя этот метод, реализация которого обходится в сумму порядка 200 долларов, исследователи сумели улучшить разрешающую способность обычной линзы объектива микроскопа до уровня линзы, диаметр которой больше ее диаметра в 20 раз.

Физические ограничения оптических микроскопов происходят не только из-за ограничений, связанных с длиной волны света видимого диапазона, с явлениями оптической дифракции и интерференции. Весьма большую роль в этом играет качество изготовления линз объективов микроскопов, которые, как бы ни старались их производители, всегда имеют отклонения от идеальной формы, что приводит к появлению оптических искажений.

"Для решения проблемы, связанной с разрешающей способностью оптических микроскопов, мы использовали специальное техническое решение и вычислительные алгоритмы, которые позволили нам преодолеть ограничения оптики объективов микроскопов. Благодаря нашему новому методу становится совершенно не важным качество изготовления линз и сложность оптической системы, поскольку мы можем увеличить разрешающую способность и исправить искажения исключительно математическими методами" - пишут ученые.

"Еще одним преимуществом нашего метода является то, что его можно использовать с любым имеющимся, даже самым простым и низкокачественным, микроскопом. Для этого достаточно только разместить под его рабочей плоскостью специальную светодиодную матрицу. Все остальное сделают фотосенсор цифровой камеры и компьютер".

Как можно понять из вышесказанного, ключевым моментом нового метода является матрица из светодиодов, которая устанавливается под микроскопом. Каждый из светодиодов включается по очереди, освещая исследуемый объект под различным углом, а система в это время делает один снимок с достаточно низким разрешением.

Конечное изображение, которое содержит в сотни раз больше информации, чем изображение низкого разрешения, формируется из 150 снимков, сделанных под различными углами освещения, с помощью нового вычислительного метода, называемого алгоритмом FPM (Fourier ptychographic microscopy). Этот алгоритм позволяет "сшить" воедино множество низкокачественных изображений в одно высококачественное изображение, полностью компенсируя при этом искажения оптической системы.

"Мы надеемся, что наше изобретение принесет науке огромную пользу, особенно в научных организациях стран, которые не могут себе позволить приобретение высококачественного оборудования. Оптический микроскоп и не очень мощный компьютер наверняка найдутся в любой лаборатории, а матрицу из светодиодов достаточно просто изготовить даже в кустарных условиях".

http://www.sciencespacerobots.com/caltech-engineers-devise-method-to-boost-conventional-microscope-into-73120132

donmigel_62

Микроскоп стоимостью меньше доллара

В Стэнфордском университете разработали бумажный микроскоп стоимостью меньше доллара

National Geographic Макрофотографии обычных вещей (20 фото)

Новая технология микроскопической съемки позволяет получить высококачественные изображения на уровне

Новая технология микроскопической съемки позволяет получить высококачественные изображения на уровне атомов

Новая технология позволяет получать высококачественные трехмерные изображения процессов, происходящи

Новая технология позволяет получать высококачественные трехмерные изображения процессов, происходящих внутри живых клеток

Конкурс Nikon Small World Photomicrography

Победители конкурса Olympus BioScapes 2013 года

Красочные изображения микроскопической жизни - победители конкурса Olympus BioScapes 2013 года

Очень сильно увеличенные изображения привычных вещей.

Удивительный микромир обычных предметов

Обычный микроскоп с миллиардом пикселов разрешающей способности.

Инженеры разработали простой и недорогой способ превратить обычный микроскоп в инструмент с миллиардом пикселов разрешающей способности

Profile

March 2014

Syndicate

Most Popular Tags

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags