只花三美分 手機(jī)瞬間變顯微鏡

　　據(jù)科學(xué)日?qǐng)?bào)報(bào)道，美國(guó)休斯敦大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一個(gè)可以安置在并不昂貴的智能手機(jī)里的光學(xué)透鏡，將圖片放大120倍，更重要的是這樣的鏡頭只需要花費(fèi)3美金。休斯敦大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程副教授施魏傳(Wei-Chuan Shih)表示這些透鏡可以像真正的顯微鏡一樣工作，且它的使用成本和簡(jiǎn)易性——它可以直接依附在智能手機(jī)鏡頭上而無(wú)需使用任何額外的設(shè)備——使得它可供課堂里的學(xué)生所用。

　　此外，它還有臨床應(yīng)用，它可以促使小型或者偏僻的診所與位于其它各地的專(zhuān)家分享圖片。

　　手機(jī)拍攝的照片

　　在發(fā)表在生物光學(xué)期刊上的文章里，施和三名研究生描述了他們是如何創(chuàng)造這樣透鏡并調(diào)查了產(chǎn)生的圖像質(zhì)量。博士研究生宋玉龍(Yu-Lung Sung)是本文的第一作者，參與這項(xiàng)研究的其它作者包括江珍( Jenn Jeang)(他將于今年秋天進(jìn)入弗吉尼亞州利伯緹大學(xué)研究生院)和李奇熊(Chia-Hsiung Lee)(休斯頓大學(xué)前研究生，目前在臺(tái)灣科技行業(yè)工作)。

　　這款鏡頭是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，后者是一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)的聚合物，將這種材料精確地落在預(yù)熱表面上就產(chǎn)生了這種透鏡。宋解釋稱(chēng)，鏡頭的曲率(即放大級(jí)數(shù))取決于PDMS被加熱的溫度和時(shí)間。由此得到的鏡片很靈活柔軟，類(lèi)似于柔軟的隱形眼鏡，但是更厚、體積更小。研究人員表示：“我們創(chuàng)造的這款鏡頭不需要任何輔助附件或者機(jī)制即可將智能手機(jī)的相機(jī)變成顯微鏡，PDMS 和玻璃材質(zhì)之間這種強(qiáng)勁但非永久性的吸附力使得鏡頭使用后十分容易分離。目前120 級(jí)的光學(xué)放大可以達(dá)到1微米的成像分辨率?！?/p>

　　常規(guī)透鏡采用的都是機(jī)械拋光或例如玻璃或塑料等材料注射成型。液體透鏡也已經(jīng)存在，但需要特別的裝置來(lái)保證其穩(wěn)定性。其它類(lèi)型的液體鏡片則需要額外設(shè)備將其連接到手機(jī)上。宋表示他們的鏡頭可以直接與手機(jī)相機(jī)鏡頭相連并且是可重復(fù)使用的。在這項(xiàng)研究里，研究人員分別用智能手機(jī)-PDMS 系統(tǒng)和奧林巴斯IX-70 顯微鏡拍攝了人類(lèi)皮膚毛囊組織的圖像。智能手機(jī)鏡頭120 級(jí)放大倍數(shù)的表現(xiàn)與奧林巴斯IX-70 顯微鏡100級(jí)放大倍數(shù)的表現(xiàn)相當(dāng)，而且基于軟件的數(shù)字放大可以進(jìn)一步加強(qiáng)圖像。

　　施的研究主要位于電子和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，但他也隸屬于生物醫(yī)學(xué)工程系和化學(xué)系。他帶領(lǐng)的跨學(xué)科小組主要從事納米生物成像和納米流體學(xué)，研究成像和傳感方面的發(fā)現(xiàn)，包括提高醫(yī)療診斷和環(huán)境安全。宋表示有一次他在使用PDMS 搭建微流控設(shè)備時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)這一材料在與受熱面接觸后彎曲。 出于好奇，他決定試著制造一個(gè)鏡頭。

　　“我將制造出來(lái)的鏡頭連在手機(jī)上，發(fā)現(xiàn)用起來(lái)完全沒(méi)問(wèn)題。”當(dāng)時(shí)宋使用的手機(jī)是諾基亞Lumia 520，這促使他總結(jié)稱(chēng)產(chǎn)生的顯微鏡源于“一部?jī)r(jià)值20 美元的手機(jī)和1 美分的鏡頭” 。這1美分涵蓋了鏡頭的材料成本，宋和施估計(jì)大規(guī)模生產(chǎn)鏡頭的成本可能會(huì)達(dá)到3 美分。相比之下，傳統(tǒng)科研級(jí)別的顯微鏡雖然功能強(qiáng)大，但也更昂貴，大約要花費(fèi)1 萬(wàn)美元。

　　針對(duì)這一鏡頭的應(yīng)用，施首先想到的是教育領(lǐng)域——對(duì)于低年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種顯微鏡即廉價(jià)又方便，十分適合在野外調(diào)查和室內(nèi)研究。由于這款鏡頭可以依附在智能手機(jī)上，因此通過(guò)郵件或者短信分享圖片非常簡(jiǎn)單。此外，由于鏡頭成本非常低廉，因此即使丟失或者損壞了也不會(huì)產(chǎn)生任何影響。“現(xiàn)在幾乎人手一部智能手機(jī)，相對(duì)那些學(xué)生只使用一次或者兩次、價(jià)格為30美元或50 美元的手機(jī)附件，這款鏡頭是個(gè)不錯(cuò)的替代品。”

　　目前為止，顯微鏡片都是由研究人員使用一種功能類(lèi)似于噴墨打印機(jī)的設(shè)備純手工生產(chǎn)的。但如果想將其投入大規(guī)模生產(chǎn)，還需要更多資金。研究生們已經(jīng)在Indiegogo 上發(fā)起了眾籌，希望能籌得12000 美元的設(shè)備啟動(dòng)資金(目籌資金額已達(dá)到3000 美元)。雖然很艱難，但施已經(jīng)將這款鏡頭分享和展示給臺(tái)灣教育部和休斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)和科學(xué)教師預(yù)備項(xiàng)目teachHOUSTON，“我認(rèn)為這將非常有趣，我們可以邀請(qǐng)科學(xué)教師來(lái)了解我們的項(xiàng)目。”