Die holografische Mikroskopie ermöglicht es, Objekte dreidimensional zu beobachten, insbesondere die inneren Strukturen von Zellen oder Geweben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroskopen analysiert sie auch die Phase des Lichts und enthüllt so unsichtbare Details.
Dank eines 3D-Druckers haben japanische Forscher ein kostengünstiges und einfach zu bedienendes digitales Mikroskop entwickelt. Alles basiert auf einem Smartphone, das in Echtzeit Hologramme rekonstruiert.
Diese Technologie war bisher sperrig und erforderte leistungsstarke Computer für die notwendigen Berechnungen. Jetzt reicht ein Smartphone aus, dank einer innovativen Berechnungsmethode, der zweistufigen Fresnel-Beugung.
Ein Lichtstrahl beleuchtet eine Probe und interagiert mit einem Referenzstrahl. Dieses Lichtmuster, oder Hologramm, wird von einer Kamera erfasst, die über USB mit einem Smartphone verbunden ist. Das Telefon rekonstruiert dann ein 3D-Bild.
Ein Laserstrahl beleuchtet die Probe, während ein zweiter Strahl, der sogenannte Referenzstrahl, als Vergleich dient. Die Interferenz zwischen diesen beiden Strahlen erzeugt ein komplexes Lichtmuster, oder Hologramm, das von einer Kamera erfasst wird, die über einen USB-Anschluss mit dem Smartphone verbunden ist. Mithilfe einer speziellen Anwendung analysiert und verarbeitet das Smartphone diese Daten, um ein detailliertes 3D-Bild der Probe zu rekonstruieren, sodass deren innere und äußere Strukturen beobachtet werden können.
Mit dieser neuen Methode können Hologramme schnell verarbeitet werden, fast zwei Bilder pro Sekunde. Die Geschwindigkeit reicht aus, um unbewegliche Objekte nahezu in Echtzeit zu beobachten. Die Smartphone-Anwendung ist einfach zu bedienen und ermöglicht es, mit einer Geste in das Bild hineinzuzoomen. Ein Fortschritt, der die 3D-Mikroskopie für alle, sogar außerhalb des Labors, zugänglich machen könnte.
Es werden medizinische Anwendungen in Betracht gezogen, insbesondere in Entwicklungsländern, in denen es an Infrastruktur mangelt. Dieses Mikroskop könnte vor Ort Krankheiten wie Sichelzellenanämie diagnostizieren.
Die Forscher arbeiten bereits an der Verbesserung des Systems. Tiefenlernen, eine Form der künstlichen Intelligenz, könnte bald störende Bilder unterdrücken und die Beobachtungen noch präziser machen.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Applied Optics