Een multishot lensloze camera in ontwikkeling kan helpen bij het diagnosticeren van ziekten

Een nieuw type beeldvorming waarvoor geen lens nodig is en waarbij herconfigureerbare op deeltjes gebaseerde maskers worden gebruikt om meerdere foto’s van een object te maken, wordt ontwikkeld door onderzoekers van Penn State. De elektrisch-veldgestuurde zelfassemblerende maskeringstechnologie zal naar verwachting toepassingen hebben bij goedkopere en snellere ziektediagnose, de verbetering van optische microscopie en kan zelfs leiden tot dunnere gsm-technologie.

Hoe het werkt

De onderzoekers maken een masker van microscopisch kleine gouddraadjes en plaatsen dat in de buurt van het te fotograferen object. Het masker verstrooit het door het object gereflecteerde licht en een beeldsensor vangt het licht op. Een elektrische stroom herschikt de deeltjes in het masker, waardoor bij elke iteratie een nieuw masker wordt geproduceerd, en het systeem neemt elk nieuw beeld op. De meervoudige lichtopnames worden vervolgens computationeel gereconstrueerd tot het oorspronkelijke objectbeeld, wat resulteert in een sterk verbeterde resolutie en kwaliteit.

“We zijn niet de enige groep die lensvrije beeldvorming doet”, legt Jennifer Miller uit, een promovendus in de scheikunde en een eerste auteur van een artikel dat onlangs online is gepubliceerd in ACS Nano. “Wat anders is aan ons werk, is dat je meestal meerdere maskers moet maken en ze fysiek moet verplaatsen om meerdere afbeeldingen te krijgen. Dit wordt omvangrijk en duur en doet een deel van de eenvoud teniet die het voordeel van lensloze beeldvorming is.”

Bij typische microscopie bestaat er een afweging tussen het gezichtsveld en de kracht van de resolutie, dus een 10x veld is breder dan een 100x veld. Door een lensvrije beeldtechnologie te gebruiken, is het mogelijk om een ​​breed gezichtsveld te combineren met een sterke vergroting voor goedkopere beelden en snellere diagnose van ziekten. Dit kan met name handig zijn in ontwikkelingslanden waar hoogwaardige microscopen niet beschikbaar zijn.

“Traditionele maskers zijn passief”, zegt co-eerste auteur Cheng-Yu Wang, promovendus in elektrotechniek. “We kunnen functionalisatie toevoegen aan onze microwire, zoals polarisatie, selectiviteit en plasmonische effecten, die ons beeldvormingssysteem krachtiger maken.”

In het geval van mobiele telefoons is een belangrijke bijdrage aan hun omvang te wijten aan het feit dat de cameralens zich op een bepaalde afstand van de detector moet bevinden. Een lensloze camera kan de benodigde ruimte helpen minimaliseren. Evenzo zou een lensvrij systeem dat aan een mobiele telefoon wordt toegevoegd, de mobiele telefoon in een microscoop met een laag vermogen kunnen veranderen.

Samen met Miller en Yang, senior auteurs van de ACS Nano papier, “Op deeltjes gebaseerde herconfigureerbare verstrooiingsmaskers voor lensloze beeldvorming”, zijn Christine Keating, vooraanstaand hoogleraar scheikunde, en Zhiwen Liu, hoogleraar elektrotechniek.