智能手机公司经常吹嘘其设备的摄像头比竞争对手的要好多少，但科学家们可能已经超越了他们——他们可以使用一种新的轻便型便携式成像系统来发现单个病毒，该系统可以连接到智能手机上。专家补充说，使用该系统观察单个分子的能力可能很快就会到来。
整个系统 housed 在一个用 3D 打印机制作的外壳中，重量大约相当于一杯未煮熟的白米。在实验中，该系统可以发现小至约 100 纳米的颗粒。（一纳米是十亿分之一米。）研究人员发现它还可以检测单个病毒，例如人巨细胞病毒，这种病毒会危及免疫系统较弱的患者的生命，尺寸约为 150 到 300 纳米。艾滋病毒、狂犬病和流感也是类似大小的病毒。“这是首次使用基于手机的现场便携式成像系统检测到单个纳米颗粒和病毒，”加州大学洛杉矶分校的电气工程师和生物工程师 Aydogan Ozcan 说。Ozcan 和他的同事在 ACS Nano 的 10 月 22 日刊中描述了他们的装置。
称为荧光分子的分子有助于精确定位正在检查的微小物体。荧光分子会附着在特定目标（例如，特定病毒）上，并在特定波长的光下发出荧光，以显示其猎物的位置。成像系统将蓝色激光照射到荧光分子上以激发它们，然后将产生的光线通过透镜并进入手机的摄像头。“这些结果表明，您不一定需要精密而昂贵的显微镜来观察直径小至数百纳米的微小物体，”荷兰莱顿大学的物理学家 Saumyakanti Khatua 说，他没有参与这项研究。“一个非常重要的应用可能是在实验室设施非常有限的农村地区检测病毒。”
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到目前为止，该设备只能检测到标记有数百个荧光分子的物体——它无法对单个荧光分子成像。但研究人员表示，这种限制可能是短暂的。“我们认为通过对现有设备进行一些小的修改，就可以实现对单个分子的检测，”Khatua 说，他与他的同事 Michel Orrit 在 ACS Nano 上发表了关于这项研究的评论。例如，成像系统可以很容易地配备收集更多光线的透镜和可以使荧光分子更亮的 антенны。“这些提出的更改不需要对设计进行大量修改，因此[它们]可以很快实施，”Khatua 说。
其他研究人员已经开发出可以检测单个分子存在的传感器。Khatua 说，新型显微镜系统相对于此类单分子传感器的一个优势是，它不仅可以检测目标的存在，还可以显示它们的位置，这对于分析生物和其他复杂系统至关重要。
除了在疾病的最初症状可能出现之前检测病毒外，智能手机显微镜的潜在应用还包括检测食品和水中的细菌或其他杂质。检测和识别单个分子的潜力可能会开辟更广泛的应用领域，例如法医分析、污染监测和商品认证。“例如，想想地质学家在其岩石基质中识别矿物质，或者维修车间立即能够为未知的聚合物部件选择合适的粘合剂，”Khatua 和 Orrit 在他们的评论中写道。“智能手机日益普及，目前已有超过十亿部在使用，再加上在制造更快的处理器和更灵敏的手机摄像头方面的巨大技术进步，肯定会在未来扩展此类设备的范围。”
至于 Ozcan，他的系统可能很快就会从实验室演示走向现实世界。他创立了一家名为 Holomic 的初创公司，以将该设备及类似设备商业化。
一部智能手机（左）与新的成像系统耦合。使用智能手机和成像系统捕获的图像（中）。使用扫描电子显微镜捕获的比较图像（右）。
图片由 U.C.L.A. 的 Ozcan 研究小组提供。