只需 3 美分，手機變身顯微鏡

創見乾貨：近日，來自休斯頓大學的研究人員發明了一種可以安裝在普通智能手機上的光學鏡頭，放大倍率達到了 120 級，令人驚訝的是其售價僅為 3 美分。
來自休斯頓大學電氣和計算機工程專業的助理教授 Wei-Chuan Shih 主導了該顯微鏡頭的研發工作，他表示，這款廉價鏡頭可以像真正的顯微鏡一樣工作，而且用起來十分方便，直接與智能手機連接，無需使用任何額外的設備，因而特別適合在教室中供學生們使用。

此外，該顯微鏡頭還能應用於臨牀診斷，一些偏遠的小診所可以隨時隨地與專家學者共享拍攝的圖片。

在《生物醫學光學雜誌（Journal of Biomedical Optics）》上發表的一篇文章中，Shih 和他的三個研究生詳細闡述了他們是如何發明這種鏡頭並用其檢查圖像質量的。作為第一作者的 Yu-Lung Sung 目前在攻讀博士學位，其他參與這項研究的包括 Jenn Jeang（即將於今年秋天進入弗吉尼亞州 Liberty University 的研究生院）和 Chia-Hsiung Lee（休斯頓大學研究生畢業，目前在台灣的科技行業工作）。
這款鏡頭由聚二甲基硅氧烷（PDMS）製成，這是一種具有一致性蜂窩狀結構的聚合物，將其精確地沉積在預熱的表面上，就得到了這種透鏡。Sung 解釋説，鏡頭的曲率（即放大級數）取決於熱處理的温度和時間。由此得到的鏡片很柔和，類似於軟性隱形眼鏡，但是厚度更大、體積更小。研究人員表示，這款鏡頭不需要任何配套的附件就能將智能手機的相機變成顯微鏡，PDMS 和玻璃材質之間的吸附力很強，但是不持久，因而使用後十分容易分離。120 級的光學放大可以觀察到微米級的結構。

目前常規的鏡片採用的都是機械拋光或注射成型的材料，如玻璃或塑料。也有液體透鏡，但需要特別的裝置來確保穩定性，而且將其連接手機還需要額外的設備。Sung 表示他們的鏡頭可以直接與手機相機鏡頭相連（貼上），而且是重複使用的。研究中，研究人員分別用智能手機-PDMS 系統和奧林巴斯 IX-70 顯微鏡拍攝了人類皮膚毛囊組織的圖像。在 100 級的放大倍數下，智能手機鏡頭與高倍顯微鏡表現相當，而且基於軟件的數字放大可以進一步加強其圖形表現。


（圖片上排為人類皮膚毛囊組織的圖像，a，b，c 為奧林巴斯 IX-70 顯微鏡分別在40、100 和 200 級倍率下的成像照片，d 為諾基亞 Lumia 520 連接顯微鏡頭的成像照片，圖片上排為對應部分的放大圖像。）

Shih 除了主攻電氣和計算機工程專業，還隸屬於生物醫學工程系和化學系。他的跨學科團隊主要從事納米生物成像和納米流體學，研究成像和傳感方面的課題，包括提高醫療診斷和環境安全方面。在一次實驗中，Sung 將 PDMS 置於電爐中打算搭建微流控裝置，卻意外發現該材料與受熱面接觸後發生的有趣變化。出於好奇，他嘗試製作了一個鏡頭。

Sung 將製作出的鏡頭連在手機上，發現用起來完全沒問題。當時他用的正是諾基亞 Lumia 520，一部價值 20 美元的手機和 1 美分的鏡頭就組成了一台優秀的顯微鏡。Shih 表示，鏡頭的材料費僅為 1 美分，但算上大規模生產的成本，可能會達到 3 美分。相比之下，傳統科研級別的顯微鏡雖然功能強大，但也很貴，需要花費 1 萬美元。

發明這一鏡頭之後 Shih 首先想到的是將其用於教育領域——對於低年級學生來説，這種顯微鏡即廉價又方便，十分適合在户外研究和室內教學。現在幾乎人手一部智能手機，很多 30 或 50 美元的手機附件用一兩次就沒用了，很是浪費。由於極低的售價，這款顯微鏡頭的丟失或損壞也不會造成很大影響。此外，因為鏡頭是直接連接手機的，所以可以方便地通過 e-mail 等工具共享圖像。
現在，顯微鏡片都是由研究人員用一種功能類似於噴墨打印機的設備純手工生產的。如果想將其投入工業化大規模生產，還需要很多支持資金。一些研究生已經在 Indiegogo 上發起了眾籌，希望能籌得 12000 美元的啟動資金（目前的籌資金額已達到 3000 美元）。雖然很艱難，但 Shih 和他的小夥伴們並沒有知難而退，他們與台灣教育部和休斯頓大學的老師們展開了合作，也許不久，你我只需 3 美分即可為手機加上顯微鏡頭了。

本文來源：ScienceDaily，由 TECH2IPO 創見 @Suki 為您編譯。


資料來源：TECH2IPO