Znajdź zawartość

Wkrótce możemy zatęsknić do czasów, gdy naszej prywatności zagrażały coraz bardziej rozpowszechnione systemy telewizji przemysłowej. Na University of Michigan powstało urządzenie, które pozwoli na umieszczenie urządzeń rejestrujących obrazy w niemal dowolnej lokalizacji. Co gorsza, urządzenia takie mogą być praktycznie niewidoczne. Czujniki obrazu w kamerach czy aparatach działają dzięki zamianie padającego nań światła na sygnał elektryczny. Podobnie działają ogniwa fotowoltaiczne, zamieniające światło słoneczne w elektryczność. Inżynierowie z University of Michigan połączyli właśnie oba urządzenia w jedno, tworząc czujnik obrazu zdolny do pracy z prędkością 15 klatek na sekundę, który jest zasilany padającym nań światłem. Specjaliści z Ann Arbor nie są pierwszymi, którzy próbowali tego dokonać. Dotychczas jednak podobne prace szły w dwóch kierunkach. Jeden z pomysłów polegał na wypełnieniu części czujnika obrazu elementami fotowoltaicznymi, co zmniejszało ilość światła, z którego można było rejestrować obraz. Drugi zaś wykorzystywał technologię przełączania się poszczególnych pikseli czujnika pomiędzy stanami, w których przetwarzały światło na obraz i na energię. Takie rozwiązanie jest złożone i zmniejsza tempo pracy rejestratora obrazu. Profesor Euisik Yoon i doktor Sung-Yun Park wpadli na zupełnie inny pomysł. Zauważyli, że olbrzymia liczba fotonów przelatuje przez diodę fotodetektora odpowiedzialną za tworzenie obrazu. Umieścili więc pod nią drugą diodę, tym taką, która działa jak ogniwo fotowoltaiczne. To nawet nie jest recykling. To jak zbieranie śmieci. Przechwytujemy darmową energię, mówi Yoon. Jako, że dioda do fotowoltaiki jest umieszczona poniżej, cały obszar czujnika jest dostępny dla modułu tworzącego obraz. Jednocześnie zaś zapewnia zasilanie dzięki fotonom, które nie trafiły do diody umieszczonej powyżej. Pomimo tego, że całe urządzenie zostało zbudowane za pomocą standardowych technik CMOS, to ma inną strukturę i inne właściwości elektryczne niż typowy układ do przechwytywania obrazu. Najbardziej oczywistą różnicą jest obecność drugiej diody. Ponadto, aby diody do tworzenia obrazu i do pozyskiwania energii mogły działać jednocześnie urządzenie zostało zaprojektowane tak, by korzystało z dziur elektronowych w krzemie. Tam, gdzie brakuje elektronu, taka dziura działa jak dodatni nośnik ładunku elektrycznego. Dziury poruszają się wolniej od elektronów, jednak na tyle szybko, że nie zakłócają procesu przechwytywania obrazu. Wynikiem prac zespołu Yoona jest układ scalony z pikselami o szerokości 5 mikrometrów, który w słoneczny dzień (60 000 luksów) zapewnia sobie wystarczającą ilość energii by pracować z prędkością 15 klatek na sekundę, natomiast standardowe światło dzienne wystarcza mu do pracy w tempie 7,5 klatki na sekundę. « powrót do artykułu

Inżynierowie z California Institute of Technology (Caltech) skonstruowali inteligentną szalkę Petriego. Wbudowali w nią czujnik obrazu, taki sam jak w aparatach cyfrowych, kompletnie zmieniając sposób obrazowania i dokumentowania hodowli mikroorganizmów. Artykuł na temat ePetri, jak Amerykanie nazwali swój wynalazek, ukazał się w piśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Do tej pory na dno szalki nakładano warstwę pożywki, a na nią krople roztworu z mikroorganizmami. Całość wstawiano do inkubatora, a potem, czasem wiele razy , naczynie wyjmowano, by obejrzeć pod mikroskopem postępy poczynione przez namnażające się bakterie czy grzyby. Przy wersji ePetri nie potrzeba mikroskopu, zmniejsza się nakład pracy człowieka, dodatkowo można poprawić jakość dokumentacji rozwoju hodowli. Nasza szalka ePetri jest kompaktową, małą, bezsoczewkową platformą obrazowania mikroskopowego. Jesteśmy w stanie bezpośrednio śledzić kulturę wewnątrz inkubatora. Dzięki połączeniu kablowemu dane z szalki są automatycznie przekazywane do stojącego na zewnątrz laptopa - wyjaśnia Guoan Zheng, dodając, że oznacza to nie tylko mniej pracy dla człowieka, ale i mniejsze ryzyko skażenia hodowli. Amerykanie zbudowali prototyp swojego urządzenia, wykorzystując smartfon Google'a, czujnik obrazu z telefonu komórkowego i... klocki LEGO. Hodowlę umieszcza się na czujniku. Wyświetlacz LED staje się skanującym źródłem światła. Naukowcy twierdzą, że ich technologia przydaje się zwłaszcza przy obrazowaniu zlewnych hodowli, które zajmują całe dno naczynia. Prof. Changhuei Yang wyjaśnia, że celem zespołu było uzyskanie systemu do szerokokątnego obrazowania mikroskopowego próbek zbitych komórek. Akademicy z Caltechu podpowiadają, że platformę ePetri można także zastosować do detekcji toksycznych związków chemicznych czy narkotyków (zamiast zwykłego testu). Biolog Michael Elowitz sprawdził skuteczność ePetri na embrionalnych komórkach macierzystych, które często zachowują się inaczej w poszczególnych rejonach szalki, bo przekształcają się w różne typy komórek. Zwykle pod mikroskopem naukowcy mogą obserwować w danym momencie tylko jeden ich rodzaj, tymczasem prototyp pozwolił na oglądanie całego dna naraz. Amerykanie mogą obserwować żywe mikroorganizmy w szerokim zakresie skal: od poziomu subkomórkowego po makroskopowy. Obecnie trwają prace nad samowystarczalnym systemem z własnym inkubatorem.

Naukowcy z Brigham and Women's Hospital (BWH) wykorzystali czujnik obrazu z kamery internetowej do stworzenia niewielkiego przenośnego urządzenia do monitorowania w czasie rzeczywistym wpływu leków na komórki serca (kardiomiocyty). Ma to duże znaczenie w przypadku kardiotoksyczności medykamentów, zwłaszcza że nieodwracalne uszkodzenie serca prowadzi niejednokrotnie do trwałego kalectwa, a nawet śmierci. Badacze pozyskiwali kardiomiocyty z mysich komórek macierzystych i w aparacie poddawali je działaniu różnych medykamentów. Następnie w czasie rzeczywistym monitorowali wyrażoną za pomocą wskaźnika aktywność komórek mięśnia sercowego i wykrywali wszystkie zmiany w tym zakresie. Ocena toksycznych efektów nowych leków na wczesnych etapach ich rozwoju może przyspieszyć proces powstawania medykamentów, prowadząc do znacznej oszczędności pieniędzy i czasu [...] – tłumaczy dr Ali Khademhosseini. Technologia ta może również odegrać pewną rolę w spersonalizowanej medycynie. Na początku trzeba by wyekstrahować od pacjenta komórki somatyczne, które zostałyby przeprogramowane na komórki macierzyste zwane indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi [ang. iPSC, od induced pluripotent stem cells; otrzymuje się z niepluripotentnych komórek przez wymuszenie ekspresji pewnych genów]. W dalszej kolejności iPSC różnicowano by do komórek serca, które poddawano by badaniu. Bioczujnik mógłby monitorować kardiomiocyty po wprowadzeniu leku, dając wyobrażenie o wpływie leku na serce konkretnego chorego – dodaje dr Sang Bok Kim. Kiedyś monitorowanie komórek serca wymagało stosowania drogich urządzeń, tymczasem najnowszy wynalazek z BWH kosztuje mniej niż 10 dol. i jest kompatybilny z konwencjonalnym sprzętem.