IEEE-NSENS将定期关注对全球社会至关重要的特殊主题。例如,AI传感器,合成传感器,柔性、可穿戴传感器和电子产品,医疗保健生物传感器以及机器人微惯性传感器等。此次论坛将对人工智能,医疗保健和机器人技术中应用的智能微米和纳米级传感系统的最新研究成果进行传播。

以下为Hui Sun在“IEEE传感器理论及产业应用论坛”上的精彩致辞实录,由云现场整理。

    谢谢你的介绍,大家下午好,非常高兴能够站在这里和大家分享学术性的问题。我想先简单来个自我介绍,我叫Hui Sun,我来自于秦皇岛。我今天的学术演讲是低成本、便携式智能手机病理细胞显微设备。

    为什么我会选择这个话题呢?我想可以从几个方面来讲述,显微镜是一个非常快而且非常方便的设备,它可以帮助我们观察到非常细微的病理和病菌,它是一个分析型的设备,然后它可以帮助我们去进行监测,但是它也有一定的特点,比如说它是不可移动的,它的灵活度非常低。另外,在非洲,我们可以看到它的疾病出现率是非常高的,在非洲这个地方很难预防疾病,也很难去控制或者是监测这个疾病的发生状况。因此,基于这一系列的医学条件,我们有必要去发明一个新的便携式的低成本显微设备,这能够帮助我们更好地去监测这些病理细胞。

    但是一些手机显微设备已经出现了,他们是在手机上面安装了这一些显微设备,但是它的便携程度并不高,而且成本非常昂贵。为了能够开发一个新的便携式的设备,并且能够整合在手机上,我们要进行重新设计,我们需要用一些高分子材料,而且应该要放大500倍。在实验当中,我们使用了华为的mate20进行实验,当我们用摄像头去捕捉的时候,我们发现这个数字是0.6。我们还用了一些特殊的材质和设备,这样能够增加它的性价比。这个材料也运用到实验当中,它的参数是1.43。我们可以看下它的折射率是1.64。在这个环节当中,这是手机显微镜的结构,我们看它分四步,第一个主要是透镜,第二个主要是聚光,第三个是设置的光源,第四个是它的图像的拍摄。第一步我们是用摄像头来拍摄这些图像,进行一定的调整。第二步是调整一下它的焦距,让这个图像更加清晰。

    在实验当中,我们可以看到这里面的透镜的参数,我们主要使用的是三种,一个是6.33,一个是4,一个是2.4的透镜长度,它们的焦距和价格也是有所不同的。大家可以仔细地看下图表。在这张图中,我们可以看到6.33mm和4mm的透镜它们是有相同的成像质量,而且它们可以拍摄出比较大的图,而且它们也可以观察到非常细微的信息、区分出不同病理细胞种类。我们看一下2.4mm的透镜,我们比较建议大家选择2.4mm的透镜,因为它放大率非常高,因此它就非常适合于用在看细节比较清晰的地方。

    当我们讨论到这些成本的时候,很多人其实不太愿意花高价格购买医疗设备,因此我们使用了SAP这种材料,运用到实验当中做这些透镜。那么这种SAP它的大的特点就是使用了特级吸收剂的聚分子化合物,它的分子构成是非常适合用于做这种透镜的。这就是这种SAP的生产过程,首先把高分子聚合物放在水当中,然后等待大概10-30分钟,等它们的直径扩大到4mm和6mm的时候,我们就可以把它们提取出来,然后获取到右边的这些数据。

    这张图是一种观察,是用6.33mmSAP透镜成像出来的,当然我们还用了4mm和6mm的,我们可以看到,它的像素是相似的,但是它的成像的质量是有点不一样的,玻璃相对来说比SAP要稍微好一点点。这是我们的一个实验,我们用的是2.4mm透镜,然后是放大了130倍,我们可以看到它有最高的成像像素,然后这些图像的边角是有点点模糊,它比较适合用来分析病理细菌的细节,对于6.33mm和4mm透镜放大130倍的时候,我们可以看到6.33mm成像质量相对来说比4mm的透镜成像质量要稍微低一点,而且整体来说是非常清晰的,它的边角也没有出现模糊的状态。另外是2.4mm的成像质量还有它的像素,以及4mm和6mm,我们可以看到它们的成像质量是逐级的下降,6mm和4mm的SAP透镜可以满足正常的一些成像的要求,它的特点就是可以拍下那些比较大的图。

    在这页,在放大了150倍之后,6.3mm和4mm的玻璃的透镜,它们的成像质量是相似的,在580倍之后,4mm透镜是有最高的成像质量。在放大150倍的时候,6.3mmSAP的透镜有最高的成像质量,而且与4mm的成像质量是比较类似的。当我们观察这些目标的时候,尤其是在那些低放大率的时候,6mm的透镜就可以用于正常的观察,这张图已经显示出了不同直径的透镜和不同材质透镜成像质量他们的分别。6mm的SAP透镜有最低的成像像素。

    最后我来跟大家总结一下这些透镜的一些优点和他们值得改善的地方。首先我们看到这种显微镜款式的透镜可以随着你的意愿进行关闭和打开,它的放大倍数是580倍,可以随意对它的焦距位置进行调节,还能够调节它的光源的亮度,它非常方便、非常便宜。它可以调节光的强度,最重要的是方便、便宜。还需要有些改善,发现新的材料增加它的放大度和成像质量,然后设计防抖设备,能够使我们的拍摄更加稳定。非常感谢大家的聆听。


    主持人:你提到低成本,跟其他现有的显微镜相比,大概能够便宜多少?

    

    Hui Sun:非常便宜,别的差不多100块,我们相当于10块钱。

    

    主持人:你说到SAP和玻璃相比,你展示了SAP还不太清楚的影像,玻璃更加清晰是不是?

    

    Hui Sun:SAP镜片的解析度不太清楚,可以用在这样一种状况当中。总体来说,扩大的倍数大概是30倍。