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UCLA développe la caméra la plus rapide au monde pour traquer le cancer en temps réel – High-teK.ca

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Les ingénieurs de l’UCLA, dirigés par Bahram Jalali et Dino Di Carlo, ont développé un appareil photo qui peut prendre 36,7 millions d’images par seconde, avec une vitesse d’obturation de 27 picosecondes. De loin l’appareil photo le plus rapide et le plus sensible au monde — il est environ 100 fois plus rapide que les microscopes optiques existants, et il a un taux de faux positifs d’à peine un sur un million — on espère, entre autres applications, que l’appareil améliorer massivement notre capacité à diagnostiquer le cancer à un stade précoce et pré-métastatique.

Pour commencer, ce « microscope optique monoparticule à flux continu automatisé » (c’est son nom officiel) n’a rien à voir avec un appareil photo numérique. Avec une vitesse de prise de vue de 36,7 millions d’ips et une vitesse d’obturation de 27 picosecondes, les capteurs CCD et CMOS ne sont tout simplement pas à la hauteur de la tâche ; il faut trop de temps pour lire les données de chaque pixel, et à des vitesses aussi élevées, il n’y a de toute façon pas assez de lumière pour produire une image nette. Au lieu de cela, ce nouveau microscope utilise l’imagerie STEAM – une microscopie amplifiée à codage temporel en série – qui a été développée par la même équipe de l’UCLA en 2009. Sans entrer dans des détails vraiment granuleux : Fondamentalement, STEAM déclenche des impulsions laser rapides qui sont réfléchies par les cellules qui traversent un microfluidique dispositif. L’image est amplifiée et captée par un photodétecteur monopixel très rapide, puis l’image est traitée par un FPGA. Il y a une vidéo (silencieuse) à la fin de l’histoire qui montre comment fonctionne le système STEAM.

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Microscope optique STEAM de l'UCLA

Le résultat final est une caméra qui peut photographier des cellules individuelles lorsqu’elles traversent le système à quatre mètres par seconde (9 mph !), avec une qualité d’image comparable à une caméra CCD fixe (c’est-à-dire une caméra CCD dirigée vers une diapositive statique). Dans l’image ci-dessous, la colonne du milieu montre les microscopes optiques CMOS à la pointe de la technologie, tandis que le côté droit montre le nouveau système basé sur STEAM de l’UCLA. Juste pour que vous compreniez l’importance de cela : avec un débit de 4 m/s, le microscope de l’UCLA image automatiquement 100 000 particules par seconde, avec une qualité comparable à une caméra qui ne peut prendre qu’environ 60 images par seconde. Avec de la formation, le FPGA peut détecter automatiquement les particules rares (telles que les cellules cancéreuses) 75 % du temps.

Microscope optique STEAM de l'UCLA, par rapport aux CCD et CMOS conventionnels

Pour être franc, c’est l’un des mashups les plus cool de technologies de pointe que j’ai jamais vus : lasers picosecondes, microfluidique et FPGA, tous fonctionnant en parfaite harmonie. De plus, le système STEAM est facilement capable d’imager 200 000 particules par seconde – alors que nous pouvons concevoir un dispositif microfluidique capable de résister à deux fois la pression. En ce qui concerne la lutte contre le cancer, il s’agit peut-être de l’une des plus grandes percées de tous les temps, mais c’est aussi une grande nouvelle pour tout scientifique, ingénieur ou médecin qui étudie les microbes, les carburants, les aliments et les produits pharmaceutiques. La microscopie optique est utilisée dans presque toutes les sphères de la science, et le microscope de l’UCLA est une percée passionnante.

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Lire la suite sur UCLAou le document de recherche 10.1073/pnas.1204718109 à PNAS

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