蓝牙显微镜BLEscope可传输体内成像揭示小鼠的内部工作原理

The Pathak Lab/Johns Hopkins University School of Medicine

This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series in partnership with IEEE Xplore.

与试管实验相比，任何允许科学家实时观察活体内部运作的成像技术都能提供丰富的信息。虽然存在许多这样的成像方法，但它们需要将测试对象（在这种情况下是啮齿动物）拴在监测设备上。这限制了被研究动物在实验过程中自由漫游的能力。

研究人员最近设计了一种具有独特功能的新型显微镜：它能够通过蓝牙将活体小鼠体内的实时图像传输到附近的手机或笔记本电脑。一旦该设备进一步小型化，无线连接将允许小鼠和其他受试动物自由漫游，从而更容易在更自然的状态下观察它们。

约翰斯霍普金斯大学医学院教授Arvind Pathak说：“据我们所知，这是第一台蓝牙无线显微镜。”

通过一系列实验，Pathak和他的同事们展示了新型无线显微镜BLEscope是如何连续监测小鼠大脑中的血管和肿瘤的。9月24日发表在《IEEE生物医学工程学报》上的一项研究描述了这些结果（https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=10）。

显微镜有助于揭示许多生物学奥秘，但这些设备通常需要从生物体中取出细胞并在试管中进行研究。任何研究体内自然发生的生物过程的机会都倾向于提供更有用和更全面的信息。

据悉，存在几种为动物体内实验设计的不同微型显微镜。然而，Pathak指出，这些通常都需要高功耗或将电线连接到设备上以传输数据，或两者兼而有之，这可能会限制动物的自然运动和行为。

Pathak说：“为了克服这些障碍，约翰斯霍普金斯大学博士生Subhrajit Das和我们的团队设计了一种成像系统，该系统以超低功耗（低于50毫瓦）运行，同时在啮齿动物中实现无线数据传输和5至10微米空间分辨率的连续功能成像。”

研究人员使用现成的低功耗图像传感器和微控制器创建了BLEscope，它们集成在印刷电路板上。重要的是，它有两个不同颜色的LED灯——绿色和蓝色——有助于在成像过程中产生对比度。

Pathak解释说：“BLE协议实现了对BLEscope的无线控制，然后可以捕获图像并将其无线传输到笔记本电脑或手机。它的低功耗和便携性使其成为远程实时成像的理想选择。”

Pathak和他的同事通过两个实验在活小鼠身上测试了BLEscope。在第一种情况下，他们将荧光标记物添加到小鼠的血液中，并使用BLEscope实时表征动物大脑内的血流。在第二个实验中，研究人员改变了患有脑肿瘤的小鼠吸入的空气中的氧气和二氧化碳比例，并能够观察到荧光标记肿瘤中的血管变化。

Pathak说：“BLEscope的关键优势在于它能够无线进行高分辨率、多对比度成像长达1.5小时，而不需要连接电源。”

然而，Pathak指出，目前的原型受到其尺寸和重量的限制。BLEscope需要进一步小型化，这样它就不会干扰动物在实验过程中自由漫游的能力。

Pathak说：“我们计划将必要的电子元件小型化到一个灵活的轻质印刷电路板上，这将减轻BLEscope的重量和占地面积，使其适用于自由移动的动物。”

这个故事于2024年10月14日进行了更新，以纠正关于BLEscope大小的说法。