Исследователи модифицировали камеру смартфона, чтобы искать вредные бактерии
Исследователи Вашингтонского университета дополнили камеру смартфона напечатанным на 3D-принтере кольцом с ультрафиолетовыми светодиодами и использовали её для поиска продуктов жизнедеятельности патогенных бактерий.
Слева фотография переносицы в ультрафиолете. Справа изображение той же области после обработки и шумоподавления. Подсвеченные области указывают на высокий уровень порфирина Исследователи Вашингтонского университета создали технологию, определяющую наличие следов жизнедеятельности патогенных микробов на коже лица и в полости рта по фотографиям со смартфона. На её основе они планируют разработать простой и дешёвый метод быстрой домашней диагностики.
На телефонах установлены камеры, которые фиксируют из всего видимого спектра только красный, зелёный и синий цвета. Каждый пиксель изображения сформирован этими тремя цветами. Датчики бытовых камер не способны уловить более широкий спектр. Поэтому исследователи решили использовать ультрафиолетовое излучение для расширения возможностей камеры обычного смартфона. Для этого они распечатали на 3D-принтере кольцо и расположили на нём десять ультрафиолетовых светодиодов, которые включали при съёмке.
Смартфон с кольцом и светодиодами, разработанным для исследованияУльтрафиолет светодиодов возбуждает выделяемые бактериями белки порфирины. В ответ белки испускают красный флуоресцентный свет, который улавливает камера телефона. Другие компоненты изображения, такие как кожа и маслянистые соединения, не светятся красным при взаимодействии с ультрафиолетом.
Благодаря светодиодной подсветке учёные получили достаточно информации для преобразования RGB-изображений, сделанных на камеру смартфона, в изображения из 15 участков визуального спектра (в диапазоне 420—700 нм). Для шумоподавления исследователи использовали винеровское оценивание.
Авторы извлекли и сравнили спектральные характеристики порфиринов и фоновой ткани, выделив волны света, представляющие интерес. На основе полученных данных исследователи произвели количественный анализ бактериальной инфекции на смешанном и жирном типах кожи.
(А) Фотография кожи переносицы добровольца в ультрафиолетовом излучении. (Б) Крупный план выделенного на «А» участкаИзбыточное количество порфирина на коже и в полости рта говорит о повышенной активности бактерий — в том числе патогенных. Избыток бактерий провоцирует образование угрей и мешает заживлению кожи. Кроме того, исследование показало высокую концентрацию порфирина на зубных бляшках.
Исследователи планируют доработать технологию и использовать её для разработки домашних методов оценки состояния здоровья кожи лица и полости рта. По словам авторов, технология также пригодится для определения тяжести бактериальной инфекции в ранах.
Авторы утверждают, что могут определять разные типы метаболитов на одном и том же изображении в зависимости от их активности при взаимодействии с ультрафиолетом. В таком случае технология может определять следы жизнедеятельности сразу нескольких типов патогенных бактерий, облегчая дальнейшее обследование кожи.
Материалы исследования опубликованы в статье «Smartphone-enabled snapshot multispectral autofluorescence imaging and its application for bacteria assessments in skin and oral cavity» в журнале Optics and Lasers in Engineering DOI: 10.1016/j.optlaseng.2021.106546
