CN111164486A - 利用便携式电子通信装置的暗视场显微镜设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种适合于定量纳米颗粒信号的基于移动电话的暗视场显微镜(MDFM)设备。所述MDFM设备包含电操作光源、暗视场聚光器、被配置成收纳分析载玻片的载玻片外壳以及被配置成收纳物镜并收纳便携式电子通信装置的适配器外壳。所述载玻片外壳将所述分析载玻片定位于所述物镜与所述暗视场聚光器之间。所述适配器外壳将所述物镜与所述便携式电子通信装置的相机透镜配准。进一步提供了一种用于使用暗视场显微镜设备进行生物学定量研究的方法。

Description

利用便携式电子通信装置的暗视场显微镜设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月9日提交的美国临时专利申请第62/542,980号的优先权，其中前述申请的全部内容通过引用并入本文中。
本发明中的政府权利
本发明是在美国国立卫生研究院授予的R01 AI113725和R01 AI122932下由政府支持完成的。政府在本发明中具有某些权利。
技术领域
本公开涉及暗视场显微镜设备和利用此类设备进行生物学定量研究的方法，包含(但不限于)暗视场显微镜设备和适合于定量可以用提供散射信号的纳米颗粒(例如，金纳米颗粒或银纳米颗粒，如纳米棒)生成的纳米颗粒信号的方法。
背景技术
金纳米颗粒已成为用于检测和定量不同目标、细胞成像、生物分子定量和进行相互作用研究的普遍的标记剂。利用金纳米颗粒的常规研究依赖于限制其对视场环境的适用性的复杂设备。便携式光谱测定法已被指定为纳米颗粒定量的潜在解决方案；然而，其受困于复杂的设置要求以及低吞吐量或低灵敏度。基于纳米颗粒的侧向流动色谱免疫测定是护理点装置，但其通常不是定量的，并且需要广泛的开发和验证。
标准免疫测定的基于纳米颗粒的变体有可能成为定量护理点免疫测定，因为抗体连接的纳米颗粒探针可以在环境温度下干燥储存(与常规免疫测定中使用的需要低温储存的酶联抗体不同)。
暗视场显微镜检查(也称为“暗视野显微镜检查”)描述了将非散射束从图像中排除的显微镜检查方法。因此，样本周围的视场(即，不存在散射束的样本的地点)通常是暗的。暗视场显微镜(DFM)图像分析通常用于敏感地检测和精确地定量基于纳米颗粒的免疫测定变体。DFM图像分析与纳米颗粒的配对已解决了生物学研究和临床实践中的许多关键的定量问题。DFM图像分析需要高放大率显微镜，因为低放大率(远视场)DFM图像对可能容易掩盖纳米颗粒信号的表面伪影和碎屑高度敏感。常规DFM系统的大小、成本和精细特征限制了其在非实验室环境(如战地医院和其它环境)中的效用，其中这些因素表示对其用途的障碍。除了其缺乏便携性之外，常规DFM系统还可能在其易用性方面受到限制。
尝试开发更多便携式DFM方法追溯到1958年，当时皮肤病专家利用DFM图像分析来诊断负责治疗产生皮肤损害的多种疾病(包含梅毒)的药剂，但是这些装置在其它技术发展时逐渐废弃，并且自那时起，DFM图像分析取得了很少进展。
在很大程度上由移动电话相机发展驱使的最近的技术进展已促使移动电话相机用于医疗应用中，所述技术进展包含用于许多护理点诊断的便携式显微镜检查。然而，截至本申请的生效日，申请人并不知道任何并入移动电话相机的远视场DFM系统。
发明内容
本文中公开了一种适合于定量纳米颗粒信号以用于各种研究和医疗应用的基于移动电话的DFM(MDFM)设备。此类设备的特性是重量轻且便携。在某些实施例中，MDFM设备使用便宜的三LED光源、标准暗视场聚光器、物镜(例如，20×放大率、10×放大率或其它任何适合的放大率)和被配置成将这些组件与移动电话相机配合的结构元件(例如，一个或多个外壳)。本文中公开的MDFM设备与高通量测定兼容，并且用简单设置提供鲁棒灵敏度、稳定性和可再现的结果。此类设备可以为纳米技术在视场环境和其它资源受限的环境中的实践提供有价值的平台。
一方面，本公开涉及一种暗视场显微镜设备，其包含：适配器外壳、电操作光源、暗视场聚光器和载玻片外壳。所述适配器外壳被配置成收纳便携式电子通信装置和物镜，并且当所述便携式电子通信装置由所述适配器外壳收纳时使所述物镜与所述便携式电子通信装置的相机透镜配准。所述暗视场聚光器被配置成聚集由所述电操作光源生成的光发射。所述载玻片外壳被配置成收纳分析载玻片的至少一部分并且将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间。
在某些实施例中，所述适配器外壳包括主体和从所述主体突出的透镜收纳器；所述透镜收纳器被配置成收纳所述物镜；并且所述载玻片外壳被配置成至少收纳所述透镜收纳器和所述物镜的部分。
在某些实施例中，所述主体包括支撑表面，所述支撑表面被配置成邻接所述便携式电子通信装置的面，并且所述主体包括至少一个侧向壁，所述至少一个侧向壁被配置成邻接所述便携式通信装置的至少一个侧向边缘。
在某些实施例中，所述载玻片外壳包括孔；所述透镜收纳器包括第一外壁，所述第一外壁被配置成配合到所述孔的第一部分中；并且所述暗视场聚光器包括第二外壁，所述第二外壁被配置成装配到所述孔的第二部分中。在某些实施例中，所述孔、所述第一外壁和所述第二外壁的形状可以为大体上管状的。在某些实施例中，这种管状形状可以具有圆形、椭圆形、正方形或其它适合的横截面构造。
在某些实施例中，所述暗视场显微镜设备进一步包含：第一固定螺钉，所述第一固定螺钉被配置成选择性地促进所述透镜收纳器与(i)所述载玻片外壳或(ii)所述物镜之间的接合，以调整所述物镜与所述分析载玻片之间的第一距离；以及第二固定螺钉，所述第二固定螺钉被配置成选择性地促进所述载玻片外壳与所述暗视场聚光器之间的接合，以调整所述暗视场聚光器与所述分析载玻片之间的第二距离。
在某些实施例中，所述载玻片外壳或所述适配器外壳中的至少一个被配置成允许调整所述物镜与所述分析载玻片之间的工作距离，并且所述暗视场显微镜设备进一步包括至少一个锁定元件，所述至少一个锁定元件选择性地能够操作以固定所述物镜与所述分析载玻片之间的所述工作距离。
在某些实施例中，所述暗视场显微镜设备进一步包含所述物镜。在某些实施例中，所述物镜、所述载玻片外壳和所述暗视场聚光器被配置成形成光学路径，所述光学路径的中心与所述光源的发射中心对准。
在某些实施例中，所述载玻片外壳限定至少一个槽，所述至少一个槽被配置成收纳所述分析载玻片的所述至少一部分。所述载玻片外壳被配置成允许所述分析载玻片相对于所述载玻片外壳移动以随着所述分析载玻片的每个移动将所述分析载玻片的不同部分暴露于所述光学路径。
在某些实施例中，所述暗视场显微镜设备进一步包含基部元件，所述基部元件被配置成支撑所述电操作光源并且被配置成收纳所述载玻片外壳的端部部分。
在某些实施例中，所述物镜提供至少10倍的放大率。在某些实施例中，所述物镜被配置成提供可变放大率(即多个不同的放大率)。
在某些实施例中，所述电操作光源包括固态光源，如电池供电固态光源。
在某些实施例中，所述电操作光源包括至少一个发光二极管。在某些实施例中，所述至少一个发光二极管被配置成生成可见范围内的峰波长。
在某些实施例中，所述便携式电子通信装置包括移动电话。
在某些实施例中，所述适配器外壳和所述载玻片外壳各自包括至少一种聚合物材料。
在某些实施例中，所述适配器外壳和所述载玻片外壳通过三维打印来制造。
在某些实施例中，所述适配器外壳和所述载玻片外壳通过模制来制造。
在某些实施例中，所述适配器外壳和所述载玻片外壳通过减式材料移除工艺来制造。
另一方面，一种生物分子定量装置包括如本文中公开的所述暗视场显微镜设备，其中所述分析载玻片由所述载玻片外壳收纳，并且所述分析载玻片含有至少一种基于纳米颗粒的生物标志物。在某些实施例中，所述至少一种基于纳米颗粒的生物标志物包括至少一种金纳米颗粒或银纳米颗粒。
另一方面，一种用于进行生物学定量研究的方法利用如本文中公开的暗视场显微镜设备。所述方法包含：将所述分析载玻片的至少一部分插入到所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间，其中所述分析载玻片包括至少一种生物分子和至少一种基于纳米颗粒的生物标志物；将由所述电操作光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光发射照射在所述分析载玻片的所述至少一个部分的目标区域上；以及使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述目标区域的放大图像。
在某些实施例中，上述方法可以利用一种或多种金纳米颗粒或含金纳米颗粒。
另一方面，本公开涉及一种暗视场显微镜设备，其包含：物镜；光源；暗视场聚光器，所述暗视场聚光器被配置成聚集由所述光源生成的光发射；载玻片外壳，所述载玻片外壳被配置成收纳分析载玻片并且将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间；以及适配器外壳，所述适配器外壳被配置成收纳便携式电子通信装置并且收纳所述物镜，并且被配置成将所述物镜与所述便携式电子通信装置的相机透镜配准。
在某些实施例中，所述物镜、所述载玻片外壳和所述暗视场聚光器被配置成形成光学路径，所述光学路径的中心与所述光源的发射中心对准。
在某些实施例中，所述载玻片外壳限定用于收纳所述分析载玻片的至少一个槽；并且所述载玻片外壳被配置成允许所述分析载玻片相对于所述载玻片外壳移动以随着所述分析载玻片的每个移动将所述分析载玻片的不同部分暴露于所述光学路径。
在某些实施例中，所述暗视场显微镜设备被配置成允许所述物镜与不同的物镜交换以提供多个不同的放大率。
在某些实施例中，所述物镜被配置成提供可变放大率。
在某些实施例中，所述物镜包括至少一个透镜，所述至少一个透镜提供在4倍到100倍的范围内的放大率值。
在某些实施例中，所述载玻片外壳或所述适配器外壳中的至少一个被配置成允许调整所述物镜与所述分析载玻片之间的工作距离。在某些实施例中，所述暗视场显微镜设备进一步包含至少一个锁定元件，所述至少一个锁定元件选择性地能够操作以固定所述物镜与所述分析载玻片之间的所述工作距离。
另一方面，本公开涉及一种纳米颗粒定量装置，其包括如本文中公开的暗视场显微镜设备，其中所述分析载玻片由所述载玻片外壳收纳，并且至少一种类型的纳米颗粒支撑在所述分析载玻片的表面上或上方。
另一方面，本公开涉及一种生物分子定量装置，其包括如本文中公开的暗视场显微镜设备，其中所述分析载玻片由所述载玻片外壳收纳，并且至少一种纳米颗粒缀合的生物标志物和对应的结合目标支撑在所述分析载玻片的表面上或上方。
另一方面，本公开涉及一种用于利用如本文中公开的暗视场显微镜设备进行生物学定量研究的方法，所述方法包括：将所述分析载玻片的至少一部分插入到所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片的所关注区域暴露于所述暗视场聚光器与所述物镜之间的光学路径，其中所述分析载玻片的所述所关注区域含有目标生物分子和体现包括所述目标生物分子的结合对应物的缀合纳米颗粒的标记；将由所述光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光照射在所述分析载玻片上的所述所关注区域上；以及使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述分析载玻片上的所述所关注区域的放大图像。
另一方面，本公开涉及一种用于诊断疾病的方法，所述方法包括：将分析载玻片的至少一部分插入到如本文中公开的暗视场显微镜设备的所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片的所关注区域暴露于所述暗视场聚光器与所述物镜之间的光学路径，其中所述分析载玻片的所述所关注区域含有目标生物分子和体现包括所述目标生物分子的结合对应物的缀合纳米颗粒的标记；将由所述光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光照射在所述分析载玻片上的所述所关注区域上；使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述分析载玻片上的所述所关注区域的放大图像；以及对所述放大图像进行分析。
另一方面，本文中描述的任何一个或多个方面或特征可以与任何一个或多个其它方面或特征组合以获得另外的优势。
根据具体实施方式和附图，其它方面和实施例将是显而易见的。
本领域技术人员将在结合附图阅读优选实施例的以下详细描述之后了解本公开的范围并且认识到本公开的另外的方面。
附图说明
图1是示出组件之间的光束的通路的暗视场显微镜设备的光相互作用组件的示意图，而未展示根据本公开的适配器外壳或载玻片外壳。
图2A是根据本公开的一个实施例的基于移动电话的暗视场显微镜(MDFM)设备的组件的分解下部透视图。
图2B是包含图2A中示出的组件的经过组装的MDFM设备的上部透视图，其中移动电话由适配器外壳收纳。
图3提供了针对具有和不具有纳米颗粒的生物学部分的以高放大率和低放大率获得的图像的比较，所述图像分别通过MDFM显微镜系统、台式暗视场显微镜系统(DDFM)和明视场显微镜检查系统获得，其中20×和10×物镜用于MDFM并且10×和4×物镜用于DDFM和明视场显微镜检查。
图4示出了在1mm、3mm、5mm、7mm、9mm和11mm的不同工作距离处用10×物镜捕获的六个MDFM图像。
图5是使用10×物镜的MDFM放大率(M)相对于工作距离(d，mm)的图，其中叠加了线性相关性图和确定系数(R2)值。
图6示出了在2.5mm和3.5mm的工作距离处用20×物镜捕获的两个MDFM图像。
图7A是涉及羧酸官能化金纳米棒(AuNR)与胺修饰的载玻片之间的结合的结合亲和力测定方案的示意图。
图7B提供了使用如本文中公开的MDFM设备和常规DDFM系统获得的针对根据图7A的方案的结合亲和力测定的响应相对于纳米颗粒浓度(μg/μL)的叠加图，其中具有对应的非线性拟合曲线和Kd值，其中数据点表示5个样品复制品的平均值±SEM。
图8A是涉及标记有抗生物素蛋白修饰的金纳米颗粒(AuNR)并结合到蛋白A/G修饰的载玻片的生物素化抗体aCD9的定量的蛋白定量测定方案的示意图。
图8B提供了使用如本文中公开的MDFM设备和DDFM系统获得的针对根据图8A的方案的蛋白定量测定的响应相对于目标浓度(μg/μL)的叠加图，其中具有对应的线性拟合和确定系数(R2)值，并且其中数据点表示5个样品复制品的平均值±SEM。
图9是标识针对结合图7A到8B描述的结合亲和力测定和蛋白定量测定的灵敏度(包含检测极限(LOD)值和定量极限(LOQ)值)的表。
图10是比较如本文中公开的MDFM系统的特征与DDFM系统的特征的表。
具体实施方式
下文阐述的实施例表示使本领域的技术人员能够实践实施例的必要信息，并且展示了实践实施例的最佳方式。在根据附图阅读以下说明之后，本领域的技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文中未特别提出的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件相区分。例如，在不偏离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包含相关联列举项中的一个或多个的任何和全部组合。
应理解，当元件被称为“在另一个元件上”或延伸“到另一个元件上”时，其可以直接地在其它元件上或直接地延伸到其它元件上，或者还可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接地在另一个元件上”或“直接地延伸到另一个元件上”时，不存在中间元件。同理，应理解，当元件被称为“在另一个元件上方”或“延伸在另一个元件上方”时，其可以直接地在其它元件上方或直接地延伸在其它元件上方，或者还可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接地在另一个元件上方”或“直接地延伸在另一个元件上方”时，不存在中间元件。应理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，其可以直接地连接或耦合到其它元件，或者可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接地连接”或“直接地耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。
在本文中可以使用如“下方(below)”或“上方(above)”或“上部(upper)”或“下部(lower)”或“水平”或“竖直”等相对术语来描述如附图所示的一个元件或区域与另一个元件或区域的关系。应理解，除了附图中描绘的朝向之外，这些术语和上文讨论的那些术语旨在涵盖装置的不同朝向。
本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”旨在同样包含复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，当在本文中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
除非另外限定，否则本文中所使用的所有术语(包含技术术语和科技术语)具有本公开所属领域的技术人员通常所理解的相同含义。应进一步理解的是，本文所使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地如此定义，否则将不会在理想化的或过度正式的意义上进行解释。
本文中公开了一种适合于定量纳米颗粒信号以用于各种研究和医疗应用的基于移动电话的DFM(MDFM)设备。此类设备的特性是重量轻且便携。在某些实施例中，MDFM设备使用便宜的三LED光源、标准暗视场聚光器、物镜(例如，20×放大率、10×放大率或其它任何适合的放大率)和被配置成将这些组件与移动电话相机配合的结构元件(例如，一个或多个外壳)。本文中公开的MDFM设备与高通量测定兼容，并且用简单设置提供了鲁棒灵敏度和稳定性，从而为纳米技术在视场环境和其它资源受限的环境中的实践提供有价值的平台。
在MDFM设备与台式DFM系统之间并行进行的结合亲和力和蛋白靶向研究验证了所提出的移动MDFM平台的定量能力。在某些实施例中，MDFM设备的重量可以小于约400g(例如，约380g)并且包含移动电话在内的成本可以低于$2000，同时实现与用于在各种测定方案中对目标生物分子进行定量的标准台式暗视场显微镜的性能类似的性能。如本文中公开的MDFM设备允许在资源受限区域中进行稳定的基于纳米颗粒的定量测定，标准测定方法先前在所述资源受限区域中是不切实际的。在至少某些实施例中，与台式DFM(DDFM)系统相比，本文中公开的MDFM设备展现出较高的线性度、类似的灵敏度和类似的稳定性，并且可以用于进行各种生物测定，包含高通量测定和/或利用纳米颗粒标记的测定。对用如本文中公开的MDFM设备捕获的图像的分析显示出纳米颗粒定量结果与用更大且更昂贵的台式DFM系统获取的图像类似。
某些实施例涉及一种暗视场显微镜设备，其包含：适配器外壳、电操作光源、暗视场聚光器和载玻片外壳。所述适配器外壳被配置成收纳便携式电子通信装置和物镜，并且当所述便携式电子通信装置由所述适配器外壳收纳时使所述物镜与所述便携式电子通信装置的相机透镜配准。所述暗视场聚光器被配置成聚集由所述电操作光源生成的光发射。所述载玻片外壳被配置成收纳分析载玻片的至少一部分并且将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间。在某些实施例中，所述适配器外壳和所述载玻片外壳可以通过三维打印、模制、机加工或其它增式材料添加工艺和/或减式材料移除工艺来制造。在某些实施例中，用于制造所述适配器外壳和所述载玻片外壳的材料可以包含一种或多种聚合物材料、金属材料、复合材料和/或其它材料。在某些实施例中，所述适配器外壳和所述载玻片外壳可以包括黑色丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)材料。优选地，所述适配器外壳和所述载玻片外壳由具有足够尺寸的材料制造以阻挡环境光的透射。
尽管本公开中使用术语“MDFM”和“移动电话暗视场显微镜”，但是应了解，此类设备并不限于使用移动电话，并且可以利用并入相机的各种类型的便携式电子通信装置——无论这种装置是否必要地体现移动电话。例如，可以使用并入复杂相机和处理能力并且能够在不一定包含蜂窝电话能力的情况下进行WiFi通信的各种平板或类似平板的装置(苹果(Apple)
Figure BDA0002436655640000111
苹果
Figure BDA0002436655640000112
等)。另外，可以使用许多类型和品牌的并入相机的移动电话，包含由如(但不限于)苹果、三星(Samsung)、谷歌(Google)、华为(Huawei)、ZTE、联想(Lenovo)、LG、摩托罗拉(Motorola)、索尼(Sony)、诺基亚(Nokia)等制造商生产的各种型号。
示例性MDFM设备
图1是根据本公开的一个实施例的MDFM设备10的组件的透视示意图，而未展示根据本公开的适配器外壳或载玻片外壳。MDFM设备的各种功能部件包含移动电话12或其它便携式电子通信装置(其包含集成相机透镜14和成像传感器16)、物镜18、暗视场聚光器22和光源24，其中包含一个或多个含有样品的区域25的载玻片20可以定位于物镜18与暗视场聚光器22之间。在某些实施例中，成像传感器16可以包含电荷耦合装置(CCD)或CMOS传感器。在某些实施例中，光源24可以包含一个或多个固态发射器(例如，发光二极管)，并且可以是电池供电以促进MDFM设备10的便携性。来自光源24的发射形成光束26A，所述光束透射通过暗视场聚光器22以形成聚集的光束26B，所述聚集的光束照亮在含有样品的区域25中含有一个或多个样品的载玻片20的一个或多个部分。透射通过载玻片20和一个或多个样品的聚集的光束26B的部分形成出射束26C，所述出射束由物镜18聚焦以形成聚焦的出射束26D并且由移动电话12或其它便携式移动通信装置接收，其中聚焦的出射束26D透射通过移动电话12的集成相机透镜14以照射在成像传感器16上。移动电话12的集成相机透镜14的特性可以是固定的或可变的。尽管图1未展示出适配器外壳或载玻片外壳，并且图1示出了如彼此间隔开的各个组件(以允许展示光通过组件的通路)，但是应了解，操作MDFM设备可以包含适配器外壳和载玻片外壳，并且MDFM设备的组件可以定位成彼此更靠近(或接触)。
图2A是根据本公开的一个实施例的MDFM设备30的组件的分解透视图展示。MDFM设备30包含基部元件32、电操作光源36、暗视场聚光器38、载玻片外壳44(具有大体上圆柱形形状)、适配器外壳70和收纳在适配器外壳70的一部分内的物镜62。从图的底部开始，图2A示出了被配置成收纳电操作光源36的大体上圆柱形的基部元件32，所述电操作光源可以包含任选地被配置成生成可见范围内的峰波长的一个或多个LED。基部元件32限定向圆柱形空腔(未示出)开放的竖直槽34，并且包含可以用于促使载玻片外壳44保持在基部元件32的空腔的一部分内的侧向保持元件33。在一个实施例中，侧向保持元件33包含可以被配置成收纳可以穿过螺纹开口的带螺纹的螺钉(未示出)的螺纹(即带螺纹的)开口以在载玻片外壳44由基部元件32收纳时选择性地接合载玻片外壳44的圆柱形下部部分48。暗视场聚光器38包含具有沿其下部边缘的径向突出唇缘40的大体上圆柱形主体。暗视场聚光器38还限定下部孔口42，所述下部孔口被配置成在暗视场聚光器38定位于光源36上方时收纳电操作光源36的发射。暗视场聚光器38还被配置成收纳在由载玻片外壳44的圆柱形下部部分48限定的下部孔口54内。载玻片外壳44限定被配置成收纳分析载玻片60的至少一个(例如，水平布置的)槽52。载玻片外壳44包含其间具有肩部50的圆柱形上部部分46和圆柱形下部部分48，其中下部部分48的外径大于上部部分46。载玻片外壳44的上部部分46限定被配置成收纳物镜62的至少一部分的上部孔口(未示出)，所述至少一部分还可以由体现透镜收纳器64的适配器外壳70的向下突出的下部部分收纳。载玻片外壳44的上部部分46还包含径向延伸的突出部58，所述径向延伸的突出部可以包含用于收纳固定螺钉(如图2B中示出的)的螺纹开口(未示出)。适配器外壳70的透镜收纳器64包含限定收纳物镜62的空腔的近侧部分66和远侧部分68。在某些实施例中，近侧部分66的直径大于透镜收纳器64的远侧部分68。在某些实施例中，物镜62提供至少10×放大率(例如，10×、15×、20×、25×、30×或一些其它期望的放大率值，其中在某些实施例中，可以使用4×或8×放大率)。在某些实施例中，物镜62可以包含串联布置的多个透镜。适配器外壳70被配置成收纳便携式电子通信装置(例如，移动电话)以及物镜62，并且当便携式电子通信装置由适配器外壳70收纳时使物镜62与便携式电子通信装置的相机透镜配准。适配器外壳70包含主体72和从主体72向下突出的透镜收纳器64。适配器外壳70的主体72包含支撑表面73，所述支撑表面被配置成邻接便携式电子通信装置的面并且包含至少一个侧向壁74，所述侧向壁被配置成邻接便携式通信装置的至少一个侧向边缘。
继续参考图2A，载玻片外壳44的下部部分包含被配置成由限定在基部元件32中的竖直槽34收纳的径向延伸突出部56。径向延伸突出部56可以进一步包含被配置成收纳固定螺钉(如图2B中示出的)的螺纹(即带有螺纹的)开口，所述固定螺钉被配置成设置载玻片外壳44与透镜收纳器64的远侧部分68之间的相对位置。载玻片外壳44的圆柱形上部部分46包含限定被配置成收纳另一个固定螺钉(图2B中示出的)的螺纹(即带有螺纹的)开口的侧壁，所述另一个固定螺钉被配置成选择性地促进透镜收纳器64与载玻片外壳44之间的接合，以允许调整物镜62与由限定在载玻片外壳44中的槽52收纳的分析载玻片60之间的距离。
图2B是并入图2A中展示的组件的经过组装的MDFM设备30的透视图，其中移动电话85由适配器外壳70收纳。如示出的，移动电话85布置在侧向壁74之间并且处于适配器外壳70的上部外周唇缘78下方，所述适配器外壳包含没有侧壁的开口端79以允许移动电话85侧向地插入到适配器外壳70中。图2B展示了由布置在基部元件32内的电操作光源36从下方支撑的载玻片外壳44，其中下部固定螺钉80延伸穿过限定在圆柱形下部部分48的径向延伸突出部56(其延伸到基部元件32的竖直槽34中)中的螺纹开口以接合载玻片外壳44的下部圆柱形部分48内的暗视场聚光器(未示出)。分析载玻片60布置在限定在载玻片外壳44中的槽52内，恰好处于肩部50上方，所述肩部表示载玻片外壳44的圆柱形下部部分48与圆柱形上部部分46之间的过渡。如示出的，透镜收纳器64收纳在限定在载玻片外壳中的孔口45内。图2B还展示了上部固定螺钉82，所述上部固定螺钉延伸穿过径向延伸突出部58(其沿载玻片外壳44的圆柱形上部部分定位)中的螺纹开口以接合透镜收纳器64的近侧部分76，以使得能够调整物镜62与分析载玻片60之间的相对位置。
在某些实施例中，适配器外壳和/或载玻片外壳各自可以包括至少一种聚合物材料。在某些实施例中，可以使用如ABS等不透明聚合物材料。在某些实施例中，适配器外壳和/或载玻片外壳可以由金属和/或复合材料制造。在某些实施例中，可以使用如三维打印(或另一种增材制造工艺)、模制(例如，注塑模制)和/或减式材料移除(例如，机加工)等各种制造技术。
在某些实施例中，一种生物分子定量装置包括如本文中公开的暗视场显微镜设备，其中分析载玻片由载玻片外壳收纳，并且分析载玻片含有至少一种基于纳米颗粒的生物标志物。在某些实施例中，所述至少一种基于纳米颗粒的生物标志物包括至少一种金纳米颗粒或银纳米颗粒。
在某些实施例中，一种用于进行生物学定量研究的方法利用如本文中公开的暗视场显微镜设备。所述方法包含：将所述分析载玻片的至少一部分插入到所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间，其中所述分析载玻片包括至少一种生物分子和至少一种基于纳米颗粒的生物标志物；将由所述电操作光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光发射照射在所述分析载玻片的所述至少一个部分的目标区域上；以及使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述目标区域的放大图像。
为了制造示例性MDFM设备，使用
Figure BDA0002436655640000151
2013CAD软件(达索系统公司(Dassault Systemes)旗下的SolidWorks公司)来设计图2A和2B中示出的适配器外壳和载玻片外壳。此类外壳使用3D打印服务(3D毂)用黑色丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制造而成。
图像捕获和处理
为了提供比较基础，采用配备有暗视场聚光器、4×或10×放大率物镜和奥林巴斯(Olympus)DP71数码相机的奥林巴斯1X81显微镜使用1/45秒曝光时间在持续的照明和放大率下获取DDFM图像。使用摩托罗拉摩托G2(Motorola Moto G2)相机从含有暗视场聚光器和10×或20×放大率物镜并用恒定三LED白色光源照亮的载玻片固持器盒中捕获图像来获取使用结合图2A和2B描述的设备的MDFM图像。图10中以表格形式公开并比较DDFM系统和MDFM设备的特性和组件。
使用以下软件输入参数，使用“DarkScatterMaster”DFM算法对所有图像进行处理和定量：轮廓阈值(Ct)＝253.020，中心标度(S)＝0.8，类型＝红色，低(Lt)/高(Ht)定量极限：0/62。用使用ISO 5000配置并且允许自动聚焦和4×数码变焦的开源相机(OpenCamera)(版本1.32.1)以1/15秒曝光时间捕获MDFM设备的摩托罗拉摩托G2(XT1068)图像。放大率(M)被定义为样品图像高度(hi)除以样品物体的高度(h0)，其中h0是目标孔径(1.5mm)，并且hi是以像素为单位的图像的直径乘以传感器芯片(MDFM和DDFM分别为72像素/英寸和432像素/英寸)的分辨率。
结合亲和力测定
通过在25℃下将40μL的AuNR(4.22×1012/mL)与20μL的EDC/NHS-磺基磷酸盐缓冲盐水(“PBS”)(2mg/mL的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和1mg/mL的N-羟基磺基琥珀酰亚胺(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))混合10分钟来活化羧基官能化金纳米棒(“AuNR”)(C12-25-650-TC-50，Nanopartz)以共价结合胺基。然后，对这些胺反应性AuNR进行PBS洗涤，并且将1μL的指定AuNR浓度应用于192孔胺官能化载玻片(2×1012个基团/mm2，Arrayit)上的重复孔，使用5秒开/关周期在80％振幅下对所述192孔胺官能化载玻片进行超声处理(Q500超声波仪，Qsonica)持续8分钟以加速杂交。然后，在25℃下用含0.01％Tween-20的PBS(PBST，pH 7.0)对载玻片进行洗涤持续10分钟，用去离子水洗涤，并且然后风干，以便进行DFM成像。使用非线性曲线拟合通过Origin 2015软件(OriginLab公司)来计算结合亲和力。
蛋白定量测定
在25℃下用1μL/孔的Pierce无蛋白封闭缓冲液(赛默飞世尔科技公司(ThermoScientific))封闭蛋白A/G修饰的192孔载玻片(Arrayit)持续1小时，然后在25℃下用指定量的生物素化CD9抗体(NB110-81616，诺伟司(Novus))对其进行温育持续1小时，并且在与AuNR杂交之前在25℃下对其进行PBS洗涤持续10分钟。在将1μL/孔的AuNR应用于重复孔之前对中性抗生物素蛋白官能化AuNR(Nanopartz C12-25-650-TN-50，7×10-9M)进行PBS稀释(40μLAuNR到200μL PBS)，使用5秒开/关周期在80％振幅下对所述重复孔进行超声处理(Q500超声波仪，Qsonica)持续8分钟以加速杂交。杂交之后，在25℃下用含0.01％Tween-20的PBS(PBST，pH 7.0)和去离子水对载玻片进行洗涤持续10分钟，并且然后风干，以便进行DFM成像。
数据分析
检测极限(LOD)和定量极限(LOQ)分别被定义为测定空白的标准偏差的3×和10×。用在单个测定中(测定内)或在三个不同天分析的三个测定中(测定间)分析的三个样品的五个复制品确定测定精度。用Origin 2015和Microsoft Excel生成图表。
光学设计与表征
这个手持装置简单地组合了(i)低成本小型三LED光源(约1k勒克斯)、(ii)暗视场聚光器、(iii)20×或10×放大率物镜和(iv)3D打印外壳(即适配器外壳和载玻片外壳)以允许前述部件与移动电话介接。为了表征MDFM设备，我们将这个设备与用于对纳米颗粒进行成像的标准DDFM系统进行比较。两个系统使用相同的暗视场聚光器，但在其光源、物镜、相机和总体系统重量和成本方面有所不同。
图3提供了针对具有和不具有纳米颗粒的生物学部分的以高放大率和低放大率获得的图像的比较，所述图像分别通过MDFM、DDFM和明视场显微镜检查获得，其中20×和10×物镜用于MDFM并且10×和4×物镜用于DDFM和明视场显微镜检查。对由这些系统产生的图像质量进行的比较示出，MFDM图像展现出的信号与等效的DDFM图像相比较弱且较不均匀，这很可能是由于其不同的照明系统导致的。与采用单个100W(>10,000勒克斯)的卤素灯的DDFM系统不同，所表征的MDFM设备采用了由3V锂电池供电的相对弱(1,000勒克斯)的三LED光源。选择MDFM光源是因为其低功耗和相对高的基于LED的光输出，但是与MDFM图像相关联的照明伪像与MDFM设备中的三点成角LED布置一致。针对DDFM系统优化的MDFM聚光器可能会加剧这些伪影，MDFM载玻片外壳可能也会如此，这在校准聚光器光路方面提供了受限的精度。MDFM图像质量还受到MDFM CMOS传感器相对于DDFM CCD传感器在给定目标功率下的较低分辨率(72像素/英寸相对于432像素/英寸)的影响。由于这些差异，对MDFM设备(10×和20×放大率)和DDFM系统(4×和10×放大率)使用不同的物镜以便在类似总体分辨率下捕获图像。由MDFM设备使用的移动电话相机(f/2)的低固定孔口还限制了聚焦深度，但是这不应当对基于表面的成像或生物标志物定量方法产生负面影响。
与根本无法分辨纳米颗粒的明视场显微镜相比，用作暗视场的MDFM设备显示出类似于DDFM系统的表面上的纳米颗粒。尽管具有由较昂贵的DDFM系统赋予的优势，但是MDFM设备受益于低感测分辨率。具有高分辨率的DDFM系统对表面划痕和碎屑更敏感，这会对通过成像进行的纳米颗粒定量产生负面影响。MDFM设备通过其固有的较低感测分辨率规避了这些噪声。此外，确定MDFM设备可以用于纳米颗粒定量的主要原因是感测分辨率不影响定量结果。放大率可能会轻微地影响定量；但是，在不同分辨率下使用DDFM的实验示出没有显著的定量差异。
MDFM设备的另一个有益特征是其自动聚焦功能，这使得能够跨相对宽范围的工作距离(3到10mm)捕获聚焦的10×放大率DFM图像——从而显著减少图像捕获时间并且允许用户改变聚焦图像的大小。图4示出了在1mm、3mm、5mm、7mm、9mm和11mm的不同工作距离处用10×物镜捕获的六个MDFM图像，从而指示了与MDFM设备一起使用的移动电话相机的自动聚焦极限。图5是使用10×物镜的MDFM放大率(M)相对于工作距离(d，mm)的图，其中叠加了线性相关性图和确定系数(R2)值。示出了高度的线性度。图6示出了在2.5mm和3.5mm的工作距离处用20×物镜捕获的两个MDFM图像，其中图像变为灰色以描绘聚焦效果。
当使用20×放大率物镜时，MDFM设备没有展现出动态的工作范围，这可能是由于可用于自动聚焦的工作距离更受限制而导致的。相比之下，DDFM系统需要精确的手动调整才能获得聚焦图像，其中设定工作距离和放大率可用于每个物镜。MDFM设备使用20×和10×物镜放大样品370倍和110到210倍，而DDFM系统使用10×和4×物镜放大样品375倍和150倍。在对透镜和传感器差异进行调整之后，相应的聚焦高功率和低功率MDFM图像展现出对应于其匹配DDFM图像的98.7％和58.6％到112％的放大率。因此，示出MDFM设备能够获得与DDFM系统类似的放大率，同时在工作距离方面展现出更大的灵活性并且使用户能够更容易地获得聚焦图像。上述特征表示MDFM设备在视场环境中的显著优势。
图10提供了比较如本文中公开的示例性MDFM系统的特征与常规DDFM系统的特征的表。与利用提供大于10,000勒克斯的输出的卤素灯的DDFM系统相比，示例性MDFM系统可以利用提供约1000勒克斯的总输出的三LED光源。因此，MDFM系统可以利用光源，所述光源利用小于约十分之一的能量并生成小于约十分之一的由常规DDFM系统的光源的生成的热量。与如常规DDFM系统利用通过CCD传感器提供12.5万像素分辨率的奥林巴斯DP71相机相比，MDFM系统可以利用通过CMOS传感器提供8.0像素分辨率的摩托罗拉XT1064相机。与总重量为26kg且总成本的范围为$50,000相比，MDFM系统可能需要的总重量为0.38kg并且总成本的范围为$1,360到$1,560(取决于所使用的物镜)。清楚地，与常规DDFM系统相比，示例性MDFM系统需要的成本和重量显著较低。
对生物测定的定量
为了用定量常用的生物学测定评估MDFM性能，将来自基于纳米颗粒的结合亲和力测定和蛋白定量测定的MDFM设备结果和DDFM系统结果进行比较。图7A是涉及羧酸官能化金纳米棒(AuNR)与胺修饰的载玻片之间的结合的结合亲和力测定方案的示意图。纳米颗粒结合测定测量了羧酸官能化金纳米棒(AuNR-)与胺修饰的载玻片之间的相互作用，其中这种相互作用表现为AuNR-浓度与液-固界面处的电场电势的函数，所述函数符合波尔兹曼统计学。
Figure BDA0002436655640000201
其中载玻片表面([AuNR-]表面)处可用的AuNR的量是[AuNR-]溶液、元电荷(1.60218×10-19C)、表面电势ψD、波尔兹曼常数kB(1.38066×10-23J/K)与温度T的函数。这个等式简化成
[AuNR-]表面＝A[AuNR-]溶液 (2)
当ψD和T保持恒定时。基于处于稳定状态下的Michaelis-Menten模型，表面结合速率描述为：
Figure BDA0002436655640000202
其通过平衡结合常数Kd、表面结合位点的最大数量
Figure BDA0002436655640000203
和输入纳米颗粒浓度常数[AuNR-]溶液来确定，使得可以通过曲线拟合求解Kd。我们应用这种信息和来自MDFM设备和DDFM系统两者的浓度依赖性DFM散射响应来计算这种相互作用的平衡结合常数(Kd)。图7B提供了使用如本文中公开的MDFM设备和常规的DDFM系统获得的针对根据图7A的方案的结合亲和力测定的响应相对于纳米颗粒浓度(μg/μL)的叠加图，其中具有对应的非线性拟合曲线和Kd值，其中数据点表示5个样品复制品的平均值±SEM。如示出的，在这个分析中产生的MDFM和DDFM响应曲线产生没有显著不同的Kd值，尽管MDFM信号在AuNR浓度曲线的整个范围内持续较低。
此后，对MDFM和DDFM性能进行分析以对使用蛋白A/G修饰的载玻片捕获AuNR缀合抗体的蛋白结合测定的结果进行定量。图8A是涉及标记有抗生物素蛋白修饰的金纳米颗粒(AuNR)并结合到蛋白A/G修饰的载玻片的生物素化抗体aCD9的定量的蛋白定量测定方案的示意图。图8B提供了使用如本文中公开的MDFM设备和DDFM系统获得的针对根据图8A的方案的蛋白定量测定的响应相对于目标浓度(μg/μL)的叠加图，其中具有对应的线性拟合和确定系数(R2)值，并且其中数据点表示5个样品复制品的平均值±SEM。MDFM响应和DDFM响应两者与目标蛋白浓度强相关；但是，与DDFM响应相比，MDFM响应展现出减少的背景、较小的总体变异性和较大的线性度。然而，MDFM设备在测定浓度范围内还展现出较小的动态响应。
尽管在某些说明性实施例中公开了金纳米棒，但是应了解，可以在某些实施例中使用提供散射信号的任何适合的纳米颗粒。提供散射信号的纳米颗粒的非限制性实例包含金纳米颗粒或银纳米颗粒。可以使用其它类型的纳米颗粒。
在上述测定中，与DDFM信号相比，MDFM信号的减小的动态范围和/或较浅的曲线导致针对基于MDFM的测定的检测极限和定量极限较高。图9是标识针对结合图7A到8B描述的结合亲和力测定和蛋白定量测定的灵敏度(包含检测极限(LOD)值和定量极限(LOQ)值)的表。针对基于MDFM的测定的较高的检测极限和定量极限对应于结合亲和力测定和蛋白定量测定中的7倍或4.5倍灵敏度降低。与DDFM测定相比，MDFM测定还示出较低的测定内和测定间精度，如测定内(0.9到3.2倍)和测定间(1.3-3.0倍)变异系数值的增加所反映的。然而，MDFM结果仍示出针对测定内(3.1％到7.8％)复制品和测定内(8.1％到13.7％)复制品两者的合理的变异系数。
用当前MFDM原型观察到的照明诱导的伪影阻止其用于获得高质量DFM成像，但是一旦使用DFM图像处理方法对图像进行处理来修正通常与低放大率远视场DFM图像相关联的伪影(包含不均匀照明和其它信号伪影)，就不会减少其在基于纳米颗粒的定量测定中的效用。
MDFM光学性能相对于DDFM光学性能的差异似乎主要源自于因来自多LED光源的弱且不均匀样品照明导致的降低的DFM信号质量和本文中公开的示例性MDFM设备中的未经优化的光学器件。通过选择较大的单源LED并改善外壳(或实施其它改变)来改进光学聚焦以提高DFM图像信号质量，上述问题应该容易地解决。然而，在设置简单且工作距离和放大率灵活的情况下，本文中公开的MDFM设备有效地应用于结合亲和力研究和目标蛋白定量研究。具体设想了如本文中公开的MDFM设备在使用常规DDFM系统将是不切实际或不可能的资源受限区域中进行生物测定定量的DFM成像中的手持或桌面用途。
本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改都认为是在本文中公开的概念和以下权利要求的范围内。

Claims (36)

1.一种暗视场显微镜设备，其包括：
适配器外壳，所述适配器外壳被配置成收纳便携式电子通信装置和物镜，并且当所述便携式电子通信装置由所述适配器外壳收纳时使所述物镜与所述便携式电子通信装置的相机透镜配准；
电操作光源；
暗视场聚光器，所述暗视场聚光器被配置成聚集由所述电操作光源生成的光发射；以及
载玻片外壳，所述载玻片外壳被配置成收纳分析载玻片的至少一部分并且将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间。
2.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中：
所述适配器外壳包括主体和从所述主体突出的透镜收纳器；
所述透镜收纳器被配置成收纳所述物镜；并且
所述载玻片外壳被配置成至少收纳所述透镜收纳器和所述物镜的部分。
3.根据权利要求2所述的暗视场显微镜设备，其中所述主体包括支撑表面，所述支撑表面被配置成邻接所述便携式电子通信装置的面，并且所述主体包括至少一个侧向壁，所述至少一个侧向壁被配置成邻接所述便携式电子通信装置的至少一个侧向边缘。
4.根据权利要求2所述的暗视场显微镜设备，其中：
所述载玻片外壳包括孔；
所述透镜收纳器包括第一外壁，所述第一外壁被配置成配合到所述孔的第一部分中；并且
所述暗视场聚光器包括第二外壁，所述第二外壁被配置成配合到所述孔的第二部分中。
5.根据权利要求4所述的暗视场显微镜设备，其进一步包括：
第一固定螺钉，所述第一固定螺钉被配置成选择性地促进所述透镜收纳器与(i)所述载玻片外壳或(ii)所述物镜之间的接合，以调整所述物镜与所述分析载玻片之间的第一距离；以及
第二固定螺钉，所述第二固定螺钉被配置成选择性地促进所述载玻片外壳与所述暗视场聚光器之间的接合，以调整所述暗视场聚光器与所述分析载玻片之间的第二距离。
6.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中所述载玻片外壳或所述适配器外壳中的至少一个被配置成允许调整所述物镜与所述分析载玻片之间的工作距离，并且所述暗视场显微镜设备进一步包括至少一个锁定元件，所述至少一个锁定元件选择性地能够操作以固定所述物镜与所述分析载玻片之间的所述工作距离。
7.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其进一步包括所述物镜。
8.根据权利要求7所述的暗视场显微镜设备，其中所述物镜、所述载玻片外壳和所述暗视场聚光器被配置成形成光学路径，所述光学路径的中心与所述光源的发射中心对准。
9.根据权利要求8所述的暗视场显微镜设备，其中所述载玻片外壳限定至少一个槽，所述至少一个槽被配置成收纳所述分析载玻片的所述至少一部分；并且所述载玻片外壳被配置成允许所述分析载玻片相对于所述载玻片外壳移动以随着所述分析载玻片的每个移动将所述分析载玻片的不同部分暴露于所述光学路径。
10.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其进一步包括基部元件，所述基部元件被配置成支撑所述电操作光源并且被配置成收纳所述载玻片外壳的端部部分。
11.根据权利要求7所述的暗视场显微镜设备，其中所述物镜提供至少10倍的放大率。
12.根据权利要求7所述的暗视场显微镜设备，其中所述物镜被配置成提供可变放大率。
13.根据权利要求7所述的暗视场显微镜设备，其被配置成允许所述物镜与不同的物镜交换以提供多个不同的放大率。
14.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中所述电操作光源包括固态光源。
15.根据权利要求14所述的暗视场显微镜设备，其中所述固态光源包括至少一个发光二极管，所述至少一个发光二极管被配置成生成可见范围内的峰波长。
16.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中所述便携式电子通信装置包括移动电话。
17.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中所述适配器外壳和所述载玻片外壳各自包括至少一种聚合物材料。
18.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中所述适配器外壳和所述载玻片外壳通过三维打印来制造。
19.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中所述适配器外壳和所述载玻片外壳通过模制来制造。
20.根据权利要求1所述的暗视场显微镜设备，其中所述适配器外壳和所述载玻片外壳通过减式材料移除工艺来制造。
21.一种生物分子定量装置，其包括根据权利要求7所述的暗视场显微镜设备，其中所述分析载玻片由所述载玻片外壳收纳，并且所述分析载玻片含有至少一种基于纳米颗粒的生物标志物。
22.根据权利要求21所述的生物分子定量装置，其中所述至少一种基于纳米颗粒的生物标志物包括至少一种金纳米颗粒或银纳米颗粒。
23.一种用于利用根据权利要求7所述的暗视场显微镜设备进行生物学定量研究的方法，所述方法包括：
将所述分析载玻片的至少一部分插入到所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间，其中所述分析载玻片包括至少一种生物分子和至少一种基于纳米颗粒的生物标志物；
将由所述电操作光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光发射照射在所述分析载玻片的所述至少一个部分的目标区域上；以及
使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述目标区域的放大图像。
24.一种用于使用根据权利要求7所述的暗视场显微镜设备诊断疾病的方法，所述方法包括：
将分析载玻片的至少一部分插入到所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片的所关注区域暴露于所述暗视场聚光器与所述物镜之间的光学路径，其中所述分析载玻片的所述所关注区域含有目标生物分子和体现包括所述目标生物分子的结合对应物的缀合纳米颗粒的标记；
将由所述电操作光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光照射在所述分析载玻片上的所述所关注区域上；
使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述分析载玻片上的所述所关注区域的放大图像；以及
对所述放大图像进行分析。
25.一种暗视场显微镜设备，其包括：
物镜；
光源；
暗视场聚光器，所述暗视场聚光器被配置成聚集由所述光源生成的光发射；
载玻片外壳，所述载玻片外壳被配置成收纳分析载玻片并且将所述分析载玻片定位于所述暗视场聚光器与所述物镜之间；以及
适配器外壳，所述适配器外壳被配置成收纳便携式电子通信装置并且收纳所述物镜，并且被配置成将所述物镜与所述便携式电子通信装置的相机透镜配准。
26.根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备，其中所述物镜、所述载玻片外壳和所述暗视场聚光器被配置成形成光学路径，所述光学路径的中心与所述光源的发射中心对准。
27.根据权利要求26所述的暗视场显微镜设备，其中：
所述载玻片外壳限定用于收纳所述分析载玻片的至少一个槽；并且
所述载玻片外壳被配置成允许所述分析载玻片相对于所述载玻片外壳移动以随着所述分析载玻片的每个移动将所述分析载玻片的不同部分暴露于所述光学路径。
28.根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备，其被配置成允许所述物镜与不同的物镜交换以提供多个不同的放大率。
29.根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备，其中所述物镜被配置成提供可变放大率。
30.根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备，其中所述物镜包括至少一个透镜，所述至少一个透镜提供在4倍到100倍的范围内的放大率值。
31.根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备，其中所述载玻片外壳或所述适配器外壳中的至少一个被配置成允许调整所述物镜与所述分析载玻片之间的工作距离。
32.根据权利要求31所述的暗视场显微镜设备，其进一步包括至少一个锁定元件，所述至少一个锁定元件选择性地能够操作以固定所述物镜与所述分析载玻片之间的所述工作距离。
33.一种纳米颗粒定量装置，其包括根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备，其中所述分析载玻片由所述载玻片外壳收纳，并且至少一种类型的纳米颗粒支撑在所述分析载玻片的表面上或上方。
34.一种生物分子定量装置，其包括根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备，其中所述分析载玻片由所述载玻片外壳收纳，并且至少一种纳米颗粒缀合的生物标志物和对应的结合目标支撑在所述分析载玻片的表面上或上方。
35.一种用于利用根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备进行生物学定量研究的方法，所述方法包括：
将所述分析载玻片的至少一部分插入到所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片的所关注区域暴露于所述暗视场聚光器与所述物镜之间的光学路径，其中所述分析载玻片的所述所关注区域含有目标生物分子和体现包括所述目标生物分子的结合对应物的缀合纳米颗粒的标记；
将由所述光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光照射在所述分析载玻片上的所述所关注区域上；以及
使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述分析载玻片上的所述所关注区域的放大图像。
36.一种用于使用根据权利要求25所述的暗视场显微镜设备诊断疾病的方法，所述方法包括：
将分析载玻片的至少一部分插入到所述载玻片外壳中以将所述分析载玻片的所关注区域暴露于所述暗视场聚光器与所述物镜之间的光学路径，其中所述分析载玻片的所述所关注区域含有目标生物分子和体现包括所述目标生物分子的结合对应物的缀合纳米颗粒的标记；
将由所述光源生成的光发射透射通过所述暗视场聚光器以将聚集的光照射在所述分析载玻片上的所述所关注区域上；
使用所述物镜和由所述适配器外壳收纳的所述便携式电子通信装置生成所述分析载玻片上的所述所关注区域的放大图像；以及
对所述放大图像进行分析。
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