W 2014 roku grupa naukowców z Uniwersytetu Stanforda wypuściła Foldscope, ręczny mikroskop wykonany prawie w całości z papieru, którego złożenie zajmuje 30 minut i który może rejestrować obrazy komórek. Do tej pory miliony ludzi – zwłaszcza dzieci w wieku szkolnym – na całym świecie wykonały zdjęcia mikroskopijnego świata za pomocą Foldscopes, a przy pomocy tego instrumentu przeprowadzono dziesiątki badań naukowych. Jego koszt? 400 rupii

Foldscope zdemokratyzował światowy dostęp do mikroskopii optycznej. Teraz naukowcy z Winona State University w Minnesocie opracowali projekt „globusa”, urządzenia, które może zdemokratyzować dostęp do mikroskopii fluorescencyjnej – przynajmniej częściowo.

Co to jest mikroskopia fluorescencyjna?

Mikroskop optyczny obserwuje obiekt, badając, w jaki sposób pochłania, odbija lub rozprasza światło widzialne. Mikroskop fluorescencyjny obserwuje obiekt, badając, w jaki sposób ponownie emituje pochłonięte przez siebie światło, tj. jak fluoryzuje. To jest jego podstawowa zasada.

Obiekt jest oświetlany światłem o określonej długości fali. Cząsteczki w obiekcie pochłaniają to światło i ponownie emitują je na większej długości fali (tj. w innym kolorze). Cząsteczki te nazywane są fluoroforami; obiekt jest nasycany nimi przed umieszczeniem pod mikroskopem.

Istnieją wersje mikroskopów fluorescencyjnych o bardziej wyrafinowanych możliwościach, takie jak epifluorescencja i konfokalne laserowe mikroskopy skanujące.

Kiedy fluorofory fluoryzują, mikroskop fluorescencyjny może śledzić ich poruszanie się wewnątrz obiektu, ujawniając wewnętrzny kształt obiektu i inne cechy. Na przykład fluorofor zwany barwnikiem Hoechsta wiąże się z DNA i jest wzbudzany światłem ultrafioletowym. Tak więc próbkę tkanki pobraną od osoby można wstrzyknąć barwnikiem Hoechsta i umieścić pod mikroskopem fluorescencyjnym. Gdy próbka jest oświetlana światłem ultrafioletowym, plama absorbuje światło i ponownie emituje je przy większej długości fali. Mikroskop wskaże, gdzie to się dzieje: w jądrach komórek, gdzie znajduje się DNA. W ten sposób jądra w tkance można oznaczyć do dalszych badań.

Naukowcy opracowali różne fluorofory, aby identyfikować i badać różne jednostki, od określonych części DNA po kompleksy białkowe. Z drugiej strony mikroskopy fluorescencyjne kosztują co najmniej lakh rupii, ale często nawet do crores.

Jak nowe urządzenie poprawia dostęp?

W nowym badaniu naukowcy z Winona State University opisali podstawowy mikroskop fluorescencyjny, który według nich można złożyć za 30-50 USD (2500-4100 Rs). Wiele osób w Indiach może nie być w stanie sobie na to pozwolić, ale szkoły i uczelnie mogą.

Naukowcy napisali w swoim artykule: „Wykazujemy zdolność tych urządzeń… do wykrywania zielonych i czerwonych fluoroforów oraz do monitorowania i wykrywania zmian częstości akcji serca i rytmu u embrionalnego danio pręgowanego”.

Ich zestaw składa się z dwóch powierzchni z pleksiglasu, latarki LED, trzech filtrów oświetlenia teatralnego, przypinanego obiektywu makro i smartfona. Smartfon (z zamocowanym obiektywem) jest umieszczony na jednej powierzchni, która jest zawieszona na pewnej wysokości (powiedzmy stopę powyżej). Drugi arkusz jest umieszczony poniżej i zawiera przedmiot.

W ich badaniu obiektami były zarodki danio pręgowanego na szalce Petriego, przygotowane zgodnie z dobrze ustalonymi wytycznymi, aby zapewnić, że nie zostaną uszkodzone. Wstrzykiwano im różne fluorofory w zależności od tego, która część zarodków była przedmiotem zainteresowania. Źródłem oświetlenia były również latarki LED emitujące światło o odpowiednio różnych długościach fal.

Jeden z filtrów oświetlenia scenicznego był trzymany między latarką a obiektem, a dwa pozostałe między przedmiotem a smartfonem. Zadaniem tych filtrów było zapewnienie, aby do obiektu docierało światło o odpowiedniej częstotliwości oraz aby do kamery docierało światło fluorescencyjne o odpowiedniej częstotliwości.

Co zaobserwowali?

Dzięki tej konfiguracji naukowcy byli w stanie zobrazować mózg, rdzeń kręgowy (za pomocą fluoroforu DsRed), serce (mCherry) oraz kości głowy i szczęki (mRFP). Byli w stanie powiększać i pomniejszać obraz za pomocą aparatu w smartfonie i przypinanego obiektywu oraz dostosowując odległość między próbką a platformami smartfonów.

Oszacowali całkowity koszt konfiguracji użytej do uzyskania tych obrazów na 30-50 USD: 5-10 USD za „ramę lunety”, składającą się z „plexi, drewna, nakrętek, śrub, podkładek, zacisków do papieru”; 10-15 USD za przypinany obiektyw makro; 3-5 USD za lampę LED do ogólnego oświetlenia aparatu i 10-20 USD za latarkę LED do oświetlania fluoroforów; i mniej niż 1 USD za filtry.

Czy „glowscope” jest naprawdę dostępny?

Skonfigurowanie mikroskopu fluorescencyjnego za pomocą produktów zakupionych w sklepach internetowych to jedno; faktyczne uzyskanie wszystkich wymaganych materiałów to inna sprawa. Korzystanie z lunety nadal wymaga dostępu do fluoroforów, odpowiednich próbek biologicznych, wiedzy na temat ich łączenia oraz pewnej wiedzy z zakresu fizyki, aby zdecydować, którą latarkę LED kupić.

Foldscope był naprawdę niezwykły, ponieważ wszystkie jego wymagane komponenty były łatwe do zrozumienia; przygotowanie próbki do oglądania było tak proste, jak umieszczenie, powiedzmy, włókna tkaniny na kawałku papieru i umieszczenie go przed soczewką; a użycie Foldscope było tak proste, jak ustawienie ostrości obiektywu na obiekcie. „Glowscope” nie jest takie proste.

Jednak fakt, że prosty mikroskop fluorescencyjny można ustawić za kilka tysięcy rupii, oznacza, że ​​zamiast być całkowicie poza zasięgiem, naukowcy mogą przygotować próbki i zabrać je do szkół, gdzie uczniowie mogą je obserwować. Studenci i badacze w laboratoriach o ograniczonych zasobach mogą również wspólnie korzystać z Foldscopes i „Glowscopes”, aby dowiedzieć się więcej o mikroskopijnym świecie.

• W 2014 roku grupa naukowców z Uniwersytetu Stanforda wypuściła Foldscope, ręczny mikroskop wykonany prawie w całości z papieru, którego złożenie zajmuje 30 minut i który może rejestrować obrazy komórek.

• Mikroskop optyczny obserwuje obiekt, badając, w jaki sposób pochłania, odbija lub rozprasza światło widzialne. Mikroskop fluorescencyjny obserwuje obiekt, badając, w jaki sposób ponownie emituje pochłonięte przez siebie światło, tj. jak fluoryzuje.

• W nowym badaniu naukowcy z Winona State University opisali podstawowy mikroskop fluorescencyjny, który według nich można złożyć za 30-50 USD (2500-4100 Rs).