Низкий

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2722 (2023) Цитировать эту статью

32 тыс. доступов

401 Альтметрика

Подробности о метриках

Большая часть нашего понимания развития, структуры и функций клеток и тканей основана на флуоресцентной микроскопии. Получение красочных и ярких изображений привлекает и волнует пользователей — от опытных микроскопистов до студентов STEM. Стоимость флуоресцентных микроскопов варьируется от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч долларов США. Таким образом, использование флуоресцентной микроскопии обычно ограничивается хорошо финансируемыми учреждениями и биотехнологическими компаниями, исследовательскими центрами и медицинскими лабораториями, но является финансово непрактичным во многих университетах и ​​колледжах, начальных и средних школах (K-12) и в науке. настройки охвата. В этом исследовании мы разработали и охарактеризовали компоненты, которые при использовании в сочетании со смартфоном или планшетом выполняют флуоресцентную микроскопию по цене менее 50 долларов США за единицу. Мы перепрофилировали рекреационные светодиодные фонарики и светофильтры театральной сцены, чтобы обеспечить возможность просмотра зеленых и красных флуорофоров, включая EGFP, DsRed, mRFP и mCherry, на простой в сборке раме из дерева и плексигласа. Эти устройства, которые мы называем светоскопами, имели разрешение 10 мкм, отображали флуоресценцию живых образцов и были совместимы со всеми протестированными нами моделями смартфонов и планшетов. По сравнению с флуоресцентными микроскопами научного уровня, светоскопы могут иметь ограничения по чувствительности, необходимой для обнаружения тусклой флуоресценции, и неспособностью различать субклеточные структуры. Мы демонстрируем возможность просмотра флуоресценции эмбрионов рыбок данио, включая частоту сердечных сокращений, ритмичность и региональную анатомию центральной нервной системы. Из-за низкой стоимости отдельных единиц светоскопа мы ожидаем, что это устройство поможет оборудовать классы K-12, бакалавриата и научно-просветительские классы парком флуоресцентных микроскопов, которые могут привлечь студентов к практической учебной деятельности.

Достижения в области технологий камер для смартфонов и планшетов предоставили мощные камеры в руки ученых, преподавателей и студентов. Разрешение и чувствительность современных камер смартфонов и планшетов превосходят возможности многих научных камер, которые до сих пор используются в исследовательских целях. Ежегодно совершенствуя чувствительность камеры смартфона, объединение и разрешение пикселей, а также частоту кадров видео, мы вступаем в эпоху, когда эти устройства смогут выполнять высококачественную съемку изображений и видео для научного образования и исследований. Соответственно, были разработаны продукты для установки смартфонов на окуляры микроскопа для получения изображений. Кроме того, были разработаны автономные конструкции «микроскопов для смартфонов» для использования в школах K-12 и бакалавриате1,2,3,4,5,6, в исследовательских или клинических учреждениях7,8,9,10,11, а также в геонаучных приложениях12. .

Флуоресцентная микроскопия создает визуально привлекательные изображения, которые могут значительно усилить контраст конкретных особенностей просматриваемого образца. Этот метод микроскопической визуализации исторически включал дорогостоящие и громоздкие ртутные дуговые лампы или лазеры. Однако в последние годы сравнительно недорогая и компактная технология лазерных диодов (LED) заменяет ртутно-дуговые лампы и лазеры в микроскопической промышленности. К преимуществам относятся более низкая стоимость, больший срок службы и отсутствие необходимости в обслуживании. Поскольку светодиоды были разработаны для излучения света практически любой длины волны в видимом спектре света и при необходимости могут быть отфильтрованы, сообщество микроскопистов широко внедряет использование светодиодов в качестве источника возбуждающего света для флуоресцентной микроскопии.

В этом исследовании мы стремились разработать установку флуоресцентной визуализации для смартфона с целевой ценой сборки менее 50 долларов США за единицу. Мы демонстрируем способность этих устройств, которые мы называем «светоскопами», обнаруживать зеленые и красные флуорофоры, а также отслеживать и обнаруживать изменения частоты сердечных сокращений и ритмичности у эмбриональных рыбок данио. Мы обсуждаем и демонстрируем возможности для преподавателей бакалавриата и K12 использовать эти ресурсы для соответствия местным научным стандартам и стандартам следующего поколения.