Набор для самостоятельной сборки микроскопов

Современная световая микроскопия предлагает решения практически для любых исследовательских задач. Однако имеющиеся на рынке микроскопы достаточно дороги, их трудно самостоятельно модифицировать и адаптировать под новые, не продуманные производителем задачи. Ученые из Института фотонных технологий имени Лейбница в Йене (Германия) предложили оригинальное решение этой проблемы — «конструктор» из модульных деталей, распечатанных на 3D принтере, и коммерчески доступных составляющих. Такой микроскоп стоимостью в несколько сотен евро позволяет получать изображение с таким же разрешением, как у микроскопов, которые стоят в сто или тысячу раз дороже. Свою разработку авторы назвали UC2 (расшифровывается как You.See.Too.)

Базовый структурный элемент системы — кубики с гранью в пять сантиметров, распечатанные на 3D принтере; кубики скрепляются между собой магнитами и служат каркасом для сборки. Основной принцип работы — такой же, как и у многих современных микроскопов: фокальные плоскости соседних линз совпадают.

Исследователи поставили перед собой цель создать стандарт совместимых между собой деталей — светодиодов, линз и т.д. В настоящее время несовместимость компонентов от разных производителей может представлять проблему. В качестве камер могут быть использованы даже камеры смартфонов.

Разработку, построение и использование такой конструкции авторы описывают в статье, опубликованной в Nature Communications (см. рис. 2). Для определенной биологической задачи (изучения дифференцировки моноцитов в макрофаги) выбирается подходящая оптическая схема; в данном случае выбрали небольшой инвертированный микроскоп и режим светлопольной микроскопии. Необходимые детали распечатали на 3D принтере, собрали конструкцию. Микроскопы поместили в инкубатор, где и проводили наблюдения за клетками на протяжении семи дней. Полученные данные об увеличении площади клеток и появлении у них псевдоподий воспроизводили наблюдения, ранее опубликованные другими исследовательскими группами. Также исследователи продемонстрировали преобразование светлопольного микроскопа в микроскоп плоскостного освещения. Небольшие модификации делают возможной флуоресцентную микроскопию.

Такая система предоставляет недорогую альтернативу доступным на рынке микроскопам (ее стоимость — 100–600 евро, по оценкам авторов) и дает возможность потенциальном пользователям лучше понять принципы микроскопии, проектируя и собирая необходимое устройство самостоятельно. Благодаря этому она хорошо подходит для образовательных целей.

Конструкции UC2 могут найти широкое применение в медицинских исследованиях, и не только из-за низкой цены. «Коммерческие микроскопы, которые можно использовать для исследования патогенов в течение длительного периода времени, стоят в сотни или тысячи раз дороже, чем наша установка UC2, — говорит Бенедикт Дидерих, аспирант Института фотонных технологий и первый автор статьи. — Вы едва ли сможете поставить их в зараженную лабораторию, из которой, возможно, их нельзя будет вынести, потому что их трудно продезинфицировать». С другой стороны, пластиковые модули UC2 после выполнения задачи легко переработать по протоколу биобезопасности.

«Мы хотим сделать современные техники микроскопии доступными широкой публике и построить открытое и активное сообщество любителей микроскопии», — сказал Бенедикт Дидерих. Исследователи публикуют планы строительства и программное обеспечение в свободно доступном онлайн-репозитории GitHub, чтобы сообщество разработчиков ПО с открытым исходным кодом во всем мире могло получать доступ, восстанавливать, изменять и расширять представленные системы.