科学家开发开源光学工具箱几百欧元制造的显微镜可与商业显微镜媲美

Frontier 11月 29, 2020 2.35w 浏览 0

用于生物成像的现代显微镜价格昂贵，通常用于专业实验室中，并且需要高素质的人员操作。现在科学家开发开源光学工具箱几百欧元制造的显微镜可与商业显微镜媲美。来自耶拿的莱布尼兹光子技术研究所（Leibniz IPHT），弗里德里希·席勒大学和耶拿大学医院的年轻研究团队改变这一点：研究人员开发了一个光学工具箱，以几百欧元的价格制造显微镜，可以提供高分辨率图像可媲美商业显微镜，但商业显微镜的价格要高出一百到一千倍。通过开源蓝图、3D打印机的组件和智能手机摄像头，UC2（You.See.Too.）模块化系统可以按照研究问题的要求进行具体组合—从长期观察培养箱中的生物体到光学教育工具箱。研究团队于2020年11月25日在著名期刊自然通讯上发表了研究进展（DOI：10.1038 / s41467-020-19447-9）。

UC2系统的基本构建块是边缘长度为5厘米的简单3D可打印立方体，它可以容纳各种组件，例如镜头，LED或照相机。几个这样的立方体被插入到磁性光栅基板上。模块排列得当，因此可以构成功能强大的光学仪器。相邻镜片的焦平面重合的光学概念是大多数复杂光学装置（例如现代显微镜）的基础。借助UC2工具箱，Rainer Heintzmann博士，Leibniz IPHT教授和Friedrich Schiller University Jena实验室的博士研究生研究团队展示了如何在动手实验中直观地理解这种固有的模块化过程。通过这种方式，UC2还为没有经过技术培训的用户提供了一个光学工具，他们可以根据自己的研究内容来使用、修改和扩展。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

监控病原体-然后回收被污染的显微镜

柏林自由大学和Charité大学生物化学教授Helge Ewers正在使用UC2工具箱研究病原体。他说：“ UC2系统使我们能够以低成本生产高质量的显微镜，从而可以在培养箱中观察活细胞。” 因此，UC2开拓了传统显微镜不适合的生物医学研究应用领域。“而用商业显微镜比UC2装置花费贵数百或数千倍的成本，”莱布尼兹-IPHT的博士生本尼迪克特·迪德里奇（Benedict Diederich）说，他与RenéLachmann一起开发了光学工具箱。另一方面，塑料制成的UC2显微镜在生物安全实验室中成功使用后，很容易燃烧或回收。在耶拿大学医院的一项研究中，UC2小组观察了培养箱中单核细胞在一周内的分化为巨噬细胞的情况，以了解先天免疫系统如何抵抗体内病原体。

根据乐高积木原理建造：从构思到原型

根据Lego原理进行构建-不仅可以唤醒用户的内在游戏本能，而且还可以为研究人员设计出专门针对其研究问题的仪器提供新的可能性。本尼迪克特·迪德里奇（Benedict Diederich）解释说：“使用我们的方法，可以快速组装正确的工具来绘制特定细胞图。” “例如，如果需要红色波长作为激发光，则只需安装适当的激光器并更换滤光片。如果需要倒置显微镜，则可以相应地堆叠立方体。通过UC2系统，可以根据所需的分辨率、稳定性、持续时间或显微镜方法来组合元素，并直接在 “快速原型 “过程中进行测试。

愿景：开放科学

研究人员在可免费访问的在线存储库GitHub上发布了开源程序，以便全球的开源社区可以访问、重建、修改和扩展所提出的系统。RenéLachmann表示：“随着用户的反馈，我们一步步改进系统，并不断增加新的创意解决方案。” 第一批用户已经开始针对自己和他们的目的扩展系统。

这背后的目的是为了实现开放科学。得益于详细的文档，研究人员可以在世界任何地方复制和进一步开发实验，甚至超越装备精良的实验室。”Change in Paradigm: Science for a Dime “是本尼迪克特-迪德里希所说的这一愿景：预示着一种范式的转变，即科学过程尽可能地开放和透明，所有人都可以自由访问，研究人员相互分享知识并将其融入到工作中。

UC2实验箱将科学带入学校

为了让年轻人对光学特别感兴趣，研究小组开发了一套先进的工具，用于学校和大学的教育目的。通过 “The Box “UC2推出的工具包，用户可以了解和尝试光学概念和显微镜方法。

Benedict Diederich表示：“我们希望让广大公众都能接触到现代显微镜技术，并建立一个开放和创新的显微镜社区”。这种自行构建的教学方法具有巨大的潜力，尤其是在新冠大流行时期，当时在家中获取教材受到严重限制。

所有文件（例如3D打印STL和设计文件，用于数据获取的Python代码和GUI以及用于打印/组装和获取的物料清单和用户指南）都可以在可公开获得的github存储库中找到。所有与硬件相关的组件托管在https://github.com/bionanoimaging/UC2-GIT/ 所有与软件相关的组件托管在https://github.com/bionanoimaging/UC2-Software-GIT

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