开源光学工具箱提供了所有的显微镜
现代显微镜用于生物成像是昂贵的,位于专业实验室,需要高素质的员工。研究小说,创造性的方法来解决紧急的科学问题——例如在对抗传染病如Covid-19——最初是留给科学家们装备精良,在发达国家研究机构。一个年轻的研究小组从莱布尼茨光子技术研究所(莱布尼茨IPHT)在耶拿,席勒大学和耶拿大学医院想要改变:研究人员研制出了一种光学工具箱构建显微镜几百欧元,实现高分辨率图像与商业显微镜花费一百到一千倍。从3 d打印机与开源蓝图,组件和智能手机相机,UC2(你。看到的。。)模块化系统可以结合具体研究问题需要的方式——从长期观察生物孵化器为光学教育一个工具箱。研究小组提出了发展11月25日,2020年在著名的《自然通讯(DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 19447 - 9)。
的基本构建块UC2系统是一个简单的3 d打印立方体边缘5厘米的长度,可举办各种各样的组件,比如眼镜,led或摄像机。几个这样的数据集磁光栅基板插入。巧妙安排的,模块从而导致一个强大的光学仪器。光学概念根据相邻镜头的焦平面一致是最复杂的光学的基础设置等现代显微镜。UC2工具箱,博士生的研究小组Rainer Heintzmann博士教授的实验室,莱布尼茨IPHT和席勒大学耶拿,显示了这种固有的模块化过程hands-on-experiments可以直观地理解的。这样,UC2还提供了用户没有与光学技术培训工具,他们可以使用、修改和扩展,根据他们的研究。
检测病原体,然后回收污染显微镜
(Helge大口水壶,柏林自由大学的生物化学教授的,正在调查病原体usind UC2工具箱。“UC2系统使我们能够以低成本生产出高质量的显微镜,我们可以观察到活细胞在一个孵化器”,他说。UC2因此开辟了生物医学研究领域的应用,传统的显微镜并不合适。“商业显微镜,可以用来检查病原体在更长一段时间成本成百上千倍比我们UC2设置中,“本笃Diederich说Leibniz-IPHT博士生,他发展了光学工具箱Rene Lachmann一起。“你很难把它们变成一个受污染的实验室,您可能无法删除他们,因为他们不能轻易清洗”。UC2显微镜塑料制成的,另一方面,很容易烧毁或回收成功使用后在生物安全实验室。耶拿大学医院的研究,UC2小组观察单核细胞分化成巨噬细胞的孵化器在一段时间内一个星期为了获得深入了解先天免疫系统对抗病原体在体内。
建筑根据乐高原则:从概念到原型
建筑根据乐高原则——这不仅唤醒了用户的内心的本能,观察UC2团队,但也开辟了新的可能性,研究人员设计一种乐器量身定制他们的研究问题。“我们的方法,可以快速组装合适的工具绘制特定的细胞,“本笃Diederich解释道。“例如,如果需要红色的波长激发,只需安装适当的激光和改变过滤器。如果需要一个倒置显微镜,你相应地堆栈数据集。UC2系统,元素可以根据所需的分辨率,稳定,持续时间或显微镜方法和测试直接在“快速成型”的过程。
愿景:开放的科学
研究人员发布建设计划和软件自由访问在线存储库GitHub,全世界的开源社区都可以访问,重建、修改和扩展了系统。“来自用户的反馈,我们逐步完善和添加新的创造性的解决方案,”Rene Lachmann报告。第一个用户已经开始扩大系统为自己和目的。“我们希望当我们可以第一个用户的解决方案”。
这背后的目的是使开放科学。由于详细文档,研究人员可以复制和进一步发展实验在世界任何地方,甚至超出了装备精良的实验室。“一毛钱范式的变化:科学”是本笃Diederich所说的这一愿景:预示着一个范式转变,科学过程尽可能开放和透明,自由访问,那里的研究人员分享他们的知识相互结合成他们的工作。
UC2盒子给学校带来了科学
为了得到光学、尤其是年轻人感兴趣研究小组开发了一套复杂的工具在学校和大学教育的目的。“盒子”UC2引入了一个工具包,可以让用户了解和尝试光学概念和显微镜的方法。“组件可以组合成一个投影仪或望远镜;你可以建立一个光谱仪或智能手机显微镜,”解释Barbora Maršikova,谁开发实验和一系列现成的文档,UC2团队已经在几个测试车间在耶拿和以及在美国、英国和挪威。在耶拿,年轻的研究人员已经使用UC2工具箱在几个学校,例如支持学生建立一个荧光显微镜检测塑料微粒。“我们结合UC2和智能手机。这使我们建立我们自己的荧光显微镜成本没有任何主要的光学知识和开发一个相对简单的方法检测化妆品、塑料粒子”报道伊米莉亚沃尔特在耶拿从蒙特梭利学校,连同她的集团所追求的是一个创新的跨学科的学习方法。
“我们想让现代显微技术能够被广泛的公众,“本笃Diederich说”,建立一个开放的和创造性的显微镜社区”。这种教学方法要有巨大的潜力,特别是在日冕大流行的时候,当访问国内教材是极其有限的。
参考
Diederich B, Lachmann R, Carlstedt年代,et al。多才多艺的和可定制的低成本的3 d打印的开放标准显微成像。自然通讯。2020;11 (1):5979。doi:10.1038 / s41467 - 020 - 19447 - 9
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