Μικροσκόπια φθορισμού χαμηλού κόστους και Brightfield: 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Έργα Fusion 360 »

Η μικροσκοπία φθορισμού είναι μια μέθοδος απεικόνισης που χρησιμοποιείται για την οπτικοποίηση συγκεκριμένων δομών σε βιολογικά και άλλα φυσικά δείγματα. Τα αντικείμενα που ενδιαφέρουν το δείγμα (π.χ. νευρώνες, αιμοφόρα αγγεία, μιτοχόνδρια κ.λπ.) απεικονίζονται επειδή οι φθορίζουσες ενώσεις συνδέονται μόνο με αυτές τις συγκεκριμένες δομές. Μερικές από τις πιο όμορφες εικόνες μικροσκοπίας συλλέγονται με μικροσκόπια φθορισμού. δείτε αυτές τις εικόνες που παρουσιάζονται στην ιστοσελίδα της Nikon MicroscopyU για να δείτε μερικά παραδείγματα. Η μικροσκοπία φθορισμού είναι χρήσιμη για πολλές μελέτες βιολογίας που επικεντρώνονται σε μια συγκεκριμένη δομή ή τύπο κυττάρου. Για παράδειγμα, πολλές ερευνητικές μελέτες για τους νευρώνες στον εγκέφαλο εξαρτώνται από τη χρήση τρόπων μικροσκοπίας φθορισμού που απεικονίζουν συγκεκριμένα νευρώνες.

Σε αυτό το διδακτικό, θα αναλύσω τις βασικές αρχές της μικροσκοπίας φθορισμού και τον τρόπο κατασκευής τριών διαφορετικών μικροσκοπίων φθορισμού χαμηλού κόστους. Αυτά τα συστήματα κοστίζουν συνήθως χιλιάδες δολάρια, αλλά έχουν γίνει πρόσφατες προσπάθειες να γίνουν πιο εύκολα διαθέσιμα. Τα σχέδια που παρουσιάζω εδώ χρησιμοποιούν έξυπνο τηλέφωνο, dSLR και μικροσκόπιο USB. Όλα αυτά τα σχέδια λειτουργούν επίσης ως μικροσκόπια brightfield. Ας αρχίσουμε!

Βήμα 1: Επισκόπηση μικροσκοπίας φθορισμού

Για να κατανοήσετε τη βασική ιδέα της μικροσκοπίας φθορισμού, φανταστείτε ένα πυκνό δάσος τη νύχτα γεμάτο δέντρα, ζώα, θάμνους και οτιδήποτε άλλο ζει σε ένα δάσος. Αν ανάψετε ένα φακό στο δάσος, βλέπετε όλες αυτές τις δομές και μπορεί να είναι δύσκολο να απεικονίσετε ένα συγκεκριμένο ζώο ή φυτό. Ας υποθέσουμε ότι σας ενδιέφερε μόνο να δείτε θάμνους βατόμουρων στο δάσος. Για να το πετύχετε αυτό, εκπαιδεύετε τις πυγολαμπίδες να προσελκύονται μόνο από θάμνους βατόμουρου, έτσι ώστε μόνο οι θάμνοι του βατόμουρου να φωτίζονται όταν κοιτάζετε στο δάσος. Θα μπορούσατε να πείτε ότι επισημάνετε τους θάμνους των βατόμουρων με τις πυγολαμπίδες, ώστε να μπορείτε να απεικονίσετε μόνο τις δομές του βατόμουρου στο δάσος.

Σε αυτό το ανάλογο, το δάσος αντιπροσωπεύει ολόκληρο το δείγμα, οι θάμνοι των βατόμουρων αντιπροσωπεύουν τη δομή που θέλετε να απεικονίσετε (π.χ. ένα συγκεκριμένο κύτταρο ή υποκυτταρικό οργανίδιο) και οι πυγολαμπίδες είναι η φθορίζουσα ένωση. Η περίπτωση στην οποία λάμπετε μόνοι σας τον φακό χωρίς τις πυγολαμπίδες είναι ανάλογη με τη μικροσκόπηση φωτεινού πεδίου.

Το επόμενο βήμα είναι η κατανόηση της βασικής λειτουργίας των φθορίζουσων ενώσεων (που ονομάζονται επίσης φθοροφόρα). Τα φθοροφόρα είναι πραγματικά μικρά αντικείμενα (σε κλίμακα νανομέτρων) που έχουν σχεδιαστεί για να προσκολλώνται σε συγκεκριμένες δομές του δείγματος. Απορροφούν φως σε στενό εύρος μήκους κύματος και εκπέμπουν ξανά ένα άλλο μήκος κύματος φωτός. Για παράδειγμα, ένα φθοροφόρο μπορεί να απορροφήσει το μπλε φως (δηλαδή το φθοροφόρο διεγείρεται από το μπλε φως) και στη συνέχεια να εκπέμπει ξανά πράσινο φως. Συνήθως αυτό συνοψίζεται από ένα φάσμα διέγερσης και εκπομπών (εικόνα παραπάνω). Αυτά τα γραφήματα δείχνουν το μήκος κύματος του φωτός που απορροφά το φθοροφόρο και το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπει το φθοροφόρο.

Ο σχεδιασμός του μικροσκοπίου είναι πολύ παρόμοιος με ένα συνηθισμένο μικροσκόπιο φωτεινού πεδίου με δύο μεγάλες διαφορές. Πρώτον, το φως που φωτίζει το δείγμα πρέπει να είναι το μήκος κύματος που διεγείρει το φθοροφόρο (για το παραπάνω παράδειγμα, το φως ήταν μπλε). Δεύτερον, το μικροσκόπιο πρέπει να συλλέγει μόνο το φως εκπομπής (το πράσινο φως), ενώ αποκλείει το μπλε. Αυτό συμβαίνει επειδή το μπλε φως πηγαίνει παντού αλλά το πράσινο φως προέρχεται μόνο από τις συγκεκριμένες δομές του δείγματος. Για να μπλοκάρει το μπλε φως, το μικροσκόπιο έχει συνήθως κάτι που ονομάζεται φίλτρο longpass που αφήνει το πράσινο φως να περάσει χωρίς μπλε φως. Κάθε φίλτρο μεγάλης διόδου έχει μήκος κύματος αποκοπής. Εάν το φως έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από το όριο διακοπής, τότε μπορεί να περάσει μέσα από το φίλτρο. Εξ ου και το όνομα, "longpass". Τα μικρότερα μήκη κύματος αποκλείονται.

Ακολουθούν πολλές επισκοπήσεις της μικροσκοπίας φθορισμού:

bitesizebio.com/33529/fluorescence-microsc…

www.microscopyu.com/techniques/fluorescenc…

www.youtube.com/watch?v=PCJ13LjncMc

Βήμα 2: Μοντελοποίηση μικροσκοπίων με οπτικά ακτίνων

Επόμενη στον Διαγωνισμό Οπτικής