Un faible

Jul 11, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2722 (2023) Citer cet article

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Une grande partie de notre compréhension du développement, de la structure et de la fonction des cellules et des tissus provient de la microscopie à fluorescence. L’acquisition d’images colorées et lumineuses engage et excite les utilisateurs allant des microscopistes chevronnés aux étudiants STEM. Les microscopes à fluorescence coûtent entre plusieurs milliers et plusieurs centaines de milliers de dollars américains. Par conséquent, l'utilisation de la microscopie à fluorescence est généralement limitée aux institutions et aux entreprises de biotechnologie bien financées, aux installations de recherche et aux laboratoires médicaux, mais elle est financièrement peu pratique dans de nombreuses universités et collèges, écoles primaires et secondaires (K-12) et dans le domaine scientifique. paramètres de sensibilisation. Dans cette étude, nous avons développé et caractérisé des composants qui, lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec un smartphone ou une tablette, permettent d'effectuer une microscopie à fluorescence à un coût inférieur à 50 dollars US par unité. Nous avons réutilisé des lampes de poche LED récréatives et des filtres d'éclairage de scène de théâtre pour permettre la visualisation des fluorophores verts et rouges, notamment EGFP, DsRed, mRFP et mCherry, sur un cadre simple à construire en bois et en plexiglas. Ces appareils, que nous appelons glowscopes, étaient capables d'une résolution de 10 µm, d'imagerie de fluorescence dans des échantillons vivants et étaient compatibles avec tous les modèles de smartphones et de tablettes que nous avons testés. Par rapport aux microscopes à fluorescence de qualité scientifique, les glowscopes peuvent avoir des limites en termes de sensibilité nécessaire pour détecter une faible fluorescence et être incapables de résoudre les structures subcellulaires. Nous démontrons la capacité de visualiser la fluorescence au sein des embryons de poisson zèbre, y compris la fréquence cardiaque, la rythmicité et l’anatomie régionale du système nerveux central. En raison du faible coût des unités glowscope individuelles, nous prévoyons que cet appareil pourra aider à équiper les salles de classe de la maternelle à la 12e année, du premier cycle et des sciences avec des flottes de microscopes à fluorescence pouvant impliquer les étudiants dans des activités d'apprentissage pratiques.

Les progrès de la technologie des caméras pour smartphones et tablettes ont placé des caméras puissantes entre les mains des scientifiques, des enseignants et des étudiants. La résolution et la sensibilité des caméras modernes des smartphones et des tablettes dépassent les capacités de nombreuses caméras scientifiques encore utilisées pour des applications de recherche. Avec des améliorations annuelles de la sensibilité de l'appareil photo des smartphones, du regroupement et de la résolution des pixels, ainsi que des capacités de fréquence d'images vidéo, nous entrons dans une ère où ces appareils peuvent effectuer une acquisition d'images et de vidéos de haute qualité pour l'enseignement et la recherche scientifiques. En conséquence, des produits ont été développés pour monter des smartphones sur des oculaires de microscope pour l'acquisition d'images. En outre, des modèles de « microscopes pour smartphone » autonomes ont été développés pour être utilisés dans les contextes d'enseignement scientifique de la maternelle à la 12e année et du premier cycle1,2,3,4,5,6, dans les contextes de recherche ou cliniques7,8,9,10,11 et dans les applications géoscientifiques12. .

La microscopie à fluorescence produit des images visuellement attrayantes qui peuvent grandement améliorer le contraste des caractéristiques spécifiques de l'échantillon observé. Cette modalité d’imagerie microscopique impliquait historiquement des lampes ou des lasers à arc au mercure coûteux et encombrants. Cependant, ces dernières années, la technologie des diodes électroluminescentes (DEL), relativement peu coûteuse et compacte, a remplacé les lampes à arc au mercure et les lasers dans l'industrie de la microscopie. Les avantages incluent un coût inférieur, une plus grande longévité et un fonctionnement sans entretien. Étant donné que les LED ont été conçues pour émettre de la lumière de pratiquement n'importe quelle longueur d'onde sur le spectre de la lumière visible et qu'elles peuvent être filtrées si nécessaire, la communauté de la microscopie adopte largement l'utilisation des LED comme source de lumière d'excitation pour la microscopie à fluorescence.

Dans cette étude, nous avions pour objectif de développer une configuration d’imagerie par fluorescence pour smartphone avec un prix de construction cible inférieur à 50 $ (dollars américains) par unité. Nous démontrons la capacité de ces appareils, que nous appelons « glowscopes », à détecter les fluorophores verts et rouges et à surveiller et détecter les modifications de la fréquence cardiaque et de la rythmicité chez le poisson zèbre embryonnaire. Nous discutons et démontrons les opportunités permettant aux enseignants du premier cycle et de la maternelle 12 d'utiliser ces ressources pour répondre aux normes scientifiques locales et de nouvelle génération.