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Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2722 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Grande parte de nossa compreensão do desenvolvimento, estrutura e função de células e tecidos deriva da microscopia de fluorescência. A aquisição de imagens coloridas e brilhantes envolve e entusiasma os usuários, desde microscopistas experientes até estudantes STEM. Os custos dos microscópios de fluorescência variam de vários milhares a várias centenas de milhares de dólares americanos. Portanto, o uso da microscopia de fluorescência é normalmente limitado a instituições bem financiadas e empresas de biotecnologia, instalações centrais de pesquisa e laboratórios médicos, mas é financeiramente impraticável em muitas universidades e faculdades, escolas primárias e secundárias (K-12) e em ciências. configurações de divulgação. Neste estudo, desenvolvemos e caracterizamos componentes que, quando usados ​​em combinação com um smartphone ou tablet, realizam microscopia de fluorescência a um custo inferior a $ 50 dólares americanos por unidade. Reaproveitamos lanternas de LED recreativas e filtros de iluminação de palco de teatro para permitir a visualização de fluoróforos verdes e vermelhos, incluindo EGFP, DsRed, mRFP e mCherry em uma estrutura simples de construir feita de madeira e plexiglass. Esses dispositivos, aos quais nos referimos como glowscopes, eram capazes de resolução de 10 µm, fluorescência de imagem em espécimes vivos e eram compatíveis com todos os modelos de smartphones e tablets que testamos. Em comparação com os microscópios de fluorescência de nível científico, os glowscopes podem ter limitações de sensibilidade necessárias para detectar fluorescência fraca e a incapacidade de resolver estruturas subcelulares. Demonstramos capacidade de visualização de fluorescência em embriões de peixe-zebra, incluindo frequência cardíaca, ritmicidade e anatomia regional do sistema nervoso central. Devido ao baixo custo das unidades de glowscope individuais, prevemos que este dispositivo pode ajudar a equipar as salas de aula K-12, graduação e extensão científica com frotas de microscópios de fluorescência que podem envolver os alunos com atividades práticas de aprendizado.

Os avanços na tecnologia de câmeras de smartphones e tablets colocaram câmeras poderosas nas mãos de cientistas, educadores e estudantes. A resolução e a sensibilidade das câmeras modernas de smartphones e tablets superam as capacidades de muitas câmeras científicas ainda usadas para aplicações de pesquisa. Com melhorias anuais na sensibilidade da câmera do smartphone, classificação e resolução de pixels e recursos de taxa de quadros de vídeo, estamos entrando em uma era em que esses dispositivos podem realizar aquisição de imagem e vídeo de alta qualidade para educação e pesquisa científica. Assim, foram desenvolvidos produtos para montar smartphones em oculares de microscópio para aquisição de imagens. Além disso, projetos autônomos de 'microscópio de smartphone' foram desenvolvidos para uso em configurações de educação científica K-12 e de graduação1,2,3,4,5,6, pesquisa ou configurações clínicas7,8,9,10,11 e aplicações de geociências12 .

A microscopia de fluorescência produz imagens visualmente atraentes que podem aumentar muito o contraste de características específicas da amostra que está sendo visualizada. Esta modalidade de imagem microscópica envolve historicamente lâmpadas ou lasers de arco de mercúrio caros e incômodos. No entanto, nos últimos anos, a tecnologia de diodo emissor de laser (LED) comparativamente barata e compacta está substituindo as lâmpadas de arco de mercúrio e os lasers na indústria de microscopia. As vantagens incluem menor custo, maior longevidade e operação livre de manutenção. Como os LEDs foram projetados para emitir luz de praticamente qualquer comprimento de onda no espectro de luz visível e podem ser filtrados, se necessário, a comunidade de microscopia está adotando amplamente o uso de LEDs como fonte de luz de excitação para microscopia de fluorescência.

Neste estudo, nosso objetivo foi desenvolver uma configuração de imagem de fluorescência para smartphone com um preço-alvo de construção de menos de $ 50 (dólares americanos) por unidade. Demonstramos a capacidade desses dispositivos, aos quais nos referimos como 'glowscopes', para detectar fluoróforos verdes e vermelhos e para monitorar e detectar alterações na frequência cardíaca e ritmicidade em peixes-zebra embrionários. Discutimos e demonstramos oportunidades para educadores de graduação e K12 usarem esses recursos para atender aos padrões científicos locais e da próxima geração.