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Scientific Reports volume 13、記事番号: 2722 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

細胞や組織の発生、構造、機能に関する理解の多くは、蛍光顕微鏡検査に基づいています。 カラフルで輝く画像の取得は、熟練した顕微鏡技師から STEM の学生まで、さまざまなユーザーを魅了し、興奮させます。 蛍光顕微鏡の価格は数千米ドルから数十万米ドルです。 したがって、蛍光顕微鏡の使用は通常、資金が潤沢な機関やバイオテクノロジー企業、研究の中核施設、医療研究所に限定されていますが、多くの大学、単科大学、初等中等学校（K-12）、科学分野では財政的に非現実的です。アウトリーチ設定。 この研究では、スマートフォンまたはタブレットと組み合わせて使用​​すると、1 台あたり 50 米ドル未満のコストで蛍光顕微鏡検査を実行できるコンポーネントを開発し、特性評価しました。 私たちはレクリエーション用 LED 懐中電灯と劇場舞台照明フィルターを再利用して、EGFP、DsRed、mRFP、mCherry などの緑と赤の蛍光色素を、木製とプレキシガラスで作られた簡単に組み立てられるフレーム上で観察できるようにしました。 私たちがグロースコープと呼ぶこれらのデバイスは、10 µm の解像度で生きた標本の蛍光を画像化することができ、テストしたすべてのスマートフォンおよびタブレットのモデルと互換性がありました。 科学グレードの蛍光顕微鏡と比較すると、グロースコープは、薄暗い蛍光を検出するために必要な感度に制限があり、細胞内構造を分解できない可能性があります。 私たちは、心拍数、リズム性、中枢神経系の局所的な解剖学的構造など、ゼブラフィッシュ胚内の蛍光を観察する機能を実証します。 個々のグロースコープ ユニットのコストが低いため、このデバイスは、幼稚園から高校まで、学部、および科学支援教室に、学生が実践的な学習活動に参加できる蛍光顕微鏡群を装備するのに役立つと予想されます。

スマートフォンやタブレットのカメラ技術の進歩により、強力なカメラが科学者、教育者、学生の手に渡るようになりました。 最新のスマートフォンやタブレットのカメラの解像度と感度は、現在も研究用途に使用されている多くの科学用カメラの能力を上回っています。 スマートフォンのカメラ感度、ピクセルビニングと解像度、ビデオフレームレート機能が毎年向上しており、これらのデバイスが科学教育や研究のために高品質の画像やビデオを取得できる時代に入りつつあります。 そこで、スマートフォンを顕微鏡の接眼レンズに取り付けて画像を取得する製品が開発されました。 さらに、スタンドアロンの「スマートフォン顕微鏡」設計は、幼稚園から高校までおよび学部の科学教育現場 1、2、3、4、5、6、研究または臨床現場 7、8、9、10、11、および地球科学アプリケーション 12 で使用するために開発されています。 。

蛍光顕微鏡法は、観察している標本の特定の特徴のコントラストを大幅に高めることができる視覚的に魅力的な画像を生成します。 この顕微鏡イメージング手法には、歴史的に、高価で扱いにくい水銀アークランプまたはレーザーが必要でした。 しかし、近年、顕微鏡業界では、比較的安価でコンパクトなレーザー発光ダイオード (LED) 技術が水銀アークランプやレーザーに取って代わりつつあります。 利点としては、低コスト、長寿命、メンテナンスフリーなどが挙げられます。 LED は可視光スペクトル上のほぼすべての波長の光を放射するように設計されており、必要に応じてフィルタリングできるため、顕微鏡コミュニティでは蛍光顕微鏡の励起光源として LED の使用が広く採用されています。

この研究では、1 台あたり 50 ドル (米ドル) 未満の目標構築価格でスマートフォンの蛍光イメージング設定を開発することを目指しました。 我々は、「グロースコープ」と呼ぶこれらの装置が、緑色および赤色の蛍光色素を検出し、胎児ゼブラフィッシュの心拍数とリズムの変化を監視および検出する能力を実証します。 私たちは、学部および幼稚園から高校までの教育者がこれらのリソースを使用して地域および次世代の科学基準を満たす機会について議論し、実証します。