Kostengünstige Fluoreszenz- und Hellfeldmikroskope - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

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Fluoreszenzmikroskopie ist ein bildgebendes Verfahren zur Visualisierung spezifischer Strukturen in biologischen und anderen physikalischen Proben. Die interessierenden Objekte in der Probe (z. B. Neuronen, Blutgefäße, Mitochondrien usw.) werden sichtbar gemacht, da fluoreszierende Verbindungen nur an diese spezifischen Strukturen binden. Einige der schönsten Mikroskopiebilder werden mit Fluoreszenzmikroskopen aufgenommen; Sehen Sie sich diese Bilder auf der Nikon MicroscopyU-Webseite an, um einige Beispiele zu sehen. Die Fluoreszenzmikroskopie ist für viele Biologiestudien nützlich, die sich auf eine bestimmte Struktur oder einen bestimmten Zelltyp konzentrieren. Zum Beispiel hängen viele Forschungsstudien zu Neuronen im Gehirn von der Verwendung von Fluoreszenzmikroskopie-Modalitäten ab, die Neuronen spezifisch abbilden.

In diesem anweisbaren gehe ich über die Grundprinzipien der Fluoreszenzmikroskopie und wie man drei verschiedene kostengünstige Fluoreszenzmikroskope baut. Diese Systeme kosten normalerweise Tausende von Dollar, aber es gab in letzter Zeit Bemühungen, sie leichter verfügbar zu machen. Die hier vorgestellten Designs verwenden ein Smartphone, eine dSLR und ein USB-Mikroskop. Alle diese Ausführungen funktionieren auch als Hellfeldmikroskope. Lass uns anfangen!

Schritt 1: Überblick über die Fluoreszenzmikroskopie

Um die Grundidee der Fluoreszenzmikroskopie zu verstehen, stellen Sie sich einen dichten Wald bei Nacht vor, gefüllt mit Bäumen, Tieren, Büschen und allem anderen, was in einem Wald lebt. Wenn Sie mit einer Taschenlampe in den Wald leuchten, sehen Sie all diese Strukturen und es kann schwierig sein, sich ein bestimmtes Tier oder eine bestimmte Pflanze vorzustellen. Nehmen wir an, Sie waren nur daran interessiert, Blaubeerbüsche im Wald zu sehen. Dazu trainierst du Glühwürmchen so, dass sie sich nur von Blaubeersträuchern angezogen fühlen, sodass beim Blick in den Wald nur Blaubeersträucher aufleuchten. Man könnte sagen, dass Sie die Blaubeersträucher mit den Glühwürmchen beschriftet haben, damit Sie sich nur die Blaubeerstrukturen im Wald vorstellen können.

In diesem Analogon repräsentiert der Wald die gesamte Probe, die Blaubeersträucher repräsentieren die Struktur, die Sie visualisieren möchten (z. B. eine bestimmte Zelle oder subzelluläre Organelle), und die Glühwürmchen sind die fluoreszierende Verbindung. Der Fall, in dem Sie die Taschenlampe allein ohne die Glühwürmchen anstrahlen, ist analog zur Hellfeldmikroskopie.

Der nächste Schritt besteht darin, die Grundfunktion fluoreszierender Verbindungen (auch Fluorophore genannt) zu verstehen. Fluorophore sind wirklich kleine Objekte (im Nanometerbereich), die so konstruiert sind, dass sie an bestimmten Strukturen in der Probe haften. Sie absorbieren Licht über einen schmalen Wellenlängenbereich und emittieren Licht einer anderen Wellenlänge wieder. Beispielsweise kann ein Fluorophor blaues Licht absorbieren (d. h. das Fluorophor wird durch blaues Licht angeregt) und dann wieder grünes Licht emittieren. Üblicherweise wird dies durch ein Anregungs- und Emissionsspektrum zusammengefasst (Bild oben). Diese Diagramme zeigen die Wellenlänge des Lichts, die das Fluorophor absorbiert, und die Wellenlänge des Lichts, das das Fluorophor emittiert.

Das Mikroskopdesign ist einem normalen Hellfeldmikroskop sehr ähnlich, mit zwei wesentlichen Unterschieden. Erstens muss das Licht zum Beleuchten der Probe die Wellenlänge haben, die das Fluorophor anregt (im obigen Beispiel war das Licht blau). Zweitens muss das Mikroskop nur das Emissionslicht (das grüne Licht) sammeln, während es das blaue blockiert. Dies liegt daran, dass das blaue Licht überall hingeht, das grüne Licht jedoch nur von den spezifischen Strukturen in der Probe kommt. Um das blaue Licht zu blockieren, verfügt das Mikroskop normalerweise über einen sogenannten Langpassfilter, der grünes Licht ohne blaues Licht durchlässt. Jeder Langpassfilter hat eine Grenzwellenlänge. Wenn das Licht eine längere Wellenlänge als die Grenzfrequenz hat, kann es den Filter passieren. Daher der Name "Langpass". Kürzere Wellenlängen werden blockiert.

Hier einige Übersichten zur Fluoreszenzmikroskopie:

bitesizebio.com/33529/fluorescence-microsc…

www.microscopyu.com/techniques/fluorescenc…

www.youtube.com/watch?v=PCJ13LjncMc

Schritt 2: Modellieren von Mikroskopen mit Strahlenoptik

Zweiter im Optikwettbewerb