Большая наука на маленьком бюджете, или Как шведские ученые сконструировали 3D-печатный микроскоп

Столкнувшись с высокой стоимостью оборудования, исследователи из шведского Уппсальского университета решили изготовить видеомикроскоп собственными силами, полагаясь на подручные компоненты и 3D-печать.Стоимость подходящего видеомикроскопа с легкостью может достигать $20 000 – немалые деньги даже для одного из ведущих вузов Швеции. Дело не только в дорогом видеооборудовании, но и дополнительных системах: помимо преподавательской деятельности, команда Йохана Крюгера занимается исследованиями клеточных структур, а для нормального поведения клеток под наблюдением необходимо поддерживать условия, близкие к естественным, включая кислотность, освещение и температуру. Ученые решили взять за основу имеющийся перевернутый оптический микроскоп. Такие инструменты позволяют в течение длительного времени наблюдать за организмами на дне контейнеров, наполненных растворами, в отличие от обычных микроскопов, используемых для кратковременного изучения тонкослойных образцов. Исследователям-самодельщикам предстояло добавить оборудование для съемки, подогрев, инкубатор и управляющий модуль. Для фотосъемки используется обычный смартфон, фиксируемый над окуляром с помощью 3D-печатных креплений и зажимов. За основу крепежа был взят дизайн с Thingiverse, позволяющий корректировать расположение гаджета для лучшей фокусировки. В верхней части микроскопа находится лампа, подсвечивающая клеточные образцы во время съемки. Под лампой была установлен 3D-печатный затвор, приводимый в движение сервомотором, синхронизированным с камерой в смартфоне. Подогрев состоит из вентилятора, обдувающего инкубатор теплым воздухом, тем самым стимулируя клеточный рост и деление. Конструкторы зажали нагревательный элемент между двумя алюминиевыми пластинами, подвешенными внутри 3D-печатного корпуса с двумя отверстиями, а затем подсоединили наружный 60-миллимитровый вентилятор и провели термостойкий воздуховод от противоположного отверстия к инкубатору. Для наблюдения за температурой внутри инкубационной камеры был установлен датчик. Сам же инкубатор состоит из трех 3D-печатных элементов – корпуса, крышки и дна-субстрата, выполненного в четырех вариантах для работы с разными клеточными культурами. Крышка и дно имеют прозрачные вставки из оргстекла для подсветки и фотосъемки. Наконец, управляющая система состоит из микроконтроллера Arduino 3.0 Nano AT328, модуля Bluetooth и блока питания. Система подключается к компьютеру и обеспечивает электричеством остальные компоненты микроскопа, управляя обдувом и затвором по беспроводной связи. Отличные результаты испытаний удивили самих изобретателей, особенно с учетом того, что полная стоимость апгрейда составила всего $277, а 3D-печатные компоненты были выполнены из обычного полилактида на бюджетном 3D-принтере Prusa. Первая же 12-часовая сессия по наблюдению за эмбриональными человеческими почечными клетками обошлась без отмирания образцов, а пятимегапиксельная камера дала снимки с качеством на уровне профессиональных инструментов. Свое детище конструкторы любовно окрестили ATLIS, что означает «Affordable Time-Lapse Imaging and Incubation System» или «Доступная инкубационная система с покадровой съемкой». Разработчики надеются, что подобные системы могут повысить эффективность медицинских исследований в развивающихся странах. Подробное описание проекта можно найти по этой ссылке.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.