Un ‘macroscop’ open-source care oferă imagini dinamice de luminescență
O echipă de cercetători europeni a anunțat dezvoltarea unui instrument versatil de imagistică pe bază de luminescență, conceput pentru a democratiza accesul la tehnici avansate de fluorescență și electroluminescență. Acest sistem, detaliat în revista Optics Express, oferă o alternativă accesibilă și personalizabilă unor configurații de laborator costisitoare, fiind realizat cu sprijinul proiectului DREAM.
Dispozitivul, descris ca un macroscop de luminescență cu iluminare dinamică, combină flexibilitatea, costurile reduse și precizia într-o singură platformă. Spre deosebire de instrumentele de imagistică convenționale, adesea restricționate de arhitecturi optice fixe, acest macroscop permite protocoale complexe de iluminare și detectare în sincronizare cu variații temporale.
Cercetătorii pot programa secvențe de modulație a luminii, sincroniza mai multe lungimi de undă și înregistra reacții rapide, toate menținând compatibilitatea cu diverse tipuri de mostre, de la plante potted până la dispozitive fotovoltaice.
Reducerea barierelor în accesibilitatea luminescenței
Imagistica prin luminescență a devenit o componentă esențială a științei moderne, având capacitatea de a revela procese moleculare și fiziologice invizibile ochiului uman. Totuși, implementarea protocoalelor avansate de iluminare necesită adesea expertiză profundă în domeniile opticii, electronicii și programării software.
„Scopul nostru a fost să eliminăm această barieră,” a declarat Dr. Ian Coghill, co-autor principal și cercetător la École Normale Supérieure din Paris. „Am construit un sistem pe care alții îl pot reproduce ușor, fără a necesita instruire specializată.”
Echipa oferă acces liber la o suită completă de resurse, inclusiv fișiere CAD, instrucțiuni detaliate de construcție și protocoale de calibrare, precum și software de control bazat pe Python. Întregul sistem poate fi asamblat cu costuri de sub 25.000 de euro, folosind în principal componente standard și imprimate 3D. Acest lucru îl face fezabil pentru laboratoare mici și echipe interdisciplinare care doresc să desfășoare experimente care anterior erau rezervate configurațiilor personalizate de înaltă calitate.
Un singur sistem, multiple aplicații
Designul macroscopului permite utilizarea mai multor surse de iluminare, acoperind lungimi de undă de la ultraviolet la aproape infraroșu (405–740 nm), și susține imagistica sincronizată de până la 100 de cadre pe secundă. De asemenea, poate aplica secvențe de modulație personalizate—sinusoidale, pulsații sau definite de utilizator—pentru a analiza cinetica sistemelor fotoactive.
Echipa de cercetare a demonstrat capacitățile sistemului în cadrul unei game largi de aplicații:
- Fiziologia plantelor: Măsurarea parametrilor fotosintetici și urmărirea absorbției erbicidelor în Arabidopsis thaliana folosind protocoale de fluorescență dinamică.
- Fotofizica proteinelor: Distincția proteinelor fluorescente fotoswitchabile reversibile prin intermediul „amprentei” cinetice, folosind metode precum RIOM (Imaging Rectificat sub Modulație Optică).
- Dispozitivele optoelectronice: Cartografierea electroluminescenței în funcție de frecvență a celulelor solare și LED-urilor, aducând la lumină dinamica transportului de sarcină și reacțiile de recombinare.
„Aceste exemple sunt doar o fereastră asupra a ceea ce este posibil,” a remarcat Dr. Ludovic Jullien, autor senior și coordonator al proiectului DREAM. „Prin combinarea hardware-ului deschis cu iluminarea programabilă, sperăm să facilităm atât cercetarea fundamentală cât și inovația practică în domenii variate, cum ar fi biologia plantelor, fotonica și energia regenerabilă.”
Conform ethos-ului de știință deschisă al proiectului DREAM, toate fișierele de construcție, scripturile de analiză și datele experimentale sunt accesibile gratuit prin Zenodo. Cercetătorii invită comunitatea științifică să adapteze designul la nevoile lor, să-l modifice pentru noi modalități optice sau să-l integreze în fluxuri de lucru automatizate de imagistică.
„Acesta nu este un prototip singular,” a adăugat Coghill. „Este o platformă pe care alții o pot construi, o poartă accesibilă pentru explorarea fotofizicii dinamice.”
