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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2722(2023) 이 기사 인용

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세포와 조직 발달, 구조 및 기능에 대한 이해의 대부분은 형광 현미경 검사에서 비롯됩니다. 다채롭고 빛나는 이미지 획득은 숙련된 현미경 전문가부터 STEM 학생에 이르기까지 다양한 사용자의 관심을 끌고 흥미를 유발합니다. 형광현미경의 가격은 수천 달러에서 수십만 달러에 이릅니다. 따라서 형광 현미경 검사법의 사용은 일반적으로 자금이 잘 지원되는 기관 및 생명 공학 회사, 연구 핵심 시설 및 의료 실험실로 제한되지만 많은 대학, 초등 및 중등 학교(K-12) 및 과학 분야에서는 재정적으로 비실용적입니다. 홍보 설정. 본 연구에서 우리는 스마트폰이나 태블릿과 함께 사용할 때 단위당 미화 50달러 미만의 비용으로 형광 현미경 검사를 수행하는 구성 요소를 개발하고 특성화했습니다. 우리는 목재와 플렉시글라스로 제작된 간단한 프레임에서 EGFP, DsRed, mRFP 및 mCherry를 포함한 녹색 및 빨간색 형광단을 볼 수 있도록 레크리에이션용 LED 손전등과 극장 무대 조명 필터의 용도를 변경했습니다. 우리가 글로스코프로 부르는 이러한 장치는 10μm 해상도와 실제 표본의 형광 이미징이 가능했으며 우리가 테스트한 모든 스마트폰 및 태블릿 모델과 호환되었습니다. 과학 등급의 형광 현미경과 비교하여 글로우스코프는 희미한 형광을 감지하는 데 필요한 감도에 제한이 있을 수 있으며 세포 이하 구조를 분해할 수 없습니다. 우리는 중추 신경계의 심박수, 리듬 및 지역 해부학을 포함하여 zebrafish 배아 내에서 형광을 보는 기능을 보여줍니다. 개별 글로우 스코프 장치의 가격이 저렴하기 때문에 이 장치는 K-12, 학부 및 과학 봉사 교실에서 학생들이 실습 학습 활동에 참여할 수 있는 형광 현미경을 갖추는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대합니다.

스마트폰과 태블릿 카메라 기술의 발전으로 과학자, 교육자, 학생은 강력한 카메라를 사용할 수 있게 되었습니다. 최신 스마트폰과 태블릿 카메라의 해상도와 감도는 여전히 연구용으로 사용되고 있는 많은 과학용 카메라의 성능을 능가합니다. 스마트폰 카메라 감도, 픽셀 비닝 및 해상도, 비디오 프레임 속도 기능이 매년 개선되면서 우리는 이러한 장치가 과학 교육 및 연구를 위한 고품질 이미지 및 비디오 수집을 수행할 수 있는 시대로 진입하고 있습니다. 이에 따라 이미지 획득을 위해 스마트폰을 현미경 접안렌즈에 장착할 수 있는 제품이 개발되었습니다. 또한 K-12 및 학부 과학 교육 설정1,2,3,4,5,6, 연구 또는 임상 설정7,8,9,10,11 및 지구과학 응용12에 사용하기 위해 독립형 '스마트폰 현미경' 디자인이 개발되었습니다. .

형광 현미경은 관찰되는 표본의 특정 특징의 대비를 크게 향상시킬 수 있는 시각적으로 매력적인 이미지를 생성합니다. 이 현미경 이미징 방식에는 역사적으로 비용이 많이 들고 번거로운 수은 아크 램프나 레이저가 사용되었습니다. 그러나 최근에는 비교적 저렴하고 컴팩트한 레이저 방출 다이오드(LED) 기술이 현미경 산업에서 수은 아크 램프와 레이저를 대체하고 있습니다. 장점으로는 비용 절감, 수명 연장, 유지보수가 필요 없는 작동 등이 있습니다. LED는 가시광선 스펙트럼에서 거의 모든 파장의 빛을 방출하도록 설계되었으며 필요한 경우 필터링할 수 있기 때문에 현미경 커뮤니티에서는 LED를 형광 현미경의 여기 광원으로 널리 채택하고 있습니다.

본 연구에서 우리는 단위당 $50(미국 달러) 미만의 목표 구축 가격으로 스마트폰 형광 이미징 설정을 개발하는 것을 목표로 했습니다. 우리는 녹색 및 빨간색 형광단을 감지하고 배아 제브라피시에서 심박수 및 리듬의 변화를 모니터링하고 감지하는 '광경'이라고 하는 이러한 장치의 능력을 보여줍니다. 우리는 학부생 및 K12 교육자가 이러한 리소스를 사용하여 지역 및 차세대 과학 표준을 충족할 수 있는 기회를 논의하고 시연합니다.