Disseny de microscopis de fluorescència i de camp brillant de baix cost
Pas 1: Visió general de la microscòpia de fluorescència
Per comprendre els conceptes bàsics de la microscòpia de fluorescència, imagineu un bosc dens a la nit amb arbres, animals, arbustos i altres boscos que hi viuen. Si enceneu una llanterna al bosc, veureu totes aquestes estructures i és difícil imaginar-vos animals o plantes concrets. Suposant que només us interessa veure arbusts de nabius al bosc. Per aconseguir-ho, cal entrenar cuques de llum perquè només se sentin atretes pels arbustos de nabius, de manera que quan mireu el bosc només s'il·luminin els arbustos de nabius. Podeu dir que feu servir cuques de llum per marcar arbustos de nabius, de manera que podeu veure l'estructura dels nabius al bosc.
En aquesta analogia, els boscos representen tota la mostra, els arbustos de nabius representen les estructures que voleu visualitzar (com ara cèl·lules específiques o orgànuls subcel·lulars) i les cuques de llum són compostos fluorescents. La situació d'il·luminar la llanterna d'un tirador sol sense lluernes és semblant a un microscopi de camp brillant.
El següent pas és comprendre les funcions bàsiques dels compostos fluorescents (també coneguts com fluoròfors). Els cúmuls fluorescents són en realitat petits objectes (a nanoescala) dissenyats per connectar estructures específiques de la mostra. Absorbeixen llum d'un rang estret de longituds d'ona i tornen a emetre llum d'una altra longitud d'ona. Per exemple, un fluoròfor pot absorbir llum blava (és a dir, el fluoròfor és excitat per la llum blava) i després tornar a emetre llum verda. Normalment, això es resumeix per espectres d'excitació i emissió (com es mostra a la figura anterior). Aquests gràfics mostren les longituds d'ona de la llum absorbida pels fluoròfors i les longituds d'ona de la llum emesa pels fluoròfors.
El disseny del microscopi és molt similar a un microscopi de camp brillant normal, amb dues diferències principals. En primer lloc, la llum que il·lumina la mostra ha de ser de la longitud d'ona que excita el grup fluorescent (per a l'exemple anterior, la llum és blava). En segon lloc, el microscopi només necessita recollir la llum emesa (llum verda) mentre bloqueja la llum blava. Això es deu al fet que la llum blava està a tot arreu, però la llum verda només prové d'estructures específiques de la mostra. Per bloquejar la llum blava, els microscopis solen tenir una cosa anomenada filtre de pas llarg que permet que la llum verda passi sense llum blava. Cada filtre de pas baix té una longitud d'ona de tall. Si la longitud d'ona de la llum és més gran que la longitud d'ona de tall, pot passar a través d'un filtre. Per tant, el nom és 'Passa de llarga distància'. Les longituds d'ona més curtes estan bloquejades.
Pas 2: utilitzeu un microscopi de modelatge òptic
Aquest és un pas addicional en el disseny de microscopis basats en principis bàsics. No cal construir un microscopi de fluorescència, així que si no voleu aprofundir en l'òptica, podeu saltar-lo.
Tant els microscopis de camp brillant com els de fluorescència es poden modelar mitjançant dispositius òptics de raigs. La premissa bàsica de l'òptica de raigs és que el comportament de la llum és similar al de la llum que es propaga lluny d'una font de llum. Quan mires per l'habitació, veuràs la llum del sol fora de la finestra o la llum que porta la bombeta. A continuació, la llum és absorbida o reflectida pels objectes de l'habitació. Una mica de llum reflectida la dirigirà cap als teus ulls. Si un objecte està il·luminat, podeu imaginar-vos que cada punt de l'objecte emet llum en totes direccions (com es mostra a la imatge de dalt). La lent, com la lent dels nostres ulls, enfoca la llum en un punt perquè puguem veure objectes. Sense una lent, la llum continua propagant-se cap a l'exterior i no forma una imatge.
